Instrucciones de funcionamiento para pararrayos y protectores contra sobretensiones
Contenido
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2. Comparación entre pararrayos y protectores contra sobretensiones
3. Aplicación y descripción del descargador de línea
IV. Principios de diseño, características y ámbito de aplicación de los protectores contra sobretensiones
Base de referencia y literatura del verbo (abreviatura de verbo)
1 Definición
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Los pararrayos son dispositivos que protegen las subestaciones de las ondas de choque del rayo. Cuando la onda de choque del rayo introducida en la subestación a lo largo de la línea excede el nivel de protección del pararrayos, el pararrayos se descarga primero y la corriente del rayo se introduce de manera segura a la tierra a través de un buen conductor. El dispositivo de puesta a tierra se utiliza para limitar la amplitud de. el voltaje del rayo por debajo del nivel de impacto del rayo del equipo protegido, protegiendo así el equipo eléctrico.
2. Protector contra sobretensiones
También conocido como pararrayos, es un dispositivo que brinda protección de seguridad a diversos equipos de energía, instrumentos, líneas de comunicación, etc. Cuando las líneas eléctricas o de comunicación experimentan repentinamente un pico de corriente o voltaje debido a interferencias externas, el protector contra sobretensiones puede desviar la corriente en muy poco tiempo para evitar daños por sobretensiones a otros equipos en la línea.
Como se puede observar en los datos siguientes, los protectores contra sobretensiones también son un tipo de pararrayos, pero existen grandes diferencias.
2. Comparación entre pararrayos y protectores contra sobretensiones
Los pararrayos se refieren a pararrayos de edificios, que forman una jaula de Faraday con pararrayos y varillas de puesta a tierra para evitar daños a los edificios. El principio básico de un pararrayos es introducir un impulso electromagnético del rayo (LEMP) en el suelo para eliminarlo. Pero, ¿por qué un gran número de edificios y sus equipos siguen sufriendo daños por la caída de rayos después de instalar pararrayos?
En primer lugar, el conductor del pararrayos es una aleación de cobre y hierro, por lo que el rendimiento del conductor es limitado y la velocidad de respuesta es de sólo 200 microsegundos (uS). La velocidad media máxima (energía máxima) de LEMP es de 20 microsegundos (uS), lo que significa que LEMP es más rápido que el pararrayos, de modo que después de que el pararrayos introduce el primer rayo directo en el suelo, a menudo no tiene impacto en el suelo. Segundo y tercer rayo. No hay respuesta, la electricidad se fuga directamente al dispositivo. En otras palabras, el pararrayos tiene poco impacto sobre los rayos secundarios y terciarios.
En segundo lugar, después de que LEMP se transmita a la Tierra, regresará de la Tierra para formar un rayo inducido. Los rayos de inducción filtrarán electricidad a los equipos (cables de red, cables de alimentación, cables de señal, líneas de transmisión, etc.) desde todos los cables que contengan metal. Debido a que el pararrayos es unidireccional, no tiene ningún efecto sobre los rayos de inducción, que dañarán directamente el equipo. Además, a menudo los descargadores no están instalados en la parte conductora.
Nuevamente, sólo el 20% de la sobretensión proviene de circunstancias externas como la caída de un rayo, y el 80% proviene del funcionamiento interno del sistema. Los pararrayos no tienen ningún efecto sobre este 80.
Con base en el análisis, responda la diferencia entre protector contra sobretensiones (SPD) y pararrayos:
1. Diferentes rangos de aplicación (voltaje): Los pararrayos tienen un amplio rango y muchos voltajes. niveles, generalmente desde 0,4 kV de bajo voltaje hasta 500 kV de voltaje ultra alto (consulte el análisis de arriba para obtener más detalles), y SPD generalmente se refiere a protectores de sobretensión utilizados por debajo de 1 kV;
2. Diferentes objetos de protección: los pararrayos protegen. equipos eléctricos, mientras que la protección contra sobretensiones El dispositivo generalmente protege el circuito de señal secundario o el circuito de alimentación de los instrumentos electrónicos.
3. Diferentes niveles de aislamiento o niveles de tensión soportada: Los niveles de tensión soportada de los equipos eléctricos y electrónicos no son del mismo orden de magnitud. La tensión residual del dispositivo de protección contra sobretensión debe coincidir con el nivel de tensión soportada. del objeto protegido.
4. Diferentes ubicaciones de instalación: los pararrayos generalmente se instalan en el sistema primario para evitar la intrusión directa de ondas de rayos y proteger las líneas aéreas y los equipos eléctricos. Los protectores contra sobretensiones SPD se instalan principalmente en el sistema secundario y son rayos; pararrayos Medidas complementarias para eliminar la intrusión directa de las ondas del rayo o cuando los pararrayos no eliminan completamente las ondas del rayo. Por lo tanto, los descargadores se instalan principalmente en la línea entrante. Los SPD se instalan principalmente en las salidas de las terminales o en los bucles de señal.
