Principio de protección contra sobretensiones
El dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD), también conocido como protector contra sobretensiones, es un dispositivo de protección no lineal que se utiliza en sistemas activos para limitar la sobretensión transitoria y guiar la sobretensión de descarga. Se utiliza para proteger sistemas eléctricos o electrónicos con niveles de resistencia de bajo voltaje contra rayos, pulsos electromagnéticos o daños por sobrevoltaje operativo. En los últimos años, los sistemas de información electrónica (como la televisión, el teléfono, las comunicaciones, las redes informáticas, etc.) se han desarrollado rápidamente y han surgido y popularizado una gran cantidad de dispositivos de información electrónica. Estos tipos de sistemas y equipos suelen ser costosos e importantes, con bajos niveles de voltaje operativo y voltaje soportado, lo que los hace altamente susceptibles a los pulsos electromagnéticos de los rayos. Por lo tanto, se debe utilizar SPD para protección contra sobretensiones.
Debido a los diferentes estándares seguidos por los diferentes países, las especificaciones de los productos 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 trae grandes inconvenientes para el diseño y la selección. En diseño de ingeniería, las marcas comunes se pueden dividir principalmente en productos nacionales, productos europeos y productos estadounidenses según su lugar de origen. La configuración de parámetros de los productos domésticos es caótica, con especificaciones diversas y alto voltaje residual. Algunos de los modelos de productos estandarizados están configurados para imitar productos europeos, mientras que otros siguen parámetros estándar nacionales. La mayoría de los productos están etiquetados con In e Imax. Debido a los bajos requisitos de los productos domésticos para los lugares de aplicación, los bajos niveles de construcción y los altos valores de tensión soportada del equipo, algunos requisitos de parámetros se pueden relajar adecuadamente.
Los productos europeos generalmente están etiquetados con la corriente de descarga máxima y el modelo del producto también se establece en función de este parámetro. Por ejemplo, una conocida marca europea XXX65 y XXX40, donde los valores de 65 y 40 son Imax. Sin embargo, las normas chinas estipulan claramente que se debe utilizar la corriente de descarga nominal In para la selección, lo cual es una situación incómoda que se encuentra actualmente en el diseño de ingeniería. Después de verificar la información del producto, el valor In de XX65 no excede los 20 kA y el valor In de XX40 no excede los 15 kA. Si se siguen los valores recomendados de GB50343, estos dos productos solo se pueden utilizar para protección de tres niveles al final del equipo. Sin embargo, en el diseño real, se instalan en el primer y segundo nivel, lo que es claramente inconsistente con los parámetros de selección de las normas nacionales, y el voltaje residual es alto. Los modelos ordinarios generalmente superan los 1200V. Una vez que el entorno del cableado no es bueno, es fácil exceder el valor de voltaje soportado del equipo. Generalmente, los productos europeos tienen un valor Uc relativamente pequeño y son oportunistas al etiquetar el voltaje de la línea, lo que hace que sea más fácil engañar al seleccionar modelos.
El principio de funcionamiento del SPD
El protector contra sobretensiones es adecuado para la protección de fuentes de alimentación de bajo voltaje de 220/380 V y es un componente no lineal. Según las normas IEC, el protector contra sobretensiones es un dispositivo que se utiliza principalmente para suprimir la sobretensión y la sobrecorriente de la línea de transmisión. El requisito básico para que un protector contra sobretensiones desempeñe una función protectora es resistir la corriente esperada del rayo y extinguir efectivamente la corriente continua de frecuencia industrial generada después del flujo del rayo a través del voltaje de sujeción máximo de la sobretensión. Limita la sobretensión instantánea que ingresa a la línea eléctrica o línea de transmisión de señales al rango de voltaje que el equipo o sistema puede soportar, o descarga una fuerte corriente de rayo al suelo para proteger el equipo o sistema protegido del daño causado por el impacto.
Los tipos y estructuras de protectores contra sobretensiones varían según sus diferentes usos, pero contienen al menos un elemento limitador de tensión no lineal. Los protectores contra sobretensiones de uso común incluyen MOV (MetalOxideVaristores) y tubos de descarga de gas. Las sobretensiones eléctricas contienen una energía poderosa y no se pueden detener. Por esta razón, la estrategia para proteger los equipos eléctricos sensibles contra daños por sobretensión es desviar la sobretensión del equipo y luego fluir hacia el suelo.
El protector contra sobretensiones MOV consta de tres partes: un material de óxido metálico en el medio, conectado mediante dos semiconductores a la fuente de alimentación y al cable de tierra. Cuando se produce una sobretensión, el MOV actúa inmediatamente con un tiempo de respuesta de 1-3 nanosegundos. La "V" en MOV es un reóstato. En el momento de la respuesta, la resistencia del MOV cae desde su valor máximo a casi cero ohmios y la sobrecorriente fluye hacia el suelo a través del MOV. El equipo eléctrico protegido continúa funcionando con el voltaje de funcionamiento normal. Sus componentes semiconductores tienen la propiedad de cambiar la resistencia con los cambios de voltaje. Cuando el voltaje cae por debajo de un valor específico, el movimiento de los electrones en un semiconductor genera una alta resistencia. Por el contrario, cuando el voltaje excede este valor específico, el movimiento de los electrones cambiará y la resistencia del semiconductor disminuirá a casi cero ohmios. El voltaje es normal y el protector contra sobretensiones MOV está inactivo en el costado, sin afectar la línea eléctrica.
Los indicadores de las ventajas y desventajas de los dispositivos de protección contra sobretensiones (MOV) son: (1) Tensión de sujeción: representa el valor de voltaje que hará que los MOV se conecten al cable de tierra. Cuanto menor sea el voltaje de sujeción, mejor será el rendimiento de la protección. (2) Capacidad de absorción/disipación de energía: Este valor nominal representa 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 y habrá un ligero retraso en su respuesta a las sobretensiones.
Otro dispositivo de protección contra sobretensiones común es un tubo de descarga de gas. Estos tubos de descarga de gas tienen la misma función que los MOV: mueven el exceso de corriente desde el cable vivo al cable de tierra y logran esta función utilizando gas inerte como conductor entre los dos cables. Cuando el voltaje está dentro de un rango específico, la composición del gas determina que sea un mal conductor. Si el voltaje aumenta y excede este rango, la intensidad de la corriente será suficiente para ionizar el gas, lo que convierte al tubo de descarga de gas en un muy buen conductor. Conducirá corriente al cable de tierra hasta que el voltaje vuelva a los niveles normales y luego se convertirá en un conductor defectuoso.
