Puntos clave para la selección de protectores contra sobretensiones y análisis de problemas relacionados.

El protector contra sobretensiones es un protector de circuitos de alta eficiencia que soporta transitorios de alto voltaje, pulsos de alta energía, una rápida transición (10⁻⁹ s) de la alta impedancia original a la baja impedancia, y pulsos de interferencia de alto voltaje transitorios hasta un voltaje predeterminado, protegiendo así eficazmente los equipos y dispositivos sensibles contra daños, permitiendo que el circuito funcione sin interferencias.

(1) Los dispositivos de protección contra sobretensiones se dividen en tres niveles.
El primer nivel de protección puede descargar la corriente directa del rayo o la enorme energía transmitida cuando la línea de transmisión eléctrica es alcanzada directamente por un rayo. La protección de primer nivel debe ser un pararrayos de fuente de alimentación conmutada trifásica, y su flujo magnético no debe ser inferior a 60 kA. Generalmente se utiliza para distribución general.
El objetivo de la segunda etapa es limitar aún más el valor de la tensión residual de sobretensión a través del pararrayos de la primera etapa a 1500-2000 V, e implementar una conexión equipotencial para lpz1-lpz2. Cuando se utiliza la salida del pararrayos de potencia de la línea del armario de distribución como protección de segundo nivel, se debe utilizar un pararrayos de potencia limitador de tensión, cuya capacidad de corriente de rayo no debe ser inferior a 20 kA.

El objetivo del tercer nivel es proteger definitivamente el equipo y reducir la tensión residual de sobretensión a menos de 1000 V. Como protección de tercer nivel, se utiliza un pararrayos limitador de tensión en serie, cuya capacidad de corriente de rayo no debe ser inferior a 10 kA. Generalmente se emplea en equipos de distribución de energía en terminales.
Los diferentes sistemas de distribución deben seleccionar los dispositivos de protección contra sobretensiones correspondientes, que se pueden dividir en TN (TN-S, NC, TN-CS), it y TT.

1) Protección primaria
El objetivo 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 2500-3000 V.
Cuando el pararrayos instalado en el lado de baja tensión del transformador eléctrico doméstico se utiliza como primera línea de protección, debe ser un pararrayos de conmutación trifásico, y su flujo magnético no debe ser inferior a 60 kA. Este nivel de pararrayos debe ser de alta capacidad y estar conectado entre cada fase de la línea de entrada en la entrada del sistema de suministro eléctrico del usuario y tierra. El profesor Di de la enseñanza en línea de diseño eléctrico generalmente exige que este nivel de pararrayos tenga una capacidad de impacto máxima de más de 100 kA por fase y que la tensión límite requerida sea inferior a 1500 V, lo que se denomina pararrayos de clase. Estos pararrayos electromagnéticos están diseñados para soportar grandes corrientes de rayos y descargas eléctricas, y atraer sobretensiones de alta energía, que pueden desviar una gran cantidad de corriente de sobretensión a tierra. Solo proporcionan la tensión límite (cuando la corriente de impulso fluye a través del pararrayos de potencia, la tensión máxima en la línea se denomina tensión límite) como protección de nivel medio, porque el protector de nivel de clase absorbe principalmente la gran corriente de sobretensión, y por sí solo no puede proteger completamente los equipos eléctricos sensibles dentro del sistema de suministro de energía.

El pararrayos de primera generación puede prevenir descargas de rayo de 10 / 350 µs y 100 kA, alcanzando el estándar de protección más alto especificado por la IEC.
La referencia técnica es: el flujo del rayo es mayor o igual a 100 kA (10 / 350 µs); el valor de la tensión residual no debe ser mayor de 2,5 kV; el tiempo de respuesta es menor o igual a 100 ns.
2) Protección secundaria
El objetivo es limitar aún más el valor de la tensión residual de sobretensión a través del pararrayos de primer nivel a 1500-2000 V, e implementar una conexión equipotencial para lpz1-lpz2.
Cuando se utiliza la salida del pararrayos de potencia de la línea del armario de distribución como protección de segundo nivel, se debe instalar un pararrayos de potencia limitador de voltaje en el punto de distribución de la rama que suministra energía a equipos eléctricos importantes o sensibles, y su capacidad de corriente de rayo no debe ser inferior a 20 kA. El Sr. Di, profesor de diseño eléctrico en línea, explica que estos pararrayos de potencia pueden absorber mejor la energía residual de sobretensión que pasa a través del pararrayos en la entrada de la fuente de alimentación del usuario, y tienen un excelente efecto inhibidor sobre sobretensiones transitorias.

La capacidad máxima de impulso del pararrayos de potencia utilizado aquí debe ser superior a 45 kA por fase, y la tensión límite requerida debe ser inferior a 1200 V; se denomina pararrayos de potencia de Clase II. En general, si el sistema de alimentación del usuario alcanza el nivel de protección II, puede cumplir con los requisitos de funcionamiento de los equipos eléctricos.
Se adopta un protector de clase C para el pararrayos de la fuente de alimentación de clase II para la protección de modo completo de la fase I, la fase I y la fase I, y los principales parámetros técnicos son: la capacidad de corriente de rayo es mayor o igual a 40ka (8 / 20us); el valor pico de la tensión residual no debe ser mayor de 1000V; el tiempo de respuesta no debe ser mayor de 25ns.