5. Diferentes capacidades de carga de corriente: la capacidad de carga de corriente relativamente grande de los pararrayos se debe a que su función principal es prevenir la sobretensión de los rayos en los equipos electrónicos, su nivel de aislamiento es mucho menor que el de los equipos eléctricos generales; , por lo que se necesita SPD. Protege contra la sobretensión del rayo y la sobretensión operativa, pero su capacidad actual es generalmente pequeña. (El SPD generalmente está al final y no se conectará directamente a las líneas aéreas. Después de la limitación de corriente de la etapa anterior, la corriente del rayo se limitó a un valor más bajo, por lo que el SPD con pequeña capacidad de corriente puede desempeñar completamente un papel protector Valor actual No es importante, el voltaje residual es importante)
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7. Los protectores contra sobretensiones son adecuados para la protección fina de sistemas de suministro de energía de bajo voltaje, y se pueden seleccionar varias especificaciones correspondientes de acuerdo con diferentes fuentes de alimentación de CA y CC. Protector contra sobretensiones-I Dado que el equipo terminal está lejos del protector contra sobretensiones frontal, es fácil generar sobretensión oscilante o inducir otra sobretensión en esta línea. Protección fina contra sobretensiones adecuada para equipos terminales. Utilizado junto con el protector contra sobretensiones anterior, el efecto de protección es mejor.
8. El material principal de los pararrayos es principalmente óxido de zinc (un tipo de varistor de óxido metálico), mientras que el material principal de los protectores contra sobretensiones varía según el nivel de resistencia a sobretensiones y la protección clasificada (IEC61312), que Tiene un diseño mucho más sofisticado que los descargadores ordinarios.
9. Técnicamente, los pararrayos no pueden alcanzar el nivel de los protectores contra sobretensiones en términos de tiempo de respuesta, efecto limitador de voltaje, efecto de protección integral y características antienvejecimiento.
* * *Mismo punto: ambos pueden prevenir la sobretensión del rayo.
Basado en las razones anteriores, surgió SPD.
El principio del SPD es convertir LEMP en energía térmica para la digestión. Debido a que no es conductor, la velocidad de reacción es muy rápida, que puede ser inferior a nanosegundos, y puede prevenir eficazmente rayos secundarios y terciarios. Los protectores contra sobretensiones se dividen en protectores contra sobretensiones para fuentes de alimentación, protectores contra sobretensiones para instrumentos de precisión y protectores contra sobretensiones para líneas digitales. También son bidireccionales, por lo que pueden prevenir eficazmente los rayos inducidos. Por lo tanto, los estándares IEEE estipulan que al instalar un pararrayos, se debe agregar un SPD para formar un doble seguro contra la caída de rayos.
Además, el SPD puede suprimir eficazmente el 80 % de las sobretensiones internas, algo que los pararrayos no pueden hacer.
En términos generales, un pararrayos es un dispositivo de protección especialmente diseñado para proteger los equipos eléctricos de las ondas de choque del rayo. Un protector contra sobretensiones es un dispositivo de protección más avanzado que un pararrayos. Además de las ondas de choque de los rayos, también pueden debilitar significativamente otros impactos dañinos de las sobretensiones generadas por el propio sistema eléctrico. Cuando se instala un pararrayos en el sistema de línea entrante de alto voltaje (10 KV y superior) del usuario eléctrico, se debe instalar un protector contra sobretensiones con una función de protección más precisa en el sistema de bajo voltaje.
Tres. Aplicación y descripción de los pararrayos
1. Principios básicos de la protección contra rayos de los pararrayos de línea
Cuando una torre es impactada por un rayo, parte de la corriente del rayo fluye hacia la torre adyacente a través del pararrayos, y la otra parte de la corriente del rayo fluye hacia la torre adyacente a través del pararrayos. A través de la torre fluye hacia la tierra. La resistencia del suelo de la torre se presenta como resistencia transitoria, generalmente como resistencia al impacto del suelo.
Cuando un rayo cae sobre una torre, el potencial en la parte superior de la torre aumenta rápidamente y su valor potencial es
ut = iRd L.di/dt(1)
Fórmula media I——Corriente de rayo;
rd——Resistencia a tierra de impacto;
L.di/dt-componente transitorio.
