Da miedo incluso imaginar una propiedad en el campo sin electrodomésticos. Incluso si en una pesadilla no sueñas con una astilla o una mecedora con una artesa. ¡Larga vida a las lavadoras, bombas, lámparas, calentadores de agua y muchos otros inventos útiles que participan en la formación de condiciones civilizadas! Sin embargo, para un funcionamiento estable del equipo, no basta con agregar odas. Es necesario garantizar que los trabajadores "asistentes de hierro" reciban la energía que necesitan y que el método de suministro de energía sea confiable y extremadamente seguro. Por eso se necesita un supresor de sobretensiones, un descendiente compacto de los descargadores obsoletos.
Es poco probable que los propietarios de equipos eléctricos compartan la cálida simpatía de Tyutchev por las tormentas de mayo. Una descarga de rayo bien dirigida que caiga sobre una línea eléctrica aérea creará en ella una sobretensión, cuyo valor a veces alcanza decenas de kV. Aunque no llegue a decenas, sino a unos pocos, se pueden producir daños graves en los dispositivos. Al fin y al cabo, la mayoría de los aparatos domésticos con llenado electrónico son resistentes sólo a 1,5 kV.
Las ondas pronunciadas que viajan a la velocidad del rayo a lo largo del cableado pueden provocar una avería y sobrecalentar el aislamiento hasta el punto de provocar un incendio. Y no es en absoluto necesario que una "flecha" de tormenta destructiva golpee la red al lado del edificio. En un par de microsegundos recorre distancias de kilómetros. Los electricistas de la organización gestora deben proteger a los residentes de edificios de gran altura de las consecuencias previsibles. Pero los propietarios privados sólo podrán presentar reclamaciones sobre Ilya el Trueno.
Ésta no es la única razón por la que se necesita protección contra sobretensiones para eliminarla. Una amenaza similar la plantean:
Para que todas las circunstancias anteriores no afecten ni el funcionamiento de los equipos eléctricos ni la integridad de su aislamiento, se inventaron los descargadores.
La función de las vías de chispas era absorber el exceso de energía y luego liberarla, junto con el calor liberado, al suelo. La lista de componentes del pararrayos incluye solo dos electrodos y un elemento de supresión de arco. Uno de los electrodos estaba conectado al objeto protegido y el segundo al circuito de puesta a tierra. Aquellos. Con una “mano” el descargador atrapaba la sobretensión y con la otra la llevaba más allá de sus límites. El extintor de arco eliminó la ionización que se produjo en este momento para devolver el explosor a su modo de funcionamiento normal.
Era necesario establecer una distancia clara entre los electrodos de la vía de chispas, llamada vía de chispas. Cuanto más largo era este intervalo, más potente era el sistema de descarga. El resultado fue algo muy engorroso y no siempre efectivo, porque el dispositivo podía limitar repentinamente el flujo, sin tener tiempo de volver al modo de funcionamiento normal antes del siguiente aumento. Luego vinieron las epopeyas con la introducción de válvulas, aire, gas y otros tipos de pararrayos. Cada uno de ellos contaba con ventajas tecnológicas, pero no estaba completamente exento de desventajas.
La nueva generación de descargadores (limitadores) tiene la menor cantidad de desventajas tecnológicas. Anteriormente, estaban representados por dispositivos bloqueados, que debían ser reemplazados por completo después de sufrir daños. Ahora se producen en versiones modulares, increíblemente convenientes para proteger el cableado eléctrico de la propiedad privada suburbana.
Los limitadores utilizados para suprimir sobretensiones son dispositivos compactos con elementos modulares reemplazables. Instalar dispositivos en paneles de distribución principal y secundario.
Nota. El uso de limitadores solo tendrá sentido si existe un sistema de conexión a tierra, que es necesario para eliminar la energía térmica del arco electromagnético extinguido.
El principal elemento de trabajo del limitador es un varistor. Este es un reóstato hecho de tabletas varistores estrechamente unidas. Las tabletas están hechas de una mezcla de óxido de zinc con óxidos de bismuto, cobalto y otros metales. La ventaja de este órgano es su “comportamiento” corriente-voltaje no lineal. Aquellos. La resistencia del dispositivo disminuye al aumentar la corriente, por lo que:
El varistor se encuentra en un inserto modular que se puede sustituir sin problemas en caso de que falle el llenado funcional. Los dispositivos modulares se producen en una amplia gama de capacidades de carga de corriente, porque Los limitadores están diseñados para proteger contra sobretensiones de diferente potencia.
