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 ultra 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 Edificios de Protección contra el Rayo" GB50057-94 (Edición 2000) ha añadido el Capítulo VI - Pulso Electromagnético de Protección contra el Rayo. 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 completo de conexión equipotencial 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 10/350 μs 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 energía. 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 las fuentes de alimentación, para circuitos de medición, control, 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 se produce 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 edificios de protección contra rayos") (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 el Rayo para Edificios" (GB50057-94) estipula: "Artículo 3.1.2 Para los edificios equipados con dispositivos de protección contra el rayo, cuando los dispositivos de protección contra el rayo no puedan aislarse de otras instalaciones y personas en el edificio, deben adoptarse la unión equipotencial". Al establecer esta red de conexión equipotencial, se debe tener cuidado de mantener la distancia más corta entre los equipos eléctricos y electrónicos que deben intercambiar información y los cables de conexión entre la correa de conexión equipotencial.
Según el teorema de inducción, cuanto mayor sea la inductancia, mayor será 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 alambre. Por lo tanto, se debe mantener el cable de tierra lo más corto posible. Además, la conexión en paralelo de varios cables puede reducir significativamente la inductancia del sistema de compensación de potencial. Para poner en práctica estos dos, es teóricamente posible conectar todos los circuitos que deben estar conectados al dispositivo de enlace equipotencial. Está conectado a la misma placa metálica que el equipo. Basado en 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 utilizar la equipotencialidad de la malla al diseñar un nuevo sistema de enlace de equipos.
2 Conecte las líneas de alimentación al sistema de conexión 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. Dichos elementos conductores también incluyen líneas eléctricas en circuitos eléctricos. Por lo tanto, se necesitan componentes que respondan más rápido que los microsegundos, especialmente para la descarga electrostática.
A más rápido que nanosegundos. Tales elementos son capaces de entregar corrientes poderosas hasta varias veces diez mil amperios en breves intervalos de tiempo. Los vientos de hasta 50 kA se calculan a pulsos de 10/350 μS en condiciones esperadas de caída de rayos. A través de un dispositivo de enlace equipotencial completo, se puede formar rápidamente una isla equipotencial, y la diferencia de potencial de esta isla equipotencial a una distancia puede ser incluso 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 sea espacios de chispa angulares basados en la tecnología de corte de arco o espacios de chispa de descarga coaxial. Los elementos de descarga que pertenecen 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 las fortalezas y evitar debilidades. Los protectores contra sobretensiones comúnmente utilizados en edificios civiles son principalmente descargados y descargados tipo varistor.
Las corrientes de rayo y las corrientes posteriores a los rayos requieren descargadores extremadamente fuertes. Para conducir la corriente del rayo a través del sistema de conexión equipotencial hacia el dispositivo de puesta a tierra, se recomienda utilizar pararrayos de corriente con espacios de chispa angulares de acuerdo con la técnica de corte por arco. Solo él puede conducir una corriente de pulso de 10/350 μs superior a 50 kA y realizar la extinción automática del arco. El voltaje nominal de esta aplicación de producto puede alcanzar los 400 V. Además, este pararrayos no hará que un fusible de 125 A se funda cuando la corriente de cortocircuito sea de 4 kA.
Debido a su buen rendimiento, las características de funcionamiento ininterrumpido de los instrumentos y equipos instalados en el área protegida mejoran considerablemente. 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. Ambas deben considerarse simultáneamente. Por lo tanto, aunque el espacio de chispa angular también puede conducir corrientes de hasta 100 kA, su forma de pulso es más corta (8/80 μs). Dichos pulsos son pulsos de corriente de impulso, que hasta octubre de 1992 fueron la base de diseño para el desarrollo de los pararrayos actuales.
Aunque el pararrayos tiene una buena capacidad de descarga, siempre tiene sus deficiencias: 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 pararrayos.
Dichos productos incluyen principalmente Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B de la compañía Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350 μs, 50 kA/fase), DEHNport255 (10/350 μs, 75 kA/fase); Brecha de chispa de ángulo PHOENIX de Alemania: FLT60-400 (10/350μs, fase de 60kA), FLT25-400 (10/350μs, fase de 25kA); Protector contra sobretensiones PRF1 de Schneider; Serie VBF de MOELLER.
