Quali diodi sono comunemente utilizzati per la protezione da sovracorrente nelle reti di distribuzione?

一, diodo TVS: nucleo di protezione di precisione con risposta al livello di millisecondi
1. Caratteristiche del dispositivo e principio di funzionamento
I diodi TVS (Soppressore di tensione transitoria) sono progettati in base all'effetto di rottura a valanga e i loro vantaggi principali risiedono nella velocità di risposta in nanosecondi (inferiore o uguale a 1 × 10 ⁻¹ ² secondi) e nel controllo preciso della tensione di bloccaggio. Quando la tensione transitoria supera la tensione di rottura (VBR), il dispositivo passa rapidamente da uno stato di alta resistenza a uno stato di bassa resistenza e blocca la tensione entro un intervallo sicuro (valore VC) deviando correnti elevate. Il tipico coefficiente di bloccaggio (VC/VBR) è 1,2-1,4. Ad esempio, il tubo TVS della serie P0640SC può sopportare correnti di picco di migliaia di ampere e tensioni di serraggio fino a centinaia di volt, rendendolo adatto alla protezione nelle reti di distribuzione ad alta tensione da 600 V/800 V.

2. Parametri chiave per la selezione
Tensione di interruzione inversa (VRMM): dovrebbe essere 1,1-1,2 volte superiore alla normale tensione operativa del circuito. Ad esempio, un sistema a 120 V richiede l'uso di dispositivi con VRMM maggiore o uguale a 132 V.
Potenza di picco dell'impulso (PPP): calcolata in base all'energia di picco, come PPP maggiore o uguale a E (energia di picco)/VC con forma d'onda di 8/20 μ s.
Capacità di giunzione (CJ): i dispositivi a bassa capacità (come 0,1-10pF) dovrebbero essere selezionati per le linee di segnale ad alta frequenza per evitare l'attenuazione del segnale. Ad esempio, l'interfaccia USB 3.0 richiede l'uso di tubi TVS con CJ inferiore o uguale a 0,3pF.
3. Scenari applicativi tipici
Ingresso alimentazione data center: i tubi TVS della serie SMBJ vengono utilizzati per costruire tre- livelli di protezione. Il primo livello utilizza dispositivi ad alta-potenza (come 1500 W) per assorbire grandi picchi di energia, mentre il terzo livello utilizza dispositivi a bassa capacità (come 500 W) per proteggere i chip sensibili.
Lato CC dell'inverter fotovoltaico: i tubi TVS paralleli sono collegati in un sistema CC 1000 V per sopprimere la sovratensione transitoria causata dalla copertura nuvolosa o dalla commutazione dell'array.
2, Tubo a scarica a semiconduttore (TSS): protezione della dorsale per capacità di corrente elevata
1. Caratteristiche del dispositivo e principio di funzionamento
TSS (Thyristor Surge Suppressors) adotta una struttura PNPN a quattro strati, che combina le caratteristiche di commutazione dei tiristori con la conduttività unidirezionale dei diodi. I suoi vantaggi principali risiedono nella tolleranza ai picchi estremamente elevata (fino a decine di kiloampere) e nelle caratteristiche di bassa tensione residua (valore tipico VC inferiore o uguale a 2 volte VBR). Ad esempio, la serie TSS P0640SC può sopportare un picco di 20 kA e una tensione residua inferiore a 800 V con una forma d'onda di 8/20 μ s, rendendola adatta per la protezione delle linee dorsali della rete di distribuzione ad alta tensione.

