De flesta påfrestningar i elektriska kretsar kan man konstruera sig förbi, men höga överspänningar är något som kretsarna bara inte klarar av. Skräddarsydda åskskydd ger bästa garantin.


Den stora faran är de överspänningar som kan slinka in via strömförsörjning, signalkablar och antenner. Värst är nog de överspänningar som orsakas av blixtnedslag.

En överspänning kan också uppstå på grund av fel i själva elektroniken, till exempel ett krånglande nätaggregat, men det är inte så vanligt.

Överspänningsskydd utgörs ofta av varistorer, som är extremt icke-linjära resistanser gjorda av sintrad metalloxid - oftast zinkoxid.

En varistors egenskaper kan man karakterisera med hjälp av dess dimensioner. Enkelt uttryckt anger tjockleken skyddsnivån för spänningen, diametern vilken effekt skyddet ska klara och volymen dess energitålighet.



Svagaste länken räddar resten


Vissa typer av elektronikkomponenter tål betydligt större överspänningar än andra. Rörelektronik är ett exempel. Spänningståligheten är ett av skälen till att många rör fortfarande tillverkas, främst för försvarselektronik.

Även transformatorer är tåliga. Om ett nätaggregat går sönder på grund av en överspänning är det sällan transformatorer eller drosslar som förstörs. Istället är det diodbryggan. Det gäller också för de switchade nätaggregaten.

- Det är den svagaste länken som går sönder, säger Christer Bohlin, som driver Åskskyddskonsult AB i Österbybruk.

- Den delen eller kretsen blir det egentliga skyddet, eftersom den skyddar andra enheter genom att gå sönder först.

- Det är oftast mycket bättre att elektroniken går sönder än att huset börjar brinna. Men man bör förstås sätta målet högre än så.

Ett inledningsskydd kan minska överspänningen till en ofarlig nivå, så att elektronik och andra utrustningar skyddas. Vad som är en ofarlig nivå varierar från fall till fall, och beror helt på vad det är som ska skyddas.

- Man ska läsa databladen till elektroniken noga. Där kan man ofta få ut högst väsentliga upplysningar om spänningståligheten. Man ska ta reda på var överspänningarna kan komma in i elektroniken och var de kan eller måste dämpas. Sen ska man anpassa överspänningsskydden till elektroniken.

Den som tar en genväg, och köper ett färdigt och till synes behändigt överspännings- eller transientskydd, i form av en plastburk att bara stoppa i väggen, riskerar otrevliga och dyra överraskningar.



Installationen glöms bort


Ny elektronik kan på en gång sägas vara både tåligare och mer ömtålig än gammal elektronik.

Sedan början av 1996 måste nästan all kommersiell elektronik uppfylla EUs EMC- direktiv. Det säger att apparaterna inte får orsaka störningar över en viss nivå och att de inte heller ska störas av transienter under vissa gränser. Men samtidigt ställer EMC-direktivet inte några verkliga krav på de större sammanhang som apparaterna ingår i.

Själva installationen, det vill säga faktorer som kabeldragning, ledarlängder, skärmningssystem och jordning ligger till stor del utanför själva elektroniken och därmed EMC-direktivets hårda delar. Och för spänningsskyddet måste elektroniken och installationen betraktas som två delar av samma system. Installationen är den "glömda" delen av elektronikkonstruktionen och ett viktigt skäl till att elektronik störs eller förstörs av överspänningar.

- För att skydda elektronik måste man analysera hela den elektriska miljön kring det som ska skyddas, säger Christer Bohlin på Åskskyddskonsult.

Ola Ivarsson driver konsultföretaget Properel.

- Egentligen är det strukturen i anläggningen som är de viktigaste skyddet, säger han.

- Om man har en bra struktur behövs det nästan inga skydd. Till strukturen hör kabeldragningen och placeringen av apparater och plintar.

Ola Ivarsson fick en gång reda ut ständiga fel hos datorerna i ett nätverk i en skola. Nätverksdatorerna hängde sig ibland flera gånger om dagen. Samma företag, ett välkänt dessutom, hade installerat både elledningarna och datornätverket.

- De hade kontrollmätt både elnätet och nätverket, det senare med en protokollanalysator. De fann inga fel utan skyllde felet på elleverantören.

- Men i skåpet för nätverkselektroniken hade de också monterat dimrarna för korridorbelysningen, och så hade de satt el- och elektronikapparaterna väldigt nära varandra. Dessutom hade de buntat ihop el- och elektronikkablar till ett enda prydligt kabelknippe.

- Det här arrangemanget gjorde att elektroniken i datorerna ständigt slogs ut av högfrekventa överspänningar, som kom in i nätverket via både induktiva och kapacitiva kopplingar. När vi särade på kablarna och flyttade om enheterna i skåpet försvann också driftstörningarna.

Elektronikkonstruktörerna tar ofta hänsyn till problemet genom att till exempel göra ledarna från klockkretsarna så korta som möjligt. Detsamma gäller för signalvägarna för högfrekventa signaler eller signaler med branta flanker. Men, och det är ett viktigt men, det gäller för det mesta bara internt i elektroniken.



Ingångsskydden slits ut


Ett inte särskilt välkänt faktum är att överspänningsskydd som varistorer slits ned med tiden. När varistorn tar upp energi värms materialet upp, och upphettningen vidgar de från början mikroskopiska sprickorna i zinkoxiden. De klarar därför bara av att kapa ett begränsat antal rejäla överspänningar. I högspänningsställverk är det legio att ventilavledarna förses med stöträknare, men för elektronik är det sällan lika välordnat. De varistorer som sitter på ingångarna till elektronikenheter bör man alltså kontrollmäta.

I elektronik som innehåller minnen kan överspänningarna skada både kretsarna och innehållet i minnena. Sådana fel kan vara ytterst lömska. Dels kan de ligga latenta länge innan de upptäcks, dels kan felen skada både komponenter och data.

- Egentligen är det bäst om apparaterna går sönder, för då märker man felet direkt, säger Viktor

Scuka, professor vid Institutionen för Högspänningsforskning i Uppsala.

Common mode-överspänningar (längsöverspänningar) alstrar stora strömmar via kapacitiva kopplingar till chassijord och nätjord. Differential mode- överspänningar (tväröverspänningar) slår sönder isolationen inuti och mellan komponenterna och orsakar strömmar till jord.

Per Stymne

Frilansjournalist



Så stoppas spikarna



• Tänk på installationen redan när du konstruerar: kabeldragning, skärmningssystem och jordning


• Ställ inte el- och elektronikapparater nära varandra, och håll isär sladdarna


• Se upp när du använder färdiga skydd i form av "burkar att plugga i väggen"


• Kontrollmät varistorerna på elektronikingångarna - de slits med antalet stötar


• Läs noga igenom databladen till det du vill skydda



Att läsa


Det finns sparsamt med litteratur på svenska om hur man skyddar elektronik mot överspänningar. Två böcker av svenska författare är


• Störningsfri elektronik av Sten Benda.


• Elektromagnetiska störningar av Håkan Mörk.

Det finns gott om engelskspråkig, framför allt amerikansk litteratur på området. Här är två exempel:


• Introduction to EMC av Clayton R. Paul


• Surges, spikes and overvoltages av Mark Waller