Cinque metodi di protezione dai dispositivi di protezione dalle sovratensioni

Metodi di protezione dalle sovratensioni

1. Dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) collegati in parallelo attraverso le linee elettriche

In condizioni normali, i varistori all'interno del dispositivo di protezione dalle sovratensioni rimangono in uno stato ad alta impedenza. Quando la rete elettrica viene colpita da un fulmine o subisce sovratensioni transitorie dovute a manovre di commutazione, il dispositivo di protezione reagisce in pochi nanosecondi, facendo commutare i varistori in uno stato a bassa impedenza e limitando rapidamente la sovratensione a un livello di sicurezza. In caso di sovratensioni o picchi di tensione prolungati, il varistore si degrada e si surriscalda, attivando un meccanismo di disconnessione termica per prevenire incendi e proteggere le apparecchiature.

2. Protezioni contro le sovratensioni di tipo filtro in serie, collegate in linea con i circuiti di alimentazione.

Questi dispositivi di protezione forniscono energia pulita e sicura per apparecchiature elettroniche sensibili. Le sovratensioni da fulmine trasportano non solo un'enorme energia, ma anche picchi di tensione e corrente estremamente elevati. Sebbene i dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) in parallelo possano sopprimere l'ampiezza delle sovratensioni, non sono in grado di appiattirne i fronti d'onda ripidi. I dispositivi di protezione da sovratensione (SPD) di tipo filtro in serie, collegati in linea con i circuiti di alimentazione, utilizzano MOV (MOV1, MOV2) per limitare le sovratensioni in nanosecondi. Inoltre, un filtro LC riduce la pendenza dei picchi di tensione e corrente della sovratensione di quasi 1.000 volte e riduce la tensione residua di cinque volte, proteggendo i dispositivi sensibili.

3. Installazione di varistori di limitazione della tensione tra fasi e linee per limitare le sovratensioni.

Questo metodo funziona bene per illuminazione, ascensori, condizionatori d'aria e motori, che hanno una maggiore capacità di resistere alle sovratensioni. Tuttavia, è meno efficace per l'elettronica moderna e compatta ad alta integrazione. Ad esempio, nei sistemi monofase a 220 V CA, i varistori vengono in genere installati tra il neutro e la terra per assorbire i picchi di corrente indotti dai fulmini. L'efficacia della protezione dipende interamente dalla scelta e dall'affidabilità del varistore.

La tensione di bloccaggio viene impostata in base alla tensione di picco della rete (310 V), tenendo conto di:
- Fluttuazioni della rete del 20%,
- Tolleranza del componente del 10%,
- Fattori di affidabilità del 15% (invecchiamento, umidità, calore).
Pertanto, i livelli di bloccaggio tipici variano da 470 V a 510 V. Le sovratensioni inferiori a 470 V passano senza subire variazioni.

Mentre le apparecchiature elettriche standard (ad esempio, motori, illuminazione) possono sopportare 1.500 V CA (2.500 V di picco), l'elettronica moderna opera a ±5 V - ±15 V, con tolleranze massime inferiori a 50 V. Picchi ad alta frequenza inferiori a 470 V possono comunque accoppiarsi attraverso le capacità parassite nei trasformatori e negli alimentatori, danneggiando i circuiti integrati. Inoltre, a causa della tensione residua del varistore e dell'induttanza dei conduttori, forti sovratensioni possono spingere i livelli di blocco a 800 V - 1.000 V, mettendo ulteriormente a rischio i componenti elettronici.

4. Miglioramento della protezione con trasformatori ad ultraisolamento (metodo di isolamento)

Un trasformatore di isolamento schermato viene inserito tra la sorgente di alimentazione e il carico per bloccare il rumore ad alta frequenza e al contempo garantire una corretta messa a terra secondaria. L'interferenza di modo comune, relativa alla massa, si accoppia attraverso la capacità tra gli avvolgimenti. Uno schermo collegato a terra tra gli avvolgimenti primario e secondario devia questa interferenza, riducendo il rumore in uscita.

5. Metodo di assorbimento

I componenti assorbenti sopprimono le sovratensioni passando da un'impedenza alta a una bassa quando vengono superate le tensioni di soglia. Esempi comuni di dispositivi includono:
- Varistori – Capacità di gestione della corrente limitata.
- Tubi a scarica di gas (GDT)– Risposta lenta.
- Diodi TVS / Tubi a scarica a stato solido – Più veloce, ma con compromessi nell'assorbimento di energia.