Principi de protecció contra sobretensions
El dispositiu de protecció contra sobretensions (SPD), també conegut com a protector contra sobretensions, és un dispositiu de protecció no lineal utilitzat en sistemes actius per limitar la sobretensió transitòria i guiar el corrent de sobretensió de descàrrega. S'utilitza per protegir els sistemes elèctrics o electrònics amb nivells de resistència de baixa tensió dels llamps, polsos electromagnètics o danys per sobretensió operacional. En els darrers anys, els sistemes d'informació electrònica (com ara televisió, telèfon, comunicació, xarxes d'ordinadors, etc.) s'han desenvolupat ràpidament, i han sorgit i popularitzat un gran nombre de dispositius electrònics d'informació. Aquest tipus de sistemes i equips solen ser cars i importants, amb una tensió de funcionament baixa i nivells de tensió suportats, el que els fa molt susceptibles als polsos electromagnètics del llamp. Per tant, s'ha d'utilitzar SPD per a la protecció contra sobretensions.
A causa dels diferents estàndards seguits per diferents països, les especificacions dels productes no estan unificades i la identificació dels paràmetres també té el seu propi èmfasi, que és molt inferior a les especificacions d'altres productes elèctrics, la qual cosa comporta grans inconvenients per al disseny i la selecció. En el disseny d'enginyeria, les marques comunes es poden dividir principalment en productes nacionals, productes europeus i productes americans en funció del seu lloc d'origen. La configuració de paràmetres dels productes domèstics és caòtica, amb especificacions diverses i tensió residual alta. Alguns dels models de productes estandarditzats estan configurats per imitar els productes europeus, mentre que altres segueixen paràmetres estàndards nacionals. La majoria dels productes estan etiquetats amb In i Imax. A causa dels baixos requisits dels productes domèstics per als llocs d'aplicació, els baixos nivells de construcció i els alts valors de tensió de suport d'equips, alguns requisits de paràmetres es poden relaxar adequadament.
Els productes europeus generalment s'etiqueten amb el màxim de corrent de descàrrega i el model de producte també s'estableix en funció d'aquest paràmetre. Per exemple, una marca europea coneguda XXX65 i XXX40, on els valors de 65 i 40 són Imax. Tanmateix, els estàndards xinesos estipulen clarament que s'ha d'utilitzar el corrent de descàrrega nominal In per a la selecció, la qual cosa és una situació incòmoda que es troba actualment en el disseny d'enginyeria. Després de comprovar la informació del producte, el valor d'entrada de XX65 no supera els 20 kA i el valor d'entrada de XX40 no supera els 15 kA. Si se segueixen els valors recomanats de GB50343, aquests dos productes només es poden utilitzar per a una protecció de tres nivells al final de l'equip. Tanmateix, en el disseny real, s'instal·len al primer i segon nivell, cosa que és clarament incompatible amb els paràmetres de selecció dels estàndards nacionals, i la tensió residual és alta. Els models normals en general superen els 1200 V. Una vegada que l'entorn de cablejat no és bo, és fàcil superar el valor de tensió de suport de l'equip. En general, els productes europeus tenen un valor Uc relativament petit i són oportunistes a l'hora d'etiquetar la tensió de línia, cosa que facilita l'engany a l'hora de seleccionar models.
El principi de funcionament del SPD
El protector contra sobretensions és adequat per a la protecció de fonts d'alimentació de baixa tensió de 220/380V i és un component no lineal. Segons els estàndards IEC, el protector contra sobretensions és un dispositiu utilitzat principalment per suprimir la sobretensió i la sobreintensitat de la línia de transmissió. El requisit bàsic perquè un protector contra sobretensions tingui un paper protector és suportar el corrent de raigs esperat i apagar de manera efectiva el corrent continu de freqüència d'alimentació generat després del flux del llamp a través de la tensió màxima de subjecció de la sobretensió. Limita la sobretensió instantània que entra a la línia elèctrica o la línia de transmissió del senyal al rang de tensió que l'equip o el sistema pot suportar, o descarrega un fort corrent de llamp a terra per protegir l'equip o sistema protegit dels danys causats per l'impacte.
Els tipus i estructures dels protectors de sobretensions varien segons els seus diferents usos, però contenen almenys un element limitador de tensió no lineal. Els protectors de sobretensions utilitzats habitualment inclouen MOV (MetalOxideVaristors) i tubs de descàrrega de gas. Les sobretensions elèctriques contenen energia potent i no es poden aturar. Per aquest motiu, l'estratègia per protegir els equips elèctrics sensibles dels danys per sobretensió és desviar la sobretensió de l'equip i després fluir a terra.
El protector de sobretensions MOV consta de tres parts: un material d'òxid metàl·lic al mig, connectat per dos semiconductors a la font d'alimentació i cable de terra. Quan es produeix un augment, el MOV actua immediatament amb un temps de resposta de 1-3 nanosegons. La "V" del MOV és un reòstat. En el moment de la resposta, la resistència del MOV baixa del seu valor màxim a gairebé zero ohms i la sobreintensitat flueix a terra a través del MOV. L'equip elèctric protegit continua funcionant a la tensió de funcionament normal. Els seus components semiconductors tenen la propietat de canviar la resistència amb els canvis de tensió. Quan la tensió cau per sota d'un valor específic, el moviment dels electrons en un semiconductor genera una gran resistència. Per contra, quan la tensió supera aquest valor específic, el moviment dels electrons canviarà i la resistència del semiconductor disminuirà fins a gairebé zero ohms. La tensió és normal i el protector contra sobretensions MOV està inactiu al costat, sense afectar la línia elèctrica.
Els indicadors dels avantatges i desavantatges dels dispositius de protecció contra sobretensions (MOV) són: (1) Tensió de fixació: representa el valor de voltatge que farà que els MOV es connectin al cable de terra. Com més baix sigui el voltatge de subjecció, millor serà el rendiment de la protecció. (2) Capacitat d'absorció/dissipació d'energia: aquest valor nominal representa quanta energia pot absorbir el protector de sobretensions abans de cremar-se, en joules. Com més alt sigui el valor, millor serà el rendiment de la protecció. (3) Temps de resposta: els protectors de sobretensions no es desconnecten immediatament i hi haurà un lleuger retard en la seva resposta a les sobretensions.
Un altre dispositiu de protecció contra sobretensions comú és un tub de descàrrega de gas. Aquests tubs de descàrrega de gas tenen la mateixa funció que els MOV, movent l'excés de corrent del cable viu al cable de terra, i aconseguint aquesta funció utilitzant gas inert com a conductor entre els dos cables. Quan la tensió està dins d'un rang específic, la composició del gas determina que és un mal conductor. Si la tensió augmenta i supera aquest rang, la força del corrent serà suficient per ionitzar el gas, fent que el tub de descàrrega de gas sigui un molt bon conductor. Conduirà el corrent al cable de terra fins que la tensió torni als nivells normals i després es convertirà en un conductor defectuós.
