Ces dernières années, avec les progrès de la science et de la technologie, la nation technologique des appareils ménagers et l’amélioration des besoins en énergie des équipements électroniques, il existe un grand nombre de circuits intégrés à grande échelle ou à très grande échelle très sensibles aux surtensions à l’intérieur de ces équipements électroniques, de sorte que La perte causée par la tension augmente. Compte tenu de cette situation, le « Code for Lightning Protection Design of Buildings » GB50057-94 (2000 Edition) a ajouté le chapitre VI - Impulsion électromagnétique de protection contre la foudre. Selon cette exigence, certains fabricants ont également introduit des produits de protection contre les surtensions, que nous appelons souvent parasurtenseurs. Il est essentiel de mettre en place un système complet de liaison équipotentielle pour protéger les systèmes électriques et électroniques, y compris tous les conducteurs actifs dans la zone de protection de compatibilité électromagnétique. Les caractéristiques physiques des composants de décharge dans différents dispositifs de protection contre les surtensions présentent des avantages et des inconvénients dans les applications pratiques, de sorte que les circuits de protection utilisant plusieurs pièces sont plus largement utilisés.
Cependant, il peut répondre à toutes les exigences techniques du parafoudre qui peut conduire un courant d’impulsion de 10/350μs avec le niveau technique contemporain, du parasurtenseur enfichable pour la distribution d’alimentation secondaire, du dispositif de protection de l’alimentation électrique et du filtre de puissance. Par conséquent, la gamme de produits est rare. En outre, cette gamme de produits devrait inclure des arrêteurs pour tous les circuits, c’est-à-dire, en plus des alimentations, pour la mesure, le contrôle, les circuits de régulation technique, les circuits de transmission électronique de traitement des données et la communication sans fil et filaire, afin que les clients puissent les utiliser.
Une brève introduction à plusieurs produits de protection contre les surtensions couramment utilisés et une brève analyse de leurs caractéristiques et des occasions applicables sont données.
1 Système de liaison équipotentielle
Le principe de base de la protection contre les surtensions est que la surtension transitoire se produit à l’instant (niveau de la microseconde ou de la nanoseconde). Une équipotentialité doit être atteinte entre toutes les parties métalliques de la zone protégée. « L’équipotentiel est l’utilisation de fils de connexion ou de protecteurs de surtension pour connecter des dispositifs de protection contre la foudre, des structures métalliques de bâtiments, des conducteurs externes, des dispositifs électriques et de télécommunication, etc., dans l’espace où la protection contre la foudre est requise. » ( « Spécifications pour la conception de protection contre la foudre des bâtiments ») (GB50057-94). « Le but de la liaison équipotentielle est de réduire la différence de potentiel entre les pièces métalliques et les systèmes dans les espaces nécessitant une protection contre la foudre » (IEC13123.4). Le « Code de conception de protection contre la foudre pour les bâtiments » (GB50057-94) stipule : « Article 3.1.2 Pour les bâtiments équipés de dispositifs de protection contre la foudre, lorsque les dispositifs de protection contre la foudre ne peuvent pas être isolés des autres installations et des personnes présentes dans le bâtiment, ils doivent être Adopter une liaison équipotentielle. » Lors de l’établissement de ce réseau de liaison équipotentiel, il convient de veiller à maintenir la distance la plus courte entre les équipements électriques et électroniques qui doivent échanger des informations et les fils de connexion entre la courroie de liaison équipotentielle.
Selon le théorème d’induction, plus l’inductance est grande, plus la tension générée par le courant transitoire dans le circuit est élevée; (U=L·di/dt> L’inductance est principalement liée à la longueur du fil et a peu à voir avec la section transversale du fil. Par conséquent, il faut garder le fil de terre aussi court que possible. De plus, la connexion parallèle de plusieurs fils peut réduire considérablement l’inductance du système de compensation potentiel. Pour mettre ces deux éléments en pratique, il est théoriquement possible de connecter tous les circuits qui doivent être connectés au dispositif de liaison équipotentielle. Il est relié à la même plaque métallique que l’équipement. Basé sur le concept de la plaque métallique, la structure de ligne, d’étoile ou de maillage peut être utilisée lors de la modernisation du système de liaison équipotentielle. En principe, seule l’équipotentialité maillée devrait être utilisée lors de la conception d’un nouvel équipement-système de liaison.
