Quelles diodes sont couramment utilisées pour la protection contre les surintensités dans les réseaux de distribution ?

一, diode TVS : noyau de protection de précision avec réponse au niveau de la milliseconde
1. Caractéristiques de l'appareil et principe de fonctionnement
Les diodes TVS (Transient Voltage Suppressor) sont conçues sur la base de l'effet de claquage par avalanche et leurs principaux avantages résident dans une vitesse de réponse en nanosecondes (inférieure ou égale à 1 × 10 ⁻¹ ² secondes) et un contrôle précis de la tension de serrage. Lorsque la tension transitoire dépasse sa tension de claquage (VBR), le dispositif passe rapidement d'un état de résistance élevée à un état de résistance faible et maintient la tension dans une plage de sécurité (valeur VC) en détournant des courants importants. Le coefficient de serrage typique (VC/VBR) est de 1,2-1,4. Par exemple, le tube TVS de la série P0640SC peut résister à des courants de pointe de plusieurs milliers d'ampères et à des tensions de serrage aussi basses que des centaines de volts, ce qui le rend adapté à la protection des réseaux de distribution haute tension 600 V/800 V.

2. Paramètres clés de sélection
Tension de coupure inverse (VRMM) : elle doit être 1,1 à 1,2 fois supérieure à la tension de fonctionnement normale du circuit. Par exemple, un système 120 V nécessite l'utilisation d'appareils avec VRMM supérieur ou égal à 132 V.
Puissance d'impulsion de pointe (PPP) : calculée en fonction de l'énergie de surtension, telle que PPP supérieure ou égale à E (énergie de surtension)/VC sous une forme d'onde de 8/20 μs.
Capacité de jonction (CJ) : des dispositifs à faible capacité (tels que 0,1-10pF) doivent être sélectionnés pour les lignes de signaux haute fréquence afin d'éviter l'atténuation du signal. Par exemple, l'interface USB 3.0 nécessite l'utilisation de tubes TVS avec CJ inférieur ou égal à 0,3pF.
3. Scénarios d'application typiques
Prise d'alimentation du centre de données : les tubes TVS de la série SMBJ sont utilisés pour construire une protection à trois -niveaux. Le premier niveau utilise des appareils à haute -puissance (tels que 1 500 W) pour absorber les fortes surtensions d'énergie, et le troisième niveau utilise des appareils à faible capacité (tels que 500 W) pour protéger les puces sensibles.
Onduleur photovoltaïque côté CC : des tubes TVS parallèles sont connectés dans un système CC 1 000 V pour supprimer les surtensions transitoires causées par la couverture nuageuse ou la commutation de réseau.
2, tube à décharge semi-conducteur (TSS) : protection de la dorsale pour une capacité de courant élevée
1. Caractéristiques de l'appareil et principe de fonctionnement
TSS (Thyristor Surge Suppressors) adopte une structure PNPN à quatre couches, qui combine les caractéristiques de commutation des thyristors avec la conductivité unidirectionnelle des diodes. Ses principaux avantages résident dans sa tolérance aux surtensions extrêmement élevée (jusqu'à des dizaines de kiloampères) et ses faibles caractéristiques de tension résiduelle (valeur VC typique inférieure ou égale à 2 fois VBR). Par exemple, le TSS de la série P0640SC peut résister à une surtension de 20 kA et à une tension résiduelle inférieure à 800 V sous une forme d'onde de 8/20 μ s, ce qui le rend adapté à la protection des lignes principales du réseau de distribution haute tension.