Los varistores funcionan como muchos diodos supresores bidireccionales en serie y en paralelo y funcionan como resistencias dependientes del voltaje. Cuando el voltaje excede el voltaje especificado, el varistor puede conducir electricidad; Cuando el voltaje es menor que el voltaje especificado, el varistor no conduce la electricidad. De esta manera, el varistor puede desempeñar un papel perfecto de limitación de voltaje. Los varistores funcionan extremadamente rápido, con tiempos de respuesta en el rango de nanosegundos bajos.
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 la descarga de la segunda etapa de la fuente de alimentación. Pero no es ideal como pararrayos de corriente. En el documento IEC1024-1 del Comité Internacional de Tecnología Electrónica se registra 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 del 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 nominales altos, generará un calor intenso en el curso.
La alta capacitancia del varistor hace que sea imposible su uso 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, Limited VTS, Limitor VE, Limitor VETS, LimitorGE-S de ABB; 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 de 40kA), DEHNguard275 (8/20μs, fase de 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, fase de 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, 40kA fase).
4 Instale un protector contra sobretensiones de acuerdo con el esquema de protección contra sobretensiones
Un conjunto (tipo de montaje en riel, 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 descarga.
La protección contra sobretensiones en casi todos los casos debe dividirse en al menos dos niveles. Por ejemplo, cada pararrayos que contiene solo un nivel de seguridad se puede instalar en diferentes ubicaciones de la fuente de alimentación. El mismo pararrayos también puede tener varios niveles de protección. Para lograr una protección adecuada contra sobretensiones, las personas deberán proteger la gama de diferentes divisiones de compatibilidad electromagnética, este rango de protección, que incluye desde la zona de protección contra rayos 0 zona de protección contra sobretensiones 1 a 3, hasta que la zona de protección de 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. Los equipos eléctricos y electrónicos que necesitan protección se instalan en un anillo de protección muy eficaz. Un anillo de protección de este tipo puede ser para una sola pieza de equipo electrónico, un espacio con varios tipos de equipos electrónicos o incluso el paso de un edificio completo. Los cables que generalmente tienen un anillo protector blindado por espacio están conectados al pararrayos 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 10/350 μs 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 energía. 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 las fuentes de alimentación, para circuitos de medición, control, 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 se produce 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 edificios de protección contra rayos") (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 el Rayo para Edificios" (GB50057-94) estipula: "Artículo 3.1.2 Para los edificios equipados con dispositivos de protección contra el rayo, cuando los dispositivos de protección contra el rayo no puedan aislarse de otras instalaciones y personas en el edificio, deben adoptarse la unión equipotencial". Al establecer esta red de conexión equipotencial, se debe tener cuidado de mantener la distancia más corta entre los equipos eléctricos y electrónicos que deben intercambiar información y los cables de conexión entre la correa de conexión equipotencial.
Según el teorema de inducción, cuanto mayor sea la inductancia, mayor será 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 alambre. Por lo tanto, se debe mantener el cable de tierra lo más corto posible. Además, la conexión en paralelo de varios cables puede reducir significativamente la inductancia del sistema de compensación de potencial. Para poner en práctica estos dos, es teóricamente posible conectar todos los circuitos que deben estar conectados al dispositivo de enlace equipotencial. Está conectado a la misma placa metálica que el equipo. Basado en 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 utilizar la equipotencialidad de la malla al diseñar un nuevo sistema de enlace de equipos.
2 Conecte las líneas de alimentación al sistema de conexión 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. Dichos elementos conductores también incluyen líneas eléctricas en circuitos eléctricos. Por lo tanto, se necesitan componentes que respondan más rápido que los microsegundos, especialmente para la descarga electrostática.
A más rápido que nanosegundos. Tales elementos son capaces de entregar corrientes poderosas hasta varias veces diez mil amperios en breves intervalos de tiempo. Los vientos de hasta 50 kA se calculan a pulsos de 10/350 μS en condiciones esperadas de caída de rayos. A través de un dispositivo de enlace equipotencial completo, se puede formar rápidamente una isla equipotencial, y la diferencia de potencial de esta isla equipotencial a una distancia puede ser incluso 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 sea espacios de chispa angulares basados en la tecnología de corte de arco o espacios de chispa de descarga coaxial. Los elementos de descarga que pertenecen 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 las fortalezas y evitar debilidades. Los protectores contra sobretensiones comúnmente utilizados en edificios civiles son principalmente descargados y descargados tipo varistor.
