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 ou ultragrande escala que são muito sensíveis à sobretensão dentro de tais equipamentos eletrônicos, de modo que a perda causada pela tensão está aumentando. Diante dessa situação, o "Código para Projeto de Proteção contra Descargas Atmosféricas de Edifícios" GB50057-94 (Edição 2000) adicionou o Capítulo VI - Proteção contra Raios Pulsos Eletromagnéticos. De acordo com esse requisito, alguns fabricantes também introduziram produtos de proteção contra sobretensão relacionados, que costumamos chamar 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, portanto, os circuitos de proteção que usam várias partes são mais amplamente utilizados.
No entanto, ele pode atender a todos os requisitos técnicos do pára-raios que pode conduzir corrente de pulso de 10/350μs com o nível técnico contemporâneo, o protetor contra surtos conectável para distribuição de energia secundária, 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 pára-raios para todos os circuitos, ou seja, além das fontes de alimentação, para medição, controle, circuitos de regulamentação 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 fornecidas.
1 Sistema de ligação equipotencial
O princípio básico da proteção contra sobretensão é que a sobretensão transitória ocorre no instante (nível de microssegundo ou nanossegundo). Um equipotencial deve ser alcançado entre todas as partes metálicas na 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 Projeto de Proteção contra Raios de Edifícios") (GB50057-94). "O objetivo da ligação equipotencial é reduzir a diferença de potencial entre peças e sistemas metálicos em espaços que requerem proteção contra raios" (IEC13123.4). O "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 adotar ligação equipotencial." Ao estabelecer esta 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 de 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 da placa de metal, a estrutura de linha, estrela ou malha pode ser usada quando o sistema de colagem equipotencial é adaptado. Em princípio, apenas a equipotencialidade da malha deve ser usada ao projetar um novo equipamento - sistema de link.
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 existe a sobretensão transitória. Esses elementos condutores também incluem linhas de energia em circuitos elétricos. Portanto, são necessários componentes que respondam mais rápido do que microssegundos, especialmente para descarga eletrostática.
Muito mais rápido que nanossegundos. Tais elementos são capazes de fornecer correntes poderosas de até várias vezes dez mil amperes em breves intervalos de tempo. Ventos de até 50kA são calculados em pulsos de 10/350μS sob condições esperadas de queda de raios. Por meio de um dispositivo de ligação equipotencial completo, uma ilha equipotencial pode ser formada rapidamente, e a diferença de potencial dessa ilha equipotencial à distância pode chegar a centenas de milhares de volts. No entanto, o 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 rígida incluem tubos de descarga de gás e descarregadores de folga de descarga, centelhadores angulares baseados na tecnologia de corte de arco ou centelhadores 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 especiais para promover pontos fortes e evitar pontos fracos. Os protetores contra surtos comumente usados em edifícios civis são principalmente pára-raios do tipo gap descarregado e pára-raios do tipo varistor.
Correntes de raios e correntes pós-raios requerem descarregadores extremamente fortes. Para conduzir a corrente do raio através do sistema de ligação equipotencial para o dispositivo de aterramento, recomenda-se o uso de pára-raios de corrente com centelhadores angulares de acordo com a técnica de corte de arco. Somente ele pode conduzir corrente de pulso de 10/350μs superior a 50kA e realizar a extinção automática do arco. A tensão nominal desta aplicação do produto pode chegar a 400V. Além disso, este pára-raios não fará com que um fusível classificado em 125A queime quando a corrente de curto-circuito atingir 4kA.
Devido ao seu bom desempenho, as características de trabalho 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 centelhador angular também possa conduzir correntes de até 100kA, sua forma de pulso é mais curta (8/80μs). Esses pulsos são pulsos de corrente de impulso, que até outubro de 1992 foram a base de projeto para o desenvolvimento dos atuais pára-raios.
Embora o pára-raios tenha uma boa capacidade de descarga, ele sempre tem suas deficiências: sua tensão residual é tão alta quanto 2,5 ~ 3,5 kV. Portanto, quando o pára-raios é instalado como um todo, ele precisa ser usado em combinação com outros pára-raios.
