Saiba mais sobre proteção contra surtos e raios

Um surto, também conhecido como tensão transitória ou pico, refere-se ao fenômeno de tensão excedendo a tensão operacional normal por um breve momento. Essencialmente, um surto é um pulso de tensão rápido que ocorre em microssegundos. Causas comuns de surtos incluem a inicialização ou desligamento de equipamentos pesados, curtos-circuitos, comutação de energia e a operação de motores grandes.

Surtos podem potencialmente causar sérios danos a equipamentos elétricos. Portanto, produtos equipados com dispositivos de supressão de surtos podem efetivamente absorver rajadas repentinas de energia enorme, protegendo equipamentos conectados de danos. O uso desses dispositivos de proteção aumenta significativamente a segurança e a confiabilidade de equipamentos elétricos.

Características dos surtos:

Surtos têm uma duração extremamente curta, geralmente variando de nanossegundos a microssegundos. Quando ocorrem surtos, a amplitude da tensão e da corrente excede os valores normais em mais que o dobro. Devido ao carregamento rápido dos capacitores do filtro de entrada, a corrente de pico dos surtos é muito maior do que a corrente de entrada em estado estacionário. Para lidar com surtos, os projetos de fonte de alimentação devem considerar limitar os níveis de surto que os interruptores CA, pontes retificadoras, fusíveis e dispositivos de filtragem EMI podem suportar.

Durante processos de comutação repetitivos, a tensão de entrada CA não deve danificar a fonte de alimentação ou causar a queima do fusível. Esse fenômeno geralmente dura apenas alguns nanossegundos a milissegundos, mas seus valores de tensão e corrente excedem significativamente os níveis operacionais normais. Surtos são comuns em sistemas de distribuição e podem ser considerados onipresentes.

As principais manifestações de surtos em sistemas de distribuição incluem:

• Flutuações de tensão: máquinas e equipamentos param ou iniciam automaticamente em condições normais de operação.
• Interferência com dispositivos elétricos: por exemplo, condicionadores de ar, compressores, elevadores, bombas ou motores.
• Anormalidades em sistemas de controle de computador: reinicializações frequentes e inexplicáveis.
• Substituição ou rebobinamento frequente de motores.
• Vida útil reduzida de equipamentos elétricos: Vida útil reduzida devido a falhas, reinicializações ou problemas de voltagem.

Surtos podem afetar dispositivos eletrônicos sensíveis de várias maneiras, incluindo:

Danificar:

• Quebra de tensão de dispositivos semicondutores.
• Destruição de camadas metalizadas em componentes.
• Danos em trilhas ou pontos de contato da placa de circuito impresso.
• Danos em tiristores/triacs bidirecionais, etc.

Interferência:

• Bloqueio do equipamento, perda de controle do tiristor ou do tiristor bidirecional.
• Danos parciais aos arquivos de dados.
• Erros em programas de processamento de dados.
• Erros e falhas na recepção e transmissão de dados.
• Falhas inexplicáveis ​​e muito mais.

Envelhecimento prematuro:

• Componentes envelhecem prematuramente, reduzindo significativamente a vida útil dos eletrônicos.
• Diminuição da qualidade de áudio e visual da saída.
Fontes de surtos:
Surtos podem se originar de fontes externas e internas. Aproximadamente 20% dos surtos vêm de fontes externas, principalmente raios e outros impactos do sistema. Cerca de 80% dos surtos vêm de fontes internas, principalmente o impacto de cargas elétricas internas.

Gerador de surtos_SG61000-5

Surtos externos originam-se principalmente de raios e incluem:

Quedas diretas de raios: Impactos diretos em para-raios, para-raios, edifícios ou torres de refinaria.
Radiação eletromagnética de raios: Fortes campos magnéticos irradiam do ponto de queda do raio, danificando microeletrônicos, mesmo que o raio não atinja um edifício diretamente.
Correntes induzidas por raios em linhas de energia e sinal.
Indução de raios: Fortes campos magnéticos alternados se formam ao redor da descarga do raio, induzindo voltagem em condutores metálicos próximos.
Altos potenciais locais induzidos por raios.
Intrusão de raios: raios diretos em linhas de energia ou condutores descendentes podem causar sobretensões de raios em linhas de energia e fortes pulsos eletromagnéticos ao redor de cabos de energia. Essas sobretensões induzidas podem se propagar para as portas de entrada do equipamento, causando mau funcionamento ou danos ao equipamento.