2 Connecter les lignes d’alimentation électrique au système de liaison équipotentielle
La tension dite transitoire ou courant transitoire signifie que son temps d’existence n’est que de microsecondes ou nanosecondes. Le principe de base de la protection contre les surtensions est d’établir un équipotentiel entre toutes les parties conductrices dans la zone protégée pendant une brève période lorsque la surtension transitoire existe. Ces éléments conducteurs comprennent également les lignes électriques dans les circuits électriques. Par conséquent, il faut des composants qui répondent plus rapidement que les microsecondes, en particulier pour les décharges électrostatiques.
Plus rapide que les nanosecondes. De tels éléments sont capables de fournir des courants puissants jusqu’à plusieurs fois dix mille ampères dans de brefs intervalles de temps. Des vents allant jusqu’à 50 kA sont calculés à des impulsions de 10/350 μS dans des conditions de foudre prévues. Grâce à un dispositif de liaison équipotentiel complet, un îlot équipotentiel peut être formé rapidement, et la différence de potentiel de cet îlot équipotentiel à une distance peut même être aussi élevée que des centaines de milliers de volts. Cependant, ce qui est essentiel, c’est que dans la zone à protéger, toutes les parties conductrices peuvent être considérées comme ayant des potentiels presque égaux ou égaux sans différences de potentiel significatives.
3 Installation et fonction du parasurtenseur
Les composants électriques de protection contre les surtensions sont divisés en composants souples et complexes en termes de caractéristiques de réponse. Les éléments de décharge présentant des caractéristiques de réponse dure comprennent les tubes à décharge de gaz et les déchargeurs à intervalle de décharge, soit des espaces d’étincelles angulaires basés sur la technologie de hachage d’arc, soit des espaces d’étincelles de décharge coaxiaux. Les éléments de décharge appartenant aux caractéristiques de réponse douce comprennent les varistances et les diodes suppresseurs. (Notre parasurtenseur est une réponse faible.) La différence entre ces composants est la capacité de décharge, les caractéristiques de réponse et la tension résiduelle. Étant donné que ces composants présentent des avantages et des inconvénients, les gens les combinent dans des circuits de protection spéciaux pour promouvoir les forces et éviter les faiblesses. Les parasurtenseurs couramment utilisés dans les bâtiments civils sont principalement des parafoudres de type déchargé et des parafoudres de type varistance.
Les courants de foudre et les courants post-foudre nécessitent des déchargeurs extrêmement puissants. Pour conduire le courant de foudre à travers le système de liaison équipotentiel dans le dispositif de mise à la terre, il est recommandé d’utiliser des parafoudres actuels avec des étincelles angulaires selon la technique de hachage à l’arc. Lui seul peut conduire un courant d’impulsion de 10/350μs supérieur à 50kA et réaliser l’extinction automatique de l’arc. La tension nominale de cette application de produit peut atteindre 400V. De plus, cet arrêteur ne fera pas sauter un fusible évalué à 125A lorsque le courant de court-circuit passe à 4kA.
En raison de ses bonnes performances, les caractéristiques de fonctionnement ininterrompues des instruments et équipements installés dans la zone protégée sont grandement améliorées. Cependant, il convient de souligner que non seulement le courant de grande amplitude peut être traité, mais plus important encore, la forme d’impulsion du courant joue un rôle décisif. Les deux doivent être considérés simultanément. Par conséquent, bien que l’étincelle angulaire puisse également conduire des courants jusqu’à 100 kA, sa forme d’impulsion est plus courte (8/80 μs). Ces impulsions sont des impulsions de courant qui, jusqu’en octobre 1992, constituaient la base de conception pour le développement des parafoudres actuels.
Bien que l’arrête-foudre ait une bonne capacité de décharge, il a toujours ses défauts: sa tension résiduelle est aussi élevée que 2,5 ~ 3,5 kV. Par conséquent, lorsque le parafoudre est installé dans son ensemble, il doit être utilisé en combinaison avec d’autres arrêteurs.