Tenga en cuenta que en el caso de utilizar limitadores completos de un fabricante (por ejemplo, con la marca ETITEC), se permite su instalación en paralelo si es necesario aumentar la capacidad actual. Sin embargo, es recomendable seleccionar inicialmente un dispositivo con las características requeridas.
El limitador de red queda instalado para siempre. Más precisamente, durante toda la vida útil del tramo de cableado que protege. Periódicamente, solo será necesario cambiar el inserto reemplazable, cuyas dimensiones están diseñadas para conectarse únicamente a un dispositivo con una capacidad de carga de corriente específica. En resumen, un inserto con diferentes características de corriente simplemente no encajará en el "enchufe".
Mientras que a través de los conductores portadores de corriente del cableado fluya una corriente de un valor de funcionamiento estándar, el limitador de varistor deja pasar el flujo incondicionalmente. El voltaje en los terminales de su cuerpo de trabajo principal es equivalente al voltaje de la red. Tan pronto como los terminales del dispositivo detectan una anomalía, el dispositivo comienza a funcionar en cuestión de nanosegundos. Y si surge un voltaje igual al voltaje de encendido del dispositivo, el funcionamiento del limitador será interrumpido por un fusible térmico.
Según los desarrolladores, el "ciclo de vida" de los limitadores es de 200 mil horas. Sin embargo, puede reducirse mediante sobretensiones cuyo valor supere significativamente los valores nominales. Pueden dañar el elemento varistor y quemar el fusible, por lo que el dispositivo simplemente no puede proporcionar ninguna protección contra sobretensiones. Naturalmente, es imposible obtener información sobre el fallo del dispositivo "al tacto". Para hacer esto, los fabricantes atentos han proporcionado un elemento de señal en el módulo reemplazable: una ventana de control.
La señalización visual depende de la preferencia del fabricante. Esto puede deberse a un oscurecimiento de la ventana de control o a una luz roja brillante detectada allí, como ocurre con los productos ETITEC. Por cierto, la gama de dicha empresa incluye limitadores con notificación sonora. Las instrucciones generalmente describen en detalle qué señales se deben utilizar para determinar el próximo reemplazo del revestimiento.
Tenga en cuenta que la modularidad de los limitadores es una prioridad no solo por el rápido reemplazo de un elemento dañado, sino también por la posibilidad de obtener lecturas correctas durante una medición de control de la resistencia del cableado. Basta con quitar las inserciones de los limitadores modulares y nada afectará los valores estudiados. De nada sirve realizar mediciones con dispositivos bloqueados; no habrá resultados fiables.
La protección de un objeto contra ataques impulsivos se construye según reglas tradicionales de selectividad. Aquellos. se instala el dispositivo más potente en la entrada, luego un limitador con una capacidad de corriente menor, luego incluso menos, etc. Para los edificios suburbanos, un formato de protección de dos etapas es bastante aceptable, no es necesario gastar dinero en una opción más sofisticada;
Para no comprar un limitador con características absolutamente innecesarias, averigüemos con qué principios la muy respetada empresa ETITEC clasifica su producto:
Según la clasificación descrita, se realiza la instalación selectiva de limitadores. En la mayoría de los casos se utiliza el circuito B - C, que se adapta bien a la amortiguación y eliminación de negativos electromagnéticos en el rango de 1,5-2,5 kV. Si hay razones para aumentar el número de etapas, entonces puede comenzar la construcción de la protección con un dispositivo del grupo A y terminar con el dispositivo D.
Nota. La distancia entre los limitadores B y C de la marca ETITEC debe ser de 10 mo más, para que en las aproximaciones a la segunda etapa de protección la sobretensión tenga tiempo de alcanzar el valor umbral. Si no es posible disponer los dispositivos según las reglas, puedes colocarlos uno al lado del otro en un panel, pero colocando una bobina de inducción del mismo fabricante entre los dispositivos. No son necesarias bobinas entre C y D, pero es recomendable crear un intervalo de 5 m entre ellas.
Es una pena que no todos los limitadores estén designados con letras latinas, pero el principio de clasificación es aproximadamente el mismo para todos los fabricantes. El esquema para instalar y utilizar limitadores que protegen contra sobretensiones en la red eléctrica es similar y las reglas para su selección son equivalentes. ¿Cómo navegar sin pistas de letras?
