Modos de fallo de la limitación de voltaje SPD s (varistores)

Como componente central de la limitación de voltaje SPD Los modos de fallo de los varistores (MOV) se deben principalmente a las propiedades físicas del material y a la tensión eléctrica. El principal modo de fallo es el cortocircuito y su consiguiente ruptura térmica. Al someterse a sobrecorrientes que exceden su tolerancia (un único evento de alta energía o varios eventos de energía acumulativos) o a una exposición prolongada a sobretensiones de frecuencia industrial (TOV), la estructura del límite de grano del varistor sufre una degradación irreversible. Esto puede manifestarse como:

La corriente de fuga aumenta significativamente :La barrera del límite del grano se destruye, lo que produce un aumento brusco de la corriente de fuga a la tensión de funcionamiento nominal y una importante generación de calor Joule.

Ruptura térmica: El aumento de la corriente de fuga provoca que la temperatura del dispositivo siga aumentando, y este aumento de temperatura reduce aún más la resistencia del límite de grano, lo que provoca un aumento de la corriente de fuga y crea un círculo vicioso de retroalimentación positiva. Este proceso provoca un aumento brusco de la temperatura del varistor hasta el punto de fusión o descomposición del material.

Fallo de cortocircuito Durante o al final de una ruptura térmica, el material interno del varistor se funde, carboniza o forma una ruta conductora, lo que provoca una caída brusca de su resistencia hasta un estado cercano al cortocircuito. En este punto, si el dispositivo de disparo de protección térmica interno del DPS (como un fusible térmico o un mecanismo de liberación por resorte) no desconecta el varistor de la red de forma rápida y fiable, una corriente de cortocircuito continua a frecuencia industrial circulará a través del varistor averiado.

Riesgo de incendio La corriente continua de alta frecuencia que fluye a través del punto de falla del cortocircuito genera un calor extremo, lo que provoca que el varistor o los materiales circundantes se quemen violentamente, se produzca un arco eléctrico o incluso exploten, lo que representa un riesgo de incendio considerable. Este es el estado más peligroso tras la falla de un DPS limitador de tensión, por lo que es crucial contar con un mecanismo de disparo térmico integrado fiable.

Modos de fallo de los SPD de conmutación (entrehierro de grafito)

Como ejemplos de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) de conmutación (generalmente descargadores de chispas), los descargadores de grafito presentan modos de fallo fundamentalmente diferentes a los de los varistores, manifestándose principalmente como "fallo de circuito abierto" o "degradación del rendimiento". El fallo se debe principalmente a la erosión de los electrodos durante la descarga y a la interrupción de la corriente continua a frecuencia industrial.

Erosión y degradación de electrodos Cada vez que se descarga una sobrecorriente, los electrodos (especialmente los de grafito) se erosionan (se subliman, se oxidan y se funden) bajo la acción del arco de alta temperatura. A medida que aumenta el número de operaciones, la separación entre electrodos aumenta, lo que provoca un aumento gradual de la tensión de ignición de la descarga (tensión de ruptura de CC, tensión de ruptura de impulso). Esto puede degradar el nivel de protección del DPS (tensión residual) y reducir su eficacia. Una mayor rugosidad de la superficie del electrodo puede afectar la estabilidad y la consistencia de la descarga. Una pérdida grave de material y la erosión del electrodo pueden provocar su adelgazamiento o incluso su perforación.

Fallo en la interrupción de la corriente continua de frecuencia industrial Este es el riesgo de fallo del núcleo de los DPS de tipo conmutado. Tras la sobretensión, puede formarse en el espacio una corriente continua a frecuencia industrial mantenida por la tensión del sistema. El espacio debe interrumpirla de forma fiable en su primer punto de cruce por cero. Una ablación severa del electrodo provoca una disipación térmica deficiente y una capacidad de disipación reducida; la capacidad de cortocircuito del sistema es demasiado grande y la amplitud de la corriente continua es demasiado alta; defectos de diseño o fabricación del espacio (como un sellado deficiente o cambios en la composición del gas) impedirán la interrupción de la corriente continua en el tiempo previsto, y el espacio continuará conduciendo corriente a frecuencia industrial, formando un cortocircuito de facto.

Fallo de circuito abierto Tras la falla de la interrupción de corriente continua a frecuencia industrial, si el dispositivo de protección de respaldo del DPS (como un fusible o un disyuntor) funciona correctamente, interrumpirá la corriente continua a frecuencia industrial, pero también desconectará todo el DPS (o la rama de separación) del sistema, lo que provocará un estado de circuito abierto permanente y la pérdida de protección. Una ablación o un daño físico extremadamente graves (como la perforación del electrodo o el agrietamiento de la carcasa) también pueden provocar directamente que la separación ya no pueda establecer una descarga efectiva, lo que resulta en un estado de circuito abierto.

El riesgo de incendio es relativamente bajo (en comparación con un cortocircuito) Incluso si se produce una falla de interrupción, siempre que el dispositivo de protección de respaldo interrumpa la corriente a frecuencia industrial con prontitud, generalmente no se produce el punto de calentamiento persistente de alta energía que se produce con un varistor en una falla de cortocircuito. El estado de circuito abierto tras la falla también significa que la corriente deja de circular por el punto de falla. El principal riesgo físico reside en la formación de arcos eléctricos intensos y los chorros de gas que pueden producirse durante la falla de interrupción, pero su duración suele ser breve (dependiendo del tiempo de funcionamiento de la protección de respaldo) y el riesgo general de incendio es menor que el de un varistor en un estado de cortocircuito persistente.