Principiul protecției la supratensiune
Dispozitiv de protecție la supratensiune (SPD), cunoscut și sub numele de Surge Protector, este un dispozitiv de protecție neliniar utilizat în sistemele sub tensiune pentru a limita supratensiunea tranzitorie și pentru a ghida curentul de supratensiune de descărcare. Este utilizat pentru a proteja sistemele electrice sau electronice cu niveluri de rezistență la tensiune scăzută împotriva loviturilor de trăsnet, a impulsurilor electromagnetice sau a daunelor de supratensiune operațională. În ultimii ani, sistemele electronice de informare (cum ar fi televiziunea, telefonul, comunicațiile, rețelele de calculatoare etc.) s-au dezvoltat rapid, iar un număr mare de dispozitive electronice de informare au apărut și s-au popularizat. Aceste tipuri de sisteme și echipamente sunt adesea costisitoare și importante, cu tensiune de funcționare scăzută și niveluri de tensiune rezistente, făcându-le foarte susceptibile la impulsurile electromagnetice ale fulgerului. Prin urmare, SPD ar trebui utilizat pentru protecția la supratensiune.
Datorită standardelor diferite urmate de diferite țări, specificațiile produselor nu sunt unificate, iar identificarea parametrilor are, de asemenea, un accent propriu, care este cu mult inferioară specificațiilor altor produse electrice, ceea ce aduce un mare inconvenient pentru proiectare și selecție. În proiectarea inginerească, mărcile comune pot fi împărțite în principal în produse autohtone, produse europene și produse americane în funcție de locul lor de origine. Setările parametrilor produselor casnice sunt haotice, cu specificații diverse și tensiune reziduală ridicată. Unele dintre modelele de produse standardizate sunt setate să imite produsele europene, în timp ce altele urmează parametrii standard naționali. Majoritatea produselor sunt etichetate cu In și Imax. Datorită cerințelor scăzute ale produselor de uz casnic pentru locurile de aplicare, nivelurilor scăzute ale clădirii și valorilor ridicate ale tensiunii de rezistență a echipamentelor, anumite cerințe privind parametrii pot fi relaxate în mod corespunzător.
Produsele europene sunt, în general, etichetate cu curentul maxim de descărcare, iar modelul produsului este, de asemenea, setat pe baza acestui parametru. De exemplu, o marcă europeană binecunoscută XXX65 și XXX40, unde valorile 65 și 40 sunt Imax. Cu toate acestea, standardele chineze prevăd în mod clar că curentul nominal de descărcare In ar trebui utilizat pentru selecție, ceea ce este o situație incomodă întâlnită în proiectarea inginerească în prezent. După verificarea informațiilor despre produs, valoarea In de XX65 nu depășește 20kA, iar valoarea In de XX40 nu depășește 15kA. Dacă sunt respectate valorile recomandate ale GB50343, aceste două produse pot fi utilizate doar pentru protecție pe trei niveluri la capătul echipamentului. Cu toate acestea, în designul propriu-zis, acestea sunt instalate pe primul și al doilea nivel, ceea ce este în mod clar incompatibil cu parametrii de selecție ai standardelor naționale, iar tensiunea reziduală este ridicată. Modelele obișnuite depășesc în general 1200V. Odată ce mediul de cablare nu este bun, este ușor să depășiți valoarea tensiunii de rezistență a echipamentului. În general, produsele europene au o valoare Uc relativ mică și sunt oportuniste în etichetarea tensiunii de linie, ceea ce face mai ușor să induceți în eroare la selectarea modelelor.
Principiul de funcționare al SPD
Protectorul de supratensiune este potrivit pentru protecția sursei de alimentare de joasă tensiune 220/380V și este o componentă neliniară. Conform standardelor IEC, protectorul de supratensiune este un dispozitiv utilizat în principal pentru a suprima supratensiunea și supracurentul liniei de transport. Cerința de bază pentru ca un protector de supratensiune să joace un rol de protecție este să reziste la curentul de fulger așteptat și să stingă în mod eficient curentul continuu de frecvență de putere generat după curgerea fulgerului prin tensiunea maximă de fixare a supratensiunii. Limitează supratensiunea instantanee care intră în linia de alimentare sau linia de transmisie a semnalului la intervalul de tensiune pe care echipamentul sau sistemul îl poate rezista sau eliberează un curent puternic de trăsnet în pământ pentru a proteja echipamentul sau sistemul protejat de daune cauzate de impact.
Tipurile și structurile de protecție împotriva supratensiunii variază în funcție de diferitele lor utilizări, dar conțin cel puțin un element de limitare a tensiunii neliniare. Protectoarele de supratensiune utilizate în mod obișnuit includ MOV-uri (MetalOxideVaristors) și tuburi cu descărcare de gaz. Tensiunile electrice conțin energie puternică și nu pot fi oprite. Din acest motiv, strategia de a proteja echipamentele electrice sensibile de daune cauzate de supratensiune este de a devia supratensiunea de la echipament și apoi curge în pământ.
Protectorul de supratensiune MOV este format din trei părți: un material de oxid de metal în mijloc, conectat prin doi semiconductori la sursa de alimentare și la firul de împământare. Când apare o creștere, MOV-ul acționează imediat cu un timp de răspuns de 1-3 nanosecunde. „V” din MOV este un reostat. În momentul răspunsului, rezistența MOV scade de la valoarea sa maximă la aproape zero ohmi și supracurent curge în pământ prin MOV. Echipamentul electric protejat continuă să funcționeze la tensiune normală de funcționare. Componentele sale semiconductoare au proprietatea de a modifica rezistența odată cu schimbările de tensiune. Când tensiunea scade sub o anumită valoare, mișcarea electronilor într-un semiconductor generează rezistență ridicată. Dimpotrivă, atunci când tensiunea depășește această valoare specifică, mișcarea electronilor se va modifica, iar rezistența semiconductoarelor va scădea la aproape zero ohmi. Tensiunea este normală, iar protectorul de supratensiune MOV este inactiv pe lateral, fără a afecta linia de alimentare.
Indicatorii pentru avantajele și dezavantajele dispozitivelor de protecție la supratensiune (MOV) sunt: (1) Tensiunea de prindere: reprezintă valoarea tensiunii care va determina conectarea MOV-urilor la firul de masă. Cu cât tensiunea de prindere este mai mică, cu atât performanța de protecție este mai bună. (2) Capacitatea de absorbție/disipare a energiei: Această valoare nominală reprezintă câtă energie poate absorbi dispozitivul de protecție la supratensiune înainte de a fi ars, în jouli. Cu cât valoarea este mai mare, cu atât performanța de protecție este mai bună. (3) Timp de răspuns: dispozitivele de protecție la supratensiune nu se deconectează imediat și va exista o ușoară întârziere în răspunsul lor la supratensiuni.
Un alt dispozitiv obișnuit de protecție la supratensiune este un tub de descărcare de gaz. Aceste tuburi cu descărcare în gaz au aceeași funcție ca și MOV-urile, deplasând curentul în exces de la firul sub tensiune la firul de masă și realizând această funcție prin utilizarea gazului inert ca conductor între cele două fire. Când tensiunea se află într-un interval specific, compoziția gazului determină că acesta este un conductor slab. Dacă tensiunea crește și depășește acest interval, puterea curentului va fi suficientă pentru a ioniza gazul, făcând tubul de descărcare în gaz un conductor foarte bun. Acesta va conduce curentul la firul de împământare până când tensiunea revine la niveluri normale și apoi va deveni un conductor defect