Las corrientes de rayo y las corrientes posteriores a los rayos requieren descargadores extremadamente fuertes. Para conducir la corriente del rayo a través del sistema de conexión equipotencial hacia el dispositivo de puesta a tierra, se recomienda utilizar pararrayos de corriente con espacios de chispa angulares de acuerdo con la técnica de corte por arco. Solo él puede conducir una corriente de pulso de 10/350 μs superior a 50 kA y realizar la extinción automática del arco. El voltaje nominal de esta aplicación de producto puede alcanzar los 400 V. Además, este pararrayos no hará que un fusible de 125 A se funda cuando la corriente de cortocircuito sea de 4 kA.
Debido a su buen rendimiento, las características de funcionamiento ininterrumpido de los instrumentos y equipos instalados en el área protegida mejoran considerablemente. 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. Ambas deben considerarse simultáneamente. Por lo tanto, aunque el espacio de chispa angular también puede conducir corrientes de hasta 100 kA, su forma de pulso es más corta (8/80 μs). Dichos pulsos son pulsos de corriente de impulso, que hasta octubre de 1992 fueron la base de diseño para el desarrollo de los pararrayos actuales.
Aunque el pararrayos tiene una buena capacidad de descarga, siempre tiene sus deficiencias: 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 pararrayos.
Dichos productos incluyen principalmente Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B de la compañía Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350 μs, 50 kA/fase), DEHNport255 (10/350 μs, 75 kA/fase); Brecha de chispa de ángulo PHOENIX de Alemania: FLT60-400 (10/350μs, fase de 60kA), FLT25-400 (10/350μs, fase de 25kA); Protector contra sobretensiones PRF1 de Schneider; Serie VBF de MOELLER.
Los varistores funcionan como muchos diodos supresores bidireccionales en serie y en paralelo y funcionan como resistencias dependientes del voltaje. Cuando el voltaje excede el voltaje especificado, el varistor puede conducir electricidad; Cuando el voltaje es menor que el voltaje especificado, el varistor no conduce la electricidad. De esta manera, el varistor puede desempeñar un papel perfecto de limitación de voltaje. Los varistores funcionan extremadamente rápido, con tiempos de respuesta en el rango de nanosegundos bajos.
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 la descarga de la segunda etapa de la fuente de alimentación. Pero no es ideal como pararrayos de corriente. En el documento IEC1024-1 del Comité Internacional de Tecnología Electrónica se registra 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 del 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 nominales altos, generará un calor intenso en el curso.
La alta capacitancia del varistor hace que sea imposible su uso 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, Limited VTS, Limitor VE, Limitor VETS, LimitorGE-S de ABB; 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 de 40kA), DEHNguard275 (8/20μs, fase de 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, fase de 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, 40kA fase).
4 Instale un protector contra sobretensiones de acuerdo con el esquema de protección contra sobretensiones
Un conjunto (tipo de montaje en riel, 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 descarga.
La protección contra sobretensiones en casi todos los casos debe dividirse en al menos dos niveles. Por ejemplo, cada pararrayos que contiene solo un nivel de seguridad se puede instalar en diferentes ubicaciones de la fuente de alimentación. El mismo pararrayos también puede tener varios niveles de protección. Para lograr una protección adecuada contra sobretensiones, las personas deberán proteger la gama de diferentes divisiones de compatibilidad electromagnética, este rango de protección, que incluye desde la zona de protección contra rayos 0 zona de protección contra sobretensiones 1 a 3, hasta que la zona de protección de 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. Los equipos eléctricos y electrónicos que necesitan protección se instalan en un anillo de protección muy eficaz. Un anillo de protección de este tipo puede ser para una sola pieza de equipo electrónico, un espacio con varios tipos de equipos electrónicos o incluso el paso de un edificio completo. Los cables que generalmente tienen un anillo protector blindado por espacio están conectados al pararrayos de protección de voltaje al mismo tiempo que el equipo periférico del círculo protector.