¿Cómo me protejo contra las sobrecargas de voltaje de los sensores?

Una solución típica y simple es un diodo schottky (baja caída de voltaje directo) desde su línea de señal a + 5V (ánodo a señal, cátodo a + 5V) limitará los picos de voltaje a unos 100mV por encima de + 5V.
De manera similar, un diodo a tierra (cátodo para señalizar, ánodo a tierra) puede evitar oscilaciones negativas.

Para algo como un CT que es capaz de grandes picos de voltaje, un TVS (supresor de voltaje transitorio) en su lugar o como así como los diodos pueden ser una buena idea también.

Sugeriría un búfer (por ejemplo, opamp sin inversión, ganancia de unidad) entre su salida de CT y ADC. Esto agregaría una etapa de protección antes de su ADC. Puede usar los diodos en sus entradas para protegerlo, y si lo alimenta desde + 5V, se garantiza que no oscilará más de lo que el ADC puede manejar. También puede agregar algunos toques de ganancia (por ejemplo, 1,5,10, etc.) para cambiar entre diferentes rangos de corriente, de esta manera podrá usar mejor el rango completo del ADC. Por ejemplo, su señal de 680 mV solo usa (0.68 V / 5 V) * 100 = 13.6% del rango de ADC. Para un ADC de 8 bits, esto equivale a ~ 35 de 256, 680mV / 35 = 19mV por paso de ADC (por ejemplo, 00000001 = 19mV, 00000010 = 38mV, etc.). Si tuviera un toque de ganancia de 5 (por ejemplo, 0,68 V * 5 = 3,4 V), sería más como 4 mV por paso.

@Oli Glaser hizo un buen trabajo cubriendo cómo protegerse de los picos del sensor. En primer lugar, abordaré por qué están allí:

El filamento utilizado en las bombillas incandescentes tiene un coeficiente de temperatura positivo . Esto significa que a medida que aumenta la temperatura del filamento, también aumenta su resistencia.

Por lo tanto, para una bombilla, la resistencia del filamento debe elegirse de modo que la energía se disipe en el filamento en el vataje deseado cuando esté a la temperatura de funcionamiento . Como tal, la resistencia de la bombilla será mucho más baja cuando el filamento esté frío.

Por lo tanto, inmediatamente después de la conexión, la bombilla extraerá un lote más actual que lo normal, hasta que el filamento se haya calentado hasta el punto en que la energía que fluye hacia el filamento se corresponde con la energía del filamento Se está disipando (como la luz y el calor).
Cualquier calentamiento adicional produce menos energía, lo que hace que el filamento se enfríe, lo que produce más calor, etc. El sistema alcanza el equilibrio.

De Wikipedia en bombillas :

  

La resistencia real del filamento depende de la temperatura. La resistencia al frío de las lámparas de filamento de tungsteno es aproximadamente 1/15 de la resistencia al filamento caliente cuando la lámpara está funcionando. Por ejemplo, una lámpara de 100 vatios y 120 voltios tiene una resistencia de 144 ohmios cuando está encendida, pero la resistencia al frío es mucho menor (aproximadamente 9,5 ohmios). [...] Para una lámpara de servicio general de 100 vatios y 120 voltios, la corriente se estabiliza en aproximadamente 0,10 segundos, y la lámpara alcanza el 90% de su brillo total después de aproximadamente 0,13 segundos.