Surtos internos resultam principalmente de operações de comutação de equipamentos elétricos dentro da rede elétrica e outros fatores, incluindo:

Ligar e desligar cargas elétricas elevadas, como condicionadores de ar, compressores, bombas ou motores.
Ligação e saída de cargas indutivas.
Ligação e saída de capacitores de correção do fator de potência.
Falhas de curto-circuito.
Contatos mecânicos: Interruptores mecânicos, incluindo contatos de relé, interruptores de botão de pressão, interruptores de chave, potenciômetros com interruptores, etc.

De acordo com as definições do IEEE, os surtos podem ser classificados em várias categorias:

• Surtos do tipo pulso: a tensão varia de algumas centenas de volts a 20,000 volts em microssegundos.
• Surtos oscilatórios: a tensão varia de algumas centenas de volts a 6000 volts em microssegundos a milissegundos.
• Surtos do tipo burst: Pico de tensão ou corrente de ciclos repetitivos.

Para proteger equipamentos eletrônicos de surtos de raios, padrões de teste de imunidade relevantes foram estabelecidos. O padrão nacional para testes de imunidade a surtos de raios para equipamentos eletrônicos é GB/T17626.5 (equivalente ao padrão internacional IEC61000-4-5). Este padrão simula principalmente várias situações causadas por raios indiretos, incluindo:

• Raios atingem linhas externas, gerando grandes correntes que fluem para linhas externas ou resistores de aterramento, resultando em tensão de interferência.
• Tensão e corrente induzidas por raios indiretos (como raios entre nuvens ou intranuvens) em linhas externas.
• Fortes campos eletromagnéticos se formam ao redor de objetos adjacentes aos raios, induzindo tensão em linhas externas.
• Raios próximos ao solo, onde correntes de terra introduzem interferência através do sistema de aterramento comum. Além disso, o padrão simula interferência introduzida por ações de comutação em subestações (transientes de tensão durante operações de manobra), como:

• Interferência gerada ao alternar os principais sistemas de energia (por exemplo, alternar bancos de capacitores).
• Interferência de pequenas trocas de interruptores dentro da mesma rede elétrica.
• Interferência de equipamentos tiristores com circuitos ressonantes.
• Também são simuladas diversas falhas sistemáticas, como curtos-circuitos e arcos elétricos entre redes de aterramento de equipamentos ou sistemas de aterramento.

O padrão descreve dois tipos de geradores de forma de onda:

• Formas de onda induzidas em linhas de energia: Formas de onda de surto estreitas (50 µs) com frentes íngremes (1.2 µs).
• Formas de onda induzidas em linhas de comunicação: Formas de onda de surto amplas com frentes suaves.

Pulsos de raios simulados induzidos em linhas de energia devido a raios ou pulsos de surto causados ​​por descargas atmosféricas através de resistência de aterramento comum. Parâmetros típicos incluem tensão de saída de circuito aberto (0.5 a 6 kV), corrente de saída de curto-circuito (0.25 a 2 kA) para diferentes níveis de teste, resistência interna (2 ohms) e resistências adicionais (10, 12, 40, 42 ohms) para vários níveis de teste. A polaridade de saída de surto pode ser positiva/negativa, e a saída de surto pode ser sincronizada com a fonte de alimentação com uma mudança de fase de 0 a 360 graus. A frequência de repetição deve ser de pelo menos uma vez por minuto.

Níveis de gravidade dos testes de imunidade a surtos de raios:

• Nível 1: Bom ambiente de proteção.
• Nível 2: Ambiente com alguma proteção.
• Nível 3: Ambiente de interferência eletromagnética comum, sem requisitos especiais de instalação para equipamentos, como locais de trabalho industriais.
• Nível 4: Ambiente com interferência severa, como linhas aéreas civis ou subestações de alta tensão desprotegidas.
• Nível X: Determinado por acordo entre o usuário e o fabricante.