Instalații ElectriceSisteme FotovoltaiceTelecomDataRadiocomunicații

CITEL - Protecții la suprasarcină

Utilizatorii de sisteme de echipamente, de telefonie și de prelucrare a datelor electronice trebuie să se confrunte cu problema de a menține acest echipament în funcțiune în ciuda supratensiunilor tranzitorii induse de fulgere. Există mai multe motive pentru aceasta:

- Nivelul ridicat de integrare a componentelor electronice face echipamentele mai vulnerabile- Întreruperea serviciilor furnizate este inacceptabilă- Rețelele de transmisie de date acoperă zone mari și sunt expuse la mai multe feluri de perturbații

Supratensiunile tranzitorii au trei cauze principale:

• Descărcările electrice atmosferice• Comutațiile echipamentelor industriale• Descărcările de tip electrostatic (ESD)

Fulgerul direct La momentul descărcării există un flux de curent care variază de la 1.000 la 200.000 Amperi la vârf, cu un timp de creștere de ordinul câteva microsecunde. Acest efect direct este factorul principal ce duce la deteriorarea sistemelor electrice și electronice deoarece este extrem de concentrat.Cea mai buna protecție care există este încă paratrăsnetul clasic (LPS), conceput pentru a capta curentul de descărcare și a-l conduce pe un anumit traseu spre pământ.

FulgereleFulgerele, investigate prima data de Benjamin Franklin în 1749, au devenit în mod paradoxal, o amenințare tot mai mare pentru societatea noastră extrem de dependentă de aparatele electronice.

Formarea fulgerelorUn fulger este generat între două zone de sarcină opusă, de obicei între doi nori de furtună sau între un nor și pământ.Fulgerul se poate întinde pe mai mulți kilometri, avansarea spre pământ facându-se în salturi succesive: Prima descarcare creează un canal puternic ionizat in aer. Când acesta ajunge la sol apare descarcarea electrică propriu-zisă. Un curent electric de zeci de mii de amperi se va deplasa apoi de la sol la nor sau vice-versa prin canalul ionizat.

Supratensiuni in curent alternativ ( AC )Prezentarea conceptului de supratensiuni tranzitorii

Supratensiuni produse de echipamente industriale

Acestea sunt create de pornirea sau oprirea bruscă a sistemelor electrice care lucrează în regim de comutație cum ar fi:• Motoare electrice de putere mare sau transformatoare electrice.• Sisteme de iluminat cu neon sau cu vapori de sodiu• Diferite comutatoare din rețelele electrice.• Cuplarea și decuplarea diferitelor sarcini inductive.• Acționarea întrerupătoarelor electrice• Scăderea generală a tensiunii electrice• Contacte slabe sau intermitenteAceste fenomene generează fenomene tranzitorii cu valori ale tensiunii de mai multi kV cu timpul de creștere de ordinul unei microsecunde și care produc astfel perturbații echipamentelor conectate.

Supratensiuni electrostatice

Din punct de vedere electric o ființă umană are o capacitate variind de la 100 la 300 picofarazi și poate acumula o sarcină electrica de 15kV de la mersul pe jos pe covor, apoi atingând un obiect metalic se poate crea în câteva microsecunde un curent de descărcare de aproximativ zece amperi. Toate circuitele integrate (CMOS, etc) sunt foarte vulnerabile la acest tip de perturbații care în general sunt eliminate de ecranarea și împământarea obiectelor din jurul nostru.

Efectele Supratensiunilor electriceSupratensiunile au mai multe tipuri de efecte asupra echipamentelor electronice, în ordinea descrescătoare a importanței: Distrugerea

Efecte indirecteExistă trei tipuri de efecte indirecte date de descărcările electrice:

Impactul asupra cablurilor aeriene Aceste linii de transport de energie sunt foarte expuse și pot fi lovite de fulger, având ca prim rezultat distrugerea parțială sau totală a cablurilor propriu-zise. Următorul pas este provocarea unor valori de tensiuni electrice foarte mari care se deplasează în mod natural de-a lungul conductorilor până la echipamentele conectate la acestea. Gradul de deteriorare depinde de distanța dintre locul unde a lovit fulgerul și echipamente.

Creșterea potențialului electric in solIn locul unde fulgerul lovește solul, acesta provoacă creșterea potențialului, care variază în funcție de intensitatea curentului și impedanța pământului în locul respectiv. Într-o rețea electrică ce leagă mai

multe obiective (de exemplu legătura electrică între clădiri), un fulger va cauza o diferență de potențial foarte mare și echipamentele conectate la rețelele afectate vor fi distruse sau grav avariate.