Antes de comprar, es necesario estudiar la ficha técnica del dispositivo, que indica:
La hoja de datos contiene una serie de otros valores obtenidos mediante cálculo o experimento. No es necesario estudiarlos en su totalidad; la mayoría de los parámetros impresos están destinados a pruebas operativas y a la configuración de sistemas industriales.
Así que vamos con confianza a la tienda para adquirir dispositivos de protección muy útiles y tener en cuenta que:
Me gustaría creer que nuestros consejos le ayudarán a elegir sabiamente los dispositivos de protección contra todo el espectro de sobretensiones. Pero es recomendable confiar su instalación a electricistas "experimentados". Sin experiencia, es mejor no asumir una tarea extremadamente importante.
Hoy en día, los arrestadores están muy extendidos por todas partes. Por tanto, las preguntas sobre los pararrayos se han vuelto relevantes. Pero en la mayoría de los sitios la información es muy compleja e incomprensible. Este artículo es muy fácil de entender. De él aprenderá: qué es un descargador de chispas, el principio de funcionamiento, el diseño y los tipos de descargadores de chispas.
En la electrónica moderna, las grandes sobretensiones son bastante comunes. Las sobretensiones pueden afectar en gran medida a los dispositivos eléctricos que funcionan en condiciones normales, incluso si son de corta duración. La razón de esto puede ser una mala conmutación de los circuitos eléctricos, un aislamiento débil o interferencias resonantes. Las razones pueden ser tanto internas como externas. Las descargas atmosféricas de rayos pueden convertirse en una causa externa de sobretensión.
Anteriormente, solo se utilizaban pararrayos para proteger contra sobretensiones. Hoy en día, con el gran desarrollo de la electrónica moderna, se han comenzado a utilizar dispositivos tan maravillosos como los descargadores.
Con el alto desarrollo de la industria, fue posible fabricar pararrayos económicos y eficaces para su uso. Hoy en día, utilizar un aislamiento fiable es muy caro e ineficaz; por supuesto, lo más conveniente es utilizar pararrayos;
En sentido estricto, los descargadores son elementos protectores de los circuitos eléctricos, sin los cuales los dispositivos eléctricos y el aislamiento de los cables o alambres de las líneas eléctricas a menudo se deteriorarían.
El pararrayos consta de dos partes principales: electrodos y un dispositivo de extinción de arco.
El diseño del pararrayos varía según su tipo.
El descargador tiene una carcasa sellada duradera que lo protege de daños mecánicos externos. La brecha entre los electrodos se llama distancia de chispa. Uno de los electrodos está conectado al elemento protegido del circuito eléctrico y el otro necesariamente está conectado a tierra. Sin conexión a tierra, el descargador es inútil.
Es importante que el dispositivo de extinción de arco desempeñe un papel más importante en el funcionamiento del pararrayos; de lo contrario, el pararrayos no podrá evitar la ruptura de fase. La ruptura de fase resultará en un cortocircuito (cortocircuito).
La Figura 2 muestra el diseño de un descargador tubular. Tiene un cuerpo duradero 1 que puede soportar altas temperaturas. Brida 3, a ella se conecta la sección protegida del circuito eléctrico, la brida en sí es el electrodo del pararrayos. El electrodo 2 está conectado a tierra. Se presenta en dos tipos: con y sin ajuste. El primero puede cambiar el tamaño de la distancia entre chispas, cambiando así la magnitud del voltaje de ruptura.
Figura 2. Diseño de un descargador tubular.
El voltaje de ruptura es una de las principales características de la vía de chispas, que muestra el voltaje al que se producen chispas en la vía de chispas entre sus electrodos, es decir, la vía de chispas se abre paso. La polaridad de la conexión a los electrodos 2 y 3 no hace una diferencia significativa si se trata de un descargador de sobretensiones de CA.
El dispositivo de arco en este caso es una carcasa que emite gas. Los métodos de producción modernos permiten crear descargadores de diversas características.
El principio de funcionamiento del descargador es bastante sencillo, al igual que su diseño. Cuando se produce una sobretensión en los electrodos del descargador, la tensión aumenta significativamente. Si este voltaje es mayor que el voltaje de ruptura, que se especifica en las características del dispositivo, se producirá una falla.
Una chispa saltará entre los electrodos. Al mismo tiempo, el voltaje en sus electrodos disminuirá y el aire en el explosor se ionizará. El pararrayos será perforado por la tensión de fase y se producirá un cortocircuito.Para evitar que esto suceda, el pararrayos dispone de un dispositivo de extinción de arco. Dependiendo del tipo de pararrayos, existen diferentes tipos de dispositivos de extinción de arco. Todos los pararrayos se dividen en varios tipos.