Ces produits comprennent principalement Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B of Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350μs, 50kA/ phase), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/phase); Allemagne PHOENIX angle spark gap: FLT60-400 (10/350μs, phase 60kA), FLT25-400 (10/350μs, phase 25kA); le parasurtenseur PRF1 de Schneider ; Série VBF de MOELLER.
Les variistors fonctionnent comme autant de diodes suppressives bidirectionnelles en série et en parallèle et fonctionnent comme des résistances dépendantes de la tension. Lorsque la tension dépasse la tension spécifiée, la varistance peut conduire l’électricité; Lorsque la tension est inférieure à la tension spécifiée, la varistance ne conduit pas l’électricité. De cette façon, la varistance peut jouer un rôle de limitation de tension parfait. Les varistances fonctionnent extrêmement rapidement, avec des temps de réponse de l’ordre de la nanoseconde.
La varistance couramment utilisée dans l’alimentation peut conduire le courant avec une limite d’impulsion de 40kA8 / 20us, elle est donc très appropriée pour le déchargeur de deuxième étage de l’alimentation. Mais il n’est pas idéal comme parafoudre. Il est enregistré dans le document IEC1024-1 du Comité international de la technologie électronique que la quantité de charge à traiter est de 10/350μs, ce qui équivaut à 20 fois la quantité de charge dans le cas d’une impulsion de 8/20μs.
( 10/350) μs = 20xQ(8/20) μs
On peut voir à partir de cette formule qu’il est essentiel non seulement de faire attention à l’amplitude du courant de décharge, mais aussi de faire attention à la forme de l’impulsion. L’inconvénient de la varistance est qu’elle est facile à vieillir et a une capacité élevée. De plus, l’élément de diode est décomposé. Étant donné que, dans la plupart des cas, un court-circuit se produit lorsque la jonction PN est surchargée, en fonction de la fréquence à laquelle elle est chargée, la varistance commence à tirer des courants de fuite qui peuvent provoquer des erreurs dans les circuits de test insensibles aux données de mesure. Dans le même temps, en particulier à des tensions nominales élevées, il générera une chaleur intense dans le parcours.
La capacité élevée de la varistance rend impossible son utilisation dans les lignes de transmission de signaux dans de nombreux cas. La capacité et l’inductance du fil forment un circuit passe-bas qui atténue considérablement le signal. Mais l’atténuation en dessous d’environ 30kHz est négligeable. Ces produits comprennent principalement le Limitor V, le Limited VTS, le Limitor VE d’ABB, le Limitor VETS, le LimitorGE-S; les parasurtenseurs remplaçables de la série PRD de Schneider ; les produits des séries VR7, VS7 de MOELLER; Allemagne DEHNguard385 (8/20μs, phase 40kA), DEHNguard275 (phase 8/20μs, phase 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, phase 40kA), VAL-ME400ST/FM (8/20μs, 40kA/phase) de PHOENIX, Allemagne; Ma Shen DB30-4A/B (8/20μs, 30kA/phase), DB40-4A/B (8/20μs, phase 40kA).
4 Installez un parasurtenseur selon le schéma de protection contre les surtensions
Un ensemble (type de montage sur rail, type de prise de courant, adaptateur) qui contient un seul élément de protection ou un circuit de protection combiné intégré selon les conditions techniques d’installation est appelé déchargeur.
Dans presque tous les cas, la protection contre les surtensions doit être divisée en au moins deux niveaux. Par exemple, chaque parachuteur contenant un seul niveau de sécurité peut être installé à différents endroits de l’alimentation. Le même arrêteur peut également avoir plusieurs niveaux de protection. Pour obtenir une protection adéquate contre les surtensions, les personnes devront protéger la plage des différentes divisions de compatibilité électromagnétique, cette plage de protection, y compris de la zone de protection contre la foudre 0 zone de protection contre les surtensions 1 à 3, jusqu’à ce que la zone de protection contre la tension d’interférence ait un numéro de série plus élevé. Les zones de protection de compatibilité électromagnétique 0 à 3 sont définies pour éviter les dommages à l’équipement dus au couplage à haute énergie. La protection de compatibilité électromagnétique avec un numéro de série plus élevé est configurée pour éviter la distorsion et la perte d’informations. Plus le nombre de zone de protection est élevé, plus l’énergie de perturbation attendue et le niveau de tension de perturbation sont faibles. L’équipement électrique et électronique à protéger est installé dans un anneau de protection très efficace. Un tel anneau de protection peut être pour une seule pièce d’équipement électronique, un espace avec plusieurs types d’équipements électroniques, ou même un bâtiment entier qui passe. Les fils qui ont généralement un anneau de protection blindé sont connectés à l’arrêteur de protection de tension en même temps que l’équipement périphérique du cercle de protection.
