Principio di protezione contro le sovratensioni
Il dispositivo di protezione contro le sovratensioni (SPD), noto anche come Surge Protector, è un dispositivo di protezione non lineare utilizzato nei sistemi sotto tensione per limitare la sovratensione transitoria e guidare la corrente di scarica di sovratensione. Viene utilizzato per proteggere sistemi elettrici o elettronici con livelli di tenuta a bassa tensione da fulmini, impulsi elettromagnetici o danni da sovratensione operativa. 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 resi popolari. Questi tipi di sistemi e apparecchiature sono spesso costosi e importanti, con una bassa tensione operativa e sopportano livelli di tensione, che li rendono altamente suscettibili agli impulsi elettromagnetici dei fulmini. Pertanto, l'SPD dovrebbe essere utilizzato per la protezione da sovratensione.
A causa dei diversi standard seguiti dai diversi paesi, le specifiche dei prodotti non sono unificate e anche l'identificazione dei parametri ha una propria enfasi, che è di gran lunga inferiore alle specifiche di altri prodotti elettrici, il che comporta grandi inconvenienti nella progettazione e nella selezione. Nella progettazione ingegneristica, i marchi comuni possono essere principalmente suddivisi in prodotti nazionali, prodotti europei e prodotti americani in base al luogo di origine. Le impostazioni dei parametri dei prodotti domestici sono caotiche, con specifiche diverse e tensione residua elevata. Alcuni dei modelli di prodotto standardizzati sono destinati a imitare i prodotti europei, mentre altri seguono parametri standard nazionali. La maggior parte dei prodotti sono etichettati con In e Imax. A causa dei bassi requisiti dei prodotti domestici per i siti di applicazione, dei bassi livelli degli edifici e degli elevati valori di tensione di resistenza delle apparecchiature, alcuni requisiti dei parametri possono essere opportunamente allentati.
I prodotti europei sono generalmente etichettati con la corrente di scarica massima e anche il modello del prodotto viene impostato in base a questo parametro. Ad esempio, un noto marchio europeo XXX65 e XXX40, dove i valori di 65 e 40 sono Imax. Tuttavia, gli standard cinesi stabiliscono chiaramente che per la selezione deve essere utilizzata la corrente di scarica nominale In, il che è una situazione scomoda 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. Se vengono seguiti i valori consigliati di GB50343, questi due prodotti possono essere utilizzati solo per la protezione a tre livelli all'estremità dell'apparecchiatura. Tuttavia, nella progettazione reale, sono installati al primo e al secondo livello, il che è chiaramente in contrasto con i parametri di selezione degli standard nazionali, e la tensione residua è elevata. I modelli ordinari generalmente superano i 1200 V. Se l'ambiente di cablaggio non è buono, è facile superare il valore della tensione di tenuta dell'apparecchiatura. In generale, i prodotti europei hanno un valore Uc relativamente basso e sono opportunistici nell'etichettare la tensione di linea, rendendo più facile trarre in inganno nella scelta dei modelli.
Il principio di funzionamento dell'SPD
Il limitatore di sovratensione è adatto alla protezione dell'alimentazione a bassa tensione 220/380 V ed è un componente non lineare. Secondo gli standard IEC, il limitatore di sovratensione è un dispositivo utilizzato principalmente per sopprimere la sovratensione e la sovracorrente della linea di trasmissione. Il requisito fondamentale affinché un dispositivo di protezione da sovratensione svolga un ruolo protettivo è resistere alla corrente di fulmine prevista ed estinguere efficacemente la corrente continua a frequenza industriale generata dopo il flusso del fulmine attraverso la tensione di bloccaggio massima della sovratensione. Limita la sovratensione istantanea che entra nella linea elettrica o nella linea di trasmissione del segnale all'intervallo di tensione che l'apparecchiatura o il sistema può sopportare, oppure scarica una forte corrente di fulmine nel terreno per proteggere l'apparecchiatura o il sistema protetto dai danni causati dall'impatto.
I tipi e le strutture dei limitatori di sovratensione variano a seconda dei loro diversi usi, ma contengono almeno un elemento limitatore di tensione non lineare. I dispositivi di protezione da sovratensione comunemente utilizzati includono MOV (MetalOxideVaristors) e tubi a scarica di gas. Le sovratensioni elettriche contengono energia potente e non possono essere fermate. Per questo motivo, la strategia per proteggere le apparecchiature elettriche sensibili dai danni da sovratensione è quella di deviare la sovratensione dall'apparecchiatura e poi convogliarla nel terreno.
Il dispositivo di protezione da sovratensione MOV è costituito da tre parti: un materiale di ossido metallico al centro, collegato da due semiconduttori all'alimentazione e al filo di terra. Quando si verifica un picco, il MOV agisce immediatamente con un tempo di risposta di 1-3 nanosecondi. La "V" in MOV è un reostato. Al momento della risposta, la resistenza del MOV scende dal suo valore massimo quasi a zero ohm e la sovracorrente fluisce nel terreno attraverso il MOV. L'apparecchiatura elettrica protetta continua a funzionare alla normale tensione operativa. I suoi componenti semiconduttori hanno la proprietà di cambiare resistenza con variazioni di tensione. Quando la tensione scende al di sotto di un valore specifico, il movimento degli elettroni in un semiconduttore genera un'elevata resistenza. Al contrario, quando la tensione supera questo valore specifico, il movimento degli elettroni cambierà e la resistenza del semiconduttore diminuirà fino a quasi zero ohm. La tensione è normale e il dispositivo di protezione da sovratensione MOV è inattivo sul lato, senza influenzare la linea di alimentazione.
Gli indicatori dei vantaggi e degli svantaggi dei dispositivi di protezione da sovratensione (MOV) sono: (1) Tensione di serraggio: rappresenta il valore di tensione che farà sì che i MOV si colleghino al filo di terra. Minore è la tensione di bloccaggio, migliori sono le prestazioni di protezione. (2) Capacità di assorbimento/dissipazione di energia: questo valore nominale rappresenta la quantità di energia che 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 dispositivi di protezione dalle sovratensioni non si disconnettono immediatamente e si verificherà un leggero ritardo nella risposta alle sovratensioni.
Un altro comune dispositivo di protezione dalle sovratensioni è un tubo a scarica di gas. Questi tubi a scarica di gas hanno la stessa funzione dei MOV, spostando la corrente in eccesso dal filo sotto tensione al filo di terra e ottenendo questa funzione utilizzando gas inerte come conduttore tra i due fili. Quando la tensione rientra in un intervallo specifico, la composizione del gas determina che si tratta di un cattivo conduttore. Se la tensione aumenta e supera questo intervallo, l'intensità della corrente sarà sufficiente a ionizzare il gas, rendendo il tubo a scarica di gas un ottimo conduttore. Condurrà la corrente al filo di terra finché la tensione non tornerà ai livelli normali, quindi diventerà un conduttore difettoso