Tais produtos incluem principalmente Limitor MB, Limitador NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B da empresa Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350μs, 50kA/fase), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/fase); Centelhador angular PHOENIX da Alemanha: FLT60-400 (10/350μs, fase 60kA), FLT25-400 (10/350μs, fase 25kA); Protetor contra surtos PRF1 da Schneider; Série VBF da MOELLER.
Os varistores funcionam como muitos diodos supressores bidirecionais em série e paralelo e funcionam como resistores dependentes de tensão. Quando a tensão excede a tensão especificada, o varistor pode conduzir eletricidade; Quando a tensão é inferior à tensão especificada, o varistor não conduz eletricidade. Desta forma, o varistor pode desempenhar um papel limitador de tensão perfeito. Os varistores funcionam extremamente rápidos, 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 pára-raios. Está registrado no documento IEC1024-1 do Comitê Internacional de Tecnologia de Elétrons que a quantidade de carga a ser processada é de 10/350μs, o que equivale a 20 vezes a quantidade de 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 do pulso. A desvantagem do varistor é que ele é fácil de envelhecer e tem alta capacitância. Além disso, o elemento de diodo é quebrado. Como, na maioria dos casos, ocorre um curto-circuito quando a junção PN está sobrecarregada, dependendo da frequência com que é carregada, o varistor começa a consumir correntes de fuga que podem causar erros nos circuitos de teste insensíveis aos dados de medição. Ao mesmo tempo, especialmente em altas tensões nominais, gerará 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 passa-baixa que atenua significativamente o sinal. Mas a atenuação abaixo de cerca de 30kHz é insignificante. Esses produtos incluem principalmente o Limitor V da ABB, VTS Limitado, Limitador VE, Limitador 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 de 40kA), DEHNguard275 (8/20μs, fase de 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, fase de 40kA), VAL-ME400ST/FM (8/20μs, 40kA/fase) da 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 overvoltage esquema de proteção
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 pára-raios contendo apenas um nível de segurança pode ser instalado em diferentes locais na fonte de alimentação. O mesmo pára-raios também pode ter vários níveis de proteção. Para obter proteção adequada contra sobretensão, as pessoas precisarão proteger a faixa 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 contra 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. Esse anel de proteção pode ser para um único equipamento eletrônico, um espaço com vários tipos de equipamentos eletrônicos ou até mesmo um prédio inteiro passando. Os fios que geralmente possuem um anel de proteção com proteção espacial são conectados ao pára-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 pára-raios que pode conduzir corrente de pulso de 10/350μs com o nível técnico contemporâneo, o protetor contra surtos conectável para distribuição de energia secundária, 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 pára-raios para todos os circuitos, ou seja, além das fontes de alimentação, para medição, controle, circuitos de regulamentação 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 fornecidas.
1 Sistema de ligação equipotencial
O princípio básico da proteção contra sobretensão é que a sobretensão transitória ocorre no instante (nível de microssegundo ou nanossegundo). Um equipotencial deve ser alcançado entre todas as partes metálicas na 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 Projeto de Proteção contra Raios de Edifícios") (GB50057-94). "O objetivo da ligação equipotencial é reduzir a diferença de potencial entre peças e sistemas metálicos em espaços que requerem proteção contra raios" (IEC13123.4). O "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 adotar ligação equipotencial." Ao estabelecer esta 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 de 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 da placa de metal, a estrutura de linha, estrela ou malha pode ser usada quando o sistema de colagem equipotencial é adaptado. Em princípio, apenas a equipotencialidade da malha deve ser usada ao projetar um novo equipamento - sistema de link.
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 existe a sobretensão transitória. Esses elementos condutores também incluem linhas de energia em circuitos elétricos. Portanto, são necessários componentes que respondam mais rápido do que microssegundos, especialmente para descarga eletrostática.
Muito mais rápido que nanossegundos. Tais elementos são capazes de fornecer correntes poderosas de até várias vezes dez mil amperes em breves intervalos de tempo. Ventos de até 50kA são calculados em pulsos de 10/350μS sob condições esperadas de queda de raios. Por meio de um dispositivo de ligação equipotencial completo, uma ilha equipotencial pode ser formada rapidamente, e a diferença de potencial dessa ilha equipotencial à distância pode chegar a centenas de milhares de volts. No entanto, o 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 rígida incluem tubos de descarga de gás e descarregadores de folga de descarga, centelhadores angulares baseados na tecnologia de corte de arco ou centelhadores 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 especiais para promover pontos fortes e evitar pontos fracos. Os protetores contra surtos comumente usados em edifícios civis são principalmente pára-raios do tipo gap descarregado e pára-raios do tipo varistor.
