Protección contra sobretensiones: la línea crítica de defensa para la seguridad eléctrica

Introducción

En los sistemas eléctricos modernos, la protección contra el aumento se ha convertido en una medida de seguridad indispensable. Ya sea en el suministro de energía residencial, la producción industrial o los sistemas de generación de energía fotovoltaica, las fluctuaciones de voltaje instantáneo pueden conducir a consecuencias graves. Este artículo presenta sistemáticamente los principios, aplicaciones y criterios de selección de protección contra sobretensiones para ayudar a los lectores a obtener una comprensión integral de esta tecnología vital de seguridad eléctrica.

1. ¿Por qué necesitamos protección contra sobretensiones?

1.1 Peligros de sobretensiones

A aumento(o sobretensión eléctrica) se refiere a una fluctuación repentina y severa en voltaje o corriente, que generalmente duran de microsegundos a milisegundos, con voltajes que pueden alcanzar miles de voltios. Estas sobretensiones transitorias se originan principalmente de:

Lightning Strikes: Lightning directo o inducido

Fluctuaciones de cuadrícula: conmutación del sistema de energía, fallas de cortocircuito

Operaciones del equipo: startups/apagadas de motores grandes, conmutación de transformadores

1.2 Riesgos potenciales

Los sistemas eléctricos sin protección enfrentan múltiples riesgos:

Daño del equipo: desglose de componentes electrónicos, falla de aislamiento

Pérdida de datos: fallas de servidor y dispositivo de almacenamiento

Interrupciones de producción: fallas en el sistema de control industrial

Peligros de incendio: arcos inducidos por sobrecarga y cortocircuitos

1.3 Pérdidas económicas

Las estadísticas indican que aproximadamente el 30% de los casos de daño de los equipos eléctricos están relacionados con el aumento, lo que resulta en pérdidas económicas anuales que ascienden a miles de millones de dólares. La protección de sobretensión adecuada puede mitigar significativamente estos riesgos.

2. ¿Dónde se debe instalar la protección contra el aumento?

2.1 Lugares de protección clave

Una sólida estrategia de protección contra sobretensiones emplea un enfoque escalonado:

Protección primaria (tipo 1)

Ubicación: Entrada del panel de distribución principal

Función: protege contra rayos directos y grandes oleadas

Parámetros típicos: IMAX ≥ 50ka

Protección secundaria (tipo 2)

Ubicación: paneles de subdistribución

Función: limita el voltaje residual y proporciona protección complementaria

Parámetros típicos: IMAX ≥ 20ka

Protección terciaria (tipo 3)

Ubicación: dispositivo front-end

Función: ofrece protección de precisión para equipos sensibles

Parámetros típicos: IMAX ≥ 5ka

2.2 Aplicaciones especiales

Sistemas fotovoltaicos: requerido tanto en los lados de CC (módulos al inversor) como de CA (inversor a rejilla)

Centros de datos: bastidores de servidores, front-end de equipos de red

Controles industriales: equipos críticos como PLC y convertidores de frecuencia

3. ¿Qué es un dispositivo de protección de sobretensión (SPD)?

3.1 Concepto básico

Un dispositivo protector de aumento (Spd) es un dispositivo de seguridad eléctrica diseñado para limitar las sobretensiones transitorias y desviar las corrientes de sobretensión. Las especificaciones técnicas clave incluyen:

Voltaje de funcionamiento continuo máximo (UC)

Corriente de alta nominal (in)

Corriente de descarga máxima (IMAX)

Nivel de protección de voltaje (arriba)

3.2 Tipos principales

Tipo de protección de tipo Tiempo de respuesta de aplicación típico

Entradas de construcción de rayos directos tipo 1 ≤100ns

Paneles de subdistribución de rayos inducidos tipo 2 ≤25NS

Tipo 3 Terminales de dispositivo de sobretensiones ≤1ns ≤1ns

3.3 Características adicionales

ModernoSpdSa menudo incluye:

Indicadores de falla (mecánico o electrónico)

Interfaces de monitoreo remoto

Protección de desconexión térmica

4. ¿Cómo funciona la protección contra el aumento?

4.1 Principio operativo básico

SpdS protege los sistemas a través de los siguientes mecanismos:

Estado de monitoreo: mantiene una alta impedancia durante la operación normal

Conducción activada: cambia rápidamente a baja impedancia al detectar la sobretensión

Diversión de energía: los canales aumentan la corriente al sistema de conexión a tierra

Recuperación: regresa automáticamente al estado de alta impedancia después del aumento

4.2 Componentes técnicos principales

Varistor de óxido de metal (MOV)

Material: semiconductor a base de óxido de zinc

Características: resistencia no lineal sensible a voltaje

Ventajas: respuesta rápida, alta capacidad de manejo de corriente

Tubo de descarga de gas (GDT)

Estructura: cámara llena de gas sellada

Características: alto aislamiento, capacidad de desvío fuerte

Aplicación: protección primaria de alta energía

Diodo de supresión de voltaje transitorio (TV)

Características: respuesta ultra rápida (a nivel de picosegundos)

Aplicación: Protección electrónica de precisión

4.3 Protección coordinada de varios niveles

Un sistema de protección típico de tres niveles:

Protección primaria: desvía la mayor parte de la energía (GDT)

Protección secundaria: Otros límites de voltaje residual (MOV)

Protección terciaria: protección de precisión (TV)

5. Directrices de selección y mantenimiento

5.1 Criterios de selección

Compatibilidad del sistema:

Calificación de voltaje (UC ≥ 1.15 × Voltaje del sistema)

Capacidad actual (en ≥ Corriente de sobretensión esperada)

Parámetros de rendimiento:

Nivel de protección de voltaje (más bajo es mejor)

Tiempo de respuesta (más rápido es mejor)

Normas de certificación:

IEC 61643

UL 1449

5.2 Notas de instalación

Minimizar la longitud del cable de conexión

Asegurar a la conexión a tierra confiable (resistencia al suelo ≤10Ω)

Evite mezclar diferentes tipos de Spd

5.3 Recomendaciones de mantenimiento

Inspecciones regulares (al menos anualmente)

Monitorear los indicadores de falla

Estado del documento después de eventos de rayos

Conclusión

La protección contra el aumento es un componente crítico de los sistemas de seguridad eléctrica. Al comprender sus principios, seleccionar los dispositivos correctos y garantizar la instalación adecuada, los riesgos eléctricos pueden prevenirse de manera efectiva, salvaguardar tanto el personal como el equipo. Con los avances tecnológicos, los dispositivos protectores de aumento están evolucionando hacia soluciones más inteligentes y confiables. En CNLONQCOM, estamos comprometidos con una mejora tecnológica continua, desarrollando protectores de aumento más avanzados y integrales para proporcionar una protección superior para todos los tipos de sistemas eléctricos.