Radiații electromagneticeFulgerul poate fi considerat ca o antenă lungă de mai mulți km care transportă un curent de mai multe zeci de kilo-amperi , radiind câmpuri electromagnetice intense (de ordinul mai multor kV / m la mai mult de 1km). Aceste câmpuri induc tensiuni puternice și curenți în linii, pe lângă acestea sau în echipamentele conectate. Valorile depind de distanța la care s-a produs fulgerul precum și de caracteristicile retelei electrice respective.

• Depasirea tensiunii de străpungere a semiconductoarelor.• Distrugerea lipiturilor componentelor electronice / electrice• Distrugerea de piese de pe PCB-uri sau a contactelor• Distrugerea triacelor / tiristoarelor.

Interferența intre operațiuni:• Funcționarea aleatorie a tiristoarelor și triacelor• Ștergerea circuitelor de memorie• Erori de program• Date și erori de transmisie

Îmbătrânirea prematură:Componentele expuse la supratensiuni avea o viață mai scurtă.

Dispozitive de protecție la supratensiuniDispozitivul de protecție la supratensiuni (SPD) este o soluție recunoscută și eficientă de a rezolva problema supratensiunilor. Pentru un efect sporit acesta trebuie să fie ales în funcție de riscul de aparitia al supratensiunilor și sa fie montat în conformitate cu regulile de protectie.

Protecții pentru cabluri coaxialeProtectii la supratensiune pentru echipament radio

Echipamentele de comunicații radio utilizate în aplicații fixe, portabile sau mobile sunt deosebit de vulnerabile la fulgere din cauza folosirii acestora în zonele expuse. Cea mai comună cauza a întreruperii continuității serviciilor este data de supratensiunile tranzitorii provenind din lovituri directe de trăsnet în antenă, în sol la baza antenei sau induse pe legăturile dintre aceste două componente.Echipamentele radio utilizate în CDMA, GSM / UMTS, LTE, stații de bază TETRA, WiMAX, trebuie să ia în considerare acest risc în scopul de a asigura un serviciu neîntrerupt. CITEL ofera trei tehnologii specifice de protecție la supratensiune în domeniul de radiofrecvență (RF) adaptate pentru diferitele cerințe operaționale ale fiecărui sistem.

RF Surge Protection Technology

Tub cu gaz Seria P8AX Descărcarea în gaz (GDT) este singura componentă de protecție la supratensiuni utilizabilă în transmisiile radio de foarte înaltă frecvență (până la 6 GHz), datorită capacității sale foarte reduse. Într-o bază de protecție la supratensiune GDT coaxială, tubul cu gaz este conectat în paralel între conductorul central și ecranul extern. Dispozitivul funcționează atunci când se ajunge la tensiunea de strapungere în gaz și practic atunci apare o supratensiune. Linia este scurt scurtcircuitată și astfel supratensiunea este “pusă la masă” , fiind îndepărtată de echipamentele sensibile. Tensiunea de strapungere depinde liniar de supratensiune. Când supratensiunea dispare, tubul de descărcare în gaz revine la normal și este gata de a funcționa din nou.GDT are loc într-un suport special conceput, care are o durata de viață foarte mare și care poate fi ușor înlocuit. Seria P8AX poate fi utilizată pe linii coaxiale ce funcționează în curent continuu (DC) cu tensiuni de până la + / - 48V DC.

Protecția hibridăSeria DC Pass - CXF60Seria DC Blocked - CNP-DCBProtecția hibrida este obținută prin asocierea între componente de filtrare și tubul de descarcare în gaz pentru condiții grele ( GDT). Acest design oferă o protecție superioară care permite trecerea curentului alternativ eliminând perturbațiile datorate fenomenelor tranzitorii și oferind și protecție la descărcări de tensiuni și curenti cu valori mari.

Protecția în Lambda/4 DC BlockSeria PRCProtecția in Lambda/4 DC Block este un filtru trece bandă activ. Ea nu are componente active. Mai degrabă corpul și stubul corespunzător sunt reglate la un sfert din lungimea de undă dorită. Aceasta permite doar ca o bandă de frecvență specifică sa poate trece prin protecție. Deoarece fulgerele operează numai pe un spectru de frecvență foarte mic, de la câteva sute kHz la câțiva MHz, toate celelalte frecvențe sunt scurtcircuitate la masă. Tehnologia PRC poate fi selectată pentru o bandă foarte îngustă sau bandă largă în funcție de aplicație. Singura limitare a valorii curentului este data de tipul de conector asociat. De obicei, un conector 7/16 DIN poate suporta 8/20us cca.100kA în timp ce un conector de tip N pot ocupa până la 50 kA pentru 8/20us.

