Supresor de sobretensión

Antecedentes

Las perturbaciones en las líneas eléctricas ocurren en promedio cuatro veces al día, según estudios del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE). Estas perturbaciones — aumentos en la corriente que pueden dañar los dispositivos electrónicos enchufados a los tomacorrientes — pueden ser causados ​​por rayos u otros incidentes relacionados con el clima; accidentes de tráfico que afecten a las líneas eléctricas; el uso de productos eléctricos como motores, compresores y luces fluorescentes; equipos eléctricos de alta potencia y fluctuaciones de voltaje iniciadas por una compañía eléctrica; y ruido de alta frecuencia. Tales perturbaciones pueden interrumpir o anular el servicio de energía y dañar el equipo eléctrico. Tanto las sobretensiones como los picos se pueden prevenir mediante el uso de un supresor de sobretensiones, un aparato que sirve para conectar a tierra la interferencia o, en otras palabras, ejecutar la interferencia en el suelo en lugar de en el equipo eléctrico y / o absorber el exceso de flujo de corriente a lo largo un sistema eléctrico. Los picos y las sobrecargas pueden dañar los equipos electrónicos incluso cuando no están encendidos.

Historial

Uno de los primeros supresores de sobretensión fue desarrollado por la empresa General Electric en la década de 1950. Un dispositivo similar se estaba desarrollando en Japón casi al mismo tiempo. Los supresores de sobretensión iniciales utilizaron rectificadores de selenio (componentes utilizados para convertir la corriente continua en corriente alterna) y, más tarde, pilas de carbón (componentes en forma de disco utilizados para transportar la corriente).

La mayoría de los supresores de sobretensión que se utilizan comúnmente en la actualidad utilizan tecnología de descarga de chispas, un sistema mediante el cual el supresor rompe o cortocircuita las corrientes cuando el voltaje aplicado a un dispositivo electrónico excede la tolerancia o clasificación máxima del dispositivo. Hay tres tipos de supresores de sobretensión por vía de chispa, supresores de tubo de gas, supresores de varistores de óxido metálico (MOV) y supresores de avalancha de silicio (un tipo específico de supresor de voltaje transitorio [TVS]). Los nombres de los tipos se refieren a los materiales que son el componente principal de cada tipo de supresor de sobretensión.

Un TVS utiliza un proceso llamado "sujeción de voltaje de polarización inversa". En este proceso, el exceso de corriente que fluye a través de un diodo TVS (un dispositivo semiconductor tubular que es similar a una resistencia) se rompe y se convierte en un cortocircuito cuando el voltaje aplicado a un circuito excede la avalancha nominal de ese circuito, o el nivel máximo. Un TVS solo se usa con circuitos de corriente continua (CC), donde la corriente solo fluye en un sentido (como en una batería de automóvil), pero dos TVS colocados uno al lado del otro protegerán un sistema de corriente alterna (CA), donde la corriente fluye tanto formas.

Un supresor de tubo de gas se usa comúnmente con comunicaciones y líneas de suministro de energía de voltaje. El supresor de tubo de gas pone en cortocircuito una sobretensión y lleva cualquier alta corriente asociada a tierra, evitando el circuito que de otro modo se vería afectado, proporcionando una ruta de bajo voltaje para el exceso de corriente a través de un tubo de cerámica o metal. El gas en el tubo se ioniza durante una oleada y crea un estado conductor dentro del supresor. La sobretensión se transforma en esta atmósfera conductora en un arco de descarga, que cortocircuita el supresor y cualquier corriente alta se conecta a tierra. Posteriormente, el gas se desioniza y el supresor se reinicia.

Diagrama de circuito de un supresor de sobretensión.

Un MOV utiliza resistencias variables o varistores y, por lo tanto, es más funcional con un sistema de CA. Un supresor de MOV absorbe voltaje adicional durante oscilaciones tanto positivas como negativas en un sistema de CA a través de un proceso conocido como sujeción. Cuando el voltaje aplicado al circuito excede la clasificación de MOV, la carga por encima de la cual se supone que se dispara el MOV, se produce un cortocircuito y el voltaje se transfiere al cuerpo absorbente del supresor de MOV, evitando así el circuito que habría de lo contrario se ha interrumpido.