A continuación se muestran los principales tipos de pararrayos.
El descargador tubular es un tubo fabricado de un material duradero. El material en sí son varios polímeros. El más común de ellos es el cloruro de polivinilo. El PVC es capaz de soportar temperaturas adecuadas para este tipo de descargadores.
Se colocan dos electrodos en el tubo (Fig. 1). Uno está conectado al elemento protegido y el otro está conectado a tierra. El principio de funcionamiento de un descargador tubular es bastante sencillo.
Cuando se produce una tensión de ruptura, se forma una chispa que ioniza el aire. El aire se calienta mucho y se liberan gases a gran escala.
La intensa generación de gas extingue el arco de tensión de fase. Este dispositivo de extinción de arco se llama explosión longitudinal. Hay un agujero en el pararrayos para permitir que los gases escapen al exterior.
Una vía de chispas de gas se diferencia de una vía de chispas de aire solo en que su cuerpo está lleno de un gas inerte (argón o neón). A diferencia de una vía de chispas de aire, en una vía de chispas de gas el arco formado por la tensión de fase se extingue mediante gases inertes.
En la electrónica moderna, los descargadores tubulares son omnipresentes. Son de diseño simple y confiables. El voltaje de ruptura de los descargadores de aire es bajo, por lo que dichos pararrayos no se utilizan en equipos de mayor voltaje.
Tensión de ruptura más alta para pararrayos de gas. Son mucho más eficientes, ya que los gases no reaccionan, alargando así la vida útil de los electrodos.
Figura 3. Pararrayos tubular
El juego de válvulas consta de un conjunto de espacios de chispas y resistencias no lineales que se repiten repetidamente.
El principio de funcionamiento de un pararrayos de válvula es ligeramente diferente al de los pararrayos tubulares. Durante el funcionamiento, los electrodos de chispa eliminan las sobretensiones y las resistencias no lineales (resistencias) extinguen el arco de tensión de fase.
Las resistencias constan de un conjunto de discos vilíticos. Vilit es una mezcla horneada de carburo de calcio y vidrio líquido. En comparación con los descargadores tubulares y de gas, los descargadores de válvula tienen una tensión de ruptura más alta.
Figura 4. Pararrayos de válvula.
A diferencia del dispositivo pararrayos de válvula, el dispositivo pararrayos de válvula magnético incluye un conjunto de anillos magnéticos.
El principio de funcionamiento de un descargador de válvula magnética es ligeramente diferente. Cuando se rompe una tensión de fase, se forma un arco. Bajo la influencia del campo magnético de los imanes, el arco comienza a girar, extinguiéndose así.
Figura 5. Pararrayos de válvula magnética (VMG).
Un varistor es una resistencia semiconductora que cambia la resistencia dependiendo del voltaje que se le aplica. A medida que aumenta el voltaje, la resistencia del varistor cae, por lo que pasa corriente eléctrica a través de sí mismo, eliminando así el voltaje de la sección protegida del circuito eléctrico.
Los varistores se calientan mucho durante el funcionamiento, por lo que las carcasas de los supresores de sobretensiones no lineales se vuelven térmicamente conductoras. Esto permite disipar el calor.
El diseño del disipador de sobretensiones en sí es muy simple, por lo que simplifica los métodos de fabricación. El descargador de sobretensiones también tiene buenas características técnicas. El número de varistores se puede variar dependiendo del voltaje de ruptura deseado del supresor de sobretensiones no lineal.
Fig 6. Supresor de sobretensiones no lineal (SPD).
En conclusión, me gustaría señalar que, además de los descargadores de alto voltaje, en la electrónica moderna han aparecido descargadores de bajo voltaje.
Esto permite a los radioaficionados utilizar ampliamente dispositivos tan maravillosos.
Oficiales de alta. Diseño, características, principio de funcionamiento.
pararrayos- un dispositivo eléctrico diseñado para limitar las sobretensiones en instalaciones eléctricas y redes eléctricas. Inicialmente, un dispositivo de protección contra sobretensiones basado en tecnología de descargador de chispas se llamaba descargador de sobretensiones. Luego, con el desarrollo de la tecnología, se empezaron a utilizar dispositivos basados en semiconductores y varistores de óxido metálico para limitar las sobretensiones, en relación con los cuales se sigue utilizando el término "descargador".
