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El protector contra sobretensiones, también llamado protector contra rayos, es un dispositivo electrónico que brinda protección de seguridad para varios equipos electrónicos, instrumentos y líneas de comunicación.Cuando se genera un pico de corriente o voltaje en el circuito eléctrico o circuito de comunicación debido a una interferencia externa, El protector puede conducir y derivar en muy poco tiempo, a fin de evitar que la sobretensión dañe otros equipos en el circuito.Espacio de descarga del componente básico (también conocido como espacio de protección): generalmente se compone de dos varillas metálicas expuestas al aire con un cierto espacio entre ellos, uno de los cuales está conectado a la línea de fase de potencia L1 o línea neutra (N) del dispositivo de protección requerido Conectado, otra varilla de metal está conectada al cable de tierra (PE). Cuando ocurre la sobretensión instantánea, el espacio se descompone y una parte de la carga de sobretensión se introduce en el suelo, evitando el aumento de voltaje en el equipo protegido.La distancia entre las dos varillas metálicas en el espacio de descarga se puede ajustar según sea necesario , y la estructura es relativamente simple, pero la desventaja es que el rendimiento de extinción del arco es deficiente. El espacio de descarga mejorado es un espacio angular. Su función de extinción de arco es mejor que la anterior. Depende de la potencia eléctrica F del circuito y del efecto ascendente del flujo de aire caliente para extinguir el arco.
El tubo de descarga de gas está compuesto por un par de placas de cátodo frío separadas entre sí y encerradas en un tubo de vidrio o tubo de cerámica lleno de un cierto gas inerte (Ar) .Para mejorar la probabilidad de activación del tubo de descarga, hay un agente de activación auxiliar en el tubo de descarga. Este tubo de descarga lleno de gas es del tipo bipolar y del tipo tripolar. Los parámetros técnicos del tubo de descarga de gas incluyen principalmente: voltaje de descarga de CC Udc; Tensión de descarga de impulso Up (normalmente Up≈ (2 ～ 3) Udc; frecuencia de potencia La corriente In; el impacto y la corriente Ip; la resistencia de aislamiento R (> 109Ω); la capacitancia entre electrodos (1-5PF). El tubo de descarga se puede utilizar en condiciones de CC y CA. El voltaje de descarga de CC seleccionado Udc es el siguiente: Uso en condiciones de CC: Udc ≥1.8U0 (U0 es el voltaje de CC para el funcionamiento normal de la línea) Uso en condiciones de CA: U dc≥ 1.44Un (Un es el valor efectivo de la tensión de CA para el funcionamiento normal de la línea) El varistor se basa en ZnO Como componente principal de la resistencia no lineal del semiconductor de óxido metálico, cuando la tensión aplicada a sus dos extremos alcanza un cierto valor, la resistencia es muy sensible a la tensión. Su principio de funcionamiento es equivalente a la conexión en serie y en paralelo de múltiples PN semiconductores. Las características de los varistores son no lineales Buenas características de linealidad (I = coeficiente no lineal α en CUα), gran corriente capacidad (~ 2KA / cm2), fuga normal baja corriente de envejecimiento (10-7 ～ 10-6A), voltaje residual bajo (dependiendo del trabajo del varistor Voltaje y capacidad de corriente), tiempo de respuesta rápido a sobrevoltaje transitorio (~ 10-8s), sin marcha libre. Los parámetros técnicos del varistor incluyen principalmente: voltaje del varistor (es decir, voltaje de conmutación) UN, voltaje de referencia Ulma; Ures de voltaje residual; relación de voltaje residual K (K = Ures / UN); capacidad de corriente máxima Imax; corriente de fuga; tiempo de respuesta. Las condiciones de uso del varistor son: voltaje del varistor: UN≥ [(√2 × 1.2) /0.7] Uo (Uo es el voltaje nominal de la fuente de alimentación de frecuencia industrial) Voltaje de referencia mínimo: Ulma ≥ (1.8 ~ 2) Uac (usado bajo condiciones de CC) Ulma ≥ (2.2 ~ 2.5) Uac (usado en condiciones de CA, Uac es el voltaje de trabajo de CA) El voltaje de referencia máximo del varistor debe ser determinado por el voltaje de resistencia del dispositivo electrónico protegido y el voltaje residual de el varistor debe ser menor que el nivel de pérdida de voltaje del dispositivo electrónico protegido, es decir (Ulma) max≤Ub / K, la fórmula anterior K es la relación de voltaje residual, Ub es la pérdida de voltaje del equipo protegido.