Cuando la diferencia entre el potencial Ut de la parte superior de la torre y el potencial inducido U1 en el conductor excede el voltaje de descarga de la cadena de aisladores 50, se producirá una descarga disruptiva desde la parte superior de la torre hasta el conductor. Es decir, ut-u 1 > u50 si se considera la influencia de la amplitud de tensión de frecuencia de línea Um, entonces ut-u1um > u50; Por lo tanto, el nivel de resistencia al rayo de la línea está relacionado con tres factores importantes, a saber, el voltaje de descarga del 50% del aislador de la línea, la intensidad de la corriente del rayo y la resistencia a tierra de impacto de la torre. En términos generales, el voltaje de descarga del 50% de una línea de transmisión es seguro y la intensidad de la corriente del rayo está relacionada con la ubicación geográfica y las condiciones atmosféricas. Sin instalar pararrayos, el nivel de resistencia a los rayos de las líneas de transmisión a menudo se mejora reduciendo la resistencia a tierra de las torres. En zonas montañosas es muy difícil reducir la resistencia del suelo, por lo que las líneas de transmisión son frecuentemente alcanzadas por rayos.
Después de instalar un pararrayos, cuando la línea de transmisión es alcanzada por un rayo, la derivación de la corriente del rayo cambiará. Parte de la corriente del rayo se transmitirá desde el pararrayos a la torre adyacente, y parte de la corriente del rayo ingresará al suelo a través de la torre. Cuando la corriente del rayo excede un cierto valor, el pararrayos se activará y se unirá a la derivación. La mayor parte de la corriente del rayo fluye desde el pararrayos hacia el conductor y se propaga a las torres adyacentes. Cuando la corriente del rayo fluye a través del pararrayos y el cable, se generarán componentes de acoplamiento en el cable y el pararrayos respectivamente debido a la inducción electromagnética entre los cables. Dado que la derivación del pararrayos es mucho mayor que la corriente del rayo desviada por la línea de protección contra rayos, el efecto de acoplamiento de esta derivación aumentará el potencial del conductor, haciendo que la diferencia de potencial entre el conductor y la parte superior de la torre sea más pequeña que la voltaje de descarga disruptiva de la cadena de aisladores, y el aislador no se producirá descarga disruptiva. Por lo tanto, el descargador de línea tiene un buen efecto de sujeción potencial, que también es una característica obvia del descargador de línea para protección contra rayos.
En el pasado, la protección contra rayos para líneas de transmisión utilizaba principalmente el método de reducir la resistencia del suelo de las torres, lo que era relativamente fácil en zonas planas. Para torres en áreas montañosas, a menudo se usan cables de tierra radiantes largos o pozos profundos en los cuatro pies de la torre para aumentar el área de contacto entre el cable de tierra y el suelo y reducir la resistividad. La resistencia del suelo se reducirá en condiciones de frecuencia eléctrica. Sin embargo, cuando cae un rayo, debido a que el cable de conexión a tierra es demasiado largo, habrá una gran inductancia adicional. El componente transitorio de la sobretensión del rayo, L.di/dt, se agregará al potencial de la torre, aumentando considerablemente el potencial de la torre. potencial en la parte superior de la torre, lo que facilita la generación de una descarga disruptiva entre la torre y la cadena de aisladores reducirá el nivel de resistencia a los rayos de la línea. Dado que el descargador de línea tiene la función de sujetar el potencial, los requisitos de resistencia a tierra no son estrictos, lo que facilita la protección contra rayos para líneas en áreas montañosas.
El uso y función de los pararrayos de 2 líneas
La línea Longbo 1 de 110 kV y la línea Nanhei de 35 kV y la línea Tanxi bajo la jurisdicción de Zibo Electric Power Bureau están ubicadas en zonas montañosas y montañosas. áreas, y han ocurrido con frecuencia a lo largo de los años. Según las estadísticas, la línea Long Bo 1 de 110 kV se instaló entre 1989 y 1999. En 1997, se instalaron 7 conjuntos de líneas ***20 en los números 62 ~ 64 de las líneas 1, 87, 89 y 90 de Long Bo. de la línea Nan Hei y el número 51 de la línea Tam Xie. El método de instalación consiste en colgar 3 grupos de 9 pararrayos en la Línea 1 de Longbo y la Línea Negra Sur respectivamente, y en la Línea Tanxie No. 56540.
3 Selección, instalación y mantenimiento de pararrayos
Los pararrayos de línea están disponibles con o sin espacios en serie. Debido a los diferentes modos de funcionamiento, su diseño estructural es diferente al de los pararrayos de central eléctrica.
Se debe prestar atención a la instalación de pararrayos de línea: (1) Seleccione torres de líneas de transmisión que sean propensas a sufrir rayos y tengan muchos campos minados, y es mejor instalarlas en torres adyacentes al mismo tiempo (; 2) Las líneas dispuestas verticalmente solo pueden equiparse con pararrayos de fase superior e inferior; (3) Al instalar, trate de no utilizar fuerza sobre el pararrayos y mantenga una distancia segura (4) Coloque el cable de conexión a tierra por separado a lo largo de la torre; sección transversal de no menos de 25 mm2 para reducir el impacto de la resistencia a tierra.
