Equipo de protección contra rayos

El equipo de protección contra rayos se utiliza mediante electricidad moderna y otras tecnologías para evitar que el equipo sea alcanzado por un rayo. El equipo de protección contra rayos se puede dividir en protección contra rayos de potencia, toma de protección de potencia, protección del alimentador de antena, protección contra rayos de señal, herramientas de prueba de protección contra rayos, protección contra rayos del sistema de medición y control, protección de poste de tierra.

De acuerdo con la teoría de protección contra rayos de subárea y protección multinivel de acuerdo con la norma IEC (comité electrotécnico internacional), la protección contra rayos de nivel b pertenece al dispositivo de protección contra rayos de primer nivel, que se puede aplicar al gabinete de distribución principal en el edificio; La clase C pertenece al dispositivo de protección contra rayos de segundo nivel, que se utiliza en el gabinete de distribución de subcircuitos del edificio; La clase D es un pararrayos de tercera clase, que se aplica al extremo frontal de equipos importantes para una protección fina.

Resumen / Equipo de protección contra rayos

En la era de la información actual, la red de computadoras y los equipos de comunicación son cada vez más sofisticados, su entorno de trabajo es cada vez más exigente, y los truenos y relámpagos y la sobretensión instantánea de los grandes equipos eléctricos serán cada vez más frecuentes por la fuente de alimentación, la antena, un señal de radio para enviar y recibir líneas de equipos en equipos eléctricos interiores y equipos de red, equipos o componentes dañados, heridos, transferir o almacenar los datos de interferencia o pérdida, o incluso hacer que los equipos electrónicos produzcan un funcionamiento incorrecto o pausa, parálisis temporal, transmisión de datos del sistema interrumpir, LAN y wan. Su daño es sorprendente, la pérdida indirecta es más que una pérdida económica directa en general. El equipo de protección contra rayos se utiliza mediante electricidad moderna y otras tecnologías para evitar que el equipo sea alcanzado por un rayo.

Cambio / equipo de protección contra rayos

Cuando la gente sabe que el trueno es un fenómeno eléctrico, su adoración y miedo al trueno desaparecen gradualmente y comienzan a observar este misterioso fenómeno natural desde una perspectiva científica, con la esperanza de utilizar o controlar la actividad del rayo en beneficio de la humanidad. Franklin tomó la delantera en tecnología hace más de 200 años lanzó un desafío al trueno, inventó el pararrayos es probable que sea el primero de los productos de protección contra rayos, de hecho, cuando Franklin inventó el pararrayos es que la punta del La función de varillas de metal se puede integrar en la carga-descarga de la nube de tormenta, reducir el campo eléctrico del trueno entre la nube y la tierra al nivel de la ruptura del aire, para evitar la aparición de rayos, por lo que los requisitos de los pararrayos deben ser puntuales. Pero investigaciones posteriores demostraron que el pararrayos es incapaz de evitar la ocurrencia de un rayo, pararrayos, puede prevenir el rayo porque una torre cambia el campo eléctrico atmosférico, hace que un rango de nubes de tormenta esté siempre a la descarga del rayo, es decir, El pararrayos es más fácil que otros objetos a su alrededor para responder al relámpago, la protección del pararrayos es golpeada por rayos y otros objetos, es el principio de protección contra rayos del pararrayos. Estudios posteriores han demostrado que el efecto de contacto del pararrayos con el rayo está casi relacionado con su altura, pero no con su apariencia, lo que significa que el pararrayos no es necesariamente puntiagudo. Ahora, en el campo de la tecnología de protección contra rayos, este tipo de dispositivo de protección contra rayos se llama receptor de rayos.

