Aplicació dels dispositius de protecció de corrent residual amb autorearmament en la protecció contra els raigs per a subministraments d'energia de comunicacions

1. Problemes d'interrupció de la corrent elèctrica causats per falsos saltadors del DCR durant els impactes de llamp

Es mostra un circuit típic d'alimentació de comunicacions a la Figura 1. S'instal·la un dispositiu de corrent residual (DCR) al terminal d'entrada d'alimentació. El DCR proporciona principalment protecció contra les corrents de fuga de l'equipament elèctric per assegurar la seguretat personal, mentre que es instal·len dispositius protectors contra sobretensions (SPD) en les branques d'alimentació per protegir contra les intrusions de llamps. Quan ocorren impactes de llamp, els circuits sensorials poden induir corrents d'interferència de llamp desequilibrades i corrents d'interferència en mode diferencial. Quan la corrent en mode diferencial supera el llindar de saltada del DCR, es produeix una operació falsa. A més, si la corrent de fuga de l'equipament de comunicacions està propera al llindar de saltada, el flux magnètic desequilibrat durant la temporada de pluja pot causar fàcilment falsos saltadors del DCR.

La corrent de llamp és una corrent transitoria que pot generar un sol pols o múltiples polsos. Les corrents que passen pels dispositius protectors contra sobretensions F1 i F2 són I1 i I2 respectivament. Sovint, I1 no és igual a I2, resultant en interferència en mode diferencial. Quan l'interferència en mode diferencial supera el valor de funcionament de la corrent residual del DCR, el protector salta, el circuit es desconecta, l'equipament de comunicacions deixa de funcionar i cal restablir manualment l'alimentació. Les estacions de comunicació són principalment sense supervisió; quan ocorren impactes de llamp en una regió, algunes estacions de comunicació poden perdre l'alimentació i no poden restablir les comunicacions en un curt període de temps. Per tant, aquest problema ha de resoldre's.

2. Principi de Funcionament del Dispositiu Protector de Corrent Residual amb Recobriment Automàtic

El recobriment automàtic és un mètode eficaç per resoldre els problemes d'interrupció de la corrent elèctrica causats pels falsos saltadors del DCR. El recobriment automàtic s'utilitza habitualment en sistemes d'alimentació d'alta tensió i ha assolit resultats excel·lents. No obstant això, per raons de seguretat, encara no s'ha promogut ampliament en sistemes d'alimentació civils de baixa tensió. Els sistemes de comunicació de Xina han començat a utilitzar-lo recentment i han establert la normativa: YD/T 2346-2011 "Condicions Tècniques per a Dispositius Protectors de Corrent Residual amb Recobriment Automàtic per a Telecomunicacions", amb efectes d'aplicació significatius.

Quan el llamp causa un fals saltador del DCR i la desconexió del circuit, el dispositiu protector de corrent residual amb recobriment automàtic tanca automàticament l'interruptor. Ja que la corrent de llamp és transitoria, després que passi l'impacte de llamp, I1≈I2, el recobriment té èxit, l'alimentació es restaureix i les comunicacions reprenden.

El recobriment automàtic té condicions i cal considerar factors de seguretat. Hi ha dos mètodes de recobriment automàtic: un detecta les condicions de corrent de fuga per decidir si es recobreix; l'altre es recobreix automàticament sense detecció.

El dispositiu de recobriment automàtic amb detecció automàtica de falles de fuga L-PE (d'ara endavant referit com a recloser de detecció) consta d'un mecanisme d'operació elèctrica, un circuit de control, un circuit de detecció i una interfície de sortida. El circuit de detecció treballa amb el recloser i, sota l'operació del circuit de control del recloser, completa la detecció i decideix si es recobreix basant-se en els resultats de la detecció. El circuit de detecció es connecta a les línies de fase del DCR, la línia PE, les resistències de terra Re1 i Re2, i la línia neutral N del transformador, formant un bucle a través de les línies de fase, la línia PE, les resistències de terra Re1 i Re2, la línia neutral N del transformador i el circuit de detecció.