Mantenimiento necesario después de la depuración: (1) Mida la resistencia del aislamiento regularmente junto con cortes de energía, y los resultados no deben cambiar significativamente con el tiempo (2) Verifique y registre la acción del contador (3; ) Apriete los sujetadores para evitar que se suelten; (4) Desmonte 4) 5a y mida la corriente de fuga a 1x CC, 1 mA, voltaje de referencia 75.
Cuatro. Principios de diseño, características y ámbito de aplicación de los protectores contra sobretensiones
Principios de diseño
Entre los protectores contra sobretensiones más comunes, existe uno llamado varistor de óxido metálico (MOV), componente para transmitir sobretensión. Como se muestra en la imagen a continuación, el MOV conecta los cables vivos y de tierra entre sí.
MOV consta de tres partes: un material de óxido metálico en el medio y dos semiconductores conectados a la alimentación y a tierra.
Estos semiconductores tienen una resistencia variable que cambia con el voltaje. Cuando el voltaje está por debajo de cierto valor, el movimiento de los electrones en el semiconductor crea una resistencia extremadamente alta. Por el contrario, cuando el voltaje excede este valor específico, el movimiento de los electrones cambia y la resistencia del semiconductor se reduce considerablemente. Si el voltaje es normal, el MOV estará inactivo. Sin embargo, cuando el voltaje es demasiado alto, los MOV pueden conducir grandes cantidades de corriente y eliminar el exceso de voltaje. A medida que el exceso de corriente se desvía a través del MOV a tierra, el voltaje de la línea viva volverá a la normalidad, lo que hará que la resistencia del MOV aumente rápidamente nuevamente.
De esta manera, el MOV transporta solo la sobretensión y permite que la corriente estándar continúe alimentando el equipo conectado al protector contra sobretensiones. Por ejemplo, el MOV actúa como una válvula sensible a la presión que sólo se abre cuando la presión es demasiado alta.
Otro dispositivo de protección contra sobretensiones común es un tubo de descarga de gas. Estos tubos de descarga de gas realizan la misma función que los MOV: desvían el exceso de corriente del cable con corriente al cable de tierra. Esta función se logra utilizando un gas inerte como conductor entre los dos cables. Cuando el voltaje está dentro de un rango determinado, la composición del gas determina que sea un mal conductor. Si el voltaje aumenta y excede este rango, la corriente será lo suficientemente fuerte como para ionizar el gas, lo que hace que el tubo de descarga de gas sea un conductor extremadamente bueno. Conducirá corriente a tierra hasta que el voltaje vuelva a los niveles normales y luego se convertirá en un mal conductor.
Ambos métodos utilizan un diseño de circuito paralelo: el exceso de voltaje fluye de un circuito estándar a otro circuito. Varios productos protectores contra sobretensiones utilizan un diseño de circuito en serie para suprimir las sobretensiones. En lugar de desviar el exceso de corriente a otra línea, reducen la cantidad de corriente que fluye a través del cable activo. Básicamente, estos supresores almacenan energía eléctrica cuando detectan alto voltaje y luego la liberan gradualmente. La empresa que fabrica este protector explica que este método brinda una mejor protección porque responde más rápidamente y no desvía la electricidad al cable de tierra, pero por otro lado, esta derivación puede interferir con el sistema eléctrico del edificio.
Diodo de supresión: El diodo de supresión tiene la función de sujetar y limitar la tensión. Opera en la zona de avería inversa. Debido a su bajo voltaje de sujeción y su rápida respuesta de acción, es particularmente adecuado para ser utilizado como elemento de protección de último nivel en un circuito de protección multinivel. Las características voltamperaje del diodo de supresión en la región de ruptura se pueden expresar mediante la siguiente fórmula: I = CUα, donde α es el coeficiente no lineal, diodo Zener α = 7 ~ 9, diodo de avalancha α = 5 ~ 7.
Los parámetros técnicos del diodo de supresión incluyen principalmente:
El voltaje de ruptura nominal (1) se refiere al voltaje de ruptura bajo la corriente de ruptura inversa especificada (generalmente lma), es decir , el voltaje de ruptura nominal de los diodos Zener generalmente está en el rango de 2,9 V ~ 4,7 V, mientras que el voltaje de ruptura nominal de los diodos de avalancha está generalmente en el rango de 5,6 V ~ 200 V.
(2) Voltaje de sujeción máximo: se refiere al voltaje más alto que aparece en ambos extremos del tubo cuando pasa una gran corriente de una forma de onda específica.