Dispositivo y principio de funcionamiento. El pararrayos consta de dos electrodos y un dispositivo de extinción de arco. Electrodos. Uno de los electrodos está conectado al circuito protegido, el segundo electrodo está conectado a tierra. El espacio entre los electrodos se llama vía de chispas. A un cierto valor de voltaje entre los dos electrodos, la vía de chispa se abre paso, eliminando así la sobretensión de la sección protegida del circuito. Uno de los principales requisitos para una vía de chispas es garantizar la resistencia eléctrica a frecuencia industrial (la vía de chispas no debe perforarse durante el funcionamiento normal de la red).
Dispositivo de extinción de arco. Después de una ruptura por un pulso, la vía de chispas está lo suficientemente ionizada como para atravesar el voltaje de fase del modo normal, lo que resulta en un cortocircuito y, como consecuencia, la activación de los dispositivos de automatización y protección de relés que protegen esta área. La tarea del dispositivo de extinción de arco es eliminar este cortocircuito en el menor tiempo posible antes de que actúen los dispositivos de protección.
Descargador de aire de tipo cerrado o abierto. Un espacio de aire es un tubo de extinción de arco hecho de polímeros capaces de sufrir destrucción térmica con la liberación de una cantidad significativa de gases y sin una carbonización significativa: cloruro de polivinilo o plexiglás (originalmente, a principios del siglo XX, era fibra). , con electrodos unidos en diferentes extremos. Un electrodo está conectado a tierra y el segundo está ubicado a cierta distancia de él (la distancia determina el voltaje de activación o ruptura de la vía de chispas) y tiene una conexión eléctrica directa al conductor de línea protegido. Como resultado de la ruptura, se produce una intensa generación de gas (plasma) en el tubo y se forma una ráfaga longitudinal a través del orificio de escape, suficiente para extinguir el arco. En un descargador de aire de tipo abierto, los gases de plasma se liberan a la atmósfera. El voltaje de ruptura de los descargadores de aire es más de 1 kilovoltio.
Descargador de gases. El diseño y el principio de funcionamiento son idénticos a los del pararrayos. La descarga eléctrica se produce en un espacio cerrado (tubo cerámico) lleno de gases inertes. La tecnología de descarga eléctrica en un ambiente lleno de gas permite proporcionar mejores características de velocidad de respuesta y extinción de la vía de chispas. El voltaje de ruptura de una vía de chispas llena de gas es de 60 voltios a 5 kilovoltios.
Pararrayos de válvula. Descargador de chispas de válvula RVMK-1150 El espaciador de válvulas consta de dos componentes principales: un descargador de chispas múltiple (que consta de varios descargadores de chispas individuales) y una resistencia de trabajo (que consta de un conjunto secuencial de discos vilíticos). El explosor múltiple está conectado en serie con la resistencia de funcionamiento. Debido al hecho de que vilit cambia sus características cuando se humedece, la resistencia de trabajo está herméticamente sellada del ambiente externo. En caso de sobretensión se abre una vía de chispas múltiple, la tarea de la resistencia de trabajo es reducir el valor de la corriente que la acompaña a un valor que pueda ser extinguido con éxito por las vías de chispas. Vilit tiene una propiedad especial: su resistencia no es lineal y disminuye al aumentar el valor actual. Esta propiedad permite que pase más corriente con menos caída de voltaje. Gracias a esta propiedad, los pararrayos de válvulas obtuvieron su nombre. Otras ventajas de los pararrayos tipo válvula incluyen un funcionamiento silencioso y sin emisiones de gas ni llamas.
Pararrayos de válvula magnética (VMG). El RVMG consta de varios bloques consecutivos con un explosor magnético y un número correspondiente de discos vilíticos. Cada bloque de explosores magnéticos es una conexión alterna de explosores individuales e imanes permanentes, encerrados en un cilindro de porcelana.
Cuando se produce una rotura en explosores individuales, aparece un arco que, debido a la acción del campo magnético creado por el imán anular, comienza a girar a alta velocidad, lo que garantiza una extinción más rápida del arco en comparación con los pararrayos de tipo válvula.
