Cauze comune ale degradarii descarcatoarelor (SPD)

Atunci când descărcatoarele (SPD) sunt specificate și instalate în mod corespunzător, acestea oferă o protecție eficientă împotriva supratensiunilor tranzitorii. În funcționarea normală, aceste dispozitive gestionează supratensiunile tranzitorii în masă, dar pot apărea condiții care le pot degrada din punct de vedere al performanței.

Un descarcator Schneider Electric este o piesă consumabilă. Cu trecerea timpului, el se uzează și va trebui înlocuit. O piesă componentă a descărcătorului se numește „varistor”. Varistoarele sunt realizate dintr-o pastă ceramică care conține particule metalice (oxid de zinc – MOV – sau oxid de magneziu sinterizat).

O stare de supratensiune susținută este o cauză comună a degradării descărcătoarelor. Majoritatea sunt dispozitive conectate în paralel care consumă puțin curent. În general, multe dintre varistoarele cu oxid de metal utilizate în aceste dispozitive rămân neconductoare, atunci când sunt prezente tensiuni nominale de linie. Ele devin conductive când tensiunile depășesc tensiunea maximă de funcționare continuă - Maximum Continuous Operating Voltage (MCOV) – a componentei. Când se întâmplă acest lucru, descărcatoarele generează curentul în masă.
 

Tensiunea maximă de funcționare continuă (în România întâlnită sub prescurtarea Uc) este valoarea tensiunii sub care descărcătorul (SPD-ul) nu intervine sub nici o formă. Când tensiunea depășește pragul acesta, descărcătorul intră în funcțiune și începe să descarce curent către masă/ împământare.
 

Descărcătoarele, conectate în paralel, sunt proiectate pentru a deriva supratensiunile tranzitorii care apar și scad foarte repede, cu durate tipice de o jumătate de ciclu sau mai puțin. Supratensiunile tranzitorii care apar pe perioade mai lungi sunt considerate supratensiuni susținute. Deoarece acestea produc căldura pe care dispozitivele nu sunt proiectate să o disipeze, pot duce la supraîncălzirea componentelor interne, ducând la deteriorare, pierderea protecției și, în cele mai grave cazuri, risc de incendiu. Figura 1 demonstrează o supratensiune susținută care depășește pragul Uc.
 

Pentru a evita supraîncălzirea, dispozitivele Schneider Electric, aprobate de Underwriters' Laboratories (UL), sunt fabricate cu protecție termică internă. Acestea sunt concepute pentru a deconecta un descărcător de la sursa de alimentare înainte ca supraîncălzirea să deterioreze componentele.

Când tensiunea la bornele varistorului depășește tensiunea maximă de funcționare continuă (Uc), curentul va începe să circule prin varistor, prin aceste particule metalice, către masă/ împământare, protejând astfel echipamentele din instalație. Dar, cu trecere timpului, particulele metalice se sudează între ele creând noi căi pentru un curent de fugă (Ic), care va fi inițial foarte mic (de ordinul μA). Însă va fi prezent chiar și atunci când tensiunea este standard (nu depășește Uc).

Pe măsură ce mai multe particule metalice se sudează între ele, curentul de fugă va crește în valoare și va duce la supraîncălzirea şi defectarea varistorului. În condiţii normale de funcţionare, cu puţine intervenţii de protecţie a varistorului, creşterea Ic se petrece după mulţi ani de funcţionare. Dar, cu cât tensiunea maximă de funcționare este depășită mai des, este susținută pe durate mai lungi de timp, sau este depășită cu valori mai mari, cu atât durata de viață a descărcătorului scade mai rapid.

Inductanţa conductoarelor joacă un rol fundamental. Realizând conexiuni foarte lungi, atât înspre descărcător (SPD), cât şi înspre aparatura de protejat, se introduc valori de tensiune care pot altera, ba chiar anula capacitatea de protecţie oferită de descărcător (SPD). Cu cât SPD-ul este mai aproape de echipamentul de protejat, cu atât nivelul de protecţie este mai ridicat. Un descărcător (SPD) instalat într-un panou nu oferă protecţie pentru toate echipamentele aflate în aval; acesta protejează numai până la o anumită distanţă. În prezent, normativul recomandă poziţionarea la maxim 10 metri față de echipamentul de protejat.
 

O serie de factori afectează apariția și caracteristicile supratensiunilor pe care le-ar putea experimenta descărcatoarele. Acestea includ:

• nivelul activităţii regionale în legătură cu apariția fulgerelor
• calitatea energiei furnizate de o utilitate
• amplasarea unui SPD în sistemul de distribuție a energiei unei clădiri
• tipurile de sarcini care sunt prezente
• activitățile și operațiunile desfășurate în cadrul unei unități