En los últimos años, con el avance de la ciencia y la tecnología, la nación tecnológica de los electrodomésticos y la mejora de los requisitos de energía para los equipos electrónicos, hay una gran cantidad de circuitos integrados a gran escala o a gran escala que son muy sensibles a la sobretensión dentro de dichos equipos electrónicos, por lo que La pérdida causada por el voltaje está aumentando. Ante esta situación, el "Código para el diseño de protección contra rayos de edificios" GB50057-94 (edición 2000) ha añadido el Capítulo VI - Protección contra rayos Pulso electromagnético. De acuerdo con este requisito, algunos fabricantes también han introducido productos de protección contra sobretensiones relacionados, que a menudo llamamos protectores contra sobretensiones. Es esencial establecer un sistema de unión equipotencial completo para proteger los sistemas eléctricos y electrónicos, incluidos todos los conductores activos en la zona de protección de compatibilidad electromagnética. Las características físicas de los componentes de descarga en diferentes dispositivos de protección contra sobretensiones tienen ventajas y desventajas en aplicaciones prácticas, por lo que los circuitos de protección que utilizan múltiples partes se utilizan más ampliamente.
Sin embargo, puede cumplir con todos los requisitos técnicos del pararrayos que puede conducir una corriente de pulso de 10/350μs con el nivel técnico contemporáneo, el protector contra sobretensiones enchufable para la distribución de energía secundaria, el dispositivo de protección de energía eléctrica y el filtro de potencia. Por lo tanto, la línea de productos es escasa. Además, esta gama de productos debe incluir descargadores para todos los circuitos, es decir, además de fuentes de alimentación, para medición, control, circuitos de regulación técnica, circuitos de transmisión de procesamiento electrónico de datos y comunicación inalámbrica y por cable, para que los clientes puedan usarlos.
Se ofrece una breve introducción a varios productos de protección contra sobretensiones de uso común y un breve análisis de sus características y ocasiones aplicables.
1 Sistema de unión equipotencial
El principio básico de la protección contra sobretensiones es que la sobretensión transitoria ocurre en el instante (nivel de microsegundos o nanosegundos). Se debe lograr un equipotencial entre todas las partes metálicas en el área protegida. "Equipotencial es el uso de cables de conexión o protectores de sobretensión para conectar dispositivos de protección contra rayos, estructuras metálicas de edificios, conductores externos, dispositivos eléctricos y de telecomunicaciones, etc., en el espacio donde se requiere protección contra rayos". ( "Especificaciones para el diseño de protección contra rayos de edificios") (GB50057-94). "El propósito de la unión equipotencial es reducir la diferencia de potencial entre las partes metálicas y los sistemas en espacios que requieren protección contra rayos" (IEC13123.4). El "Código de diseño de protección contra rayos para edificios" (GB50057-94) estipula: "Artículo 3.1.2 Para edificios equipados con dispositivos de protección contra rayos, cuando los dispositivos de protección contra rayos no puedan aislarse de otras instalaciones y personas en el edificio, deben adoptar una unión equipotencial". Al establecer esta red de unión equipotencial, se debe tener cuidado de mantener la distancia más corta entre el equipo eléctrico y electrónico que debe intercambiar información y los cables de conexión entre la cinta de unión equipotencial.
Según el teorema de inducción, cuanto mayor es la inductancia, mayor es el voltaje generado por la corriente transitoria en el circuito; (U=L·di/dt> La inductancia está relacionada principalmente con la longitud del cable y tiene poco que ver con la sección transversal del cable. Por lo tanto, debe mantenerse el cable de tierra lo más corto posible. Además, la conexión paralela de varios cables puede reducir significativamente la inductancia del sistema de compensación potencial. Para poner estos dos en práctica, es teóricamente posible conectar todos los circuitos que deben conectarse al dispositivo de unión equipotencial. Está conectado a la misma placa metálica que el equipo. Según el concepto de la placa de metal, la estructura de línea, estrella o malla se puede utilizar cuando se adapta el sistema de unión equipotencial. En principio, solo se debe usar la equipotencialidad de la malla al diseñar un nuevo sistema de enlace de equipo.
