Principio de protección contra sobretensiones para fuentes de alimentación conmutadas
El dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD), también conocido como protector contra sobretensiones, es un dispositivo de protección no lineal que se utiliza para limitar la sobretensión transitoria y guiar la corriente de sobretensión de descarga en sistemas activos, y se utiliza para proteger aparatos eléctricos con niveles bajos de tensión soportada o sistemas electrónicos. protegido contra impactos de rayos y pulsos electromagnéticos de rayos o daños por sobretensión de funcionamiento. En los últimos años, los sistemas de información electrónica (como la televisión, el teléfono, la comunicación, la red informática, etc.) se han desarrollado rápidamente y han surgido y se han vuelto populares una gran cantidad de dispositivos de información electrónica. Dichos sistemas y equipos suelen ser costosos e importantes, y su voltaje de trabajo y nivel de voltaje soportado son muy bajos, por lo que son extremadamente vulnerables a los pulsos electromagnéticos de los rayos. Por lo tanto, se requiere SPD para la protección de voltaje.
Debido a los diferentes estándares seguidos por varios países, las especificaciones del producto no están unificadas y la identificación de parámetros también tiene su propio énfasis, que es muy inferior a otras especificaciones de productos eléctricos, lo que genera grandes inconvenientes para el diseño y la selección. En el diseño de ingeniería, las marcas comunes se pueden dividir en productos nacionales, productos europeos y productos estadounidenses según el lugar de origen. Los ajustes de parámetros de los productos domésticos son caóticos, con varias especificaciones y alta presión residual. Algunas de las configuraciones del modelo de los productos estandarizados imitan los productos europeos y algunas siguen los parámetros de calibración nacionales. La mayoría de los productos están marcados con In e Imax. Dado que los productos domésticos tienen requisitos relativamente bajos para los sitios de aplicación, bajos grados de construcción y grandes valores de voltaje soportado por equipos, algunos requisitos de parámetros pueden relajarse adecuadamente.
Los productos europeos generalmente marcan la corriente de descarga máxima, y el modelo del producto también se establece de acuerdo con este parámetro. Por ejemplo, XXX65 y XXX40 de una famosa marca europea, los valores 65 y 40 son Imax. Sin embargo, el estándar chino estipula claramente que la corriente de descarga nominal In debe usarse para la selección del tipo, lo cual es una situación embarazosa que se encuentra actualmente en el diseño de ingeniería. Después de verificar la información del producto, el valor In de XX65 no supera los 20 kA y el valor In de XX40 no supera los 15 kA. De acuerdo con el valor recomendado de GB50343, estos dos productos solo se pueden usar para la protección de tercer nivel de la terminal del equipo, pero en el diseño real, se instalan en el primer y segundo nivel, lo que obviamente es inconsistente con los parámetros de selección. del estándar nacional, y el voltaje residual más alto, los modelos ordinarios generalmente superan los 1200 V, una vez que el entorno de cableado no es bueno, es fácil superar el valor de voltaje de resistencia del equipo. En general, el valor Uc de los productos europeos es pequeño y el voltaje de línea se marca de manera oportunista, por lo que es fácil confundirse al seleccionar un modelo.
Cómo funcionan los SPD
El protector contra sobretensiones es adecuado para la protección de fuentes de alimentación de bajo voltaje de 220/380 V. Es un componente no lineal. Según la norma IEC, el protector contra sobretensiones es un dispositivo que suprime principalmente la sobretensión y sobrecorriente de la línea conducida. El protector contra sobretensiones juega un papel protector. El requisito básico es que debe resistir la corriente del rayo que se espera que pase, y a través del voltaje de sujeción máximo de la sobretensión, puede extinguir efectivamente el flujo continuo de frecuencia industrial generado después de que pasa la corriente del rayo, y evitar la descarga instantánea. sobretensión en la línea de alimentación y la línea de transmisión de señal. El sobrevoltaje está limitado dentro del rango de voltaje que el equipo o sistema puede soportar, o la fuerte corriente del rayo se filtra a tierra para proteger el equipo o sistema protegido de daños debido a un impacto.
El tipo y la estructura de los protectores contra sobretensiones varían según los diferentes propósitos, pero se incluye al menos un elemento limitador de voltaje no lineal. Los protectores contra sobretensiones de uso común incluyen MOV (varistor de óxido de metal) y tubos de descarga de gas. Las subidas de tensión contienen mucha energía y no se pueden detener. Por esta razón, la estrategia para proteger equipos eléctricos sensibles de daños por sobrevoltajes eléctricos es desviar el sobrevoltaje del equipo hacia la tierra.