2. Paramètres clés de sélection
Tension de claquage (VBO) : elle doit correspondre à la tension nominale du système, par exemple en sélectionnant des appareils avec VBO=12-15 kV pour un système de 10 kV.
Capacité de transport de courant (Ipp) : en fonction du niveau de risque de foudre, des appareils avec un Ipp supérieur ou égal à 50 kA doivent être sélectionnés pour les zones à fort orage.
Temps de réponse : valeur typique inférieure ou égale à 100 ns, nécessitant une coordination avec le tube TVS pour obtenir une protection graduée.
3. Scénarios d'application typiques
Extrémité d'arrivée de la sous-station : un schéma de protection composite de TSS et MOV en série est adopté, avec TSS comme premier étage pour absorber les surtensions à haute énergie- et MOV comme deuxième étage pour limiter la tension résiduelle.
Ligne de collecte du parc éolien : TSS parallèle à la borne du câble 35 kV pour supprimer les surtensions causées par le fonctionnement du câble.
3, Varistance (MOV) : Une protection universelle économique et efficace
1. Caractéristiques de l'appareil et principe de fonctionnement
MOV (Metal Oxide Varistor) utilise l'oxyde de zinc comme matériau principal et réalise une fonction de limitation de tension grâce à des caractéristiques de volt-ampère non linéaires. Ses principaux avantages résident dans une rentabilité- élevée et une capacité de courant élevée (jusqu'à plusieurs centaines de kiloampères par puce), mais il existe un effet de vieillissement (dégradation des performances après une utilisation à long terme-). Par exemple, le 14D471K MOV peut résister à une surtension de 40 kA sous une forme d'onde de 8/20 μ s et convient à la protection des extrémités dans les réseaux de distribution basse tension-.

2. Paramètres clés de sélection
Sensible à la tension (V1mA) : elle doit être supérieure à la tension de fonctionnement continue maximale du circuit, par exemple en sélectionnant des appareils avec V1mA supérieur ou égal à 320 V pour un système 220 V.
Capacité de courant : Selon le niveau de risque foudre, la protection de classe C nécessite un Iimp supérieur ou égal à 65 kA (forme d'onde 10/350 μ s).
Courant de fuite : valeur typique inférieure ou égale à 20 μ A, des tests réguliers sont nécessaires pour éviter le vieillissement et les pannes.
3. Scénarios d'application typiques
Boîte de distribution résidentielle : en adoptant MOV pour construire une protection à trois-niveaux, le premier niveau installe des appareils à haute-énergie (tels que 20 kA) à l'extrémité de la ligne d'arrivée principale, et le troisième niveau installe des appareils à faible-puissance (tels que 2 kA) dans le circuit de prise.
Armoire de commande de moteur industriel : MOV parallèle à l'extrémité d'entrée du variateur de fréquence pour supprimer les surtensions transitoires causées par l'arrêt du démarrage du moteur.
4, Stratégie de construction d'un système de protection à plusieurs-niveaux
1. Principe de protection graduée
Adopter un schéma combiné « protection grossière + protection fine » :

Niveau 1 (protection grossière) : installez du TSS ou du MOV à haute énergie-à l'entrée du système pour absorber les fortes surtensions d'énergie (telles que les coups de foudre).
Deuxième niveau (protection de précision) : installez des tubes TVS à l'avant de l'équipement pour limiter la tension résiduelle à un niveau sûr (par exemple en dessous de la valeur de tension de tenue de la puce).
Troisième niveau (protection locale) : connectez des tubes TVS de faible-puissance en parallèle à côté des composants sensibles pour assurer une protection finale.
2. Points clés pour la coordination des paramètres
Coordination énergétique : assurez-vous que les appareils frontaux-absorbent une énergie supérieure ou égale à 80 % de l'énergie de surtension totale pour éviter une surcharge des appareils-backend.
Coordination de tension : la valeur VC de chaque niveau d'appareil doit être progressivement réduite pour former une « protection dégradée ». Par exemple, le VC du premier niveau est de 1 500 V, le VC du deuxième niveau est de 800 V et le VC du troisième niveau est de 400 V.
Coordination temporelle : utilisez la différence de temps de réponse de l'appareil (TSS ≈ 100 ns, TVS ≈ 1 ns) pour obtenir une réponse rapide.