Nos últimos anos, com o avanço da ciência e da tecnologia, a nação tecnológica dos eletrodomésticos e a melhoria dos requisitos de energia para equipamentos eletrônicos, há um grande número de circuitos integrados de grande escala ou ultra-grande escala que são muito sensíveis à sobretensão dentro de tais equipamentos eletrônicos, de modo que a perda causada pela tensão está aumentando. Dada esta situação, o "Código para o Projeto de Proteção contra Raios de Edifícios" GB50057-94 (Edição 2000) adicionou o Capítulo VI - Pulso Eletromagnético de Proteção contra Raios. De acordo com esse requisito, alguns fabricantes também introduziram produtos de proteção contra sobretensão relacionados, que muitas vezes chamamos de protetores contra surtos. É essencial estabelecer um sistema completo de ligação equipotencial para proteger os sistemas elétricos e eletrônicos, incluindo todos os condutores ativos na zona de proteção de compatibilidade eletromagnética. As características físicas dos componentes de descarga em diferentes dispositivos de proteção contra sobretensão têm vantagens e desvantagens em aplicações práticas, de modo que os circuitos de proteção que usam várias peças são mais amplamente utilizados.
No entanto, ele pode atender a todos os requisitos técnicos do para-raios que pode conduzir corrente de pulso de 10/350μs com o nível técnico contemporâneo, o protetor de surto conectável para distribuição secundária de energia, o dispositivo de proteção de energia elétrica e o filtro de energia. Portanto, a linha de produtos é escassa. Além disso, esta gama de produtos deve incluir para-choques para todos os circuitos, ou seja, além de fontes de alimentação, para medição, controle, circuitos de regulação técnica, circuitos eletrônicos de transmissão de processamento de dados e comunicação sem fio e com fio, para que os clientes possam usá-los.
Uma breve introdução a vários produtos de proteção contra surtos comumente usados e uma breve análise de suas características e ocasiões aplicáveis são dadas.
1 Sistema de ligação equipotencial
O princípio básico da proteção contra sobretensão é que a sobretensão transitória ocorre no instante (nível de microssegundos ou nanossegundos). Deve ser alcançado um equipotencial entre todas as partes metálicas da área protegida. "Equipotencial é o uso de fios de conexão ou protetores de sobretensão para conectar dispositivos de proteção contra raios, estruturas metálicas de edifícios, condutores externos, dispositivos elétricos e de telecomunicações, etc., no espaço onde a proteção contra raios é necessária." ( "Especificações para o Projeto de Proteção contra Raios de Edifícios") (GB50057-94). "O objetivo da ligação equipotencial é reduzir a diferença de potencial entre peças metálicas e sistemas em espaços que exigem proteção contra raios" (IEC13123.4). "Código de Projeto de Proteção contra Raios para Edifícios" (GB50057-94) estipula: "Artigo 3.1.2 Para edifícios equipados com dispositivos de proteção contra raios, quando os dispositivos de proteção contra raios não puderem ser isolados de outras instalações e pessoas no edifício, eles devem ser Adotam ligação equipotencial". Ao estabelecer essa rede de ligação equipotencial, deve-se tomar cuidado para manter a menor distância entre os equipamentos elétricos e eletrônicos que devem trocar informações e os fios de conexão entre a correia de ligação equipotencial.
De acordo com o teorema da indução, quanto maior a indutância, maior a tensão gerada pela corrente transitória no circuito; (U=L·di/dt> A indutância está relacionada principalmente ao comprimento do fio e tem pouco a ver com a seção transversal do fio. Portanto, deve ser mantido o fio terra o mais curto possível. Além disso, a conexão paralela de vários fios pode reduzir significativamente a indutância do sistema de compensação potencial. Para colocar esses dois em prática, é teoricamente possível conectar todos os circuitos que devem ser conectados ao dispositivo de ligação equipotencial. Ele é conectado à mesma placa de metal que o equipamento. Com base no conceito de placa de metal, a linha, estrela ou estrutura de malha pode ser usada quando o sistema de ligação equipotencial é adaptado. Em princípio, apenas a equipotencialidade da malha deve ser usada ao projetar novos equipamentos – sistema de ligação.