(3) Potencia de pulso: se refiere al producto del voltaje de sujeción máximo en ambos extremos del tubo y la corriente equivalente en el tubo bajo una forma de onda de corriente específica (como 10/1000μs).
(4) Voltaje de desplazamiento inverso: se refiere al voltaje máximo que se puede aplicar a ambos extremos de la tubería en el área de fuga inversa. Bajo este voltaje, la tubería no debe romperse. Este voltaje de desplazamiento inverso debe ser significativamente mayor que el valor máximo del voltaje operativo más alto del sistema electrónico protegido, es decir, el sistema no puede estar en un estado de conducción débil durante el funcionamiento normal.
(5) Corriente de fuga máxima: se refiere a la corriente inversa máxima que fluye en el tubo bajo la acción del voltaje de desplazamiento inverso.
(6)Tiempo de respuesta: 10-11us.
Como componente adicional, algunos protectores contra sobretensiones también vienen con fusibles incorporados. Un fusible es un tipo de resistencia. Cuando la corriente está por debajo de cierto nivel, conduce muy bien la electricidad. Por el contrario, cuando la corriente excede los estándares aceptables, el calor generado por la resistencia funde el fusible, cortando el circuito. Si el MOV no puede suprimir la sobretensión, la corriente excesiva puede quemar el fusible y proteger el equipo conectado. El fusible sólo se puede utilizar una vez y debe sustituirse si se funde.
Los fusibles frontales del SPD deben instalarse según los parámetros del fabricante del descargador.
Si el fabricante no lo especifica, el principio de selección general es:
Basado en (la máxima resistencia del fusible A del protector contra sobretensiones) y (la máxima corriente de alimentación B del conectado línea de distribución), determine (la corriente de corte C del interruptor o fusible).
Método de medición:
Cuándo: B gt; cuando a, c es menor o igual a a.
Cuando: B = A, C es menor que A o C no está instalado.
Cuando: B lt; Cuando a, C es menor que B o C no está instalado.
Algunos protectores contra sobretensiones tienen sistemas de acondicionamiento de línea para filtrar el "ruido de línea" y reducir las fluctuaciones de corriente. La estructura del sistema de este protector contra sobretensiones básico es muy simple. El cable vivo está conectado al tomacorriente múltiple a través de un anillo de estrangulación. Una bobina de choque es simplemente un anillo hecho de material magnético con un cable enrollado alrededor: un electroimán básico. Las fluctuaciones en la corriente que fluye a través de un cable con corriente cargan el electroimán, lo que hace que emita energía electromagnética que anula las pequeñas fluctuaciones de la corriente. Esta corriente "ajustada" es más estable y puede hacer que la corriente de suministro de energía de la computadora (u otro equipo electrónico) sea más suave.
En diseño electrónico, sobretensión se refiere principalmente al fuerte pulso generado en el momento en que se enciende la fuente de alimentación (solo principalmente la fuente de alimentación). Debido a la no linealidad del circuito en sí, puede haber pulsos más altos que la propia fuente de alimentación o se le llama sobretensión porque la fuente de alimentación u otras partes del circuito se ven perturbadas por picos propios o externos; Es muy probable que el circuito se queme en el momento de la sobretensión, como la rotura del condensador de unión PN y la rotura de la resistencia. La protección contra sobretensiones es un circuito de protección diseñado para aprovechar la sensibilidad de los componentes no lineales a las altas frecuencias (sobretensiones). Los más simples y de uso común son los capacitores en paralelo y los inductores en serie.
Clasificación de los protectores contra sobretensiones
Según el principio de funcionamiento:
(1) Tipo de conmutación: Su principio de funcionamiento es presentar alta impedancia cuando no hay corriente instantánea. sobretensión, pero una vez que responde a la sobretensión transitoria del rayo, su impedancia cambia repentinamente a un valor bajo, permitiendo que pase la corriente del rayo. Cuando se utilizan como tales dispositivos, los dispositivos incluyen: espacios de descarga, tubos de descarga de gas, tiristores, etc.
(2) Tipo limitador de voltaje: su principio de funcionamiento es que es de alta impedancia cuando no hay sobrevoltaje instantáneo, pero su impedancia disminuirá a medida que aumentan la sobrecorriente y el voltaje, y sus características voltamperaje. mostrar fuerte no lineal. Los dispositivos utilizados como tales incluyen: óxido de zinc, varistores, diodos de supresión, diodos de avalancha, etc.
(3) Tipo shunt o tipo estrangulador
Tipo paralelo: conectado en paralelo con el equipo protegido, mostrando baja impedancia a los pulsos del rayo y alta impedancia a la frecuencia normal de operación.
