Principio di protezione contro le sovratensioni dell'alimentazione elettrica regolata
Il dispositivo di protezione dalle sovratensioni (SPD), noto anche come dispositivo di protezione dalle sovratensioni, è un dispositivo di protezione non lineare utilizzato per limitare la sovratensione transitoria e guidare la corrente di scarica di sovratensione nei sistemi sotto tensione e viene utilizzato per proteggere apparecchi elettrici con bassi livelli di tensione di resistenza o sistemi elettronici sono protetto da fulmini e impulsi elettromagnetici o danni da sovratensione di funzionamento. Negli ultimi anni, i sistemi di informazione elettronica (come televisione, telefono, comunicazione, reti di computer, ecc.) si sono sviluppati rapidamente e un gran numero di dispositivi di informazione elettronica sono emersi e sono diventati popolari. Tali sistemi e apparecchiature sono spesso costosi e importanti e la loro tensione di funzionamento e il livello di tensione di resistenza sono molto bassi, quindi sono estremamente vulnerabili agli impulsi elettromagnetici dei fulmini. Pertanto, è necessario un SPD per la protezione della tensione.
A causa dei diversi standard seguiti dai vari paesi, le specifiche del prodotto non sono unificate e anche l'identificazione dei parametri ha una propria enfasi, che è di gran lunga inferiore ad altre specifiche del prodotto elettrico, il che comporta grandi inconvenienti nella progettazione e nella selezione. Nella progettazione ingegneristica, i marchi comuni possono essere suddivisi in prodotti nazionali, prodotti europei e prodotti americani a seconda del luogo di origine. Le impostazioni dei parametri dei prodotti domestici sono caotiche, con specifiche diverse e pressione residua elevata. Alcune impostazioni del modello di prodotti standardizzati imitano i prodotti europei e altre seguono i parametri di calibrazione nazionali. La maggior parte dei prodotti sono contrassegnati con In e Imax. Poiché i prodotti domestici hanno requisiti relativamente bassi per i siti di applicazione, qualità costruttive basse e apparecchiature di grandi dimensioni che sopportano valori di tensione, alcuni requisiti relativi ai parametri possono essere opportunamente allentati.
I prodotti europei generalmente contrassegnano la corrente di scarica massima e anche il modello del prodotto viene impostato in base a questo parametro. Ad esempio, XXX65 e XXX40 di un famoso marchio europeo, i valori 65 e 40 sono Imax. Tuttavia, lo standard cinese stabilisce chiaramente che per la selezione del tipo deve essere utilizzata la corrente di scarica nominale In, il che è una situazione imbarazzante che si incontra attualmente nella progettazione ingegneristica. Dopo aver controllato le informazioni sul prodotto, il valore In di XX65 non supera 20 kA e il valore In di XX40 non supera 15 kA. Secondo il valore raccomandato di GB50343, questi due prodotti possono essere utilizzati solo per la protezione di terzo livello del terminale dell'apparecchiatura, ma nella progettazione effettiva sono installati al primo e al secondo livello, il che ovviamente non è coerente con i parametri di selezione dello standard nazionale e la tensione residua più alta, i modelli ordinari generalmente superano i 1200 V, una volta che l'ambiente di cablaggio non è buono, è facile superare il valore della tensione di tenuta dell'apparecchiatura. In generale, il valore Uc dei prodotti europei è piccolo e la tensione di linea è marcata opportunisticamente, quindi è facile essere fuorvianti nella scelta del modello.
Il limitatore di sovratensione è adatto per la protezione dell'alimentazione a bassa tensione 220/380 V. È una componente non lineare. Secondo la norma IEC il limitatore di sovratensione è un dispositivo che sopprime principalmente la sovratensione e la sovracorrente della linea condotta. Il limitatore di sovratensione svolge un ruolo protettivo. Il requisito di base è che deve resistere alla corrente di fulmine che si prevede passi attraverso e, attraverso la massima tensione di bloccaggio della sovratensione, può estinguere efficacemente il flusso continuo a frequenza industriale generato dopo il passaggio della corrente di fulmine e prevenire l'istantaneo sovratensione nella linea elettrica e nella linea di trasmissione del segnale. La sovratensione è limitata all'intervallo di tensione che l'apparecchiatura o il sistema può sopportare oppure la forte corrente del fulmine viene dispersa a terra per proteggere l'apparecchiatura o il sistema protetto dai danni dovuti all'impatto.
Il tipo e la struttura dei limitatori di sovratensione variano a seconda degli scopi diversi, ma è incluso almeno un elemento limitatore di tensione non lineare. I dispositivi di protezione da sovratensione comunemente utilizzati includono MOV (varistore a ossido di metallo) e tubi a scarica di gas. Gli sbalzi di tensione contengono molta energia e non possono essere fermati. Per questo motivo, la strategia per proteggere le apparecchiature elettriche sensibili dai danni derivanti da sovratensioni elettriche è quella di deviare la sovratensione lontano dall'apparecchiatura e indirizzarla a terra.
Il dispositivo di protezione da sovratensione MOV è composto da tre parti: la parte centrale è in materiale di ossido di metallo e due semiconduttori sono collegati all'alimentazione e alla terra. Quando si verifica un picco, il MOV agisce immediatamente e il tempo di risposta è compreso tra 1 e 3 nanosecondi. La "V" nel MOV è un reostato. Al momento della risposta, la resistenza del MOV scende dal valore massimo quasi a zero ohm e la sovracorrente fluisce verso terra attraverso il MOV. L'apparecchiatura elettrica protetta continua a funzionare alla normale tensione di esercizio. I suoi elementi semiconduttori hanno la proprietà di cambiare resistenza al variare della tensione. Quando la tensione è inferiore a un certo valore, il movimento degli elettroni nel semiconduttore crea un'elevata resistenza. Al contrario, quando la tensione supera quel valore specifico, il movimento degli elettroni cambia e la resistenza del semiconduttore diminuisce fino a zero ohm. La tensione è normale e il dispositivo di protezione da sovratensione MOV è inattivo, il che non influisce sulla linea di alimentazione.
Gli indicatori dei pro e dei contro del dispositivo di protezione da sovratensione MOV: (1) Tensione di bloccaggio: indica il valore di tensione che farà sì che il MOV si colleghi a terra. Minore è la tensione di bloccaggio, migliori sono le prestazioni di protezione. (2) Capacità di assorbimento/dissipazione di energia: questo valore nominale indica quanta energia il limitatore di sovratensione può assorbire prima di bruciarsi, in joule. Maggiore è il valore, migliore è la prestazione di protezione. (3) Tempo di risposta: i limitatori di sovratensione non si disconnettono immediatamente, hanno un leggero ritardo nella risposta alla sovratensione.
Un altro comune dispositivo di protezione dalle sovratensioni è un tubo a scarica di gas. Questi tubi a scarica di gas fanno la stessa cosa dei MOV, spostano la corrente in eccesso dalla tensione a terra utilizzando un gas inerte come conduttore tra i due fili. Quando la tensione rientra in un certo intervallo, la composizione del gas determina che è un cattivo conduttore. Se la tensione supera questo intervallo, la corrente sarà abbastanza forte da ionizzare il gas, rendendo il tubo a scarica di gas un ottimo conduttore. Conduce la corrente a terra finché la tensione non ritorna ai livelli normali, quindi diventa di nuovo un cattivo conduttore.