2 Conecte as linhas de alimentação ao sistema de ligação equipotencial
A chamada tensão transitória ou corrente transitória significa que seu tempo de existência é de apenas microssegundos ou nanossegundos. O princípio básico da proteção contra surtos é estabelecer um equipotencial entre todas as partes condutoras na área protegida por um breve período quando a sobretensão transitória existir. Tais elementos condutores também incluem linhas de energia em circuitos elétricos. Portanto, são necessários componentes que respondam mais rapidamente do que os microssegundos, especialmente para a descarga eletrostática.
Para mais rápido do que nanossegundos. Tais elementos são capazes de fornecer correntes poderosas até várias vezes dez mil amperes em breves intervalos de tempo. Ventos de até 50kA são calculados em pulsos de 10/350μS sob as condições esperadas de queda de raios. Através de um dispositivo de ligação equipotencial completo, uma ilha equipotencial pode ser formada rapidamente, e a diferença de potencial dessa ilha equipotencial a uma distância pode até ser tão alta quanto centenas de milhares de volts. No entanto, o que é essencial é que, na área a ser protegida, todas as partes condutoras possam ser consideradas como tendo potenciais quase iguais ou iguais, sem diferenças significativas de potencial.
3 Instalação e função do protetor contra surtos
Os componentes elétricos de proteção contra surtos são divididos em macios e complexos em termos de características de resposta. Os elementos de descarga com características de resposta dura incluem tubos de descarga de gás e descarregadores de folga de descarga, lacunas angulares de faísca baseadas em tecnologia de corte a arco ou lacunas de faísca de descarga coaxial. Os elementos de descarga pertencentes às características de resposta suave incluem varistores e diodos supressores. (Nosso protetor contra surtos é uma resposta fraca.) A diferença entre esses componentes é a capacidade de descarga, as características de resposta e a tensão residual. Como esses componentes têm vantagens e desvantagens, as pessoas os combinam em circuitos de proteção especial para promover pontos fortes e evitar fraquezas. Os protetores contra surtos comumente usados em edifícios civis são principalmente para-choques do tipo lacuna descarregados e para-choques do tipo varistor.
Correntes de relâmpago e correntes pós-relâmpago requerem descarregadores extremamente fortes. Para conduzir a corrente de relâmpago através do sistema de ligação equipotencial no dispositivo de aterramento, recomenda-se usar para-raios de corrente com lacunas angulares de faíscas de acordo com a técnica de corte de arco. Somente ele pode conduzir corrente de pulso de 10/350μs maior que 50kA e realizar a extinção automática do arco. A tensão nominal desta aplicação do produto pode chegar a 400V. Além disso, este para-choques não fará com que um fusível classificado em 125A exploda quando a corrente de curto-circuito for de 4kA.
Devido ao seu bom desempenho, as características de funcionamento ininterrupto dos instrumentos e equipamentos instalados na área protegida são bastante melhoradas. No entanto, deve-se ressaltar que não apenas a corrente com alta amplitude pode ser processada, mas, mais importante, a forma de pulso da corrente desempenha um papel decisivo. Ambos devem ser considerados simultaneamente. Portanto, embora o espaço angular da faísca também possa conduzir correntes de até 100kA, sua forma de pulso é mais curta (8/80μs). Tais pulsos são pulsos de corrente de impulso, que até outubro de 1992 foram a base de projeto para o desenvolvimento de para-raios atuais.
Embora o para-raios tenha uma boa capacidade de descarga, ele sempre tem suas deficiências: sua tensão residual é tão alta quanto 2,5 ~ 3,5kV. Portanto, quando o para-raios é instalado como um todo, ele precisa ser usado em combinação com outros para-raios.