Modul de selectare a unei protecții la supratensiune pentru cabluri coaxiale

Informațiile necesare la alegerea corespunzătoare a unei protecții la supratensiune sunt:

• Gama de frecvențe de lucru• Tensiunea rețelei• Tipul conectorului• Genul conectorului• Sistemul de prindere• Tehnologia de lucru

INSTALAREA

Instalarea corectă a unei componente coaxiale de protectie la supratensiune depinde în mare măsură pe conectarea sa la un sistem de împământare de impedanță redusă. Următoarele reguli trebuie să fie respectate cu strictețe:

• Sistemul de împământare echipotential: Toate conductoarele de legătură ale instalației trebuie să fie interconectate între ele și conectate la sistemul de împământare.• Conexiunea trebuie sa aiba impedanță redusă: cablul cu care se face legatura intre protectia la supratensiune si sistemul de impamantare sa aiba o rezistenta electrica cat mai mica.• Locul unde se monteaza protecția: protecția ar trebui să fie plasata la intrarea in circuit pentru a limita penetrarea in interiorul retelei a fulgerului si se mai adauga protectii suplimentare chiar inaintea echipamentelor sensibile.

Opțiunile de montare includ:

1) Montaj direct pe rama de impamantare sau prin intermediul unui colier legat de rama de impamantare: Aceasta sistem de montare a protecției la supratensiune direct pe cadrul conectat la pamant are avantajele enumerate în continuare:.• Oferă conexiune perfectă la sistemul de împământare• Poate fi pozitionata in punctul optim în care curenții de supratensiune intră în rețea• Ofera o buna stabilitate mecanică.

2) Montare cu ajutorul unui șurub și cablu de împământare. Conectarea la sistemul de împământare se face direct prin intermediul unui cablu cu șurub prins de șasiu și apoi la sistemul de împământare (4 mm ² minim).

ÎNTREȚINERE

Gama de eclatoare CITEL destinate protecției rețelelor coaxiale nu necesită întreținere sau înlocuire în condiții normale. Acestea sunt concepute pentru a rezista la descărcări electrice cu valori cu valori mari și repetate fără daune.

Cu toate acestea, este bine să ne asigurăm pentru cazuri neprevăzute și din acest motiv CITEL a prevăzut și posibilitatea de a înlocui componentele de protecție. Seria P8AX permite utilizatorului înlocuirea componentei principale (GDT) fără a fi necesară o calificare deosebită sau scule speciale. Defectarea protecției coaxiale are ca rezultat fie întreruperea circuitului, fie punerea la masă a firului central.

Sisteme de protecție pentru rețele de dateIntroducere

Dispozitivele de transmisiuni de telecomunicații și de date (PBX, modemuri, terminale de date, senzori, etc..) sunt din ce în ce mai vulnerabile la tensiunea indusă de descărcările electrice. Ele au devenit mai sensibile, complexe și au o vulnerabilitate crescută la tensiunile electrice induse datorate conectării între rețele diferite. Aceste dispozitive sunt critice pentru unele companii de comunicații și de procesare a informațiilor. Ca atare, este prudent să le asigure împotriva acestor evenimente cu risc potențial de a produce pagube costisitoare și perturbatii. Un sistem de protectie instalat în rețeaua de date chiar în fața unei componente sensibile de echipament va crește durata de viață și va menține și continuitatea fluxului de informații.

Tehnologia de protecție la supratensiuni în retelele de date

Toate tipurile de protecții pentru liniile telefonice și de date produse de CITEL se bazează pe un circuit hibrid ce combină un tub cu descarcare în gaze (GDT) cu diode cu descarcăre în avalanșa (SAD).

• Curent nominal de descarcare suportat de 5kA (de 15 ori, fără distrugere)• Mai puțin de 1 nanosecundă timp de raspuns• Sistemul de întrerupere în caz de avarie• Capacitate electrică redusă care minimizează pierderile de semnal util.