2 Conecte las líneas de alimentación al sistema de unión equipotencial
El llamado voltaje transitorio o corriente transitoria significa que su tiempo de existencia es de solo microsegundos o nanosegundos. El principio básico de la protección contra sobretensiones es establecer un equipotencial entre todas las partes conductoras en el área protegida durante un breve período cuando existe la sobretensión transitoria. Tales elementos conductores también incluyen líneas eléctricas en circuitos eléctricos. Por lo tanto, se necesitan componentes que respondan más rápido que los microsegundos, especialmente para descargas electrostáticas.
A más rápido que nanosegundos. Tales elementos son capaces de entregar poderosas corrientes de hasta varias veces diez mil amperios en breves intervalos de tiempo. Los vientos de hasta 50kA se calculan a pulsos de 10/350μS en condiciones esperadas de rayos. A través de un dispositivo de unión equipotencial completo, se puede formar rápidamente una isla equipotencial, y la diferencia de potencial de esta isla equipotencial a una distancia puede incluso ser tan alta como cientos de miles de voltios. Sin embargo, lo esencial es que en el área a proteger, se pueda considerar que todas las partes conductoras tienen potenciales casi iguales o iguales sin diferencias de potencial significativas.
3 Instalación y función del protector contra sobretensiones
Los componentes eléctricos de protección contra sobretensiones se dividen en blandos y complejos en términos de características de respuesta. Los elementos de descarga con características de respuesta dura incluyen tubos de descarga de gas y descargadores de espacio de descarga, ya sean espacios de chispa angulares basados en tecnología de corte de arco o espacios de chispa de descarga coaxial. Los elementos de descarga pertenecientes a las características de respuesta suave incluyen varistores y diodos supresores. (Nuestro protector contra sobretensiones es una respuesta débil). La diferencia entre estos componentes es la capacidad de descarga, las características de respuesta y el voltaje residual. Dado que estos componentes tienen ventajas y desventajas, las personas los combinan en circuitos de protección especiales para promover fortalezas y evitar debilidades. Los protectores contra sobretensiones comúnmente utilizados en edificios civiles son principalmente los arrestadores de tipo hueco descargados y los arrestadores de tipo varistor.
Las corrientes de rayos y las corrientes posteriores a los rayos requieren descargadores extremadamente fuertes. Para conducir la corriente de rayo a través del sistema de unión equipotencial en el dispositivo de puesta a tierra, se recomienda utilizar pararrayos actuales con espacios de chispa angular de acuerdo con la técnica de corte de arco. Solo él puede conducir una corriente de pulso de 10/350μs superior a 50kA y realizar la extinción automática del arco. El voltaje nominal de esta aplicación de producto puede alcanzar los 400V. Además, este protector no hará que un fusible clasificado en 125A se funda cuando la corriente de cortocircuito vaya a 4kA.
Debido a su buen rendimiento, las características de trabajo ininterrumpido de los instrumentos y equipos instalados en el área protegida se mejoran enormemente. Sin embargo, debe señalarse que no solo se puede procesar la corriente con alta amplitud, sino que, lo que es más importante, la forma de pulso de la corriente juega un papel decisivo. Ambos deben considerarse simultáneamente. Por lo tanto, aunque el espacio de chispa angular también puede conducir corrientes de hasta 100kA, su forma de pulso es más corta (8/80μs). Tales pulsos son pulsos de corriente de impulso, que hasta octubre de 1992 fueron la base de diseño para el desarrollo de pararrayos actuales.
Aunque el pararrayos tiene una buena capacidad de descarga, siempre tiene sus defectos: su voltaje residual es tan alto como 2.5 ~ 3.5kV. Por lo tanto, cuando el pararrayos se instala en su conjunto, debe usarse en combinación con otros arrestadores.