Diodo supresor El diodo supresor tiene la función de sujetar y limitar el voltaje. Funciona en el área de avería inversa. Debido a su bajo voltaje de sujeción y respuesta de acción rápida, es especialmente adecuado para los últimos niveles de protección en circuitos de protección de niveles múltiples. Las características de voltios-amperios del diodo de supresión en la zona de ruptura se pueden expresar mediante la siguiente fórmula: I = CUα, donde α es el coeficiente no lineal, para el diodo Zener α = 7 ～ 9, en el diodo de avalancha α = 5 ～ 7. Diodo de supresión Los principales parámetros técnicos son: ⑴ Tensión de ruptura nominal, que se refiere a la tensión de ruptura bajo la corriente de ruptura inversa especificada (generalmente lma). En cuanto al diodo Zener, el voltaje de ruptura nominal generalmente está en el rango de 2.9V ～ 4.7V, y el voltaje de ruptura nominal de los diodos de avalancha a menudo está en el rango de 5.6V a 200V.⑵Voltaje de sujeción máximo: se refiere al más alto voltaje que aparece en ambos extremos del tubo cuando se pasa la corriente grande de la forma de onda especificada. Potencia de pulso: se refiere al producto del voltaje de sujeción máximo en ambos extremos del tubo y el valor equivalente de la corriente en el tubo bajo la forma de onda de corriente especificada (como 10 / 1000μs) .⑷Voltaje de desplazamiento inverso: se refiere al voltaje máximo que se puede aplicar a ambos extremos del tubo en la zona de fuga inversa, y el tubo no debe romperse bajo este voltaje .Este voltaje de desplazamiento inverso debe ser significativamente más alto que el voltaje de operación pico del sistema electrónico protegido, es decir, no puede estar en un estado de conducción débil cuando el sistema está funcionando normalmente. Corriente de fuga máxima: se refiere a la corriente inversa máxima que fluye en el tubo bajo la acción del voltaje de desplazamiento inverso. Tiempo de respuesta: 10-11 s Bobina de choque La bobina de choque es un dispositivo de supresión de interferencias de modo común con ferrita como núcleo. Consiste en dos bobinas del mismo tamaño y el mismo número de vueltas que se enrollan simétricamente en la misma ferrita Se forma un dispositivo de cuatro terminales en el núcleo toroidal del cuerpo, que tiene un efecto supresor sobre la gran inductancia del modo común señal, pero tiene poco efecto en la pequeña inductancia de fuga para la señal de modo diferencial.El uso de bobinas de choque en líneas balanceadas puede suprimir efectivamente las señales de interferencia de modo común (como la interferencia de rayos) sin afectar la transmisión normal de señales de modo diferencial en el La bobina de choque debe cumplir los siguientes requisitos durante la producción: 1) Los cables enrollados en el núcleo de la bobina deben aislarse entre sí para garantizar que no se produzca una ruptura de cortocircuito entre las espiras de la bobina bajo la acción de una sobretensión instantánea. 2) Cuando fluye una gran corriente instantánea a través de la bobina, el núcleo magnético no debe estar saturado 3) El núcleo magnético de la bobina debe aislarse del bobina para evitar la ruptura entre los dos bajo la acción de sobretensión transitoria. 4) La bobina debe enrollarse en una sola capa tanto como sea posible. Esto puede reducir la capacitancia parásita de la bobina y mejorar la capacidad de la bobina para soportar una sobretensión instantánea Dispositivo de cortocircuito de 1/4 de longitud de onda El dispositivo de cortocircuito de 1/4 de longitud de onda es un protector de sobretensión de señal de microondas fabricado en base al análisis del espectro de rayos ondas y la teoría de ondas estacionarias de antena y alimentador. La longitud de la barra de cortocircuito de metal en este protector se basa en la señal de trabajo La frecuencia (como 900MHZ o 1800MHZ) está determinada por el tamaño de 1/4 de longitud de onda. La longitud de la barra de cortocircuito paralela