Reducerea influențelor și ridicarea imunității circuitelor.
Când se realizează un sistem din părți electronice standard, este necesară o protecție la supratensiune. De asemenea, când se proiectează un aparat electronic trebuie prevăzute protecții la bornele de alimentare. Supratensiunea, numită și supratensiune tranzitorie, trebuie luată în serios, fiindcă se pot proteja echipamente de mare valoare prin componente care costă puțin. Trebuie estimat ce nivel de protecție să fie disponibil și a se asigura toată protecția de care este nevoie, chiar dacă nu se utilizeză o protecție de calitate la supratensiune.
Principala sarcină a unui sistem de protecție la supratensiune este de a proteja dispozitivele electronice de “valuri” de supratensiune sau de putere (power surges).
Un val de putere sau de supratensiune tranzitorie, este o creștere a tensiunii în mod semnificativ peste nivelul desemnat ca fiind normal într-un flux de energie electrică. În domeniul domestic și cel de birou în Europa, tensiunea standard este de 220Vac. Dacă tensiunea crește peste 220Vac, există o problemă și o protecție la supratensiune ajută la prevenirea defectării aparatelor conectate direct la rețea. Tensiunea reprezintă o diferență de potențiale de energie electrică. Curent electric circulă de la un punct la altul, deoarece există diferență de potențiale de energie electrică între capetele firului. Diverși factori pot determina o creștere de scurtă durată a nivelului de tensiune.
• atunci când creșterea durează peste 3 nanosecunde, se numește val de tensiune (surge).
• dacă durează 1 … 2 nanosecunde, se numește vârf de tensiune (spike).
Dacă fluctuațiile de energie sunt destul de mari, acestea pot provoca imediat daune importante într-un aparat. Asociați fenomenul cu filamentul dintr-un bec care se arde în cazul în care crește tensiunea. Rețineți că, dacă tensiunea a crescut și nu se defectează imediat un aparat, această stresare suplimentară pe componente poate avea efecte negative în timp, în sensul reducerii duratei de utilizare a aparatului electric.
1. Protecția prin varistoare și bobine de șoc
Pentru aparatele din casă sau birou, protecția standard la supratensiune se obține dacă se
trece curentul electric de la o priză spre un număr de dispozitive electrice și electronice prin conectare cu un prelungitor prevăzut cu protecție. În cazul în care tensiunea de la priză, la întreruperi sau la șocuri, crește peste nivelul acceptat, protecția la supratensiuni deviază energia electrică suplimentară prin firul de împământare la priza lui. Protecția necesită priză cu împământare. În cel mai frecvent tip de protecție la supratensiuni, o componentă numită un varistor sau MOV, deviază tensiune suplimentară. MOV este o rezistență variabilă dependentă de tensiune, ce formează o legătură între linia de putere și linia de împământare. MOV-ul se deschide numai atunci când există o tensiune peste cea nominală.
Ca rezervă, unele protecții la supratensiune au o siguranță fuzibilă care se arde, dacă un MOV nu oprește creșterea de putere într-un interval de timp. Unele protecții la supratensiune au suplimentar și filtrarea “zgomotului pe linie”, adică a fluctuațiilor mici în curentul electric, folosind o simplă bobină șoc toroidală ce “filtrează” curentul de alimentare.
2. Protecția prin suprimatoare cu descărcare în gaz (Gas Discharge Arrestors)
Un alt dispozitiv comun de protecție la supratensiuni este un suprimator sau descărcător cu gaz (gas discharge arrestor) sau tub cu gaz (gas tube). Aceste tuburi lucrează ca un MOV – pot devia curentul suplimentar de la linia de putere la linia de pământ, prin utilizarea unui gaz inert ca un conductor între cele două linii. Dacă tensiunea este sub un anumit nivel, gazul este slab conductor (cu rezistența Gohmi). Când vârfurile de tensiune depășesc un nivel, puterea electrică este suficient de mare pentru a ioniza gazul, devenind un conductor foarte bun (rezistența < 1ohm). Va trece un curent la linia de împământare până când tensiunea atinge valori normale, iar gazul devine din nou un slab conductor. Ambele metode de protecție au răspândit designul de circuit paralel - tensiunea suplimentară este deviată de la calea standard, spre firul de împământare. Câteva produse de protecție împotriva supratensiunii, au un design de circuit serie - energia electrică suplimentară nu este șuntată la o altă linie, dar în schimb este încetinită prin linia de putere. Practic, aceste suprimatoare detectează atunci când există înaltă tensiune și apoi pot stoca energia electrică, eliberând-o treptat.
Acest tip de protecție oferă o protecție mai bună, pentru că reacționează mai repede și nu aruncă brusc energie electrică în linia de împământare, putând eventual, să perturbe chiar ea sistemul electric al clădirii.