Cependant, il peut répondre à toutes les exigences techniques du parafoudre qui peut conduire un courant d’impulsion de 10/350μs avec le niveau technique contemporain, du parasurtenseur enfichable pour la distribution d’alimentation secondaire, du dispositif de protection de l’alimentation électrique et du filtre de puissance. Par conséquent, la gamme de produits est rare. En outre, cette gamme de produits devrait inclure des arrêteurs pour tous les circuits, c’est-à-dire, en plus des alimentations, pour la mesure, le contrôle, les circuits de régulation technique, les circuits de transmission électronique de traitement des données et la communication sans fil et filaire, afin que les clients puissent les utiliser.
Une brève introduction à plusieurs produits de protection contre les surtensions couramment utilisés et une brève analyse de leurs caractéristiques et des occasions applicables sont données.
1 Système de liaison équipotentielle
Le principe de base de la protection contre les surtensions est que la surtension transitoire se produit à l’instant (niveau de la microseconde ou de la nanoseconde). Une équipotentialité doit être atteinte entre toutes les parties métalliques de la zone protégée. « L’équipotentiel est l’utilisation de fils de connexion ou de protecteurs de surtension pour connecter des dispositifs de protection contre la foudre, des structures métalliques de bâtiments, des conducteurs externes, des dispositifs électriques et de télécommunication, etc., dans l’espace où la protection contre la foudre est requise. » ( « Spécifications pour la conception de protection contre la foudre des bâtiments ») (GB50057-94). « Le but de la liaison équipotentielle est de réduire la différence de potentiel entre les pièces métalliques et les systèmes dans les espaces nécessitant une protection contre la foudre » (IEC13123.4). Le « Code de conception de protection contre la foudre pour les bâtiments » (GB50057-94) stipule : « Article 3.1.2 Pour les bâtiments équipés de dispositifs de protection contre la foudre, lorsque les dispositifs de protection contre la foudre ne peuvent pas être isolés des autres installations et des personnes présentes dans le bâtiment, ils doivent être Adopter une liaison équipotentielle. » Lors de l’établissement de ce réseau de liaison équipotentiel, il convient de veiller à maintenir la distance la plus courte entre les équipements électriques et électroniques qui doivent échanger des informations et les fils de connexion entre la courroie de liaison équipotentielle.
Selon le théorème d’induction, plus l’inductance est grande, plus la tension générée par le courant transitoire dans le circuit est élevée; (U=L·di/dt> L’inductance est principalement liée à la longueur du fil et a peu à voir avec la section transversale du fil. Par conséquent, il faut garder le fil de terre aussi court que possible. De plus, la connexion parallèle de plusieurs fils peut réduire considérablement l’inductance du système de compensation potentiel. Pour mettre ces deux éléments en pratique, il est théoriquement possible de connecter tous les circuits qui doivent être connectés au dispositif de liaison équipotentielle. Il est relié à la même plaque métallique que l’équipement. Basé sur le concept de la plaque métallique, la structure de ligne, d’étoile ou de maillage peut être utilisée lors de la modernisation du système de liaison équipotentielle. En principe, seule l’équipotentialité maillée devrait être utilisée lors de la conception d’un nouvel équipement-système de liaison.
2 Connecter les lignes d’alimentation électrique au système de liaison équipotentielle
La tension dite transitoire ou courant transitoire signifie que son temps d’existence n’est que de microsecondes ou nanosecondes. Le principe de base de la protection contre les surtensions est d’établir un équipotentiel entre toutes les parties conductrices dans la zone protégée pendant une brève période lorsque la surtension transitoire existe. Ces éléments conducteurs comprennent également les lignes électriques dans les circuits électriques. Par conséquent, il faut des composants qui répondent plus rapidement que les microsecondes, en particulier pour les décharges électrostatiques.