Correntes de raios e correntes pós-raios requerem descarregadores extremamente fortes. Para conduzir a corrente do raio através do sistema de ligação equipotencial para o dispositivo de aterramento, recomenda-se o uso de pára-raios de corrente com centelhadores angulares de acordo com a técnica de corte de arco. Somente ele pode conduzir corrente de pulso de 10/350μs superior a 50kA e realizar a extinção automática do arco. A tensão nominal desta aplicação do produto pode chegar a 400V. Além disso, este pára-raios não fará com que um fusível classificado em 125A queime quando a corrente de curto-circuito atingir 4kA.
Devido ao seu bom desempenho, as características de trabalho 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 centelhador angular também possa conduzir correntes de até 100kA, sua forma de pulso é mais curta (8/80μs). Esses pulsos são pulsos de corrente de impulso, que até outubro de 1992 foram a base de projeto para o desenvolvimento dos atuais pára-raios.
Embora o pára-raios tenha uma boa capacidade de descarga, ele sempre tem suas deficiências: sua tensão residual é tão alta quanto 2,5 ~ 3,5 kV. Portanto, quando o pára-raios é instalado como um todo, ele precisa ser usado em combinação com outros pára-raios.
Tais produtos incluem principalmente Limitor MB, Limitador NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B da empresa Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350μs, 50kA/fase), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/fase); Centelhador angular PHOENIX da Alemanha: FLT60-400 (10/350μs, fase 60kA), FLT25-400 (10/350μs, fase 25kA); Protetor contra surtos PRF1 da Schneider; Série VBF da MOELLER.
Os varistores funcionam como muitos diodos supressores bidirecionais em série e paralelo e funcionam como resistores dependentes de tensão. Quando a tensão excede a tensão especificada, o varistor pode conduzir eletricidade; Quando a tensão é inferior à tensão especificada, o varistor não conduz eletricidade. Desta forma, o varistor pode desempenhar um papel limitador de tensão perfeito. Os varistores funcionam extremamente rápidos, 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 pára-raios. Está registrado no documento IEC1024-1 do Comitê Internacional de Tecnologia de Elétrons que a quantidade de carga a ser processada é de 10/350μs, o que equivale a 20 vezes a quantidade de 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 do pulso. A desvantagem do varistor é que ele é fácil de envelhecer e tem alta capacitância. Além disso, o elemento de diodo é quebrado. Como, na maioria dos casos, ocorre um curto-circuito quando a junção PN está sobrecarregada, dependendo da frequência com que é carregada, o varistor começa a consumir correntes de fuga que podem causar erros nos circuitos de teste insensíveis aos dados de medição. Ao mesmo tempo, especialmente em altas tensões nominais, gerará 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 passa-baixa que atenua significativamente o sinal. Mas a atenuação abaixo de cerca de 30kHz é insignificante. Esses produtos incluem principalmente o Limitor V da ABB, VTS Limitado, Limitador VE, Limitador 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 de 40kA), DEHNguard275 (8/20μs, fase de 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, fase de 40kA), VAL-ME400ST/FM (8/20μs, 40kA/fase) da 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 overvoltage esquema de proteção
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 pára-raios contendo apenas um nível de segurança pode ser instalado em diferentes locais na fonte de alimentação. O mesmo pára-raios também pode ter vários níveis de proteção. Para obter proteção adequada contra sobretensão, as pessoas precisarão proteger a faixa 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 contra 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. Esse anel de proteção pode ser para um único equipamento eletrônico, um espaço com vários tipos de equipamentos eletrônicos ou até mesmo um prédio inteiro passando. Os fios que geralmente possuem um anel de proteção com proteção espacial são conectados ao pára-raios de proteção de tensão ao mesmo tempo que o equipamento periférico do círculo de proteção.