tiene impedancia infinita para el frecuencia de la señal de trabajo, que es equivalente a un circuito abierto y no afecta la transmisión de la señal. Sin embargo, para las ondas del rayo, debido a que la energía del rayo se distribuye principalmente por debajo de n + KHZ, esta barra de cortocircuito La impedancia de la onda del rayo es muy pequeña, lo que equivale a un cortocircuito, y el nivel de energía del rayo se filtra al suelo. El diámetro de la barra de cortocircuito de 1/4 de longitud de onda es generalmente de unos pocos milímetros, el rendimiento de la resistencia a la corriente de impacto es bueno, que puede alcanzar más de 30KA (8/20 μs) y el voltaje residual es muy pequeño. Este voltaje residual es causado principalmente por la propia inductancia de la barra de cortocircuito. La desventaja es que la banda de frecuencia de potencia es relativamente estrecha y el ancho de banda es aproximadamente del 2% al 20%. Otro inconveniente es que no es posible agregar una polarización de CC a la instalación del alimentador de antena, lo que limita ciertas aplicaciones.

Protección jerárquica de los protectores contra sobretensiones (también conocidos como protectores contra rayos) protección jerárquica Debido a que la energía de los rayos es muy grande, es necesario descargar gradualmente la energía de los rayos a la tierra a través del método de descarga jerárquica. El dispositivo de protección puede descargar la corriente directa del rayo o descargar la enorme energía conducida cuando la línea de transmisión de energía es golpeada directamente por un rayo. Para los lugares donde pueden producirse rayos directos, se debe realizar una protección contra rayos CLASE I. El dispositivo de protección contra rayos de segundo nivel es un dispositivo de protección para la tensión residual del dispositivo de protección contra rayos de nivel frontal y el rayo inducido en la zona. . Cuando se produce la absorción de energía del rayo en el nivel frontal, todavía queda una parte del equipo o el dispositivo de protección contra rayos del tercer nivel. Es una gran cantidad de energía que se transmitirá y debe ser absorbida aún más por el dispositivo de protección contra rayos de segundo nivel.Al mismo tiempo, la línea de transmisión que pasa a través del dispositivo de protección contra rayos de primer nivel también inducirá rayos. radiación de pulso electromagnético LEMP. Cuando la línea es lo suficientemente larga, la energía del rayo inducido se vuelve lo suficientemente grande y se requiere el dispositivo de protección contra rayos de segundo nivel para descargar aún más la energía del rayo. El dispositivo de protección contra rayos de segundo nivel El propósito del primer nivel de protección es evitar que la sobretensión se conduzca directamente desde la zona LPZ0 a la zona LPZ1, y limitar la sobretensión de decenas de miles a cientos de miles de voltios a 2500-3000V El protector de sobretensión instalado en el lado de bajo voltaje del transformador de energía doméstico debe ser un protector de sobretensión de tipo interruptor de voltaje trifásico como primer nivel de protección, y su caudal de relámpago no debe ser menos de 60KA. Este nivel de protector contra sobretensiones debe ser un protector contra sobretensiones de gran capacidad conectado entre cada fase de la línea entrante de las fuentes de alimentación del usuario. En general, se requiere que este nivel de protector contra sobretensiones tenga una capacidad de impacto máxima de más de 100KA por fase, y el voltaje límite requerido sea inferior a 1500 V, lo que se denomina protector contra sobretensiones CLASE I. Estos relámpagos electromagnéticos Los dispositivos de protección están especialmente diseñados para soportar las grandes corrientes de rayo y rayo inducido y para atraer sobretensiones de alta energía, que pueden derivar grandes cantidades de sobrecorrientes a tierra. Solo brindan protección de nivel medio (la tensión máxima