Plus rapide que les nanosecondes. De tels éléments sont capables de fournir des courants puissants jusqu’à plusieurs fois dix mille ampères dans de brefs intervalles de temps. Des vents allant jusqu’à 50 kA sont calculés à des impulsions de 10/350 μS dans des conditions de foudre prévues. Grâce à un dispositif de liaison équipotentiel complet, un îlot équipotentiel peut être formé rapidement, et la différence de potentiel de cet îlot équipotentiel à une distance peut même être aussi élevée que des centaines de milliers de volts. Cependant, ce qui est essentiel, c’est que dans la zone à protéger, toutes les parties conductrices peuvent être considérées comme ayant des potentiels presque égaux ou égaux sans différences de potentiel significatives.
3 Installation et fonction du parasurtenseur
Les composants électriques de protection contre les surtensions sont divisés en composants souples et complexes en termes de caractéristiques de réponse. Les éléments de décharge présentant des caractéristiques de réponse dure comprennent les tubes à décharge de gaz et les déchargeurs à intervalle de décharge, soit des espaces d’étincelles angulaires basés sur la technologie de hachage d’arc, soit des espaces d’étincelles de décharge coaxiaux. Les éléments de décharge appartenant aux caractéristiques de réponse douce comprennent les varistances et les diodes suppresseurs. (Notre parasurtenseur est une réponse faible.) La différence entre ces composants est la capacité de décharge, les caractéristiques de réponse et la tension résiduelle. Étant donné que ces composants présentent des avantages et des inconvénients, les gens les combinent dans des circuits de protection spéciaux pour promouvoir les forces et éviter les faiblesses. Les parasurtenseurs couramment utilisés dans les bâtiments civils sont principalement des parafoudres de type déchargé et des parafoudres de type varistance.
Les courants de foudre et les courants post-foudre nécessitent des déchargeurs extrêmement puissants. Pour conduire le courant de foudre à travers le système de liaison équipotentiel dans le dispositif de mise à la terre, il est recommandé d’utiliser des parafoudres actuels avec des étincelles angulaires selon la technique de hachage à l’arc. Lui seul peut conduire un courant d’impulsion de 10/350μs supérieur à 50kA et réaliser l’extinction automatique de l’arc. La tension nominale de cette application de produit peut atteindre 400V. De plus, cet arrêteur ne fera pas sauter un fusible évalué à 125A lorsque le courant de court-circuit passe à 4kA.
En raison de ses bonnes performances, les caractéristiques de fonctionnement ininterrompues des instruments et équipements installés dans la zone protégée sont grandement améliorées. Cependant, il convient de souligner que non seulement le courant de grande amplitude peut être traité, mais plus important encore, la forme d’impulsion du courant joue un rôle décisif. Les deux doivent être considérés simultanément. Par conséquent, bien que l’étincelle angulaire puisse également conduire des courants jusqu’à 100 kA, sa forme d’impulsion est plus courte (8/80 μs). Ces impulsions sont des impulsions de courant qui, jusqu’en octobre 1992, constituaient la base de conception pour le développement des parafoudres actuels.
Bien que l’arrête-foudre ait une bonne capacité de décharge, il a toujours ses défauts: sa tension résiduelle est aussi élevée que 2,5 ~ 3,5 kV. Par conséquent, lorsque le parafoudre est installé dans son ensemble, il doit être utilisé en combinaison avec d’autres arrêteurs.
Ces produits comprennent principalement Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B of Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350μs, 50kA/ phase), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/phase); Allemagne PHOENIX angle spark gap: FLT60-400 (10/350μs, phase 60kA), FLT25-400 (10/350μs, phase 25kA); le parasurtenseur PRF1 de Schneider ; Série VBF de MOELLER.
Les variistors fonctionnent comme autant de diodes suppressives bidirectionnelles en série et en parallèle et fonctionnent comme des résistances dépendantes de la tension. Lorsque la tension dépasse la tension spécifiée, la varistance peut conduire l’électricité; Lorsque la tension est inférieure à la tension spécifiée, la varistance ne conduit pas l’électricité. De cette façon, la varistance peut jouer un rôle de limitation de tension parfait. Les varistances fonctionnent extrêmement rapidement, avec des temps de réponse de l’ordre de la nanoseconde.
