Dispositivi di protezione contro le sovratensioni CC (DC SPD) e gli alimentatori da 24 V CC sono componenti chiave che insieme formano una linea di difesa contro le sovratensioni transitorie e garantiscono la continuità del sistema. Comprenderne i principi di funzionamento, i criteri di selezione e gli effetti sinergici è fondamentale per progettare e mantenere sistemi elettrici sicuri ed efficienti.
I dispositivi di protezione da sovratensione CC sono dispositivi di protezione da fulmini e sovratensioni progettati specificamente per circuiti CC. Possono rispondere in nanosecondi, scaricando in modo sicuro le sovratensioni transitorie (sovratensioni) causate dall'induzione di fulmini, operazioni di commutazione o scariche elettrostatiche a terra, proteggendo così da danni le apparecchiature elettroniche sensibili a valle.
I suoi componenti principali di protezione in genere includono:
Varistori a ossido di metallo (MOV): risposta rapida, utilizzati per assorbire picchi di energia media.
Tubi a scarica di gas (GDT): elevata capacità di corrente, comunemente utilizzati per scaricare correnti di picco iniziali ad alta energia.
Diodi soppressori di tensione transitoria (TVS): blocco preciso della tensione e risposta estremamente rapida, comunemente utilizzati per proteggere circuiti di precisione.
Tensione operativa continua massima (Uc): la tensione CC massima (ad esempio, 24 V) che l'apparecchiatura può sopportare in sicurezza per un lungo periodo.
Corrente di scarica nominale (In): il valore standard per resistere a una corrente di spunto con forma d'onda di 8/20μs, che rappresenta la sua capacità di protezione convenzionale.
Corrente di scarica massima (Imax): la corrente di spunto massima che l'apparecchiatura può sopportare in un singolo incidente senza danni.
Livello di protezione della tensione (su): la tensione residua attraverso l'apparecchiatura durante uno spunto. Più basso è questo valore, migliore è la protezione per le apparecchiature a valle.
Tempo di risposta: il tempo che intercorre tra il rilevamento di una sovratensione e l'avvio dell'azione. Più corto è, meglio è.
Un alimentatore da 24 V CC è un dispositivo che converte l'alimentazione di rete CA (ad esempio 220 V CA) o altre fonti di alimentazione in e fornisce alimentazione stabile e pulita da 24 V CC. È il “cuore” dei sistemi di controllo industriale.
Le sue funzioni principali sono la conversione, la regolazione della tensione e il filtraggio, garantendo la fornitura di un'alimentazione continua e stabile a 24 V CC a PLC, sensori, relè, attuatori e altre apparecchiature, indipendentemente dalle fluttuazioni della tensione di ingresso o dalle variazioni del carico.
Tensione di sicurezza: rientra nell'intervallo di tensione extra-bassa di sicurezza (SELV), presentando un rischio estremamente basso di scosse elettriche per gli esseri umani.
Ampia compatibilità: la stragrande maggioranza dei sensori, controller e attuatori industriali sono progettati per l'alimentazione a 24 V.
Equilibrio tra perdite ed efficienza: rispetto a 12 V, assorbe meno corrente, ha perdite di linea e cadute di tensione inferiori per la stessa potenza; rispetto a 48 V, offre maggiore sicurezza e componenti più convenienti.
Standardizzazione: è diventata la lingua comune nel campo dell'automazione industriale globale.
Precisione e stabilità dell'uscita: le fluttuazioni di tensione e il rumore di ondulazione dovrebbero essere ridotti al minimo.
Efficienza: un'elevata efficienza di conversione significa minori perdite di energia e generazione di calore.
Grado di protezione (IP): Protezione contro polvere e acqua.
Intervallo di temperatura operativa: adatto per ampi requisiti di temperatura in ambienti industriali.
Il dispositivo di protezione da sovratensione da 24 V è ampiamente utilizzato nelle linee di produzione automatizzate di fabbrica, nei sistemi di controllo dei processi, nell'automazione degli edifici, nelle stazioni base di comunicazione e nei sistemi solari fotovoltaici.
Un alimentatore CC da 24 V e un SPD CC formano una combinazione perfetta di purificazione della sorgente e difesa del percorso. L’alimentatore garantisce la fornitura di energia “pulita”, mentre l’SPD si concentra sulla resistenza alla “contaminazione” esterna (sovratensioni) proveniente dalle linee elettriche o dalle linee di segnale. Solitamente sono collegati in serie nel circuito: dopo che l'alimentazione CA è stata convertita in 24 V CC, viene prima “filtrata” dall'SPD CC prima di essere inviata all'apparecchiatura terminale, creando così una soluzione di protezione a percorso completo dafonte per finire.
