Què passa dins d'un protector contra sobretensions durant un impacte de llamp?
Què passa dins d'un dispositiu de protecció contra els surts durant un impacte de llamp?
Durant un impacte de llamp, els dispositius de protecció contra els surts (SPDs) juguen un paper crucial en protegir l'equipament elèctric de les sobretensions transitories (és a dir, els surts). A continuació es detallen els processos i mecanismes principals que ocorren dins d'un SPD en aquests esdeveniments:
1. Detecció del surt i resposta
Quan un surt causat per un impacte de llamp entra al sistema d'alimentació, el dispositiu de protecció contra els surts detecta ràpidament aquesta tensió anormal. Normalment, els SPDs tenen una tensió de llindar establerta; quan la tensió detectada supera aquest llindar, el protector activa el seu mecanisme de protecció.
2. Absorció i dissipació d'energia
Els SPDs absorbeixen i dissipeu l'energia del surt per evitar que arribi a l'equipament elèctric connectat. Els mecanismes d'absorció i dissipació comuns inclouen:
a. Varistors d'òxid metàl·lic (MOVs)
Principi de funcionament: Els MOVs són materials resistius no lineals la resistència dels quals canvia amb la tensió aplicada. En tensions d'operació normals, els MOVs mostren una alta resistència; quan la tensió supera un cert llindar, la seva resistència disminueix bruscament, permetent que la corrent passi.
Dissipació d'energia: Els MOVs converteixen l'energia elèctrica excendent en calor i la dissipeu. Tot i que els MOVs tenen característiques d'autorecuperació i poden continuar funcionant després de múltiples surts petits, poden fallar després de surts grans o freqüents.
b. Tubs de descàrrega de gas (GDTs)
Principi de funcionament: Els GDTs són tubs hermètics omplerts de gas inerte. Quan la tensió entre les dues extremetats supera un cert valor, el gas interior s'ionitza, creant un camí conductiu per la corrent.
Dissipació d'energia: Els GDTs dissipeu l'energia del surt a través del plasma creat per l'ionització del gas i apaguen automàticament el plasma quan la tensió torna a ser normal, restablint l'aïllament.
c. Diodos de supressió de tensió transitoria (TVS)
Principi de funcionament: Els diodes TVS romanen en un estat de resistència alta en tensions d'operació normals. Quan la tensió supera la seva tensió de trencament, el diode canvia ràpidament a un estat de baixa resistència, permetent que la corrent flueixi.
Dissipació d'energia: Els diodes TVS dissipeu l'energia del surt a través de l'efecte avalanche dins de les seves juntes PN internes i són adequats per a surts petits de resposta ràpida.
3. Desviació d'energia i aterrament
Els SPDs no només absorbeixen l'energia del surt, sinó que també n'en desvien part cap a les línies d'aterrament per reduir-ne l'impacte sobre l'equipament. Els mecanismes específics inclouen:
Circuits de desviació: Els SPDs estan dissenyats amb circuits de desviació especialitzats per guiar la sobretensió a la línia d'aterrament, evitant que entri directament als dispositius de càrrega.
Sistema d'aterrament: Un bon sistema d'aterrament és clau per assegurar el funcionament eficaç del SPD. El sistema d'aterrament hauria de proporcionar un camí de baixa impedància per dissipar ràpidament l'energia del surt a la terra.
4. Recuperació posterior al surt
Després de l'esdeveniment del surt, el SPD ha de tornar a l'estat normal d'operació. Diferents tipus de protectors tenen diferents mecanismes de recuperació:
MOVs: Si el surt no causa danys permanents al MOV, aquest tornarà automàticament a un estat de resistència alta un cop la tensió es normalitzi.
GDTs: Un cop la tensió torna a ser normal, el plasma interior del GDT s'apaga automàticament, restablint l'estat aïllant.
Diodos TVS: Després de la normalització de la tensió, els diodes TVS també tornen automàticament a un estat de resistència alta.
5. Modes de fallada i protecció
Encara que els SPDs estan dissenyats per gestionar els surts, encara poden fallar en casos extrems. Per assegurar la seguretat, molts SPDs inclouen característiques addicionals:
Dispositius de desconexió tèrmica: Quan un MOV o altre component es sobrecalenta i falla, el dispositiu de desconexió tèrmica tallarà el circuit per prevenir incendis i altres perills.
Llums indicadores/alarms: Alguns SPDs van equipats amb llums indicadores o alarms per notificar als usuaris si el protector segueix funcionant correctament.
Conclusió
Durant un impacte de llamp, els dispositius de protecció contra els surts protegeixen l'equipament elèctric a través dels següents passos:
Detecció del surt: Identificar situacions on la tensió supera els rangs normals.
Absorció i dissipació d'energia: Utilitzar components com MOVs, GDTs i diodes TVS per convertir l'energia del surt en calor o altres formes d'energia.
Desviació a les línies d'aterrament: Guiar la sobretensió a les línies d'aterrament per minimitzar l'impacte sobre l'equipament.
Retorn a l'estat normal: Després del surt, el protector torna a l'estat normal d'operació.
Protecció de falles: Proporcionar mesures de seguretat addicionals en casos extrems per prevenir daños addicionals.