Tais produtos incluem principalmente Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B da empresa Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350μs, 50kA/ fase), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/fase); Alemanha Folga de faísca angular PHOENIX: FLT60-400 (10/350μs, fase 60kA), FLT25-400 (fase 10/350μs, fase 25kA); Protetor de surto PRF1 da Schneider; Série VBF da MOELLER.
Os varistores funcionam como muitos diodos supressores bidirecionais em série e paralelos e funcionam como resistores dependentes de tensão. Quando a tensão excede a tensão especificada, o varistor pode conduzir eletricidade; quando a tensão é menor do que a tensão especificada, o varistor não conduz eletricidade. Desta forma, o varistor pode desempenhar um papel perfeito de limitação de tensão. Os varistores trabalham de forma extremamente rápida, com tempos de resposta na faixa de nanossegundos baixos.
O varistor comumente usado na fonte de alimentação pode conduzir corrente com um limite de pulso de 40kA8/20us, por isso é muito adequado para o descarregador de segundo estágio da fonte de alimentação. Mas não é ideal como um para-raios de corrente. Está registrado no documento IEC1024-1 do Comitê Internacional de Tecnologia Eletrônica que o valor de carga a ser processado é de 10/350μs, o que equivale a 20 vezes o valor da carga no caso de um pulso de 8/20μs.
( 10/350) μs=20xQ(8/20) μs
Pode-se ver a partir desta fórmula que é essencial não apenas prestar atenção à amplitude da corrente de descarga, mas também prestar atenção à forma de pulso. A desvantagem do varistor é que é fácil de envelhecer e tem alta capacitância. Além disso, o elemento diodo é quebrado. Uma vez que, na maioria dos casos, um curto-circuito ocorre quando a junção PN está sobrecarregada, dependendo da frequência com que é carregada, o varistor começa a desenhar correntes de fuga que podem causar erros nos circuitos de teste insensíveis aos dados de medição. Ao mesmo tempo, especialmente em altas tensões nominais, ele irá gerar um calor intenso no curso.
A alta capacitância do varistor torna impossível o uso em linhas de transmissão de sinal em muitos casos. A capacitância e a indutância do fio formam um circuito de passagem baixa que atenua significativamente o sinal. Mas a atenuação abaixo de cerca de 30kHz é insignificante. Tais produtos incluem principalmente o Limitor V da ABB, VTS Limitado, Limitor VE, Limitor VETS, LimitorGE-S; Protetores contra surtos substituíveis da série PRD da Schneider; Produtos das séries VR7 e VS7 da MOELLER; Alemanha DEHNguard385 ( 8/20μs, fase 40kA), DEHNguard275 (8/20μs, fase 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, fase 40kA), VAL-ME400ST/FM (8/20μs, 40kA/fase) de PHOENIX, Alemanha; Ma Shen DB30-4A/B (8/20μs, 30kA/fase), DB40-4A/B (8/20μs, fase 40kA).
4 Instale um protetor contra surtos de acordo com o esquema de proteção contra sobretensão
Um conjunto (tipo de montagem em trilho, tipo de tomada de energia, adaptador) que contém um único elemento de proteção ou um circuito de proteção combinado integrado de acordo com as condições técnicas de instalação é chamado de descarregador.
A proteção contra sobretensão em quase todos os casos deve ser dividida em pelo menos dois níveis. Por exemplo, cada para-choques que contenha apenas um nível de segurança pode ser instalado em locais diferentes na fonte de alimentação. O mesmo prendedor também pode ter vários níveis de proteção. Para alcançar a proteção adequada contra sobretensão, as pessoas precisarão proteger a gama de diferentes divisões de compatibilidade eletromagnética, essa faixa de proteção, incluindo da zona de proteção contra raios 0 zona de proteção contra sobretensão 1 a 3, até que a zona de proteção de tensão de interferência tenha um número de série mais alto. As zonas de proteção de compatibilidade eletromagnética 0 a 3 são definidas para evitar danos ao equipamento devido ao acoplamento de alta energia. A proteção de compatibilidade eletromagnética com um número de série mais alto é configurada para evitar distorção e perda de informações. Quanto maior o número da zona de proteção, menor a energia de perturbação esperada e o nível de tensão de perturbação. O equipamento elétrico e eletrônico que precisa de proteção é instalado em um anel de proteção muito eficaz. Tal anel de proteção pode ser para uma única peça de equipamento eletrônico, um espaço com vários tipos eletrônicos de equipamentos ou até mesmo um edifício inteiro de passagem. Os fios que geralmente têm um anel de proteção protegido pelo espaço são conectados ao para-raios de proteção de tensão ao mesmo tempo que o equipamento periférico do círculo de proteção.