Desarrollo / Equipos de protección contra rayos

El uso generalizado de la electricidad ha promovido el desarrollo de productos de protección contra rayos. Cuando las redes de transmisión de alto voltaje proporcionan energía e iluminación a miles de hogares, los rayos también ponen en gran peligro los equipos de transmisión y transformación de alto voltaje. La línea de alto voltaje se erige alto, la distancia es larga, el terreno es complejo y es fácil ser alcanzado por un rayo. El alcance de protección del pararrayos no es suficiente para proteger miles de kilómetros de líneas de transmisión. Por lo tanto, la línea de protección contra rayos se ha convertido en un nuevo tipo de receptor de rayos para proteger líneas de alta tensión. Una vez que se protege la línea de alto voltaje, el equipo de distribución y energía conectado a la línea de alto voltaje todavía está dañado por la sobretensión. Se encuentra que esto se debe al "rayo de inducción". (Los rayos inductivos son inducidos por rayos directos en los conductores de metal cercanos. Los rayos inductivos pueden invadir el conductor a través de dos métodos de detección diferentes. Primero, inducción electrostática: cuando la carga en la nube de tormenta se acumula, el conductor cercano también inducirá En la carga opuesta , cuando cae un rayo, la carga en la nube de tormenta se libera rápidamente, y la electricidad estática en el conductor que está unido por el campo eléctrico de la nube de tormenta también fluirá a lo largo del conductor para encontrar el canal de liberación, que formará electricidad en el pulso del circuito. . La segunda es la inducción electromagnética: cuando la nube de tormenta se descarga, la corriente del rayo que cambia rápidamente genera un fuerte campo electromagnético transitorio a su alrededor, que produce una alta fuerza electromotriz inducida en el conductor cercano. Los estudios han demostrado que la sobretensión causada por la inducción electrostática es varias veces mayor que la sobretensión causada por la inducción electromagnética . Thunderbolt induce una sobretensión en la línea de alto voltaje y se propaga a lo largo del cable hasta el cabello y el equipo de distribución de energía conectado a él. Cuando el voltaje soportado de estos dispositivos es bajo, el rayo inducido lo dañará. Para suprimir la sobretensión en el cable, se inventó un descargador de línea.

Los primeros pararrayos de línea eran huecos al aire libre. El voltaje de ruptura del aire es muy alto, alrededor de 500 kV / m, y cuando se descompone por alto voltaje, solo tiene unos pocos voltios de bajo voltaje. Utilizando esta característica del aire, se diseñó uno de los primeros pararrayos de línea. Un extremo de un cable estaba conectado a la línea eléctrica, un extremo del otro cable estaba conectado a tierra y el otro extremo de los dos cables estaba separado por una cierta distancia para formar dos espacios de aire. El electrodo y la distancia de separación determinan el voltaje de ruptura del descargador. El voltaje de ruptura debe ser ligeramente superior al voltaje de funcionamiento de la línea eléctrica. Cuando el circuito funciona normalmente, el entrehierro es equivalente a un circuito abierto y no afectará el funcionamiento normal de la línea. Cuando se invade la sobretensión, el entrehierro se rompe, la sobretensión se fija a un nivel muy bajo y la sobrecorriente también se descarga al suelo a través del entrehierro, logrando así la protección del pararrayos. Hay demasiadas deficiencias en la brecha abierta. Por ejemplo, la tensión de ruptura se ve muy afectada por el medio ambiente; la descarga de aire oxidará el electrodo; después de que se forma el arco de aire, se necesitan varios ciclos de CA para extinguir el arco, lo que puede causar una falla del pararrayos o una falla en la línea. Los tubos de descarga de gas, los pararrayos de tubo y los pararrayos magnéticos desarrollados en el futuro han superado en gran medida estos problemas, pero todavía se basan en el principio de descarga de gas. Las desventajas inherentes de los descargadores de gas son la tensión de ruptura de alto impacto; retraso de descarga prolongado (nivel de microsegundos); forma de onda de voltaje residual empinada (dV / dt es grande). Estas deficiencias determinan que los descargadores de gas no sean muy resistentes a los equipos eléctricos sensibles.