Dichos productos incluyen principalmente Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B de la compañía Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350μs, 50kA/ fase), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/fase); Alemania PHOENIX ángulo spark gap: FLT60-400 (10/350μs, fase 60kA), FLT25-400 (10/350μs, fase 25kA); Protector contra sobretensiones PRF1 de Schneider; Serie VBF de MOELLER.
Los varistores funcionan como muchos diodos supresores bidireccionales en serie y paralelos y funcionan como resistencias dependientes del voltaje. Cuando el voltaje excede el voltaje especificado, el varistor puede conducir electricidad; Cuando el voltaje es más bajo que el voltaje especificado, el varistor no conduce electricidad. De esta manera, el varistor puede desempeñar un papel limitador de voltaje perfecto. Los varistores funcionan extremadamente rápido, con tiempos de respuesta en el rango bajo de nanosegundos.
El varistor comúnmente utilizado en la fuente de alimentación puede conducir corriente con un límite de pulso de 40kA8 / 20us, por lo que es muy adecuado para el descargador de segunda etapa de la fuente de alimentación. Pero no es ideal como un apagavientos de corriente. Se registra en el documento IEC1024-1 del Comité Internacional de Tecnología Electrónica que la cantidad de carga a procesar es de 10/350μs, lo que equivale a 20 veces la cantidad de carga en el caso de un pulso de 8/20μs.
( 10/350) μs=20xQ(8/20) μs
Se puede ver en esta fórmula que es esencial no solo prestar atención a la amplitud de la corriente de descarga, sino también prestar atención a la forma del pulso. La desventaja del varistor es que es fácil de envejecer y tiene una alta capacitancia. Además, el elemento de diodo se descompone. Dado que, en la mayoría de los casos, se produce un cortocircuito cuando la unión PN está sobrecargada, dependiendo de la frecuencia con la que se cargue, el varistor comienza a extraer corrientes de fuga que pueden causar errores en los circuitos de prueba insensibles a los datos de medición. Al mismo tiempo, especialmente a voltajes de alta calificación, generará un calor intenso en el curso.
La alta capacitancia del varistor hace que sea imposible de usar en líneas de transmisión de señal en muchos casos. La capacitancia y la inductancia del cable forman un circuito de paso bajo que atenúa significativamente la señal. Pero la atenuación por debajo de unos 30 kHz es insignificante. Dichos productos incluyen principalmente Limitor V de ABB, Limited VTS, Limitor VE, Limitor VETS, LimitorGE-S; Protectores contra sobretensiones reemplazables de la serie PRD de Schneider; los productos de las series VR7 y VS7 de MOELLER; DEHNguard385 de Alemania DEHN (8/20μs, fase 40kA), DEHNguard275 (8/20μs, fase 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, fase 40kA), VAL-ME400ST/FM (8/20μs, 40kA/fase) de PHOENIX, Alemania; Ma Shen DB30-4A/B (8/20μs, 30kA/fase), DB40-4A/B (8/20μs, fase 40kA).
4 Instale un protector contra sobretensiones de acuerdo con el esquema de protección contra sobretensiones
Un conjunto (tipo de montaje en carril, tipo de toma de corriente, adaptador) que contiene un solo elemento de protección o un circuito de protección combinado integrado de acuerdo con las condiciones técnicas de instalación se denomina descargador.
La protección contra sobretensiones en casi todos los casos debe dividirse en al menos dos niveles. Por ejemplo, cada protector que contiene solo un nivel de seguridad se puede instalar en diferentes ubicaciones de la fuente de alimentación. El mismo protector también puede tener múltiples niveles de protección. Para lograr una protección adecuada contra sobretensiones, las personas deberán proteger el rango de diferentes divisiones de compatibilidad electromagnética, este rango de protección, incluso desde la zona de protección contra rayos 0 zona de protección contra sobretensiones 1 a 3, hasta que la zona de protección contra voltaje de interferencia tenga un número de serie más alto. Las zonas de protección de compatibilidad electromagnética 0 a 3 están configuradas para evitar daños en el equipo debido al acoplamiento de alta energía. La protección de compatibilidad electromagnética con un número de serie más alto está configurada para evitar la distorsión y pérdida de información. Cuanto mayor sea el número de zona de protección, menor será la energía de perturbación esperada y el nivel de voltaje de perturbación. El equipo eléctrico y electrónico que necesita protección se instala en un anillo de protección muy eficaz. Dicho anillo de protección puede ser para una sola pieza de equipo electrónico, un espacio con múltiples tipos de equipos electrónicos o incluso un edificio entero que pasa por allí. Los cables que generalmente tienen un anillo protector blindado en el espacio están conectados al protector de protección de voltaje al mismo tiempo que el equipo periférico del círculo protector.