No entanto, ele pode atender a todos os requisitos técnicos do para-raios que pode conduzir corrente de pulso de 10/350μs com o nível técnico contemporâneo, o protetor de surto conectável para distribuição secundária de energia, o dispositivo de proteção de energia elétrica e o filtro de energia. Portanto, a linha de produtos é escassa. Além disso, esta gama de produtos deve incluir para-choques para todos os circuitos, ou seja, além de fontes de alimentação, para medição, controle, circuitos de regulação técnica, circuitos eletrônicos de transmissão de processamento de dados e comunicação sem fio e com fio, para que os clientes possam usá-los.
Uma breve introdução a vários produtos de proteção contra surtos comumente usados e uma breve análise de suas características e ocasiões aplicáveis são dadas.
1 Sistema de ligação equipotencial
O princípio básico da proteção contra sobretensão é que a sobretensão transitória ocorre no instante (nível de microssegundos ou nanossegundos). Deve ser alcançado um equipotencial entre todas as partes metálicas da área protegida. "Equipotencial é o uso de fios de conexão ou protetores de sobretensão para conectar dispositivos de proteção contra raios, estruturas metálicas de edifícios, condutores externos, dispositivos elétricos e de telecomunicações, etc., no espaço onde a proteção contra raios é necessária." ( "Especificações para o Projeto de Proteção contra Raios de Edifícios") (GB50057-94). "O objetivo da ligação equipotencial é reduzir a diferença de potencial entre peças metálicas e sistemas em espaços que exigem proteção contra raios" (IEC13123.4). "Código de Projeto de Proteção contra Raios para Edifícios" (GB50057-94) estipula: "Artigo 3.1.2 Para edifícios equipados com dispositivos de proteção contra raios, quando os dispositivos de proteção contra raios não puderem ser isolados de outras instalações e pessoas no edifício, eles devem ser Adotam ligação equipotencial". Ao estabelecer essa rede de ligação equipotencial, deve-se tomar cuidado para manter a menor distância entre os equipamentos elétricos e eletrônicos que devem trocar informações e os fios de conexão entre a correia de ligação equipotencial.
De acordo com o teorema da indução, quanto maior a indutância, maior a tensão gerada pela corrente transitória no circuito; (U=L·di/dt> A indutância está relacionada principalmente ao comprimento do fio e tem pouco a ver com a seção transversal do fio. Portanto, deve ser mantido o fio terra o mais curto possível. Além disso, a conexão paralela de vários fios pode reduzir significativamente a indutância do sistema de compensação potencial. Para colocar esses dois em prática, é teoricamente possível conectar todos os circuitos que devem ser conectados ao dispositivo de ligação equipotencial. Ele é conectado à mesma placa de metal que o equipamento. Com base no conceito de placa de metal, a linha, estrela ou estrutura de malha pode ser usada quando o sistema de ligação equipotencial é adaptado. Em princípio, apenas a equipotencialidade da malha deve ser usada ao projetar novos equipamentos – sistema de ligação.
2 Conecte as linhas de alimentação ao sistema de ligação equipotencial
A chamada tensão transitória ou corrente transitória significa que seu tempo de existência é de apenas microssegundos ou nanossegundos. O princípio básico da proteção contra surtos é estabelecer um equipotencial entre todas as partes condutoras na área protegida por um breve período quando a sobretensão transitória existir. Tais elementos condutores também incluem linhas de energia em circuitos elétricos. Portanto, são necessários componentes que respondam mais rapidamente do que os microssegundos, especialmente para a descarga eletrostática.