Abbinamento della tensione: assicurarsi che il valore Uc dell'SPD sia leggermente superiore alla tensione operativa continua massima del sistema. Per un sistema a 24 V, viene generalmente selezionato un SPD con Uc di 30 V o 35 V.
Livello di protezione: selezionare un SPD con un valore Up sufficientemente basso in base alla capacità di tensione di resistenza dell'apparecchiatura protetta.
Capacità di gestione della corrente: selezionare i valori In e Imax appropriati in base al luogo di installazione (ad esempio, terminale di distribuzione principale, front-end dell'apparecchiatura) e alle condizioni locali del giorno temporalesco.
Metodo di cablaggio: verificare se si tratta di una connessione parallela o in serie e abbinare le morsettiere corrispondenti.
Indicazione di stato: i prodotti con allarmi remoti o finestre visive (ad esempio, verde/rosso) sono preferiti per facilitare la manutenzione.
Installazione: installare il più vicino possibile all'apparecchiatura protetta. Utilizzare cavi corti, diritti e spessi per ridurre la tensione residua derivante dall'induttanza dei conduttori. Garantire una corretta messa a terra.
Manutenzione: controllare regolarmente la finestra dell'indicatore di stato (idealmente ogni anno o durante la stagione delle piogge). Se l'indicatore è difettoso (ad esempio, diventa rosso), sostituirlo immediatamente. Il produttore dell'SPD DC ricorda gentilmente di registrare gli incidenti causati da fulmini e di controllare tempestivamente lo stato del dispositivo di protezione da sovratensione.
Come collegare il dispositivo di protezione da sovratensione CC
Gli SPD CC sono generalmente collegati in parallelo tra i terminali positivo e negativo del circuito protetto e il loro terminale di messa a terra deve essere collegato alla terra protettiva del sistema (PE) con il filo più corto e spesso possibile. Il manuale del prodotto deve essere seguito rigorosamente.
Gli SPD a 24 V CC e gli SPD CA possono essere utilizzati in modo intercambiabile?
Assolutamente no. I principi di progettazione, le capacità di estinzione dell'arco e le calibrazioni dei parametri dei due sono completamente diversi. È più difficile utilizzare un SPD CC per interrompere la corrente continua CC. L'uso improprio di un SPD CA in un circuito CC comporterà l'impossibilità di estinguere correttamente l'arco, con il rischio di incendio dell'apparecchiatura.
Come posso determinare se l'SPD DC 24V funziona ancora correttamente?
Il modo più intuitivo è osservare il suo indicatore di stato (solitamente una finestra o un LED verde/rosso). Il verde indica il normale funzionamento, mentre il rosso/spento indica un guasto e necessita di sostituzione. Puoi anche utilizzare un multimetro per misurare la sua tensione online; se è vicino a un cortocircuito e il dispositivo è caldo, potrebbe essere danneggiato.
Perché i sistemi solari necessitano di dispositivi di protezione da sovratensione CC (SPD)?
I moduli fotovoltaici coprono una vasta area e sono altamente suscettibili ai fulmini diretti o indotti. La corrente del fulmine può entrare nell'inverter e nel sistema di controllo attraverso la linea del bus CC, causando danni significativi. Pertanto, è fondamentale installare un SPD DC fotovoltaico dedicato sul lato DC (tra i moduli e l'inverter).
Quali precauzioni di cablaggio è necessario adottare quando si installa un SPD da 24 V CC?
I principi chiave sono “corto, dritto e spesso”. 1) La lunghezza del cavo di terra deve essere inferiore a 0,5 metri; 2) Evitare la formazione di anse; 3) L'area della sezione trasversale del conduttore deve soddisfare i requisiti per scaricare una corrente elevata (solitamente non inferiore a 4 mm²); 4) Assicurarsi che tutti i punti di connessione siano serrati e privi di ossidazione.
Confronto tra alimentatore lineare e switching in applicazioni a 24 V
Gli alimentatori lineari hanno un basso ripple di uscita e un basso rumore, ma sono di grandi dimensioni e con bassa efficienza (circa 40-60%), rendendoli adatti per apparecchiature di misurazione di precisione estremamente sensibili al rumore. Gli alimentatori a commutazione sono di piccole dimensioni, altamente efficienti (tipicamente >85%) e possono adattarsi a un ampio intervallo di tensioni di ingresso, rendendoli la scelta principale per il controllo industriale. Tuttavia, la loro commutazione ad alta frequenza genera rumore elettromagnetico, necessarioessere adeguatamente gestiti.
Nell'automazione industriale e nei nuovi campi energetici, gli alimentatori da 24 V CC e i dispositivi di protezione da sovratensione CC rappresentano una combinazione fondamentale complementare e indispensabile.
Agisci ora per costruire una solida difesa per i tuoi sistemi critici! Non aspettare che un fulmine o una sovratensione causi danni irreparabili per comprendere l’importanza della protezione.
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