3) Protección de tercer nivel
El objetivo es proteger finalmente el equipo reduciendo la tensión residual de sobretensión a menos de 1000 V, para que la energía de la sobretensión no dañe el equipo.
Cuando el pararrayos instalado en el extremo de entrada de la fuente de alimentación de CA de los equipos de información electrónica se utilice como protección de tercer nivel, deberá ser un pararrayos limitador de tensión en serie, y su capacidad de corriente de rayo no deberá ser inferior a 10 kA.
Finalmente, se puede utilizar un pararrayos de potencia incorporado en la fuente de alimentación interna de los equipos eléctricos para eliminar por completo las pequeñas sobretensiones transitorias. El Sr. Di, profesor de diseño eléctrico en línea, exige que la capacidad máxima de impacto del pararrayos de potencia utilizado sea de 20 kA por fase o inferior, y que la tensión límite requerida sea inferior a 1000 V. Para algunos equipos electrónicos particularmente importantes o sensibles, es necesario contar con protección de tercer nivel, que también puede proteger el equipo eléctrico de las sobretensiones transitorias generadas dentro del sistema. Para la fuente de alimentación rectificadora utilizada en equipos de comunicación por microondas, equipos de comunicación de estaciones base móviles y equipos de radar, se deben seleccionar pararrayos de fuente de alimentación de CC con la tensión de trabajo adecuada como protección de nivel no estándar según las necesidades de protección de su tensión de trabajo.

4) Según el nivel de tensión soportada del equipo protegido.
Si la protección contra rayos de dos niveles limita la tensión por debajo del nivel de tensión de resistencia del equipo, solo se requiere protección de dos niveles. Si el nivel de tensión de resistencia del equipo es bajo, pueden ser necesarios cuatro o más niveles de protección. La capacidad de corriente de rayo de la protección de cuarto nivel no debe ser inferior a 5 kA.
(2) ¿Por qué se debe instalar un fusible y un disyuntor delante del protector contra sobretensiones?
Cuando la corriente de irrupción que pasa a través del protector contra sobretensiones supera su IMAX, este se averiará y fallará, provocando un cortocircuito en el circuito. Para interrumpir el cortocircuito, es necesario instalar un disyuntor o un fusible. Según el Sr. Di, profesor de diseño eléctrico en línea, cada descarga eléctrica provoca el envejecimiento del protector contra sobretensiones. Por ejemplo, si la corriente persiste durante mucho tiempo, el protector se sobrecalentará y acelerará su envejecimiento. En este caso, el sistema de protección térmica del disyuntor o fusible debe actuar para desconectar el protector antes de que alcance la temperatura máxima permitida.

Requisitos del protector contra sobretensiones para fusibles y disyuntores: cuando se aplican 20 pulsos de prueba estándar de 8/20 microsegundos y 1,2/50 microsegundos bajo la corriente nominal, el disyuntor o fusible no se disparará. Si el protector contra sobretensiones se avería y sufre un cortocircuito, el disyuntor o fusible se activará. Si el protector contra sobretensiones es un módulo de conmutación, dado que su modo de fallo es un circuito abierto, puede protegerse sin necesidad de un disyuntor miniatura ni fusible.
Tanto el fusible como el disyuntor pueden usarse como protección superior para protectores contra sobretensiones. Características del fusible: El fusible tiene dos funciones de protección: retardo prolongado y corriente instantánea con características de límite de tiempo inverso. El Sr. Di, profesor de diseño eléctrico en línea, se utiliza como protección contra sobrecarga y cortocircuito respectivamente, es decir, el enlace fusible debe reemplazarse después de la fusión de falla. Características del disyuntor: El disyuntor tiene protección contra corriente instantánea y protección térmica contra sobrecarga. Después de la desconexión de falla, puede reiniciarse manualmente sin reemplazar componentes.
Observe la diferencia entre las líneas de entrada: se debe seleccionar un protector contra sobretensiones de 440 V para sistemas trifásicos de 280 V de cinco hilos o de 380 V de cuatro hilos. Se debe seleccionar un protector contra sobretensiones de 220 V para sistemas monofásicos de 220 V de dos hilos o de tres hilos. Además, tenga en cuenta que el nivel de protección del protector contra sobretensiones seleccionado es de nivel 2 para sistemas trifásicos de 280 V en la línea de entrada del edificio residencial; y de nivel 3 para sistemas monofásicos de 220 V.
Una vez que la línea del sistema TN-CS ingresa al cuadro de distribución general del edificio, la línea de alimentación se divide en línea N y línea PE. Solo es necesario instalar un protector contra sobretensiones entre la línea de fase I y la línea de alimentación.
El interruptor situado en la parte frontal del protector contra sobretensiones permite seleccionar el fusible y el disyuntor. Generalmente, se recomienda seleccionar entre 40 y 63 A para IMAX > 40 kA y entre 20 y 32 A para IMAX < 40 kA.

(3) ¿Son lo mismo un protector contra sobretensiones y un pararrayos?
Si bien tanto los protectores contra sobretensiones como los pararrayos tienen la función de prevenir sobretensiones, especialmente las causadas por rayos, aún presentan muchas diferencias en su aplicación.
1) Los pararrayos tienen múltiples niveles de voltaje, que van desde 0,38 kV de bajo voltaje hasta 500 kV de ultra alto voltaje, mientras que los dispositivos de protección contra sobretensiones generalmente solo tienen productos de bajo voltaje;

2) Los pararrayos se instalan principalmente en el sistema primario para evitar la invasión directa de la onda del rayo, mientras que los protectores contra sobretensiones se instalan principalmente en el sistema secundario, que es una medida suplementaria después de que el pararrayos elimina la invasión directa de la onda del rayo o cuando el pararrayos no elimina la onda del rayo;

3) El pararrayos se utiliza para proteger equipos eléctricos, y el protector contra sobretensiones se utiliza principalmente para proteger instrumentos o medidores electrónicos;
4) Dado que el pararrayos está conectado al sistema eléctrico primario, debe tener un aislamiento externo adecuado y un tamaño considerable. En cambio, como el protector contra sobretensiones está conectado a baja tensión, su tamaño puede ser muy reducido.