Para mais rápido do que nanossegundos. Tais elementos são capazes de fornecer correntes poderosas até várias vezes dez mil amperes em breves intervalos de tempo. Ventos de até 50kA são calculados em pulsos de 10/350μS sob as condições esperadas de queda de raios. Através de um dispositivo de ligação equipotencial completo, uma ilha equipotencial pode ser formada rapidamente, e a diferença de potencial dessa ilha equipotencial a uma distância pode até ser tão alta quanto centenas de milhares de volts. No entanto, o que é essencial é que, na área a ser protegida, todas as partes condutoras possam ser consideradas como tendo potenciais quase iguais ou iguais, sem diferenças significativas de potencial.
3 Instalação e função do protetor contra surtos
Os componentes elétricos de proteção contra surtos são divididos em macios e complexos em termos de características de resposta. Os elementos de descarga com características de resposta dura incluem tubos de descarga de gás e descarregadores de folga de descarga, lacunas angulares de faísca baseadas em tecnologia de corte a arco ou lacunas de faísca de descarga coaxial. Os elementos de descarga pertencentes às características de resposta suave incluem varistores e diodos supressores. (Nosso protetor contra surtos é uma resposta fraca.) A diferença entre esses componentes é a capacidade de descarga, as características de resposta e a tensão residual. Como esses componentes têm vantagens e desvantagens, as pessoas os combinam em circuitos de proteção especial para promover pontos fortes e evitar fraquezas. Os protetores contra surtos comumente usados em edifícios civis são principalmente para-choques do tipo lacuna descarregados e para-choques do tipo varistor.
Correntes de relâmpago e correntes pós-relâmpago requerem descarregadores extremamente fortes. Para conduzir a corrente de relâmpago através do sistema de ligação equipotencial no dispositivo de aterramento, recomenda-se usar para-raios de corrente com lacunas angulares de faíscas de acordo com a técnica de corte de arco. Somente ele pode conduzir corrente de pulso de 10/350μs maior que 50kA e realizar a extinção automática do arco. A tensão nominal desta aplicação do produto pode chegar a 400V. Além disso, este para-choques não fará com que um fusível classificado em 125A exploda quando a corrente de curto-circuito for de 4kA.
Devido ao seu bom desempenho, as características de funcionamento ininterrupto dos instrumentos e equipamentos instalados na área protegida são bastante melhoradas. No entanto, deve-se ressaltar que não apenas a corrente com alta amplitude pode ser processada, mas, mais importante, a forma de pulso da corrente desempenha um papel decisivo. Ambos devem ser considerados simultaneamente. Portanto, embora o espaço angular da faísca também possa conduzir correntes de até 100kA, sua forma de pulso é mais curta (8/80μs). Tais pulsos são pulsos de corrente de impulso, que até outubro de 1992 foram a base de projeto para o desenvolvimento de para-raios atuais.
Embora o para-raios tenha uma boa capacidade de descarga, ele sempre tem suas deficiências: sua tensão residual é tão alta quanto 2,5 ~ 3,5kV. Portanto, quando o para-raios é instalado como um todo, ele precisa ser usado em combinação com outros para-raios.
Tais produtos incluem principalmente Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B da empresa Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350μs, 50kA/ fase), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/fase); Alemanha Folga de faísca angular PHOENIX: FLT60-400 (10/350μs, fase 60kA), FLT25-400 (fase 10/350μs, fase 25kA); Protetor de surto PRF1 da Schneider; Série VBF da MOELLER.
Os varistores funcionam como muitos diodos supressores bidirecionais em série e paralelos e funcionam como resistores dependentes de tensão. Quando a tensão excede a tensão especificada, o varistor pode conduzir eletricidade; quando a tensão é menor do que a tensão especificada, o varistor não conduz eletricidade. Desta forma, o varistor pode desempenhar um papel perfeito de limitação de tensão. Os varistores trabalham de forma extremamente rápida, com tempos de resposta na faixa de nanossegundos baixos.