Tipo estrangulador: conectado en serie con el equipo protegido, mostrando alta impedancia a los pulsos del rayo y baja impedancia a la frecuencia normal de operación. Los dispositivos utilizados como tales incluyen: bobinas de choque, filtros de paso alto, filtros de paso bajo, cortocircuitos de 1/4 de longitud de onda, etc.
Por finalidad:
(1) Protector de alimentación: protector de alimentación de CA, protector de alimentación de CC, protector de fuente de alimentación conmutada, etc.
(2) Protector de señal: protector de señal de baja frecuencia, protector de señal de alta frecuencia, protector de antena, etc.
Protector contra sobretensiones y su aplicación
1. Sobretensión
Cuando el circuito es alcanzado por un rayo y la carga inductiva o la carga grande se enciende o apaga, tienden a producir una mayor sobretensión operativa. Esta sobretensión (o sobrecorriente) instantánea se llama sobretensión (o sobrecorriente), que es un tipo de interferencia transitoria: por ejemplo, cuando se apaga la bobina del relé DC 6V, aparecerá una sobretensión de 300 V ~ 600 V; Cuando se enciende la lámpara incandescente, habrá una sobrecorriente de 8 a 10 veces la corriente nominal; cuando se conecta una carga capacitiva grande, como un banco de capacitores de compensación, a menudo habrá un gran impacto de sobrecorriente, lo que provocará la pérdida de energía. la tensión de alimentación cae repentinamente sin carga. Cuando se corta el transformador, se producirá una sobretensión operativa de hasta 8 a 10 veces la tensión nominal. Los fenómenos de sobretensión ponen en peligro cada vez más el funcionamiento seguro de los equipos de automatización. La eliminación de la interferencia del ruido de sobretensión y la prevención de daños por sobretensión siempre han sido cuestiones fundamentales relacionadas con el funcionamiento seguro y confiable de los equipos de automatización. Los dispositivos electrónicos modernos están cada vez más integrados, pero su capacidad para soportar sobretensiones está disminuyendo. En la mayoría de los casos, la sobretensión dañará el circuito y sus componentes. El grado de daño está estrechamente relacionado con la intensidad del voltaje del componente y la energía que se puede convertir en el circuito.
Para evitar que las sobretensiones dañen los equipos de automatización sensibles, los conductores con tales sobretensiones deben cortocircuitarse con el sistema de compensación de potencial (conectado a tierra) en un tiempo muy corto. Durante su proceso de descarga, la corriente de descarga puede alcanzar varios miles de amperios. Al mismo tiempo, cuando la corriente de descarga es grande, la gente suele esperar que la unidad de protección limite el voltaje de salida al valor más bajo posible.
Por lo tanto, en el circuito protegido se deben utilizar explosores de aire, descargadores de sobretensión rellenos de gas, varistores, diodos de avalancha, TVS (supresor de tensión transitoria), FLASHTRAB, VALETRAB, SOCKETTRAB, MAINTRAB y otros componentes de forma individual o en forma de circuito combinado, ya que cada componente tiene sus propias características diferentes y diferentes desempeños: capacidad de respuesta de descarga; desempeño de extinción de arco; precisión de limitación de voltaje; De acuerdo con los requisitos de protección contra sobretensiones de diferentes aplicaciones y equipos, se puede combinar un sistema de protección contra sobretensiones que cumpla con los requisitos de la aplicación de acuerdo con las características de varios productos.
2. Amortiguador de sobretensión
El ruido de sobretensión generalmente se suprime mediante amortiguadores de sobretensión. Los absorbedores de sobretensión son los siguientes:
(1) Varistor de óxido de zinc
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El varistor de óxido de zinc es un varistor hecho de óxido de zinc como material principal. Tiene un coeficiente no lineal de alto voltaje, gran capacidad, bajo voltaje residual, pequeña corriente de fuga, sin movimiento libre. Tiene las ventajas de voltamperios simétricos. Características, amplio rango de voltaje, velocidad de respuesta rápida, coeficiente de temperatura de voltaje pequeño, proceso simple y bajo costo. Es un dispositivo de protección contra sobretensiones muy utilizado actualmente. Es adecuado para la absorción de sobretensiones del voltaje de la fuente de alimentación de CA, la absorción de sobretensiones y la extinción de arco entre varias bobinas y contactos, y la protección contra sobretensiones de dispositivos electrónicos de potencia como triodos y tiristores.
(2)El amortiguador de sobretensiones combinado R, C y D
El amortiguador de sobretensiones combinado R, C y D es más adecuado para circuitos de CC y el dispositivo se puede personalizar según las características. del circuito Haz diferentes combinaciones. Como se muestra en la Figura 1(a), es adecuado para sistemas de control de CC de alto nivel, mientras que en la Figura 1(b), se utiliza un diodo Zener o un diodo bidireccional, que es adecuado para circuitos que requieren protección tanto en avance como en avance. direcciones inversas.