Sin embargo, puede cumplir con todos los requisitos técnicos del pararrayos que puede conducir una corriente de pulso de 10/350μs con el nivel técnico contemporáneo, el protector contra sobretensiones enchufable para la distribución de energía secundaria, el dispositivo de protección de energía eléctrica y el filtro de potencia. Por lo tanto, la línea de productos es escasa. Además, esta gama de productos debe incluir descargadores para todos los circuitos, es decir, además de fuentes de alimentación, para medición, control, circuitos de regulación técnica, circuitos de transmisión de procesamiento electrónico de datos y comunicación inalámbrica y por cable, para que los clientes puedan usarlos.
Se ofrece una breve introducción a varios productos de protección contra sobretensiones de uso común y un breve análisis de sus características y ocasiones aplicables.
1 Sistema de unión equipotencial
El principio básico de la protección contra sobretensiones es que la sobretensión transitoria ocurre en el instante (nivel de microsegundos o nanosegundos). Se debe lograr un equipotencial entre todas las partes metálicas en el área protegida. "Equipotencial es el uso de cables de conexión o protectores de sobretensión para conectar dispositivos de protección contra rayos, estructuras metálicas de edificios, conductores externos, dispositivos eléctricos y de telecomunicaciones, etc., en el espacio donde se requiere protección contra rayos". ( "Especificaciones para el diseño de protección contra rayos de edificios") (GB50057-94). "El propósito de la unión equipotencial es reducir la diferencia de potencial entre las partes metálicas y los sistemas en espacios que requieren protección contra rayos" (IEC13123.4). El "Código de diseño de protección contra rayos para edificios" (GB50057-94) estipula: "Artículo 3.1.2 Para edificios equipados con dispositivos de protección contra rayos, cuando los dispositivos de protección contra rayos no puedan aislarse de otras instalaciones y personas en el edificio, deben adoptar una unión equipotencial". Al establecer esta red de unión equipotencial, se debe tener cuidado de mantener la distancia más corta entre el equipo eléctrico y electrónico que debe intercambiar información y los cables de conexión entre la cinta de unión equipotencial.
Según el teorema de inducción, cuanto mayor es la inductancia, mayor es el voltaje generado por la corriente transitoria en el circuito; (U=L·di/dt> La inductancia está relacionada principalmente con la longitud del cable y tiene poco que ver con la sección transversal del cable. Por lo tanto, debe mantenerse el cable de tierra lo más corto posible. Además, la conexión paralela de varios cables puede reducir significativamente la inductancia del sistema de compensación potencial. Para poner estos dos en práctica, es teóricamente posible conectar todos los circuitos que deben conectarse al dispositivo de unión equipotencial. Está conectado a la misma placa metálica que el equipo. Según el concepto de la placa de metal, la estructura de línea, estrella o malla se puede utilizar cuando se adapta el sistema de unión equipotencial. En principio, solo se debe usar la equipotencialidad de la malla al diseñar un nuevo sistema de enlace de equipo.
2 Conecte las líneas de alimentación al sistema de unión equipotencial
El llamado voltaje transitorio o corriente transitoria significa que su tiempo de existencia es de solo microsegundos o nanosegundos. El principio básico de la protección contra sobretensiones es establecer un equipotencial entre todas las partes conductoras en el área protegida durante un breve período cuando existe la sobretensión transitoria. Tales elementos conductores también incluyen líneas eléctricas en circuitos eléctricos. Por lo tanto, se necesitan componentes que respondan más rápido que los microsegundos, especialmente para descargas electrostáticas.