La línia PE del circuit de detecció no necessita connectar-se a les cassisses d'equipament, com es mostra específicament a la Figura 2; alternativament, es pot formar un bucle a través de les línies de fase, la cassissa d'equipament i la línia PE, requereix que la línia PE del circuit de detecció del recloser es connecti a la cassissa d'equipament, com es mostra específicament a la Figura 3. Quan el DCR salta, els circuits de detecció de fuga del recloser són a-PE, b-PE, c-PE respectivament. El senyal del circuit de detecció pot ser DC o AC, amb una tensió que no supera els 24V.

3. Principals Requisits de Rendiment

La funció de protecció de corrent residual aborda els problemes de seguretat, mentre que el recobriment automàtic resol els problemes d'interrupció de la corrent elèctrica causats pels impactes de llamp. La normativa YD/T 2346-2011 "Condicions Tècniques per a Dispositius Protectors de Corrent Residual amb Recobriment Automàtic per a Telecomunicacions" considera alguns paràmetres com segueix.

La funció de recobriment automàtic ha de equilibrar la continuïtat de l'alimentació i els factors de seguretat.

(1) Nombre de Tentatives de Recobriment Des del punt de vista de l'usuari, més tentatives de recobriment són millors; des del punt de vista de la seguretat, menys tentatives són millors. Per als productes de recobriment automàtic que es recobreixen automàticament sense detectar la corrent de fuga, la normativa permet fins a tres tentatives de recobriment automàtic.

(2) Interval de Temps de Recobriment Des del punt de vista de l'ús de l'energia, un interval de temps zero seria ideal; des del punt de vista de la seguretat, ha de ser suficientment llarg. La normativa especifica: Si el protector no té capacitat de detecció de fuga de línia després de la desconexió, el dispositiu protector de corrent residual haurà de recobrir automàticament una vegada 20~60 segons després de la saltada; si no ho aconsegueix, s'ha de retardar 15 minuts per a la segona tentativa de recobriment; si la segona tentativa falla, s'ha de retardar altre 15 minuts per a la tercera tentativa de recobriment; si la tercera tentativa falla, no es permet cap altre recobriment.

(3) Tensió de Detecció La tensió de detecció també és un paràmetre de seguretat important que no pot ser massa alta. La normativa especifica: Si el protector té capacitat de detecció de fuga de línia després de la desconexió, es requereixen els següents requisits: 

• Si tres tentatives de recobriment fallaven en 1 minut, no es permet cap altre recobriment. 

• Tensió de detecció ≤24V.

(4) Capacitat de suport davant descàrregues elèctriques El protector pot contenir certs circuits electrònics i ha de tenir una capacitat de suport davant descàrregues elèctriques adequada; en cas contrari, no es pot utilitzar. L'estàndard especifica: El dispositiu de protecció contra corrents diferencials ha de tenir una capacitat de suport suficient davant corrents transitòris de terra que circulen a través de càrregues capacitatives que passen per l'equipament i corrents transitòris de terra que circulen degut a la perforació de l'equipament. Els dispositius de protecció contra corrents diferencials amb temporització han de tenir una immunitat suficient contra disparos intempestius causats per corrents transitòris de terra que circulen degut a la perforació de l'equipament.

Una ona combinada de 1,2/50μs (8/20μs), amb una tensió d'impuls de 2 kV aplicada entre les línies d'alimentació (L-N) no ha de provocar un funcionament intempestiu. Una tensió d'impuls de 1,2/50μs, de 4 kV aplicada entre les línies d'alimentació (L-N) no ha de danyar la mostra, que hauria de continuar funcionant normalment.

Quan un corrent de llamp de 8/20μs, de 20 kA circula entre la línia d'alimentació L i N, amb dispositius de protecció contra sobretensions addicionals instal·lats, la mostra hauria de funcionar normalment sense danys.

4. Conclusions i recomanacions

Els dispositius de protecció contra corrents diferencials amb recaptació automàtica poden resoldre eficaçment els problemes de tall d'alimentació causats per descàrregues elèctriques, milloren la capacitat de resistència a llamps dels sistemes de comunicacions i són segurs i fiables. Representen un mitjà efectiu per millorar la capacitat de protecció contra llamps dels sistemes de comunicacions.