Varios pararrayos. Un supresor de sobretensiones no lineal (SPL) es un elemento de protección sin explosores. La parte activa del descargador de sobretensiones consiste en un metal aleado; cuando se aplica voltaje, se comporta como muchos varistores conectados en serie. El principio de funcionamiento de los descargadores de sobretensiones se basa en el hecho de que la conductividad de los varistores depende de forma no lineal de la tensión aplicada. En ausencia de sobretensiones, el pararrayos no deja pasar corriente, pero tan pronto como ocurre una sobretensión en una sección de la red, la resistencia del pararrayos disminuye drásticamente, lo que determina el efecto de la protección contra sobretensiones. Una vez que termina la sobretensión en los terminales del descargador de sobretensiones, su resistencia aumenta nuevamente. La transición del estado "cerrado" al estado "abierto" dura unidades de nanosegundos (a diferencia de los descargadores de chispas, cuyo tiempo de respuesta puede alcanzar unidades de microsegundos). Además de la alta velocidad de respuesta, el descargador tiene otras ventajas. Uno de ellos es la estabilidad de las características de los varistores después de operaciones repetidas hasta el final del tiempo de operación especificado, lo que, entre otras cosas, elimina la necesidad de mantenimiento operativo.
Vástagos de chispas de varilla. Los explosores de varilla, también conocidos como “bocinas de arco”, se utilizan para proteger contra la quema de cables protegidos y convertir un cortocircuito monofásico en uno bifásico. Para que se produzca un arco, se requiere una corriente de cortocircuito. superior a 1 kA. Debido al voltaje relativamente bajo (6-10 kV versus 20 kV en las redes finlandesas) y la alta resistencia a tierra, las bocinas de protección de arco no funcionan en las redes rusas.
Actualmente, en líneas aéreas de 6-10 kV están prohibidas por el “Reglamento de Política Técnica” de la Compañía Federal de Redes.
Parachispas largas. El principio de funcionamiento del pararrayos se basa en el uso del efecto de descarga deslizante, que proporciona una gran longitud de superposición de pulsos a lo largo de la superficie del pararrayos y, debido a esto, evita la transición de la superposición de pulsos a un arco de potencia de Corriente de frecuencia industrial. El elemento de descarga RDI, a lo largo del cual se desarrolla una descarga deslizante, tiene una longitud varias veces mayor que la longitud del aislador de línea a proteger. El diseño del descargador garantiza su menor resistencia eléctrica al impulso en comparación con el aislamiento protegido. La característica principal del pararrayos de chispas largas es que, debido a la gran duración del rayo pulsado, la probabilidad de que se forme un arco de cortocircuito se reduce a cero.
Existen varias modificaciones de RDI, que difieren en el propósito y las características de las líneas aéreas en las que se utilizan.
Los RDI están diseñados para proteger líneas eléctricas aéreas con un voltaje de corriente alterna trifásica de 6-10 kV con cables protegidos y no aislados contra sobretensiones inducidas por rayos y sus consecuencias y caídas directas de rayos; diseñado para funcionamiento en exteriores a temperaturas ambiente de menos 60 °C a más 50 °C durante 30 años.
La principal ventaja de RDI: la descarga se desarrolla a lo largo del dispositivo a través del aire y no dentro de él. Esto le permite aumentar significativamente la vida útil de los productos y aumenta su confiabilidad.
Los descargadores llenos de gas son dispositivos con dos o tres electrodos diseñados para proteger equipos electrónicos de sobretensiones accidentales o para generar potentes impulsos eléctricos en el rango de micro y nanosegundos. La característica principal de la característica corriente-voltaje de una vía de chispa protectora de dos electrodos es la presencia de un voltaje umbral, por debajo del cual la vía de chispa actúa como un aislante y por encima de él como un conductor de baja resistencia.
Antes de pasar a un estado conductor, los descargadores de conmutación equivalen a un interruptor abierto. Cambian al modo conductor de baja resistencia cuando la tensión aumenta por encima de un valor umbral o cuando llega un impulso de tensión al electrodo de control (en descargadores controlados). Los descargadores de protección y conmutación regresan del estado conductor al estado no conductor solo después de que el voltaje entre los electrodos principales haya disminuido a un cierto valor.
En estado conductor, debido a su baja resistencia intrínseca, los descargadores no detectan el valor de corriente. Suele estar limitado por la resistencia activa (o inductiva) de los elementos del circuito. Parámetros característicos de los descargadores: voltaje umbral - de 70 V a 300 kV, corriente permitida - hasta 150 kA. Para algunos tipos de pararrayos (protección de circuitos bajo tensión de funcionamiento relativamente alta), los parámetros indican la tensión a la que el pararrayos vuelve a un estado no conductor. Los valores de tensión típicos son de 50 V a 8 kV. Los parámetros importantes de los descargadores de conmutación son la frecuencia de repetición de impulsos máxima permitida (10 - 100 Hz) y la vida útil, que se caracteriza por el número garantizado de conmutaciones (106 - 107) o la carga conmutada durante todo el período de funcionamiento (103 - 104). C - “carga total”).