Figura 1 Protectores contra sobretensiones R, c y d (a) protección unidireccional (b) protección bidireccional
Figura 2 Características de tiempo de voltaje (corriente) del TVS
(3) Supresor de voltaje transitorio (TVS)
Cuando los dos polos del TVS se someten a un impacto inverso de alta energía, puede cambiar la impedancia entre los dos polos de alta a baja en un velocidad de 10-12 s, absorbiendo hasta La potencia de sobretensión de varios kilovatios fija el potencial de los dos polos en un valor predeterminado, protegiendo eficazmente los componentes del equipo de automatización contra daños por impulsos de sobretensión. TVS tiene las ventajas de un tiempo de respuesta rápido, gran potencia transitoria, baja corriente de fuga, pequeña desviación del voltaje de ruptura, fácil control del voltaje de sujeción, tamaño pequeño, etc., y se usa ampliamente en equipos electrónicos y otros campos.
① Características del televisor
Sus características directas son las mismas que las de los diodos ordinarios y sus características inversas son las típicas de los dispositivos de avalancha de unión PN. La Figura 2 son las curvas de corriente-tiempo y voltaje-tiempo de TVS. Bajo la acción de la sobretensión, la tensión en ambos polos del TVS aumenta desde la tensión nominal de apagado inverso VWM hasta la tensión de ruptura Vbr y se descompone. Con la aparición de la corriente de ruptura, la corriente que fluye a través del TVS alcanzará la corriente de pulso máxima IPP, y el voltaje en ambos extremos se fijará por debajo del voltaje de fijación máximo predeterminado VC. Luego, a medida que la corriente del pulso decae exponencialmente, el voltaje entre los dos polos del TVS también continúa disminuyendo y finalmente regresa al estado inicial. Este es el proceso mediante el cual TVS suprime posibles sobretensiones y protege los componentes electrónicos.
②Comparación entre TVS y varistor
Actualmente, los varistores se utilizan ampliamente en muchos equipos domésticos que requieren protección contra sobretensiones. La comparación de rendimiento entre TVS y varistores se muestra en la Tabla 1:
Tabla 1 Comparación entre TVS y varistores
Parámetro TV varistor
La velocidad de respuesta es 10- 12 chelines 50×10-9 chelines.
¿Está envejeciendo? No, sí.
La temperatura máxima de funcionamiento es 175 ℃ 115 ℃
Polaridad del dispositivo unipolar bipolar unipolar
Corriente de fuga inversa 5 μ a 200 μ a
p>El factor de sujeción VC/VBR no es superior a 1?5, el máximo es 7 ~ 8
Estanqueidad, sellado y transpirabilidad
El precio es más caro y económico.
3. Combinación de sistema integrado de protección contra sobretensiones
3.1 Protección de tres niveles
En el diseño del sistema, la protección contra sobretensiones requerida por el sistema de control automático debe ser integral consideró . Según las características de los dispositivos de control automático, los protectores contra sobretensiones aplicados al sistema se pueden dividir básicamente en tres niveles. Para el equipo de suministro de energía del sistema de control automático, se requieren descargadores de corriente de rayo, descargadores de sobretensión y protectores de equipos terminales. Los circuitos de interfaz de comunicación de datos y la tecnología de medición y control son obviamente mucho más sensibles que los circuitos del sistema de suministro de energía de cada terminal, por lo que los circuitos de interfaz de datos deben protegerse cuidadosamente.
La protección de primer nivel del equipo de suministro de energía del dispositivo de automatización adopta pararrayos contra corrientes de rayo, que se instalan en la entrada del edificio o en la caja de distribución principal. Para garantizar que los equipos posteriores no resistan una tensión residual excesiva, es necesario instalar descargadores de sobretensión como medidas de protección secundaria en las instalaciones de distribución de energía de nivel inferior según la naturaleza del alcance de la protección. El tercer nivel de protección es proteger instrumentos y equipos. El método adoptado es instalar el descargador de sobretensión directamente en el extremo frontal del instrumento. La configuración de protección de tres niveles del sistema de control automático se muestra en la Figura 3. Entre diferentes clases de descargadores se deben respetar longitudes mínimas de conductores. En el sistema de suministro de energía, la distancia entre el pararrayos de corriente de rayo y el pararrayos de sobretensión no debe ser inferior a 10 m, y la distancia entre el pararrayos de sobretensión y el dispositivo de protección del instrumento no debe ser inferior a 5 m (es decir, el protector contra sobretensiones de primer nivel). y el protector contra sobretensiones de segundo nivel). La distancia entre protectores contra sobretensiones debe ser de al menos 10 m, y la distancia entre los protectores contra sobretensiones de nivel 2 y los protectores contra sobretensiones de nivel 3 debe ser de al menos 5 m).