El desarrollo de la tecnología de semiconductores nos proporciona nuevos materiales de protección contra rayos, como los diodos Zener. Sus características de voltios-amperios están en línea con los requisitos de protección contra rayos de la línea, pero su capacidad para pasar la corriente del rayo es débil, por lo que los tubos reguladores ordinarios no se pueden usar directamente. pararrayos. Semiconductor inicial El descargador es un descargador de válvula hecho de material de carburo de silicio, que tiene características de voltio-amperio similares al tubo Zener, pero tiene una gran capacidad para pasar la corriente del rayo. Sin embargo, el varistor semiconductor de óxido metálico (MOV) se ha descubierto muy rápidamente, sus características de voltio-amperio son mejores y tiene muchas ventajas, como un tiempo de respuesta rápido y una gran capacidad de corriente. Por lo tanto, los descargadores de línea MOV se utilizan ampliamente en la actualidad.

Con el desarrollo de la comunicación, se han producido muchos pararrayos para líneas de comunicación. Debido a las limitaciones de los parámetros de transmisión de la línea de comunicación, dichos descargadores deben considerar los factores que afectan los parámetros de transmisión, como la capacitancia y la inductancia. Sin embargo, su principio de protección contra rayos es básicamente el mismo que el de MOV.

Tipo / Equipo de protección contra rayos

Los equipos de protección contra rayos se pueden dividir aproximadamente en tipos: dispositivo de protección contra rayos de la fuente de alimentación, toma de protección de energía y protectores de línea de alimentación de antena, pararrayos de señal, herramientas de prueba de protección contra rayos, dispositivos de protección contra rayos para sistemas de medición y control y protectores de tierra.

El pararrayos de la fuente de alimentación se divide en tres niveles: B, C y D. De acuerdo con la norma IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) para la teoría de protección contra rayos de zona y protección multinivel, la protección contra rayos de clase B pertenece al primero- dispositivo de protección contra rayos nivelado y se puede aplicar al gabinete de distribución de energía principal en el edificio; El dispositivo de iluminación se aplica al gabinete de distribución de rama del edificio; la clase D es un dispositivo de protección contra rayos de tercer nivel, que se aplica al extremo frontal de equipos importantes para protegerlos con precisión.

El pararrayos de señal de línea de comunicación se divide en niveles B, C y F de acuerdo con los requisitos de IEC 61644. Protección base nivel de protección básica (nivel de protección aproximada), nivel C (protección combinada) nivel de protección integral, clase F (media y fina protección) nivel de protección medio y fino.

Dispositivos de medición y control / Equipos de protección contra rayos

Los dispositivos de medición y control tienen una amplia gama de aplicaciones, como plantas de producción, administración de edificios, sistemas de calefacción, dispositivos de advertencia, etc. Las sobretensiones causadas por rayos u otras causas no solo causan daños al sistema de control, sino que también causan daños a convertidores costosos. y sensores. La falla del sistema de control a menudo resulta en la pérdida del producto y un impacto en la producción. Las unidades de medición y control suelen ser más sensibles que las reacciones de los sistemas de potencia a las sobretensiones. Al seleccionar e instalar un pararrayos en un sistema de medición y control, se deben considerar los siguientes factores:

1, el voltaje de funcionamiento máximo del sistema

2, la corriente máxima de trabajo

3, la frecuencia máxima de transmisión de datos

4, si permitir que el valor de resistencia aumente

5, si el cable se importa desde el exterior del edificio y si el edificio tiene un dispositivo externo de protección contra rayos.

Descargador de energía de baja tensión / equipo de protección contra rayos

El análisis del antiguo departamento de Correos y Telecomunicaciones muestra que el 80% de los accidentes por rayo en la estación de comunicaciones se deben a la intrusión del rayo en la línea eléctrica. Por tanto, los descargadores de corriente alterna de baja tensión se desarrollan muy rápidamente, mientras que los principales pararrayos con materiales MOV ocupan una posición dominante en el mercado. Hay muchos fabricantes de descargadores MOV, y las diferencias de sus productos se muestran principalmente en:

Capacidad de flujo

La capacidad de flujo es la corriente máxima del rayo (8/20 μs) que puede soportar el descargador. La Norma del Ministerio de la Industria de la Información “Reglamento Técnico para la Protección contra Rayos del Sistema de Energía de Ingeniería de Comunicaciones” estipula la capacidad de flujo del pararrayos para el suministro de energía. El descargador de primer nivel es superior a 20KA. Sin embargo, la capacidad de sobretensión actual del descargador en el mercado es cada vez mayor. El descargador de corriente de gran tamaño no se daña fácilmente con los rayos. El número de veces que se tolera la pequeña corriente del rayo aumenta y la tensión residual también se reduce ligeramente. Se adopta la tecnología paralela redundante. El descargador también mejora la protección de la capacidad. Sin embargo, el daño del pararrayos no siempre es causado por rayos.