La varistance couramment utilisée dans l’alimentation peut conduire le courant avec une limite d’impulsion de 40kA8 / 20us, elle est donc très appropriée pour le déchargeur de deuxième étage de l’alimentation. Mais il n’est pas idéal comme parafoudre. Il est enregistré dans le document IEC1024-1 du Comité international de la technologie électronique que la quantité de charge à traiter est de 10/350μs, ce qui équivaut à 20 fois la quantité de charge dans le cas d’une impulsion de 8/20μs.
( 10/350) μs = 20xQ(8/20) μs
On peut voir à partir de cette formule qu’il est essentiel non seulement de faire attention à l’amplitude du courant de décharge, mais aussi de faire attention à la forme de l’impulsion. L’inconvénient de la varistance est qu’elle est facile à vieillir et a une capacité élevée. De plus, l’élément de diode est décomposé. Étant donné que, dans la plupart des cas, un court-circuit se produit lorsque la jonction PN est surchargée, en fonction de la fréquence à laquelle elle est chargée, la varistance commence à tirer des courants de fuite qui peuvent provoquer des erreurs dans les circuits de test insensibles aux données de mesure. Dans le même temps, en particulier à des tensions nominales élevées, il générera une chaleur intense dans le parcours.
La capacité élevée de la varistance rend impossible son utilisation dans les lignes de transmission de signaux dans de nombreux cas. La capacité et l’inductance du fil forment un circuit passe-bas qui atténue considérablement le signal. Mais l’atténuation en dessous d’environ 30kHz est négligeable. Ces produits comprennent principalement le Limitor V, le Limited VTS, le Limitor VE d’ABB, le Limitor VETS, le LimitorGE-S; les parasurtenseurs remplaçables de la série PRD de Schneider ; les produits des séries VR7, VS7 de MOELLER; Allemagne DEHNguard385 (8/20μs, phase 40kA), DEHNguard275 (phase 8/20μs, phase 40kA); VAL-MS400ST (8/20μs, phase 40kA), VAL-ME400ST/FM (8/20μs, 40kA/phase) de PHOENIX, Allemagne; Ma Shen DB30-4A/B (8/20μs, 30kA/phase), DB40-4A/B (8/20μs, phase 40kA).
4 Installez un parasurtenseur selon le schéma de protection contre les surtensions
Un ensemble (type de montage sur rail, type de prise de courant, adaptateur) qui contient un seul élément de protection ou un circuit de protection combiné intégré selon les conditions techniques d’installation est appelé déchargeur.
Dans presque tous les cas, la protection contre les surtensions doit être divisée en au moins deux niveaux. Par exemple, chaque parachuteur contenant un seul niveau de sécurité peut être installé à différents endroits de l’alimentation. Le même arrêteur peut également avoir plusieurs niveaux de protection. Pour obtenir une protection adéquate contre les surtensions, les personnes devront protéger la plage des différentes divisions de compatibilité électromagnétique, cette plage de protection, y compris de la zone de protection contre la foudre 0 zone de protection contre les surtensions 1 à 3, jusqu’à ce que la zone de protection contre la tension d’interférence ait un numéro de série plus élevé. Les zones de protection de compatibilité électromagnétique 0 à 3 sont définies pour éviter les dommages à l’équipement dus au couplage à haute énergie. La protection de compatibilité électromagnétique avec un numéro de série plus élevé est configurée pour éviter la distorsion et la perte d’informations. Plus le nombre de zone de protection est élevé, plus l’énergie de perturbation attendue et le niveau de tension de perturbation sont faibles. L’équipement électrique et électronique à protéger est installé dans un anneau de protection très efficace. Un tel anneau de protection peut être pour une seule pièce d’équipement électronique, un espace avec plusieurs types d’équipements électroniques, ou même un bâtiment entier qui passe. Les fils qui ont généralement un anneau de protection blindé sont connectés à l’arrêteur de protection de tension en même temps que l’équipement périphérique du cercle de protection.