Protectoarele de supratensiune sunt dispozitive cruciale în sistemele de alimentare utilizate pentru a suprima tensiuni anormal de înalte și pentru a asigura siguranța izolației echipamentelor. Principiul lor de funcționare se bazează pe schimbarea rapidă a caracteristicilor de impedanță atunci când tensiunea crește anormal, ghidând sau limitând energia de supratensiune într-un interval sigur, prevenind astfel defectarea izolației sau deteriorarea termică a echipamentului protejat. În esență, este un dispozitiv de protecție care utilizează elemente neliniare și mecanisme de transfer de energie pentru a obține prinderea dinamică a tensiunii.
Funcționarea unui protector de supratensiune poate fi împărțită în două etape: blocare normală și conducere anormală. În condiții de funcționare normală a sistemului, tensiunea se află în intervalul nominal, iar componentele de bază din interiorul protectorului-de obicei varistoarele cu oxid de metal (MOV), varistoarele cu carbură de siliciu sau golurile de descărcare- prezintă caracteristici de impedanță ridicată, ceea ce duce la un curent de scurgere minim care nu are aproape niciun impact asupra funcționării sistemului. În acest moment, protectorul este echivalent cu un circuit deschis, neafectând transmiterea și distribuția normală a energiei electrice.
Atunci când sistemul întâlnește condiții anormale, cum ar fi lovituri de fulger, operațiuni de comutare, rezonanță sau creșterea tensiunii de frecvență a puterii, tensiunea depășește momentan sau continuu pragul setat, iar caracteristicile de impedanță ale protectorului se schimbă drastic. Luând MOV ca exemplu, microstructura sa constă din granule de oxid de zinc și un strat limită de cereale. Sub tensiune normală de funcționare, stratul limită de cereale menține o rezistență ridicată. Cu toate acestea, atunci când tensiunea depășește tensiunea varistorului, bariera stratului limită de cereale se rupe, iar rezistența scade rapid, formând un canal de rezistență joasă-care aproximează un scurtcircuit. Supracurentul generat de supratensiune este manevrat prin acest canal, iar cea mai mare parte a energiei este deviată către circuitul de împământare sau limitator prin protector, limitând astfel tensiunea de vârf aplicată echipamentului protejat în intervalul admis și protejând izolația de deteriorare.
Mecanismele de conducere ale diferitelor tipuri de protectori variază. Tuburile cu descărcare în gaz utilizează ionizarea gazului inert intern sub tensiune înaltă pentru a forma o descărcare cu arc, obținând conducție rapidă și descărcare de curent de supratensiune, potrivite pentru aplicații cu impact cu curent înalt-. Intervalele de descărcare se bazează pe aer sau vid între cei doi electrozi pentru a forma o cale de arc atunci când tensiunea depășește puterea de rupere; structura este simplă, dar răspunsul este puțin mai lent. Varistoarele cu carbură de siliciu se bazează pe caracteristicile neliniare ale materialului pentru a conduce sub supratensiune, oferind o rezistență puternică la impact, dar un curent de scurgere mai mare decât MOV-urile. În produsele reale, două sau mai multe componente sunt adesea combinate pentru a echilibra viteza de răspuns, capacitatea curentului și nivelul tensiunii reziduale.
În timpul descărcării de energie, protectorul este supus simultan efectelor termice și electrodinamice. Pentru a preveni defectarea supraîncălzirii componentelor din cauza supracurentului continuu, multe dispozitive de protecție sunt echipate cu dispozitive de declanșare termică sau siguranțe. Odată ce este detectată o temperatură anormală sau o acumulare excesivă de energie, circuitul de protecție poate fi deconectat automat pentru a preveni deteriorarea echipamentului și pentru a oferi o indicație clară a stării.
În general, principiul de funcționare al protectoarelor de supratensiune se bazează pe modificarea caracteristicii curentului de tensiune-a componentelor neliniare. Când apare o tensiune anormal de mare, aceasta conduce și deviază rapid energia, limitând tensiunea la un nivel sigur și deconectând circuitul dacă este necesar pentru a preveni deteriorarea termică. Acest mecanism îl face de neînlocuit în protecția împotriva trăsnetului, suprimarea supratensiunii de comutare și coordonarea izolației sistemului, construind o barieră de protecție crucială pentru echipamentele de alimentare și siguranța electrică.