En la actualidad, se ha propuesto que se debería utilizar una onda de corriente de 10/350 µs para detectar un pararrayos. La razón es que las normas IEC1024 e IEC1312 utilizan una onda de 10/350 μs al describir una onda de rayo. Esta declaración no es exhaustiva, porque la onda de corriente de 8/20 μs todavía se usa en el cálculo de coincidencia del descargador en IEC1312, y la onda de 8/20 μs también se usa en IEC1643 “SPD” - Principio de selección ”Se usa como la corriente principal forma de onda para detectar el descargador (SPD). Por lo tanto, no se puede decir que la capacidad de flujo del descargador con la onda de 8/20 μs esté desactualizada, y no se puede decir que la capacidad de flujo del descargador con la onda de 8/20 μs no cumpla con los estándares internacionales.

Proteger el circuito

La falla del descargador MOV está en cortocircuito y en circuito abierto. Una potente corriente de rayo puede dañar el descargador y provocar una falla en circuito abierto. En este momento, la forma del módulo descargador a menudo se destruye. El descargador también puede disminuir la tensión de funcionamiento debido al envejecimiento del material durante un tiempo prolongado. Cuando el voltaje de operación cae por debajo del voltaje de trabajo de la línea, el descargador aumenta la corriente alterna y el descargador genera calor, que eventualmente destruirá las características no lineales del dispositivo MOV, resultando en un cortocircuito parcial del descargador. quemar. Una situación similar puede ocurrir debido a un aumento en el voltaje de operación causado por una falla en la línea de energía.

La falla de circuito abierto del descargador no afecta la fuente de alimentación. Es necesario verificar el voltaje de operación para averiguarlo, por lo que el descargador debe revisarse regularmente.

La falla de cortocircuito del descargador afecta la fuente de alimentación. Cuando el calor es intenso, el cable se quemará. El circuito de alarma debe protegerse para garantizar la seguridad de la fuente de alimentación. En el pasado, el fusible se conectaba en serie en el módulo descargador, pero el fusible debe garantizar que se fundan la corriente del rayo y la corriente de cortocircuito. Es difícil de implementar técnicamente. En particular, el módulo descargador está mayormente cortocircuitado. La corriente que fluye durante el cortocircuito no es grande, pero la corriente continua es suficiente para hacer que el pararrayos utilizado principalmente para descargar la corriente de pulso se caliente severamente. El dispositivo de desconexión de temperatura que apareció más tarde resolvió mejor este problema. El cortocircuito parcial del descargador se detectó configurando la temperatura de desconexión del dispositivo. Una vez que el dispositivo de calentamiento del pararrayos se desconectó automáticamente, se emitieron las señales de alarma luminosa, eléctrica y acústica.

Voltaje residual

La Norma del Ministerio de la Industria de la Información “Reglamentos técnicos para la protección contra rayos del sistema eléctrico de ingeniería de comunicaciones” (YD5078-98) ha establecido requisitos específicos para el voltaje residual de los pararrayos en todos los niveles. Cabe decir que los requisitos estándar se cumplen fácilmente. La tensión residual del descargador MOV es Su tensión de funcionamiento es 2.5-3.5 veces. La diferencia de voltaje residual del descargador de una etapa en paralelo directo no es grande. La medida para reducir la tensión residual es reducir la tensión de funcionamiento y aumentar la capacidad de corriente del descargador, pero el voltaje de funcionamiento es demasiado bajo y aumentará el daño del descargador causado por la fuente de alimentación inestable. Algunos productos extranjeros ingresaron al mercado chino en una etapa temprana, el voltaje de funcionamiento fue muy bajo y luego aumentó considerablemente el voltaje de funcionamiento.