3. Cauzele variațiilor de tensiune
Creșteri de tensiune apar atunci când un fenomen aleator mărește sarcina electrică la un moment dat în liniile de înaltă tensiune. Sursa cea mai cunoscută este un fenomen natural, fulgerul. Când fulgerul lovește în apropierea unei linii electrice, fie că este vorba în subteran, într-o clădire sau stâlpi, tensiunea electrică poate avea milioane de volți. Acest lucru determină o creștere de putere extrem de mare, care va învinge aproape orice protecție la supratensiune. La furtuni cu fulgere, cea mai bună protecție este de a deconecta aparatele din priză. O cauză comună de supratensiune, frecvent întâlnită, este funcționarea aparatelor electrice de mare putere, cum ar fi lifturi, aer condiționat și frigidere. Aceste echipamente de mare putere necesită multă energie pentru a porni sau opri componente, cum ar fi compresoare și motoare.
Această comutare creează creșteri bruște și scurte de putere, care pot să perturbe fluxul de tensiune constantă în sistemul electric. În timp ce aceste valuri de putere sunt departe de intensitatea unui val de energie ca fulgerul, acestea pot fi suficient de severe pentru a cauza daune în componente, imediat sau treptat, mai ales că au loc în mod repetat în sistemele electrice ale clădirii. Alte surse de variații ale tensiunii includ cabluri defecte, sistemul de transformatoare și linii de putere care aduc energie electrică de la un generator în case sau birouri. Există zeci de defecte potențiale care pot provoca un flux de putere inegal. În sistemul de distribuție a energiei electrice, variațiile de tensiune sunt un eveniment inevitabil.
4. De ce utilizăm protecția individuală
Dacă variațiile de tensiune sunt o parte inerentă a sistemului electric public, de ce nu s-a prevăzut o protecție la supratensiune chiar în prize? Răspunsul este că o mulțime de componente în dispozitive electronice moderne, sofisticate (PC-uri, receptoare TV, DVD playere) sunt mult mai sensibile decât atunci când s-a extins rețeaua publică AC. De aceea trebuie să intercalăm noi, în prezent, protecții între priză și aparatele alimentate. Protecția la supratensiune e foarte variată, fiindcă există o gamă extraordinară de sisteme de protecție legat de performanță și preț: prize multiple cu protecții pe liniile de alimentare, stații de protecție la supratensiune pe alimentare, pe linie telefonică, pe linii de date, surse UPS care preiau valurile de creștere de energie din rețea și livrează o tensiune curată, la nivel constant. Pentru a afla de ce este capabilă o protecție, trebuie verificat pe etichetă ratingul UL (Underwriters Laboratories). UL 1449 este standardul de performanță minimă. Trei parametri sunt importanți:
(1) Tensiunea de prindere (de deschidere a unui MOV) mai mică indică o protecție mai bună. Există trei niveluri de protecție în evaluarea UL – 330V, 400V și 500V. MOV-ul se poate arde, deci dispozitivul de protecție trebuie prevăzut cu indicator luminos care arată starea.
(2) Absorbția de energie / disipare – acest rating dat în Jouli (J), arată cât de multă energie la supratensiuni se poate absorbi. Un număr mai mare indică o mai mare protecție. Un nivel de 200 la 400 J este modest. Pentru o mai bună protecție, o evaluare bună este de 600 J sau mai mult.
(3) Timpul de răspuns – protecția la supratensiune acționează imediat, există o foarte mică întârziere ca acestea să răspundă la supratensiune. Dacă timpul de răspuns este mai lung, echipamentele vor fi expuse la supratensiune un interval mai mare de timp. O protecție bună la supratensiune răspunde în mai puțin de 1 nanosecundă.
5. Protecția aparatelor și sistemelor industriale și profesionale
În cazul sistemelor industriale, medicale, surse de alimentare etc., protecțiile la supratensiunese se prevăd în interiorul aparatelor, pe bornele alimentare. Sistemele fotovoltaice și cele eoliene generatoare de energie sunt deosebit de expuse la factori perturbatori naturali: fulgere și descărcări electrostatice invizibile. Pentru generatoarele de energie verde protecțiile sunt mai extinse și vor face obiectul altui articol.
ECAS
ELECTRO este distribuitor autorizat al produselor EPCOS:
Capacitoare aluminiu, Capacitoare film, Capacitoare de putere, Ferite, Filtre absorbante de curenţi mari, Inductoare, Supresoare ceramice pentru tensiuni tranzitorii, Termistoare NTC, Termistoare PTC, Transformatoare, Varistoare.
www.epcos.com
www.ecas.ro
Autor:
Ing. Emil Floroiu
ECAS ELECTRO
emil.floroiu@ecas.ro
www.ecas.ro