Comprender los umbrales de tensión

Todos los desacopladores de CC de estado sólido y los protectores de sobretensión tienen umbrales de tensión específicos. Para una aplicación exitosa, es importante entender estos valores nominales y cómo pueden afectar a su sistema CP. Este artículo utilizará ejemplos específicos para explicar cómo seleccionar el umbral de tensión adecuado para su aplicación. También puede utilizar nuestro Simulador de Umbral de Tensión para asegurarse de que la selección del dispositivo y el umbral de tensión no hacen que el dispositivo entre en conducción durante condiciones normales de funcionamiento.

Los desacopladores y los protectores de sobretensión están diseñados para bloquear el flujo de corriente continua de baja tensión y, al mismo tiempo, proporcionar protección de seguridad a tierra en caso de fallos de corriente alterna o rayos. El umbral de tensión (también conocido como tensión de bloqueo) del dispositivo determina la tensión en los terminales a partir de la cual el dispositivo pasa del modo de bloqueo (aislamiento de CC) al modo de conducción (puesta a tierra de seguridad). Cuando la tensión a través de los terminales del dispositivo supera el umbral de tensión, en cualquier polaridad, el dispositivo conducirá corriente alterna y continua. Una vez que la tensión cae por debajo del umbral de tensión, la unidad volverá al modo de bloqueo.

Los umbrales de tensión habituales se escriben como -2/+2 o -3/+1. Este es el rango de tensión (es decir, entre -2 V y +2 V) dentro del cual el dispositivo bloquea la corriente continua. La siguiente tabla muestra ejemplos de cómo se especifica la tensión umbral en el número de modelo de diferentes dispositivos de Dairyland.

Aunque -2/2 y -3/1 son valores típicos, algunos dispositivos también están disponibles con umbrales de tensión más altos para su uso en aplicaciones con niveles de CP más altos.

Cómo determinar el umbral de tensión adecuado

Para determinar un valor umbral adecuado, mida la tensión continua en los puntos en los que se conectará el dispositivo en condiciones normales de funcionamiento. Esta tensión también se puede estimar calculando la diferencia entre los potenciales de tubería a suelo de cada lado de donde se conectará el dispositivo. En cualquier caso, registre la tensión como la tensión negativa del terminal con referencia a la tensión positiva del terminal. Esta tensión debe estar dentro del rango del umbral de tensión nominal del dispositivo.

Aunque los desacopladores están diseñados para proporcionar una baja impedancia para la corriente alterna, se producirá una pequeña caída de tensión alterna a través del dispositivo si hay corriente alterna presente, y es importante tener en cuenta esta caída de tensión añadida al seleccionar un umbral de tensión nominal. Por ejemplo, para los SSD y los PCR estándar, la impedancia del dispositivo es de aproximadamente 0,010 ohmios a 60 Hz y de 0,012 ohmios a 50 Hz. La corriente inducida de 10 Arms que fluye a través de un SSD a 60 Hz creará una caída de tensión de CA de 0,10 Vrms (0,14 V pico) a través del SSD. Asegúrese de sumar el valor pico de esta caída de tensión de CA a la diferencia de tensión de CC prevista en el dispositivo. Tenga en cuenta que con la corriente nominal máxima en estado estacionario para SSD y PCR estándar de 45Arms (64Apico), esta caída de tensión debida a la CA podría ser de hasta 0,64V a 60 Hz (0,76V a 50 Hz).

Ejemplos

Escenario 1:

Ambos lados de una junta de aislamiento están protegidos por CP. La lectura de P/S (tensión tubería-suelo) ON para un lado de la junta es de -1,35V. El lado opuesto de la junta tiene una lectura ON de -1,05V, lo que resulta en una diferencia de tensión de -0,30V. No se ha medido CA inducida en la tubería.

Dado que la tensión continua nominal de -0,30 V a través de la junta está bien centrada dentro de los rangos -3/+1 y -2/+2, cualquiera de los dos valores sería apropiado. Esto se ilustra a continuación en el gráfico de tensión frente a corriente para un desacoplador con un valor nominal de -2/+2 V. Observe que la corriente de fuga de CC a través del desacoplador es inferior a 3 mA dentro del intervalo de umbral de tensión.

Sin embargo, normalmente se utiliza un dispositivo simétrico para la situación en la que el CP está presente a ambos lados de una junta de aislamiento, ya que la diferencia de potenciales a través de la junta suele ser cercana a cero.

 

 

 

Tensión total esperada en los terminales del dispositivo = _VCC + _VCA

_VDC = _V1 - _V2
V1 = -1,35V
_V2 = -1,05V
-1.35 - (-1.05) = -0.30V
_VAC = 0

_VDC +_VAC = -0,30 + 0 = -0,30V

Esto está dentro del umbral nominal de un desacoplador -2/+2.

Escenario 2:

La lectura P/S ON del lado protegido catódicamente de la junta de aislamiento es de -2,45V. El lado opuesto de la junta está conectado a tierra con el cobre con un potencial de corrosión de -0,34V. No se ha medido CA inducida en la tubería.