La tensión residual se puede reducir mediante un descargador de dos etapas.

Cuando la onda del rayo invade, el descargador 1 se descarga y el voltaje residual generado es V1; la corriente que fluye a través del descargador 1 es I1;

El voltaje residual del descargador 2 es V2 y la corriente que fluye es I2. Esto es: V2 = V1-I2Z

Es obvio que la tensión residual del descargador 2 es menor que la tensión residual del descargador 1.

Hay fabricantes que proporcionan pararrayos de dos niveles para la protección contra rayos de la fuente de alimentación monofásica, porque la potencia de la fuente de alimentación monofásica es generalmente inferior a 5KW, la corriente de línea no es grande y la inductancia de impedancia es fácil de enrollar. También hay fabricantes que ofrecen descargadores trifásicos de dos etapas. Debido a que la potencia de la fuente de alimentación trifásica puede ser grande, el descargador es voluminoso y costoso.

En el estándar, se requiere instalar un pararrayos en múltiples etapas en la línea eléctrica. De hecho, se puede lograr el efecto de reducir la tensión residual, pero la autoinductancia del cable se utiliza para hacer que la impedancia de aislamiento entre los pararrayos en todos los niveles.

La tensión residual del descargador es solo el indicador técnico del descargador. La sobretensión aplicada al equipo también se basa en la tensión residual. Se suma el voltaje adicional generado por los dos conductores del pararrayos conectados a la línea de alimentación y al cable de tierra. Por tanto, se realiza la instalación correcta. Los pararrayos también son una medida importante para reducir la sobretensión de los equipos.

Otro / Equipo de protección contra rayos

El descargador también puede proporcionar contadores de descargas de rayos, interfaces de monitoreo y diferentes métodos de instalación según las necesidades del usuario.

Descargador de línea de comunicación

Los requisitos técnicos del pararrayos para las líneas de comunicación son altos, porque además de cumplir con los requisitos de la tecnología de protección contra rayos, es necesario asegurarse de que los indicadores de transmisión cumplan con los requisitos. Además, el equipo conectado a la línea de comunicación tiene un voltaje de resistencia bajo y el voltaje residual del dispositivo de protección contra rayos es estricto. Por tanto, es difícil seleccionar el dispositivo de protección contra rayos. El dispositivo de protección contra rayos de línea de comunicación ideal debe tener una capacidad pequeña, un voltaje residual bajo, un flujo de corriente grande y una respuesta rápida. Obviamente, los dispositivos de la tabla no son ideales. El tubo de descarga se puede utilizar para casi todas las frecuencias de comunicación, pero su capacidad de protección contra rayos es débil. Los condensadores MOV son grandes y solo son adecuados para la transmisión de audio. La capacidad de TVS para soportar la corriente del rayo es débil. Efectos protectores. Los diferentes dispositivos de protección contra rayos tienen diferentes formas de onda de voltaje residual bajo el impacto de las ondas de corriente. De acuerdo con las características de la forma de onda de voltaje residual, el descargador se puede dividir en un tipo de interruptor y un tipo de límite de voltaje, o los dos tipos se pueden combinar para hacer la fuerza y ​​evitar el corto.

La solución es utilizar dos dispositivos diferentes para formar un descargador de dos etapas. El diagrama esquemático es el mismo que el descargador de dos etapas de la fuente de alimentación. Solo la primera etapa usa un tubo de descarga, la resistencia de aislamiento intermedia usa una resistencia o PTC, y la segunda etapa usa un TVS, de modo que se puede ejercer la longitud de cada dispositivo. Un pararrayos de este tipo puede alcanzar unas pocas decenas de MHZ.