El diseño de un descargador típico consta de dos electrodos de disco plano separados por una carcasa cerámica de vacío dieléctrico (Fig. 1). Los dispositivos suelen llenarse con gases inertes y sus mezclas a una presión de 102 a 106 Pa. Valores característicos de los parámetros de la brecha de descarga de gas: distancia - hasta 1 cm, área - aproximadamente 1 cm Dimensiones mínimas 8,26 mm (diámetro y altura de los descargadores de diseño "pulsador"), máximo - 120220 mm . Los explosores entran en estado conductor como resultado de la aparición de una descarga de gas. Dependiendo del propósito del dispositivo, la descarga puede ser incandescente (en el rango de corriente de miliamperios), arco (amperios y kiloamperios) o chispa (kiloamperios).
Arroz. 1.
Los principales procesos físicos en una descarga luminosa: el desarrollo de avalanchas de electrones, la liberación de electrones del cátodo bajo la influencia de iones y fotones, la redistribución del potencial en la brecha debido a la carga espacial iónica, que conduce a la formación de una Región estrecha cerca del cátodo con una alta intensidad de campo. Los valores característicos del voltaje de descarga son cientos de voltios.
En una descarga de arco, el papel decisivo lo desempeña la emisión térmica de electrones desde la superficie del cátodo calentado mediante bombardeo iónico. Una descarga de arco, en comparación con una descarga incandescente, tiene valores de voltaje de combustión más bajos: decenas de voltios. Los explosores se caracterizan por una “forma transitoria de descarga de arco”, en la que no se calienta rápidamente todo el cátodo a una temperatura alta, sino sólo una microsección del mismo, dentro de la cual es posible la fusión y evaporación de la sustancia.
En tales condiciones puede formarse una descarga en una nube de vapor en expansión del material catódico. Para garantizar la durabilidad necesaria de los descargadores en tales casos, se presta especial atención a la elección del material del cátodo. Los principales requisitos para ello son una función de trabajo de electrones baja y un calor de evaporación relativamente bajo. Un material común es el silicato de aluminio y cesio, que llena los poros de una esponja de polvo de níquel prensado. En los descargadores de conmutación de alta corriente (hasta 150 kA), el cátodo tiene la forma de una película de cobre depositada sobre una subcapa de molibdeno.
En una avalancha se desarrolla una descarga de chispa con una intensidad muy alta de multiplicación de electrones, con una importante generación de fotones capaces de ionizar moléculas de gas. La descarga se forma en forma de “serpentinas”, que visualmente se observan como chispas. El desarrollo de las serpentinas corresponde físicamente al rápido movimiento del frente del gas ionizado, debido al hecho de que después de que parte de los electrones de la avalancha abandonan el ánodo, la carga espacial positiva "tira" hacia el canal de descarga principal "hijo". Avalanchas de electrones que se originan frente al frente como resultado de la fotoionización de moléculas de gas.
Ventajas de los descargadores: amplia gama de tensiones y corrientes de funcionamiento, resistencia a sobrecargas de corriente, simplicidad de diseño y tecnología de fabricación, capacidad de funcionar normalmente en condiciones de radiación y temperaturas ambiente altas (hasta 300 °C). Las ventajas determinan el uso generalizado de los descargadores: actualmente se fabrican alrededor de 50 tipos de dispositivos. La designación de tipo suele incluir la letra "P" y el número de diseño, por ejemplo, el descargador de sobretensiones incontroladas R-150. Algunos tipos se designan con dos letras y un número. Por ejemplo, RU-73 es un explosor controlado de tres electrodos; RO-49 - vía de chispas afiladora para dispositivos de rayos X; RK-160 - pararrayos de conmutación.
Durante la conmutación o bajo la influencia de descargas eléctricas, pueden producirse impulsos de alto voltaje varias veces superiores al valor nominal en equipos eléctricos y líneas eléctricas. Dado que el aislamiento no está diseñado para dicha tensión, puede producirse su rotura, acompañada de un accidente. Para evitarlo, se utilizan dispositivos eléctricos (descargadores) que protegen contra impulsos de sobretensión.
Cualquier vía de chispa tiene electrodos., cuya distancia se llama vía de chispas y el dispositivo de extinción de arco. Un electrodo está conectado al equipo que se está protegiendo y el otro está conectado a tierra. Cuando el voltaje aumenta por encima del valor determinado por el tamaño del espacio entre los electrodos, se rompe y el pulso de sobrevoltaje se descarga a través de conexión a tierra.