El protector contra sobretensiones MOV consta de tres partes: el medio es un material de óxido de metal y dos semiconductores están conectados a la alimentación y tierra. Cuando ocurre una sobretensión, el MOV actúa de inmediato y el tiempo de respuesta es de 1 a 3 nanosegundos. La "V" en el MOV es un reóstato. En el momento de la respuesta, la resistencia del MOV cae del valor máximo a casi cero ohmios, y la sobrecorriente fluye a tierra a través del MOV. El equipo eléctrico protegido continúa funcionando bajo un voltaje de trabajo normal. Sus elementos semiconductores tienen la propiedad de cambiar la resistencia a medida que cambia el voltaje. Cuando el voltaje está por debajo de cierto valor, el movimiento de electrones en el semiconductor crea una alta resistencia. Por el contrario, cuando el voltaje excede ese valor específico, el movimiento de los electrones cambia y la resistencia del semiconductor disminuye cerca de cero ohmios. El voltaje es normal y el protector contra sobretensiones MOV está inactivo, lo que no afecta la línea de alimentación.
Indicadores de los pros y los contras del protector contra sobretensiones MOV: (1) Tensión de sujeción: Indica el valor de tensión que hará que el MOV se conecte a tierra. Cuanto menor sea el voltaje de sujeción, mejor será el rendimiento de protección. (2) Capacidad de absorción/disipación de energía: este valor nominal indica cuánta energía puede absorber el protector contra sobretensiones antes de quemarse, en julios. Cuanto mayor sea el valor, mejor será el rendimiento de la protección. (3) Tiempo de respuesta: los protectores contra sobretensiones no se desconectan inmediatamente, tienen un ligero retraso en responder a la sobretensión.
Otro dispositivo común de protección contra sobretensiones es un tubo de descarga de gas. Estos tubos de descarga de gas hacen lo mismo que los MOV, mueven el exceso de corriente de vivo a tierra usando un gas inerte como conductor entre los dos cables. Cuando el voltaje está en un cierto rango, la composición del gas determina que sea un mal conductor. Si el voltaje supera este rango, la corriente será lo suficientemente fuerte como para ionizar el gas, haciendo que el tubo de descarga de gas sea un muy buen conductor. Conduce la corriente a tierra hasta que el voltaje vuelve a los niveles normales, luego vuelve a ser un mal conductor.
(1) SPD de línea de alimentación
Dado que la energía de los rayos es muy grande, es necesario liberar la energía de los rayos al suelo paso a paso a través del método de descarga jerárquica. En la zona de no protección contra rayos directos (LPZ0A) o en la unión de la zona de protección contra rayos directos (LPZ0B) y la primera zona de protección (LPZ1), instale un protector contra sobretensiones o un protector contra sobretensiones limitador de voltaje que ha pasado la prueba de clasificación de Clase I como el primero El primer nivel de protección es descargar la corriente directa del rayo, o cuando la línea de transmisión de energía es golpeada directamente por un rayo, descargará la enorme energía conducida. Instale un protector contra sobretensiones limitador de voltaje en la unión de cada división (incluida el área LPZ1) después de la primera zona de protección, como segundo, tercer o mayor nivel de protección. El protector de segundo nivel es un dispositivo de protección de la tensión residual del protector de nivel anterior y el impacto del rayo inducido en la zona. Cuando ocurre una gran absorción de energía del impacto de un rayo en el nivel frontal, todavía hay una parte que es bastante grande para el equipo o el protector de tercer nivel. La energía será transmitida y necesita ser absorbida por el protector de segundo nivel. Al mismo tiempo, la línea de transmisión que pasa por el dispositivo de protección contra rayos de primer nivel también inducirá la radiación de pulsos electromagnéticos de rayos. Cuando la línea es lo suficientemente larga, la energía del rayo inducido se vuelve lo suficientemente grande, lo que requiere un protector de segundo nivel para descargar aún más la energía del rayo. El protector de tercer nivel protege la energía residual del rayo que pasa por el protector de segundo nivel. Según el nivel de tensión soportada del equipo protegido, si la protección contra rayos de dos niveles puede limitar la tensión por debajo del nivel de tensión soportada del equipo, solo se requieren dos niveles de protección; si el nivel de tensión soportada del equipo es bajo, cuatro niveles o incluso más niveles de protección.
Línea de señal SPD
Con la amplia aplicación de los sistemas de información, debido a la gran cantidad de líneas de red y al bajo nivel de voltaje soportado de los equipos electrónicos, los rayos son cada vez más dañinos para los sistemas de información. El daño de los rayos al sistema de información es causado principalmente por el pulso electromagnético del rayo, incluida la onda de sobretensión del rayo conducida a lo largo de la línea, el contraataque de alto potencial generado por la corriente del rayo en el cable de tierra, la inducción electrostática y la inducción electromagnética del rayo. campo electromagnetico. Las medidas de protección para pulsos electromagnéticos incluyen interceptación, derivación, conexión equipotencial, blindaje, conexión a tierra y cableado razonable. La instalación de SPD en la línea de señal es una medida importante para que el sistema de información evite los pulsos electromagnéticos. Puede desempeñar simultáneamente el papel de intercepción, derivación y conexión equipotencial. El SPD de la línea de señal debe conectarse al puerto de señal del equipo protegido. Su terminal de salida está conectado al puerto del equipo protegido, que se puede dividir en conexión en serie y conexión en paralelo, y generalmente se instala en serie en la línea de señal. Por lo tanto, al seleccionar un SPD de señal, se debe seleccionar un SPD con una pérdida de inserción más pequeña.