La diferencia de tensión continua es de -2,11 V, lo que supera el umbral negativo de un dispositivo de -2/+2 V. Como se muestra en el gráfico siguiente, el uso de un dispositivo con un umbral de tensión de -2/+2 en esta aplicación provocaría que el dispositivo estuviera continuamente en conducción y, por tanto, cortocircuitaría la estructura a tierra.

Tensión total esperada en los terminales del dispositivo = _VCC + _VCA

_VDC = _V1 - _V2
V1 = -2,45V
_V2 = -0,34V
-2.45 - (-0.34) = -2.11V
_VAC = 0

_VDC +_VAC = -2.11 + 0 = -2.11V

Esto supera el umbral negativo de un dispositivo -2/+2 y provocaría un cortocircuito continuo a tierra.

Recomendación: Seleccione un dispositivo con un umbral nominal de al menos -3/+1 V. Consulte en el gráfico siguiente el nuevo resultado aceptable si se utilizara un dispositivo de -3/+1 V en lugar de una unidad de -2/+2 V.

 

Escenario 3:

Desacopladores que deben instalarse para aislar una tubería de un sistema de puesta a tierra de mitigación de CA. La lectura P/S ON de la tubería es de -2,25 V. La lectura del cable de mitigación de cobre es de -0,35 V. La corriente alterna máxima inducida en estado estable que fluye desde la tubería hasta el cable de mitigación en esta ubicación es de 10 arms a 60 Hz.

La diferencia de tensión continua es de -1,90 V, lo que está cerca de superar el umbral negativo de un desacoplador con un umbral de -2/+2 V. La caída de tensión adicional debida a la corriente alterna inducida es de 0,10 Vrms (0,14 V pico). Combinadas, las tensiones CC y CA en el desacoplador oscilarán entre -2,04 V y -1,76 V a 60 Hz, como se muestra en el gráfico siguiente. En este caso, el desacoplador entraría y saldría de conducción a 60 Hz.

Tensión total esperada en los terminales del dispositivo = _VCC + _VCA

_VDC = _V1 - _V2
V1 = -2,25V
_V2 = -0,35V
_VCC = -2,25 - (-0,35) = -1,90V
_VAC = Corriente * Impedancia del desacoplador

Corriente = 10Arms = 14.14Apeak

Impedancia = 0,01 Ohm a 60 Hz

_VACPeak = 14,14Apeak * 0,01 Ohm

_VACPeak = 0.14Vpeak

Vtotal = _VDC + _VAC = -1,90 +/- 0,14 Vpico

Vtotal = -2,04V a -1,76V

Esta tensión total supera el umbral de tensión negativa de un dispositivo con clasificación -2/+2 y provocaría que el dispositivo entrara y saliera de conducción a 60 Hz.

Recomendación: Seleccione un desacoplador con un umbral nominal de al menos -3/+1V.

Funcionamiento del dispositivo con un umbral determinado

El dispositivo debe instalarse siempre con el terminal negativo conectado a la estructura más electro-negativa - típicamente la estructura protegida catódicamente - y el terminal positivo a la estructura más electro-positiva, a menudo un sistema de puesta a tierra sin protección catódica. Puede obtener más información sobre la configuración correcta de los terminales en el artículo La polaridad importa.

Con esta disposición, la estructura conectada al terminal negativo estará limitada a una tensión igual al umbral negativo en relación con el terminal/estructura positiva. Del mismo modo, la misma estructura negativa no puede aumentar su tensión por encima del umbral positivo, en relación con la estructura positiva. Esto mantiene una estructura cerca en tensión de la otra estructura, independientemente de la que se haya visto afectada por una condición de sobretensión.

Regla general para seleccionar correctamente el umbral

• En la mayoría de las situaciones en las que ambos puntos de conexión de terminales están protegidos catódicamente, un valor umbral de -2/+2 será una elección aceptable. Si uno de los lados tiene una lectura CP superior a la normal, deberá seleccionarse un valor de -3/+1 o superior.
• Para las juntas de aislamiento con un solo lado que recibe protección catódica, suele ser adecuado un umbral de -3/+1.
• Para los proyectos de mitigación de CA con sistemas de puesta a tierra de cobre, suele ser apropiado un umbral de -3/+1. Para los sistemas de mitigación de CA con sistemas de puesta a tierra de zinc, suele ser adecuado un umbral de -2/+2.
• En el caso de aislar equipos eléctricos en un sistema CP de un sistema de puesta a tierra de cobre, un umbral de -3/+1 es típico, ya que el cobre está notablemente desplazado en la serie galvánica de metales en comparación con la mayoría de potenciales de estructuras protegidas.
• Cuando se desacopla una instalación completa con CP de una red de puesta a tierra de una compañía eléctrica, la diferencia de potencial esperada entre dos sistemas de puesta a tierra suele ser pequeña, y dentro del rango de -2/+2, aunque un umbral de -3/+1 también es una opción segura.

Selección del umbral de tensión PCRX

Los umbrales de tensión del PCRX difieren ligeramente de los de otros dispositivos. Consulte la documentación técnica del PCRX para obtener una descripción detallada de cómo seleccionar la tensión umbral para un PCRX.

Si tiene dudas sobre la selección del umbral adecuado, póngase en contacto con el servicio técnico de Dairyland.