El principal parámetro de los limitadores es la rigidez eléctrica garantizada a la tensión nominal. Esto significa que el dispositivo no funcionará bajo ninguna circunstancia en una situación normal. En el momento en que pasa el pulso, se enciende el dispositivo de extinción de arco. Debe eliminar rápidamente (en medio ciclo) el cortocircuito formado por el arco, para que los dispositivos de protección contra sobrecargas no tengan tiempo de funcionar.
El catálogo de dispositivos fabricados le permite elegir los descargadores que mejor cumplan con los requisitos y tengan un precio preferible.
Pararrayos de aire (tubulares) Están fabricados en forma de tubos de polímero que, cuando se calientan, pueden liberar grandes cantidades de gas. Los electrodos se fijan en los extremos del tubo, cuya distancia determina la magnitud del voltaje de respuesta. Durante una rotura, el material del tubo comienza a liberar gas que, al escapar a través de un orificio en la carcasa, crea una explosión que extingue el arco eléctrico. La tensión de respuesta supera 1 kV.
Variedades de gas estructuralmente similar a los modelos anteriores. La muestra se lleva a cabo en un tubo cerámico sellado que contiene un gas inerte. La ionización del gas garantiza una respuesta más rápida y su presión extingue el arco de forma fiable. El umbral de respuesta puede ser de 60 voltios a 5 kV. A menudo se utiliza una luz de neón para indicar sobretensión.
Dispositivos de válvula Constan de varios explosores conectados en serie y una resistencia formada por discos vilíticos (resistencia de trabajo). Están conectados entre sí en serie. Dado que las características de vilit dependen de la humedad, se coloca en un recipiente hermético.
En caso de avería, la tarea de la resistencia es reducir la corriente de cortocircuito a un valor que pueda extinguirse con éxito mediante los explosores. Dado que el valor de la resistencia no es lineal: cuanto mayor es la corriente, menor es, esto permite pasar una corriente significativa con una pequeña caída de voltaje. Las ventajas de estos dispositivos incluyen el funcionamiento sin ruido ni efectos de luz. Wikipedia caracteriza estos pararrayos como obsoletos y que ya no se fabrican.
Modificaciones de válvulas magnéticas. ensamblado a partir de varios bloques equipados con explosores magnéticos y un número igual de discos viliton. Una sola unidad consta de una serie de explosores conectados en serie y un imán permanente, colocado en una carcasa de porcelana. En el momento de la ruptura, el arco resultante, bajo la influencia del campo magnético generado por el imán anular, adquiere rotación y, por lo tanto, se apaga más rápido que en los dispositivos de válvula.
En dispositivos de chispa larga Se utiliza el fenómeno de una descarga deslizante, que proporciona una longitud significativa de la trayectoria del pulso a lo largo del exterior del elemento de descarga. La longitud del elemento de descarga es significativamente mayor que la del aislante de la línea eléctrica, pero su resistencia eléctrica es menor, por lo que la posibilidad de que se produzca un arco es cero. Este tipo se utiliza en líneas eléctricas trifásicas. Pueden funcionar a temperaturas de - 60° C a + 50° C durante 30 años.
No hay descargadores de chispas en los supresores de sobretensiones no lineales. En su lugar se utilizan varistores de óxido de zinc conectados en serie. Su resistencia es menor cuanto mayor es la intensidad de la corriente, por lo que la eliminación del impulso de sobretensión se produce muy rápidamente con un retorno inmediato a su posición original. Para el paso de grandes corrientes se permite la instalación en paralelo de varios limitadores de la misma marca. El limitador se instala durante toda la vida útil del objeto protegido.
En primer lugar, debes decidir la clase del dispositivo:
De acuerdo con la clasificación especificada, se crean esquemas de protección selectiva. El más popular es el circuito B - C, que protege de forma fiable contra sobretensiones de 1,5 - 2,5 kV. Para proteger equipos electrónicos costosos, se construye protección de A a D inclusive.
Seleccione un dispositivo de protección específico, que funciona sobre pararrayos o varistores, se necesita de acuerdo con los siguientes parámetros:
Los valores restantes especificados en la ficha técnica son necesarios para probar y configurar sistemas de protección en empresas industriales. Dado que la creación de un sistema de protección contra sobretensiones es una cuestión responsable, si no hay experiencia, es mejor confiar la instalación de pararrayos y la conexión a tierra a especialistas.