que aparece en el línea cuando la corriente de impulso fluye a través del descargador de sobretensión se denomina voltaje límite), porque los protectores de CLASE I absorben principalmente grandes sobrecorrientes. No pueden proteger completamente el equipo eléctrico sensible dentro del sistema de suministro de energía.El pararrayos de potencia de primer nivel puede prevenir ondas de relámpago de 10 / 350μs, 100KA y alcanzar el estándar de protección más alto estipulado por IEC.La referencia técnica es: la tasa de flujo del rayo es mayor o igual a 100KA (10 / 350μs); el valor de voltaje residual no es mayor a 2.5KV; el tiempo de respuesta es menor o igual a 100ns El propósito del segundo nivel de protección es limitar aún más el valor de la sobretensión residual que pasa a través del primer nivel del pararrayos a 1500-2000V, e implementar la conexión equipotencial para LPZ1- LPZ2.La salida del protector de sobretensión del circuito del gabinete de distribución debe ser un protector de sobrevoltaje limitador de voltaje como segundo nivel de protección, y su capacidad de corriente de rayo no debe ser inferior a 20KA. Debe instalarse en la subestación que suministra energía a equipos eléctricos importantes o sensibles. Oficina de distribución vial.Estos pararrayos de la fuente de alimentación pueden absorber mejor la energía de sobretensión residual que ha pasado a través del pararrayos en la entrada de la fuente de alimentación del usuario y tienen una mejor supresión de la sobretensión transitoria. de 45 kA o más por fase, y el voltaje límite requerido debe ser inferior a 1200 V. Se llama protector de sobretensión de CLASE Ⅱ. El sistema de suministro de energía del usuario general puede lograr la protección de segundo nivel para cumplir con los requisitos de operación del equipo eléctrico. El pararrayos de la fuente de alimentación de segundo nivel adopta el protector tipo C para protección de modo completo de centro de fase, fase-tierra y tierra media, principalmente Los parámetros técnicos son: la capacidad de corriente del rayo es mayor o igual a 40KA (8 / 20 μs); el valor de pico de voltaje residual no es superior a 1000 V; el tiempo de respuesta no supera los 25ns.

El propósito del tercer nivel de protección es el último medio de proteger el equipo, reduciendo el valor de la sobretensión residual a menos de 1000 V, de modo que la sobrecarga de energía no dañe el equipo. de la fuente de alimentación de CA de los equipos de información electrónica debe ser un protector contra sobretensiones limitador de voltaje en serie como tercer nivel de protección, y su capacidad de corriente de rayo no debe ser inferior a 10KA. La última línea de defensa puede usar una potencia incorporada pararrayos en la fuente de alimentación interna del equipo eléctrico para lograr el propósito de eliminar completamente la pequeña sobretensión transitoria. 1000V.Para algunos equipos electrónicos particularmente importantes o particularmente sensibles, es necesario tener el tercer nivel de protección, y al Por lo tanto, proteja el equipo eléctrico de la sobretensión transitoria generada dentro del sistema.Para la fuente de alimentación del rectificador utilizada en equipos de comunicación de microondas, equipos de comunicación de estaciones móviles y equipos de radar, es aconsejable seleccionar un protector contra rayos de fuente de alimentación de CC adaptado a la tensión de trabajo como la protección final de acuerdo con las necesidades de protección de su voltaje de trabajo. La protección de cuarto nivel y superior se basa en el nivel de voltaje soportado del equipo protegido. Si los dos niveles de protección contra rayos pueden limitar el voltaje para que sea más bajo que el nivel de voltaje soportado del equipo, solo se requieren dos niveles de protección. Si el equipo tiene un nivel de voltaje soportado más bajo, puede requerir cuatro o más niveles de protección. La capacidad de corriente del rayo del cuarto nivel de protección no debe ser inferior a 5KA. [3] El principio de funcionamiento de la clasificación de los protectores contra sobretensiones se divide en ⒈ tipo de interruptor: su principio de funcionamiento es que cuando no hay una sobretensión instantánea, presenta una alta impedancia, pero una vez que responde a la sobretensión transitoria del rayo, su impedancia cambia repentinamente a un valor bajo, permitiendo el paso de la corriente. Cuando se utilizan como tales dispositivos, los dispositivos incluyen: brecha de descarga, tubo de descarga de gas, tiristor, etc.