A más rápido que nanosegundos. Tales elementos son capaces de entregar poderosas corrientes de hasta varias veces diez mil amperios en breves intervalos de tiempo. Los vientos de hasta 50kA se calculan a pulsos de 10/350μS en condiciones esperadas de rayos. A través de un dispositivo de unión equipotencial completo, se puede formar rápidamente una isla equipotencial, y la diferencia de potencial de esta isla equipotencial a una distancia puede incluso ser tan alta como cientos de miles de voltios. Sin embargo, lo esencial es que en el área a proteger, se pueda considerar que todas las partes conductoras tienen potenciales casi iguales o iguales sin diferencias de potencial significativas.
3 Instalación y función del protector contra sobretensiones
Los componentes eléctricos de protección contra sobretensiones se dividen en blandos y complejos en términos de características de respuesta. Los elementos de descarga con características de respuesta dura incluyen tubos de descarga de gas y descargadores de espacio de descarga, ya sean espacios de chispa angulares basados en tecnología de corte de arco o espacios de chispa de descarga coaxial. Los elementos de descarga pertenecientes a las características de respuesta suave incluyen varistores y diodos supresores. (Nuestro protector contra sobretensiones es una respuesta débil). La diferencia entre estos componentes es la capacidad de descarga, las características de respuesta y el voltaje residual. Dado que estos componentes tienen ventajas y desventajas, las personas los combinan en circuitos de protección especiales para promover fortalezas y evitar debilidades. Los protectores contra sobretensiones comúnmente utilizados en edificios civiles son principalmente los arrestadores de tipo hueco descargados y los arrestadores de tipo varistor.
Las corrientes de rayos y las corrientes posteriores a los rayos requieren descargadores extremadamente fuertes. Para conducir la corriente de rayo a través del sistema de unión equipotencial en el dispositivo de puesta a tierra, se recomienda utilizar pararrayos actuales con espacios de chispa angular de acuerdo con la técnica de corte de arco. Solo él puede conducir una corriente de pulso de 10/350μs superior a 50kA y realizar la extinción automática del arco. El voltaje nominal de esta aplicación de producto puede alcanzar los 400V. Además, este protector no hará que un fusible clasificado en 125A se funda cuando la corriente de cortocircuito vaya a 4kA.
Debido a su buen rendimiento, las características de trabajo ininterrumpido de los instrumentos y equipos instalados en el área protegida se mejoran enormemente. Sin embargo, debe señalarse que no solo se puede procesar la corriente con alta amplitud, sino que, lo que es más importante, la forma de pulso de la corriente juega un papel decisivo. Ambos deben considerarse simultáneamente. Por lo tanto, aunque el espacio de chispa angular también puede conducir corrientes de hasta 100kA, su forma de pulso es más corta (8/80μs). Tales pulsos son pulsos de corriente de impulso, que hasta octubre de 1992 fueron la base de diseño para el desarrollo de pararrayos actuales.
Aunque el pararrayos tiene una buena capacidad de descarga, siempre tiene sus defectos: su voltaje residual es tan alto como 2.5 ~ 3.5kV. Por lo tanto, cuando el pararrayos se instala en su conjunto, debe usarse en combinación con otros arrestadores.
Dichos productos incluyen principalmente Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B de la compañía Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350μs, 50kA/ fase), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/fase); Alemania PHOENIX ángulo spark gap: FLT60-400 (10/350μs, fase 60kA), FLT25-400 (10/350μs, fase 25kA); Protector contra sobretensiones PRF1 de Schneider; Serie VBF de MOELLER.
Los varistores funcionan como muchos diodos supresores bidireccionales en serie y paralelos y funcionan como resistencias dependientes del voltaje. Cuando el voltaje excede el voltaje especificado, el varistor puede conducir electricidad; Cuando el voltaje es más bajo que el voltaje especificado, el varistor no conduce electricidad. De esta manera, el varistor puede desempeñar un papel limitador de voltaje perfecto. Los varistores funcionan extremadamente rápido, con tiempos de respuesta en el rango bajo de nanosegundos.
