¿Qué diodos se utilizan habitualmente para la protección contra sobretensiones en redes de distribución?

一, diodo TVS: núcleo de protección de precisión con respuesta de nivel de milisegundos
1. Características del dispositivo y principio de funcionamiento.
Los diodos TVS (supresor de voltaje transitorio) están diseñados en función del efecto de ruptura de avalancha y sus principales ventajas radican en la velocidad de respuesta de nanosegundos (menor o igual a 1 × 10 ⁻¹ ² segundos) y el control preciso del voltaje de sujeción. Cuando el voltaje transitorio excede su voltaje de ruptura (VBR), el dispositivo pasa rápidamente de un estado de alta resistencia a un estado de baja resistencia y fija el voltaje dentro de un rango seguro (valor VC) desviando grandes corrientes. El coeficiente de sujeción típico (VC/VBR) es 1,2-1,4. Por ejemplo, el tubo TVS de la serie P0640SC puede soportar corrientes máximas de miles de amperios y tensiones de sujeción tan bajas como cientos de voltios, lo que lo hace adecuado para la protección en redes de distribución de alto voltaje de 600 V/800 V.

2. Parámetros clave para la selección
Voltaje de corte inverso (VRMM): debe ser entre 1,1 y 1,2 veces mayor que el voltaje de funcionamiento normal del circuito. Por ejemplo, un sistema de 120V requiere el uso de dispositivos con VRMM mayor o igual a 132V.
Potencia máxima de pulso (PPP): calculada en función de la energía de sobretensión, como PPP mayor o igual a E (energía de sobretensión)/VC en una forma de onda de 8/20 μs.
Capacitancia de unión (CJ): se deben seleccionar dispositivos de baja capacitancia (como 0,1-10pF) para líneas de señal de alta frecuencia para evitar la atenuación de la señal. Por ejemplo, la interfaz USB 3.0 requiere el uso de tubos TVS con CJ menor o igual a 0,3pF.
3. Escenarios de aplicación típicos
Entrada de alimentación del centro de datos: los tubos TVS de la serie SMBJ se utilizan para construir una protección de tres-niveles. El primer nivel utiliza dispositivos de alta-potencia (como 1500 W) para absorber grandes sobretensiones, y el tercer nivel utiliza dispositivos de baja capacitancia (como 500 W) para proteger chips sensibles.
Lado de CC del inversor fotovoltaico: Los tubos TVS paralelos están conectados en un sistema de CC de 1000 V para suprimir la sobretensión transitoria causada por la cobertura de nubes o la conmutación de la matriz.
2, Tubo de descarga de semiconductores (TSS): protección principal para alta capacidad de corriente
1. Características del dispositivo y principio de funcionamiento.
Los TSS (supresores de sobretensiones de tiristores) adoptan una estructura de cuatro capas PNPN, que combina las características de conmutación de los tiristores con la conductividad unidireccional de los diodos. Sus principales ventajas radican en su extremadamente alta tolerancia a sobretensiones (hasta decenas de kiloamperios) y sus características de baja tensión residual (valor típico de VC inferior o igual a 2 veces VBR). Por ejemplo, el TSS de la serie P0640SC puede soportar una sobretensión de 20 kA y un voltaje residual por debajo de 800 V bajo una forma de onda de 8/20 μs, lo que lo hace adecuado para la protección de líneas troncales de redes de distribución de alto-voltaje.

2. Parámetros clave para la selección
Tensión de ruptura (VBO): debe coincidir con la tensión nominal del sistema, como seleccionar dispositivos con VBO=12-15kV para un sistema de 10 kV.
Capacidad de carga de corriente (Ipp): según el nivel de riesgo de rayos, se deben seleccionar dispositivos con Ipp mayor o igual a 50 kA para áreas de tormentas fuertes.
Tiempo de respuesta: Valor típico Menor o igual a 100 ns, lo que requiere coordinación con el tubo TVS para lograr una protección graduada.
3. Escenarios de aplicación típicos
Extremo de entrada de la subestación: se adopta un esquema de protección compuesto de TSS y MOV en serie, con TSS como la primera etapa para absorber sobretensiones de alta-energía y MOV como segunda etapa para limitar el voltaje residual.
Línea de captación del parque eólico: TSS paralelo en el terminal del cable de 35kV para suprimir las sobretensiones provocadas por la operación del cable.
3, Varistor (MOV): una protección universal económica y eficiente
1. Características del dispositivo y principio de funcionamiento.
MOV (varistor de óxido metálico) utiliza óxido de zinc como material principal y logra una función de limitación de voltaje a través de características no lineales de voltios y amperios. Sus principales ventajas residen en su alta rentabilidad-y su alta capacidad de corriente (hasta varios cientos de kiloamperios por chip), pero existe un efecto de envejecimiento (degradación del rendimiento después de un uso prolongado-plazo). Por ejemplo, el MOV 14D471K puede soportar una sobretensión de 40 kA bajo una forma de onda de 8/20 μs y es adecuado para protección final en redes de distribución de bajo-voltaje.

2. Parámetros clave para la selección
Sensible al voltaje (V1mA): debe ser superior al voltaje máximo de funcionamiento continuo del circuito, como seleccionar dispositivos con V1mA mayor o igual a 320 V para un sistema de 220 V.
Capacidad actual: Según el nivel de riesgo de rayo, la protección Clase C requiere Iimp Mayor o igual a 65kA (forma de onda 10/350 μ s).
Corriente de fuga: Valor típico Menor o igual a 20 μ A; se requieren pruebas periódicas para evitar el envejecimiento y las fallas.
3. Escenarios de aplicación típicos
Caja de distribución residencial: se adopta MOV para construir una protección de tres-niveles: el primer nivel instala dispositivos de alta-energía (como 20 kA) en el extremo de la línea entrante principal y el tercer nivel instala dispositivos de baja-potencia (como 2 kA) en el circuito del enchufe.
Gabinete de control de motores industriales: MOV paralelo en el extremo de entrada del convertidor de frecuencia para suprimir la sobretensión transitoria causada por el arranque y parada del motor.
4, Estrategia de construcción del sistema de protección multi-nivel
1. Principio de protección graduada
Adoptar un esquema combinado de "protección gruesa+protección fina":

Nivel 1 (protección gruesa): instale TSS o MOV de alta-energía en la entrada del sistema para absorber grandes sobretensiones de energía (como rayos).
Segundo nivel (protección de precisión): instale tubos TVS en el extremo frontal del equipo para limitar el voltaje residual a un nivel seguro (por ejemplo, por debajo del valor de voltaje soportado del chip).
Tercer nivel (protección local): conecta tubos TVS de baja-potencia en paralelo junto a componentes sensibles para brindar protección final.
2. Puntos clave para la coordinación de parámetros
Coordinación de energía: asegúrese de que los dispositivos-de front-end absorban energía mayor o igual al 80 % de la sobretensión total para evitar la sobrecarga de los dispositivos de back-.
Coordinación de voltaje: el valor VC de cada nivel de dispositivo debe reducirse gradualmente para formar una "protección de gradiente". Por ejemplo, el VC de primer nivel es 1500 V, el VC de segundo nivel es 800 V y el VC de tercer nivel es 400 V.
Coordinación de tiempo: utilice la diferencia en el tiempo de respuesta del dispositivo (TSS ≈ 100 ns, TVS ≈ 1 ns) para lograr una respuesta rápida.