Los descargadores de alta frecuencia utilizan principalmente tubos de descarga, como alimentadores móviles y alimentadores de antenas de buscapersonas; de lo contrario, es difícil cumplir con los requisitos de transmisión. También hay productos que utilizan el principio de un filtro de paso alto. Dado que el espectro de energía de una onda de relámpago se concentra entre varios kilohercios y varios cientos de kilohercios, la frecuencia de la antena es muy baja y el filtro es fácil de fabricar.

El circuito más simple es conectar un inductor de núcleo pequeño en paralelo con el cable del núcleo de alta frecuencia para formar un descargador de filtro de paso alto. Para la antena de comunicación de frecuencia puntual, también se puede usar una línea de cortocircuito de un cuarto de longitud de onda para formar un filtro de paso de banda, y el efecto de protección contra rayos es mejor, pero ambos métodos cortocircuitarán la CC transmitida en la línea de alimentación de la antena. , y el rango de aplicación es limitado.

Dispositivo de puesta a tierra

La conexión a tierra es la base de la protección contra rayos. El método de puesta a tierra especificado por la norma es utilizar postes de puesta a tierra horizontales o verticales con perfiles metálicos. En áreas con fuerte corrosión, la galvanización y el área transversal de los perfiles metálicos pueden usarse para resistir la corrosión. También se pueden utilizar materiales no metálicos. El conductor actúa como un polo de tierra, como un electrodo de tierra de grafito y un electrodo de tierra de cemento Portland. Un método más razonable es utilizar el refuerzo básico de la arquitectura moderna como poste de tierra. Debido a las limitaciones de la protección contra rayos en el pasado, se enfatiza la importancia de reducir la resistencia a tierra. Algunos fabricantes han introducido varios productos de puesta a tierra, alegando que reducen la resistencia a tierra. Como reductor de resistencia, electrodo de tierra de polímero, electrodo de tierra no metálico, etc.

De hecho, en términos de protección contra rayos, la comprensión de la resistencia a tierra ha cambiado, los requisitos para el diseño de la red de conexión a tierra son altos y los requisitos de resistencia se relajan. En GB50057–94, solo se enfatizan las formas de red de conexión a tierra de varios edificios. No hay requisito de resistencia, porque en la teoría de protección contra rayos del principio equipotencial, la red de tierra es solo un punto de referencia de potencial total, no un punto de potencial cero absoluto. La forma de la rejilla de tierra es necesaria para las necesidades equipotenciales y el valor de resistencia no es lógico. Por supuesto, no hay nada de malo en obtener una baja resistencia a tierra cuando las condiciones lo permiten. Además, la fuente de alimentación y la comunicación tienen requisitos para la resistencia a tierra, que está más allá del alcance de la tecnología de protección contra rayos.

La resistencia de puesta a tierra está relacionada principalmente con la resistividad del suelo y la resistencia de contacto entre el suelo y el suelo. También está relacionado con la forma y el número del suelo al formar el suelo. El reductor de resistencia y varios electrodos de puesta a tierra no son nada para mejorar la resistencia de contacto o el contacto entre el suelo y el suelo. zona. Sin embargo, la resistividad del suelo juega un papel decisivo y las otras son relativamente fáciles de cambiar. Si la resistividad del suelo es demasiado alta, solo el método de ingeniería para cambiar el suelo o mejorarlo puede ser efectivo, y otros métodos son difíciles de trabajar.

La protección contra rayos es un tema antiguo, pero aún está evolucionando. Cabe decir que no hay ningún producto para probar. Todavía quedan muchas cosas por explorar en la tecnología de protección contra rayos. En la actualidad, el mecanismo de generación de energía del rayo aún no está claro. La investigación cuantitativa sobre la inducción de rayos también es muy débil. Por lo tanto, también se están desarrollando productos de protección contra rayos. Algunos productos nuevos reivindicados por los productos de protección contra rayos, deben probarse en la práctica con una actitud científica y desarrollarse en teoría. Dado que los relámpagos en sí mismos son un evento de pequeña probabilidad, se requiere mucho análisis estadístico a largo plazo para obtener resultados beneficiosos, lo que requiere la cooperación de todas las partes para lograrlo.