Come i sistemi di protezione transitoria proteggono le apparecchiature elettriche dai picchi e dalle sovratensioni?

Come i Sistemi di Protezione Transitoria Salvaguardano le Attrezzature Elettriche dai Picchi e dalle Impennate di Tensione

I sistemi di protezione transitoria (TPS) sono progettati per proteggere le attrezzature elettriche dai picchi e dalle impennate di tensione, che possono essere causati da eventi come colpi di fulmine, operazioni di commutazione della rete, commutazione di banchi di condensatori, guasti a corto circuito e altro ancora. Questi eventi di sovratensione transitoria possono portare a danni alle attrezzature o a una degradazione delle prestazioni. Di seguito sono descritte in dettaglio le modalità attraverso cui i sistemi di protezione transitoria forniscono protezione:

1. Risposta Rapida

Una caratteristica chiave dei sistemi di protezione transitoria è la loro capacità di rispondere rapidamente ai picchi e alle impennate di tensione. In genere, questi sistemi hanno tempi di risposta nell'ordine dei nanosecondi ai microsecondi, consentendo loro di rilevare e sopprimere le sovratensioni transitorie quasi istantaneamente.

• Varistori ad Ossidodi Metallo (MOV): I MOV sono un componente di protezione transitoria comune con caratteristiche non lineari di tensione-corrente. Quando la tensione supera una certa soglia, la resistenza del MOV diminuisce drasticamente, limitando la sovratensione a un livello sicuro.

• Tubi a Discesa di Gas (GDT): I GDT dissipano l'energia di sovratensione creando un arco tra due elettrodi. Quando la tensione raggiunge un certo livello, il gas all'interno del GDT si ionizza, formando un percorso conduttivo per il flusso della corrente e la dissipazione dell'energia.

• Diodi di Soppressione Transitoria (TVS): I diodi TVS possono rispondere entro nanosecondi e limitare le sovratensioni a un intervallo di tensione sicuro specifico.

2. Assorbimento e Dissipazione dell'Energia

Oltre alla risposta rapida, i sistemi di protezione transitoria devono assorbire e dissipare l'energia derivante dagli eventi di sovratensione. Diversi tipi di dispositivi protettivi hanno capacità di gestione dell'energia diverse:

• MOV: I MOV possono assorbire grandi quantità di energia, rendendoli adatti per la gestione di impennate ad alta energia. Sono tipicamente installati al punto di ingresso della potenza per gestire significativi picchi di tensione.

• GDT: I GDT sono principalmente utilizzati in applicazioni ad alta tensione, capaci di operare in condizioni di alta tensione e sono adatti per la protezione dai fulmini e altri eventi transitori ad alta energia.

• Diodi TVS: Anche se i diodi TVS hanno una capacità di assorbimento di energia relativamente bassa, il loro tempo di risposta rapido li rende ideali per la protezione fine di attrezzature elettroniche sensibili.

3. Protezione Multi-Livello

Per garantire una protezione completa, i sistemi di protezione transitoria spesso utilizzano strategie di protezione multi-livello. Questo approccio stratificato affronta efficacemente diverse magnitudini e frequenze di sovratensioni transitorie:

• Protezione Primaria (Protezione Grezza): Solitamente situata al punto di ingresso della potenza, utilizzando dispositivi di protezione ad alta capacità come MOV e GDT per assorbire e dissipare grandi impennate energetiche.

• Protezione Secondaria (Protezione Fine): Posizionata all'interno dell'attrezzatura o vicino a componenti elettronici sensibili, utilizzando dispositivi di protezione a bassa energia come i diodi TVS per una protezione più precisa.

• Protezione Terciaria (Protezione Linea di Segnale): Per linee di comunicazione, linee di trasmissione dati e altre linee di segnale sensibili, vengono utilizzati dispositivi di protezione specializzati come i Protettori di Linea di Segnale (SLP) per prevenire che le sovratensioni transitorie entrino nell'attrezzatura tramite le linee di segnale.

4. Isolamento e Filtraggio

Oltre a assorbire e dissipare direttamente l'energia di sovratensione, i sistemi di protezione transitoria utilizzano anche tecniche di isolamento e filtraggio per ridurre ulteriormente l'impatto delle sovratensioni transitorie sull'attrezzatura:

• Trasformatori di Isolamento: I trasformatori di isolamento forniscono isolamento elettrico tra ingresso e uscita, impedendo alle sovratensioni transitorie di trasferirsi dal lato d'ingresso a quello d'uscita.

• Filtro: I filtri rimuovono il rumore ad alta frequenza e gli impulsi transitori, impedendo a queste perturbazioni di entrare nell'attrezzatura. I filtri comuni includono i filtri per Interferenza Elettromagnetica (EMI) e i filtri per Interferenza Radio (RFI).

5. Sistema di Terra

Un sistema di terra ben progettato è una parte cruciale della protezione transitoria. Un terra efficace fornisce un percorso a bassa impedenza per le sovratensioni transitorie per dissiparsi rapidamente al suolo, prevenendo così danni all'attrezzatura:

• Resistenza di Terra: La resistenza di terra dovrebbe essere il più bassa possibile per assicurare che le sovratensioni transitorie possano dissiparsi rapidamente.

• Collegamento Equipotenziale: Collegando tutte le casse metalliche e i terminali di terra dell'attrezzatura insieme, il collegamento equipotenziale prevenisce archi e scintille causati da differenze di potenziale.

6. Monitoraggio e Allarme

Alcuni sistemi di protezione transitoria avanzati presentano anche funzioni di monitoraggio e allarme, consentendo il monitoraggio in tempo reale dello stato del sistema e l'attivazione di allarmi o l'adozione di azioni appropriate quando vengono rilevate anomalie:

• Lampade Indicatrici di Stato: Mostrano la condizione di funzionamento del dispositivo di protezione transitoria, come normale, in errore o in avaria.

• Monitoraggio Remoto: Attraverso interfacce di rete o moduli di comunicazione, è possibile realizzare il monitoraggio e la gestione remota, consentendo la rilevazione e la risoluzione tempestiva di eventuali problemi.

7. Durabilità e Affidabilità

Il progetto dei sistemi di protezione transitoria deve considerare la durabilità e l'affidabilità a lungo termine. Ciò include la selezione di materiali appropriati, la progettazione di strutture di dissipazione del calore efficaci e la conduzione di rigorosi test e certificazioni:

• Test di Durabilità: Simulando varie condizioni di stress negli ambienti di lavoro effettivi, come cambiamenti di temperatura, umidità, vibrazioni, ecc., per verificare la stabilità a lungo termine dei dispositivi protettivi.

• Certificazione di Affidabilità: Molti prodotti di protezione transitoria devono superare certificazioni standard internazionali, come la IEC 61643 (Dispositivi di Protezione contro le Sovratensioni a Basso Tensione), UL 1449 (Dispositivi di Protezione contro le Sovratensioni), ecc.

Riepilogo

I sistemi di protezione transitoria salvaguardano le attrezzature elettriche dai picchi e dalle impennate di tensione attraverso la risposta rapida, l'assorbimento e la dissipazione dell'energia, la protezione multi-livello, l'isolamento e il filtraggio, i sistemi di terra, il monitoraggio e l'allarme, e assicurando durabilità e affidabilità. Un progetto e una selezione adeguati dei sistemi di protezione transitoria possono aumentare significativamente l'affidabilità e la durata delle attrezzature elettriche.