El varistor comúnmente utilizado en la fuente de alimentación puede conducir corriente con un límite de pulso de 40kA8 / 20us, por lo que es muy adecuado para el descargador de segunda etapa de la fuente de alimentación. Pero no es ideal como un apagavientos de corriente. Se registra en el documento IEC1024-1 del Comité Internacional de Tecnología Electrónica que la cantidad de carga a procesar es de 10/350μs, lo que equivale a 20 veces la cantidad de carga en el caso de un pulso de 8/20μs.
( 10/350) μs=20xQ(8/20) μs
Se puede ver en esta fórmula que es esencial no solo prestar atención a la amplitud de la corriente de descarga, sino también prestar atención a la forma del pulso. La desventaja del varistor es que es fácil de envejecer y tiene una alta capacitancia. Además, el elemento de diodo se descompone. Dado que, en la mayoría de los casos, se produce un cortocircuito cuando la unión PN está sobrecargada, dependiendo de la frecuencia con la que se cargue, el varistor comienza a extraer corrientes de fuga que pueden causar errores en los circuitos de prueba insensibles a los datos de medición. Al mismo tiempo, especialmente a voltajes de alta calificación, generará un calor intenso en el curso.
La alta capacitancia del varistor hace que sea imposible de usar en líneas de transmisión de señal en muchos casos. La capacitancia y la inductancia del cable forman un circuito de paso bajo que atenúa significativamente la señal. Pero la atenuación por debajo de unos 30 kHz es insignificante. Dichos productos incluyen principalmente Limitor V de ABB, Limited VTS, Limitor VE, Limitor VETS, LimitorGE-S; Protectores contra sobretensiones reemplazables de la serie PRD de Schneider; los productos de las series VR7 y VS7 de MOELLER; DEHNguard385 de Alemania DEHN (8/20μs, fase 40kA), DEHNguard275 (8/20μs, fase 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, fase 40kA), VAL-ME400ST/FM (8/20μs, 40kA/fase) de PHOENIX, Alemania; Ma Shen DB30-4A/B (8/20μs, 30kA/fase), DB40-4A/B (8/20μs, fase 40kA).
4 Instale un protector contra sobretensiones de acuerdo con el esquema de protección contra sobretensiones
Un conjunto (tipo de montaje en carril, tipo de toma de corriente, adaptador) que contiene un solo elemento de protección o un circuito de protección combinado integrado de acuerdo con las condiciones técnicas de instalación se denomina descargador.
La protección contra sobretensiones en casi todos los casos debe dividirse en al menos dos niveles. Por ejemplo, cada protector que contiene solo un nivel de seguridad se puede instalar en diferentes ubicaciones de la fuente de alimentación. El mismo protector también puede tener múltiples niveles de protección. Para lograr una protección adecuada contra sobretensiones, las personas deberán proteger el rango de diferentes divisiones de compatibilidad electromagnética, este rango de protección, incluso desde la zona de protección contra rayos 0 zona de protección contra sobretensiones 1 a 3, hasta que la zona de protección contra voltaje de interferencia tenga un número de serie más alto. Las zonas de protección de compatibilidad electromagnética 0 a 3 están configuradas para evitar daños en el equipo debido al acoplamiento de alta energía. La protección de compatibilidad electromagnética con un número de serie más alto está configurada para evitar la distorsión y pérdida de información. Cuanto mayor sea el número de zona de protección, menor será la energía de perturbación esperada y el nivel de voltaje de perturbación. El equipo eléctrico y electrónico que necesita protección se instala en un anillo de protección muy eficaz. Dicho anillo de protección puede ser para una sola pieza de equipo electrónico, un espacio con múltiples tipos de equipos electrónicos o incluso un edificio entero que pasa por allí. Los cables que generalmente tienen un anillo protector blindado en el espacio están conectados al protector de protección de voltaje al mismo tiempo que el equipo periférico del círculo protector.