⒉Tipo de limitación de voltaje: su principio de funcionamiento es de alta resistencia cuando no hay sobretensión instantánea, pero con el aumento de sobrecorriente y voltaje, su impedancia continuará disminuyendo y sus características corriente-voltaje son fuertemente no lineales. Los dispositivos utilizados para tales dispositivos son: óxido de zinc, varistores, diodos supresores, diodos de avalancha, etc. tipo shunt tipo estrangulador: conectado en paralelo con el equipo protegido, presenta una baja impedancia al pulso del rayo, y presenta una alta impedancia a la operación normal Tipo de estrangulamiento: En serie con el equipo protegido, presenta alta impedancia a los pulsos de rayo y baja impedancia a las frecuencias de operación normales.Los dispositivos utilizados para tales dispositivos son: bobinas de choque, filtros de paso alto, filtros de paso bajo , Dispositivos de cortocircuito de 1/4 de longitud de onda, etc.

Según el propósito (1) Protector de alimentación: protector de alimentación de CA, protector de alimentación de CC, protector de alimentación de conmutación, etc. Paneles de distribución de energía CC, etc .; Hay cajas de distribución de energía de entrada al aire libre en el edificio y cajas de distribución de energía en el piso del edificio; Los protectores contra sobretensiones de ondas de energía se utilizan para redes eléctricas industriales de baja tensión (220 / 380VCA) y redes eléctricas civiles; en los sistemas de energía, se utilizan principalmente para la entrada o salida de energía trifásica en el panel de suministro de energía de la sala de control principal de la sala de automatización y la subestación.Es adecuado para varios sistemas de suministro de energía de CC, como: panel de distribución de energía de CC ; Equipo de suministro de energía DC; Caja de distribución de energía DC; gabinete del sistema de información electrónico; terminal de salida del equipo de fuente de alimentación secundaria.⑵Protector de señal: protector de señal de baja frecuencia, protector de señal de alta frecuencia, protector de alimentador de antena, etc.El ámbito de aplicación del dispositivo de protección contra rayos de señal de red se utiliza para 10 / 100Mbps SWITCH, HUB, ROUTER y otros equipos de red, rayos y protección contra sobretensiones inducidas por impulsos electromagnéticos de rayos; · Protección del conmutador de red de la sala de red; · Protección del servidor de la sala de red; · Sala de red otra Protección de equipos con interfaz de red; · La caja de protección contra rayos integrada de 24 puertos se utiliza principalmente para la protección centralizada de canales de múltiples señales en gabinetes de red integrados y gabinetes de interruptores de rama. Protectores de sobretensión de señal. Los dispositivos de protección contra rayos de señales de video se utilizan principalmente para equipos de señales de video punto a punto. La protección de sinergia puede proteger todo tipo de equipos de transmisión de video de los peligros causados ​​por el rayo inducido y la sobretensión de la línea de transmisión de señal, y también es aplicable a la transmisión de RF bajo el mismo voltaje de trabajo. La caja de protección se utiliza principalmente para la protección centralizada de equipos de control, como grabadoras de vídeo de disco duro y cortadores de vídeo en el armario de control integrado.