3.2 Dispositivo de protección de tres niveles
(1) El descargador de sobretensión relleno de gas inerte es un protector contra sobretensiones de primer nivel ampliamente utilizado en sistemas de control automático. El descargador de sobretensión lleno de gas inerte puede descargar corriente transitoria dentro de 20 kA (8/20 μs) o 2,5 kA (10/350 μs). El tiempo de respuesta de los pararrayos de gas es del orden de nanosegundos y se utiliza ampliamente en el campo de las comunicaciones remotas. La desventaja de este dispositivo es que su característica de disparo depende del tiempo, de modo que la variación instantánea de su tiempo de subida corta la curva característica de disparo en un rango casi paralelo al eje del tiempo. Por lo tanto, el nivel de protección estará cerca del voltaje nominal del pararrayos de gas. En particular, las variables transitorias rápidas cruzan la curva de activación en un punto de funcionamiento diez veces la tensión nominal del pararrayos de gas, es decir, si la tensión nominal mínima del pararrayos de gas es de 90 V, la tensión residual en la línea puede llegar a 900 V. Otra desventaja es la posibilidad de un flujo de corriente posterior. Cuando se activa el pararrayos de gas, especialmente en circuitos con baja impedancia y voltaje superior a 24 V, ocurrirá la siguiente situación: originalmente se esperaba que el estado de cortocircuito se mantuviera durante unos pocos ms, pero el pararrayos de gas continuará manteniéndolo, y Las consecuencias pueden ser: El descargador explota en una fracción de segundo. Por lo tanto, se debe conectar un fusible en serie con un circuito de protección contra sobretensiones utilizando un descargador de gas para interrumpir rápidamente la corriente en el circuito.
Figura 3 Diagrama de distribución de dispositivos de descarga
(2) Los varistores se utilizan ampliamente como dispositivos de protección secundaria en sistemas porque tienen un rendimiento más rápido en el rango de tiempo ns y no lo harán. causar problemas actuales posteriores. En el circuito de protección de equipos de medición y control, el varistor se puede utilizar como dispositivo de protección intermedio con una corriente de descarga de 2,5 kA ~ 5 kA (8/20 μ s). Las desventajas del varistor son el envejecimiento y la gran capacitancia. El envejecimiento se refiere a P? Parte n, en condiciones normales de sobrecarga, P? La unión n provocará un cortocircuito, por lo que su corriente de fuga aumentará; su valor depende de la frecuencia de la carga. Su aplicación en circuitos de medición sensibles provocará distorsión de la medición y el dispositivo generará calor fácilmente. Debido a la gran capacitancia del varistor, en muchas situaciones no se puede utilizar en líneas de transmisión de información de alta frecuencia. Estos condensadores formarán un enlace de paso bajo con la inductancia del conductor, suprimiendo gravemente la señal. Pero en el rango de frecuencia inferior a 30 kHz, este efecto de amortiguación puede ignorarse.
(3) Los diodos de supresión se utilizan generalmente en circuitos electrónicos de alta sensibilidad. Su tiempo de respuesta puede alcanzar el nivel ps y el límite de voltaje del dispositivo puede alcanzar 1,8 veces el voltaje nominal. Sus principales desventajas son la débil capacidad de carga de corriente y la alta capacitancia. La capacitancia de un dispositivo varía con el voltaje nominal del dispositivo, es decir, cuanto menor sea el voltaje nominal del dispositivo, mayor será la capacitancia. Esta capacitancia también forma un enlace de paso bajo con la inductancia en el cable de conexión, amortiguando la transmisión de datos en un grado relacionado con la frecuencia de la señal en el circuito.
Referencias y literatura verbal (abreviatura de verbo)
1. C 61643-12: 2002 Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) Parte 12: Conectados a sistemas de energía de bajo voltaje Protectores contra sobretensiones - Principios de selección y aplicación.
2.IDT 羳C 61643-1:1998: Protectores contra sobretensiones para sistemas de distribución de baja tensión Parte 1: Requisitos de rendimiento y métodos de prueba.
3. "Código de diseño de protección contra rayos de edificios" (GB50057-94) Anuncio No. 24 sobre la revisión parcial de los estándares de construcción de ingeniería.
4 Orden No. 3 de la Administración Meteorológica de China "Rayos". Métodos de gestión de protección y reducción de desastres》
Cao Yuan, ingeniero jefe de Beijing Demani Mechanical and Electrical Technology Co., Ltd.