Modalità di guasto della limitazione della tensione SPD s (varistori)

Come componente fondamentale della limitazione della tensione SPD Le modalità di guasto dei varistori (MOV) derivano principalmente dalle proprietà fisiche del materiale e dallo stress elettrico. La principale modalità di guasto è il cortocircuito e la conseguente scarica termica. Quando sottoposti a sovracorrenti che superano la tolleranza (un singolo evento energetico di grande entità o più eventi energetici cumulativi) o a un'esposizione prolungata a stress da sovratensione a frequenza industriale (TOV), la struttura a bordo grano del varistore subisce un degrado irreversibile. Questo può manifestarsi come:

La corrente di dispersione aumenta significativamente : La barriera al confine del grano viene distrutta, con conseguente forte aumento della corrente di dispersione alla tensione operativa nominale e notevole generazione di calore Joule.

Guasto termico: l'aumento della corrente di dispersione fa sì che la temperatura del dispositivo continui a salire, e l'aumento di temperatura riduce ulteriormente la resistenza al bordo del grano, causando un aumento della corrente di dispersione e formando un circolo vizioso di feedback positivo. Questo processo provoca infine un brusco aumento della temperatura del varistore fino al punto di fusione o di decomposizione del materiale.

Guasto da cortocircuito : Durante o al termine della scarica termica, il materiale interno del varistore fonde, carbonizza o forma un percorso conduttivo, causando un brusco calo della sua resistenza fino a uno stato prossimo al cortocircuito. A questo punto, se il dispositivo di protezione termica interno dell'SPD (come un fusibile termico o un meccanismo di rilascio a molla) non riesce a scollegare tempestivamente e in modo affidabile il varistore dalla rete, una corrente di cortocircuito continua a frequenza industriale fluirà attraverso il varistore guasto.

Rischio di incendio : La corrente continua ad alta frequenza che attraversa il punto di cortocircuito genera calore estremo, causando la combustione violenta, l'innesco di archi elettrici o persino l'esplosione del varistore o dei materiali circostanti, con un rischio di incendio significativo. Questa è la condizione più pericolosa dopo il guasto di un SPD limitatore di tensione, pertanto è fondamentale un meccanismo di sgancio termico integrato affidabile.

Modalità di guasto degli SPD di commutazione (gap di grafite)

Come rappresentanti degli SPD a commutazione (solitamente spinterometri), gli spinterometri in grafite presentano modalità di guasto fondamentalmente diverse dai varistori, che si manifestano principalmente come "guasto a circuito aperto" o "degrado delle prestazioni". Il guasto è causato principalmente dall'erosione degli elettrodi durante la scarica e dall'interruzione continua della corrente a frequenza di rete.

Erosione e degradazione degli elettrodi : Ogni volta che viene scaricata una corrente di picco, gli elettrodi (in particolare gli elettrodi di grafite) si erodono (sublimano, si ossidano e fondono) sotto l'azione dell'arco ad alta temperatura. Con l'aumentare del numero di operazioni, la distanza tra gli elettrodi aumenta, causando un graduale aumento della tensione di innesco della scarica (tensione di rottura CC, tensione di rottura impulsiva). Ciò può degradare il livello di protezione dell'SPD (tensione residua) e ridurne l'efficacia. Una maggiore rugosità superficiale degli elettrodi può influire sulla stabilità e sull'uniformità della scarica. Una grave perdita di materiale e l'erosione degli elettrodi possono portare all'assottigliamento o persino alla perforazione degli stessi.

Mancata interruzione della corrente continua a frequenza di rete : Questo è il rischio di guasto principale degli SPD di tipo switching. Dopo la sovratensione, nell'intercapedine potrebbe formarsi una corrente continua a frequenza industriale mantenuta dalla tensione di sistema. L'intercapedine deve interromperla in modo affidabile al primo punto di attraversamento dello zero della corrente. Una grave ablazione dell'elettrodo porta a una scarsa dissipazione del calore e a una ridotta capacità di dissipazione; la capacità di cortocircuito del sistema è troppo elevata e l'ampiezza della corrente continua è troppo elevata; difetti di progettazione o fabbricazione dell'intercapedine (come una scarsa tenuta, variazioni nella composizione del gas) impediranno di interrompere la corrente continua entro il tempo previsto e l'intercapedine continuerà a condurre corrente a frequenza industriale, formando di fatto un cortocircuito.

Guasto a circuito aperto : Dopo il fallimento dell'interruzione della corrente continua a frequenza industriale, se il dispositivo di protezione di backup dell'SPD (come un fusibile o un interruttore automatico) funziona correttamente, interromperà la corrente continua a frequenza industriale, ma scollegherà anche l'intero SPD (o il ramo di separazione) dal sistema, determinando uno stato di circuito aperto permanente e la perdita di protezione. Anche un'ablazione estremamente grave o danni fisici (come la perforazione dell'elettrodo o la rottura dell'alloggiamento) possono impedire direttamente al disgiuntore di stabilire una scarica efficace, determinando uno stato di circuito aperto.

Il rischio di incendio è relativamente basso (rispetto a un guasto dovuto a cortocircuito) : Anche in caso di guasto da interruzione, purché il dispositivo di protezione di backup intervenga tempestivamente per interrompere la corrente a frequenza industriale, generalmente non si produce il punto di riscaldamento persistente ad alta energia che si verifica con un varistore in caso di guasto da cortocircuito. Lo stato di circuito aperto dopo il guasto significa anche che la corrente non fluisce più attraverso il punto di guasto. Il principale rischio fisico è costituito dai forti archi elettrici e dai getti di gas che possono verificarsi durante il guasto da interruzione, ma la durata è generalmente breve (a seconda del tempo di intervento della protezione di backup) e il rischio di incendio complessivo è inferiore a quello di un varistore in stato di cortocircuito persistente.