O varistor comumente usado na fonte de alimentação pode conduzir corrente com um limite de pulso de 40kA8/20us, por isso é muito adequado para o descarregador de segundo estágio da fonte de alimentação. Mas não é ideal como um para-raios de corrente. Está registrado no documento IEC1024-1 do Comitê Internacional de Tecnologia Eletrônica que o valor de carga a ser processado é de 10/350μs, o que equivale a 20 vezes o valor da carga no caso de um pulso de 8/20μs.
( 10/350) μs=20xQ(8/20) μs
Pode-se ver a partir desta fórmula que é essencial não apenas prestar atenção à amplitude da corrente de descarga, mas também prestar atenção à forma de pulso. A desvantagem do varistor é que é fácil de envelhecer e tem alta capacitância. Além disso, o elemento diodo é quebrado. Uma vez que, na maioria dos casos, um curto-circuito ocorre quando a junção PN está sobrecarregada, dependendo da frequência com que é carregada, o varistor começa a desenhar correntes de fuga que podem causar erros nos circuitos de teste insensíveis aos dados de medição. Ao mesmo tempo, especialmente em altas tensões nominais, ele irá gerar um calor intenso no curso.
A alta capacitância do varistor torna impossível o uso em linhas de transmissão de sinal em muitos casos. A capacitância e a indutância do fio formam um circuito de passagem baixa que atenua significativamente o sinal. Mas a atenuação abaixo de cerca de 30kHz é insignificante. Tais produtos incluem principalmente o Limitor V da ABB, VTS Limitado, Limitor VE, Limitor VETS, LimitorGE-S; Protetores contra surtos substituíveis da série PRD da Schneider; Produtos das séries VR7 e VS7 da MOELLER; Alemanha DEHNguard385 ( 8/20μs, fase 40kA), DEHNguard275 (8/20μs, fase 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, fase 40kA), VAL-ME400ST/FM (8/20μs, 40kA/fase) de PHOENIX, Alemanha; Ma Shen DB30-4A/B (8/20μs, 30kA/fase), DB40-4A/B (8/20μs, fase 40kA).
4 Instale um protetor contra surtos de acordo com o esquema de proteção contra sobretensão
Um conjunto (tipo de montagem em trilho, tipo de tomada de energia, adaptador) que contém um único elemento de proteção ou um circuito de proteção combinado integrado de acordo com as condições técnicas de instalação é chamado de descarregador.
A proteção contra sobretensão em quase todos os casos deve ser dividida em pelo menos dois níveis. Por exemplo, cada para-choques que contenha apenas um nível de segurança pode ser instalado em locais diferentes na fonte de alimentação. O mesmo prendedor também pode ter vários níveis de proteção. Para alcançar a proteção adequada contra sobretensão, as pessoas precisarão proteger a gama de diferentes divisões de compatibilidade eletromagnética, essa faixa de proteção, incluindo da zona de proteção contra raios 0 zona de proteção contra sobretensão 1 a 3, até que a zona de proteção de tensão de interferência tenha um número de série mais alto. As zonas de proteção de compatibilidade eletromagnética 0 a 3 são definidas para evitar danos ao equipamento devido ao acoplamento de alta energia. A proteção de compatibilidade eletromagnética com um número de série mais alto é configurada para evitar distorção e perda de informações. Quanto maior o número da zona de proteção, menor a energia de perturbação esperada e o nível de tensão de perturbação. O equipamento elétrico e eletrônico que precisa de proteção é instalado em um anel de proteção muito eficaz. Tal anel de proteção pode ser para uma única peça de equipamento eletrônico, um espaço com vários tipos eletrônicos de equipamentos ou até mesmo um edifício inteiro de passagem. Os fios que geralmente têm um anel de proteção protegido pelo espaço são conectados ao para-raios de proteção de tensão ao mesmo tempo que o equipamento periférico do círculo de proteção.