2. Parametri chiave per la selezione
Tensione di rottura (VBO): deve corrispondere alla tensione nominale del sistema, ad esempio selezionando dispositivi con VBO=12-15kV per un sistema da 10 kV.
Capacità di carico di corrente (Ipp): in base al livello di rischio di fulmini, per le aree con forti temporali dovrebbero essere selezionati dispositivi con Ipp maggiore o uguale a 50 kA.
Tempo di risposta: valore tipico inferiore o uguale a 100 ns, che richiede il coordinamento con il tubo TVS per ottenere una protezione graduale.
3. Scenari applicativi tipici
Estremità di ingresso della sottostazione: viene adottato uno schema di protezione composito di TSS e MOV in serie, con TSS come primo stadio per assorbire picchi di energia elevata- e MOV come secondo stadio per limitare la tensione residua.
Linea di raccolta del parco eolico: TSS parallelo al terminale del cavo da 35 kV per sopprimere la sovratensione causata dal funzionamento del cavo.
3, Varistore (MOV): una protezione universale economica ed efficiente
1. Caratteristiche del dispositivo e principio di funzionamento
MOV (varistore di ossido di metallo) utilizza l'ossido di zinco come materiale principale e raggiunge la funzione di limitazione della tensione attraverso caratteristiche volt-ampere non lineari. I suoi principali vantaggi risiedono nell'elevato rapporto costi-e nell'elevata capacità di corrente (fino a diverse centinaia di kiloampere per chip), ma è presente un effetto di invecchiamento (degrado delle prestazioni dopo un utilizzo a lungo-termine). Ad esempio, il MOV 14D471K può sopportare un picco di 40 kA con una forma d'onda di 8/20 μs ed è adatto per la protezione delle estremità nelle reti di distribuzione a bassa-tensione.

2. Parametri chiave per la selezione
Sensibile alla tensione (V1mA): deve essere superiore alla tensione operativa continua massima del circuito, ad esempio selezionando dispositivi con V1mA maggiore o uguale a 320 V per un sistema a 220 V.
Capacità di corrente: in base al livello di rischio fulmine, la protezione di classe C richiede Iimp maggiore o uguale a 65 kA (forma d'onda 10/350 μ s).
Corrente di dispersione: valore tipico Inferiore o uguale a 20 μ A, sono necessari test regolari per prevenire invecchiamento e guasti.
3. Scenari applicativi tipici
Scatola di distribuzione residenziale: adotta MOV per costruire tre- livelli di protezione, il primo livello installa dispositivi ad alta-energia (come 20 kA) all'estremità della linea principale in ingresso e il terzo livello installa dispositivi a bassa- potenza (come 2 kA) nel circuito della presa.
Armadio di controllo del motore industriale: MOV parallelo all'estremità di ingresso del convertitore di frequenza per sopprimere la sovratensione transitoria causata dall'arresto dell'avviamento del motore.
4, Strategia di costruzione del sistema di protezione multi-livello
1. Principio della tutela graduale
Adottare uno schema combinato di “tutela grossolana+tutela fine”:

Livello 1 (protezione grossolana): installa TSS o MOV ad alta-energia all'ingresso del sistema per assorbire grandi picchi di energia (come i fulmini).
Secondo livello (protezione di precisione): installare i tubi TVS all'estremità anteriore dell'apparecchiatura per limitare la tensione residua a un livello sicuro (ad esempio al di sotto del valore di tensione di resistenza del chip).
Terzo livello (protezione locale): collega i tubi TVS a bassa-potenza in parallelo accanto ai componenti sensibili per fornire la protezione finale.
2. Punti chiave per il coordinamento dei parametri
Coordinamento energetico: garantire che i dispositivi front-end assorbano energia maggiore o uguale all'80% dell'energia di picco totale per evitare il sovraccarico dei dispositivi back-end.
Coordinamento della tensione: il valore VC di ciascun livello del dispositivo deve essere gradualmente ridotto per formare una "protezione gradiente". Ad esempio, il VC di primo livello è 1500 V, il VC di secondo livello è 800 V e il VC di terzo livello è 400 V.
Coordinazione temporale: utilizzare la differenza nel tempo di risposta del dispositivo (TSS ≈ 100 ns, TVS ≈ 1 ns) per ottenere una risposta rapida.