Parametrii de selectare a unui protector de supratensiune pentru rețele de date:

Pentru a selecta protecția la supratensiune corectă trebuie avute in vedere următoarele:

• Tensiunile nominale și maxime ale liniei în care se vor utiliza• Curentul maxim în rețea• Numărul de linii• Viteza liniei de transmisii de date• Tipul de conector (Screw Terminal, RJ, ATT110, QC66)• Modul de montare (DIN Rail, Surface Mount)

Instalarea

Pentru a fi eficiente, protecțiile la supratensiune trebuie să fie instalate în conformitate cu următoarele principii.

• Protectia si echipamentul protejat trebuie să fie conectate electric direct.• Protecția se va instala la intrarea instalației pentru a devia curentul inainte de a ajunge la echipamente.• Protecția la supratensiune trebuie să fie instalata în imediata apropiere, la mai puțin de 30 de metri de echipamentele protejate. Dacă această regulă nu poate fi obtinuta, atunci se va avea in vedere instalarea de protecții la supratensiune secundare în apropierea echipamentului.• Conductorul de împământare (între ieșirea depământare a protecției și circuitul de legare la pamant), trebuie să fie cât mai scurtă (mai puțin de 0.50 metri) și sa aiba o secțiune transversală de cel puțin 2,5 mm pătrati.• Nu este necesară o împământare specială, rețeaua standard este suficientă.• Cablurile protejate și neprotejate trebuie să fie instalate la distanță suficientă față de echipamente, pentru a limita posibilitatea de cuplare electrostatică.

Protecțiile la supratensiuni în rețelele de curent continuu (DC)Sisteme panouri solare

Panourile solare (PV) sunt sisteme complexe, scumpe și au o durata de viață îndelungată. De multe ori este nevoie ca PV sa fie operaționale pentru mai multe decenii înainte de a putea da randamentul dorit din punct de vedere investițional.Mulți producători vor garanta o viață a sistemului de mai mult de 20 de ani, în timp ce convertizorul este în general garantat numai 5-10 ani. Toate costurile și randamentul investițiilor se calculează pe baza acestor perioade de timp. Cu toate acestea, multe sisteme PV nu ajung la maturitate datorită condițiilor de lucru la care sunt expuse sau problemelor care apar la interconectarea acestora la rețeaua de utilități AC. Câmpurile solare fotovoltaice, tablouri cu rama de metal și montate în aer liber sau pe acoperișuri, acționează ca un foarte bun paratrăsnet. Din acest motiv, este prudent să se investească în protecția la supratensiuni pentru a elimina aceste amenințări potențiale și pentru a maximiza astfel speranța de viață a sistemului. Costul pentru un sistem complet de protecție la supratensiuni este de mai puțin de 1% din totalul cheltuielilor de sistem.

Pentru a analiza nivelul de amenințare completă a instalației, trebuie să facem o evaluare a riscurilor.

Riscului operational: Zone cu fulgere severe și alimentare electrică instabilă care sunt cele mai vulnerabile.Risc de interconectare la rețeaua electrică: Cu cât e mai mare mai mare suprafața de panouri solare fotovoltaice, cu atât e mai mare expunerea la fulgere și riscul de tensiuni induse mai mari.Risc in funcție de suprafața panourilor: O suprafață mai mare va atrage fulgerele.Riscul geografic: Consecințele sistemului nu se limitează doar la înlocuirea echipamentului. Pot fi pierderi suplimentare datorate comenzilor pierdute, lucrătorilor inactivi, orelor suplimentare, clientilor nemultumiti, cheltuieli de transport de urgență etc.

Recomandări:

1) Sistemul de legare la pământ:O legatură la pământ de joasă impedanță, la același potențial, este critică pentru protecția la supratensiuni și pentru a funcționa corespunzător. Toate sistemele de alimentare, liniile de comunicație, obiectele metalice împământate sau nu, trebuie aduse la același nivel de potențial.

2) Conexiuni subterane între campul de panouri solare la echipamentul de control:Dacă este posibil, legătura dintre panourile solare și echipamentele de control intern de puterear trebui să fie facute subteran sau macar ecranate din punct de vedere electric pentru a limita riscul de a fi lovite direct sau inductiv de catre descărcările electrice.

3) Schema de protecție coordonatăToate rețelele electrice sau de comunicații disponibile ar trebui să fie prevazute cu protecție la supratensiuni pentru a elimina vulnerabilitățile sistemului PV. Aceasta ar include și circuitele de alimentare primare cu electricitate, ieșirea Invertorului AC, intrarea invertorului DC, cabluri de date cu conectori RJ45 și modemurile telefonice.