Materias primas

El montaje real de un supresor de sobretensión es relativamente sencillo. La complejidad del instrumento radica en las funciones de los distintos componentes. El componente principal de un supresor de tubo de gas es un tubo cilíndrico de cerámica o metal para contener el gas oxígeno, que transportará el exceso de corriente. Este tipo de supresor también utiliza arandelas de soldadura fuerte hechas de cobre o una aleación de cobre y plata, electrodos huecos de paredes delgadas hechos de una sustancia como Kovar con bridas radiales y material absorbente absorbente.

Los componentes principales de un supresor de MOV son los MOV de cerámica en forma de disco, que absorben el exceso de corriente. Este tipo de supresor también utiliza componentes en forma de anillo rodeados por bobinas. Estos componentes se denominan reactancias toroidales balanceadas, un tipo de inductor que es un componente que almacena energía eléctrica como un campo electromagnético. El inductor se expande y colapsa para mantener un flujo constante de corriente a lo largo de la bobina. Se pueden utilizar condensadores de alta frecuencia planos rectangulares o en forma de disco y condensadores de VHF para filtrar interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia. Un capacitor almacena una carga electrostática y aumenta o disminuye la carga para mantener un flujo constante de voltaje a través del componente. Todos los componentes están montados en una placa de circuito hecha de material rígido no conductor, como fibra de vidrio.

El
proceso de fabricación

Supresor de tubo de gas

• 1 Primero, los extremos del tubo de cerámica o metal deben estar provistos de material metálico conductor como el cobre. Esto se conoce como metalización.
• 2 A continuación, se colocan arandelas de soldadura fuerte en los extremos metalizados del tubo.
• Luego se insertan 3 electrodos huecos de paredes delgadas con bridas radiales para conectar con las arandelas en cada extremo del tubo.
• 4 A continuación, se calienta el conjunto para soldar los componentes y se vacía el interior del tubo.
• 5 El tubo también puede estar revestido con material absorbente para absorber los gases no deseados en el interior del tubo.

Supresor de MOV

• 6 Primero, la placa de circuito se metaliza (se traza un circuito) con lámina de cobre, deposición de cobre u otro material altamente conductor.
• 7 A continuación, se graban ranuras para las resistencias y los condensadores en la placa de circuito metalizada.
• 8 Los MOV, los estranguladores toroidales y los capacitores están soldados a la placa de circuito.
• Se adjuntan 9 salidas y un interruptor de encendido / apagado, y la unidad está atornillada en una carcasa de plástico o metal con aberturas para las salidas y el interruptor.

Control de calidad

Los dispositivos electrónicos están sujetos a estrictas especificaciones y requisitos de control de calidad. El IEEE, que es un organismo de establecimiento de estándares acreditado por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares, establece los estándares que deben cumplir los equipos eléctricos estadounidenses para poder venderse. La mayoría, si no todos, los equipos eléctricos a la venta en los Estados Unidos también son probados por Underwriters Laboratories (UL), una empresa independiente que proporciona pruebas de seguridad y rendimiento de productos. El sello UL en el empaque de equipos eléctricos indica que esos productos resistieron esta prueba. UL también asigna calificaciones a los productos según los factores de seguridad y rendimiento. Por lo tanto, el sello no solo indica que un producto pasó las pruebas de UL, sino que la calificación indica qué tan bien se desempeñó el producto en estas pruebas.

El futuro

Debido a que el diseño del supresor de sobretensiones es bastante simple, las nuevas innovaciones se centran más en mejorar el producto original que en cambiar su composición. Si bien los supresores de sobretensión MOV siguen siendo el aparato más común para la protección contra sobretensiones residencial y comercial, hay muchos modelos de supresores de sobretensión MOV disponibles. Algunos modelos incorporan resistencia a la interferencia de la línea telefónica y métodos de última generación para eliminar la interferencia de ruido. Muchos cambios están orientados a los paquetes. La configuración del tomacorriente se modifica para permitir que se conecten más electrodomésticos al supresor y para acomodar transformadores enchufables; la carcasa está hecha de materiales más duraderos, como el aluminio; y se agregan indicadores LED de diagnóstico (luces que indican el estado de la línea y si hay alguna interferencia). A medida que las necesidades de dispositivos electrónicos residenciales y comerciales continúan creciendo a un ritmo rápido y la protección de los equipos electrónicos, especialmente los equipos de computación y telecomunicaciones, se vuelve primordial, este pequeño y simple dispositivo electrónico se está convirtiendo rápidamente en un componente necesario de cualquier configuración electrónica.