TEMA 8. LIMITACIONES DE CORRIENTE Y TENSION

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1 INTODUIÓN TEMA 8. LIMITAIONES DE OIENTE Y TENSION 8.1. INTODUIÓN 8.2. ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS onexión en Serie onexión en Paralelo 8.3. POTEIONES Proección conra Sobreinensidades Proección conra Sobreensiones Proección con edes Proección con Semiconducores y Varisores de Óxido Meálico 1 er ema dedicado a aspecos prácicos en el uso de Disposiivos de Poencia. Próximo ema: ircuios de Disparo. Siguiene ema: Limiaciones Térmicas. Objeivo de ese ema: No superar límies recomendados por fabricanes (Tensiones, corrienes y sus derivadas) Eviar la desrucción de los disposiivos: Exensión de las caracerísicas de los disposiivos por dificulad o imposibilidad de enconrar los disposiivos adecuados en el mercado: onexión Serie. onexión Paralelo. Empleo de disposiivos auxiliares para eviar que se superen los límies de los disposiivos: Sobreinensidades. Empleo de Fusibles Sobreensiones: edes Amoriguadoras. Limiadores de ensión. Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 1 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 2 de 25

2 ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN SEIE Al conecar en serie dos disposiivos se raa de poder realizar un converidor en el que soporen ensiones mayores que las que sopora un solo disposiivo. Opimo deberían soporar el doble de lo que soporan cada uno de ellos. Problema reparo desigual de las caídas de ensión enre los dos disposiivos (aunque sean del mismo fabricane y de la misma serie). Ejemplo con S ubre los casos de bloqueo direco e inverso. ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN SEIE Debido a los problemas anes mencionados, se prefiere emplear resisencias iguales que evien un desequilibrio exagerado enre las ensiones soporadas por los disposiivos, así para el caso de dos disposiivos el efeco de conecar una resisencia igual a cada disposiivo es (sólo se considera bloqueo direco, el efeco sobre el bloqueo inverso es análogo): I T S V AK2 S 1 S V T V T = 1 +2 I= 1 =2 S 2 V 1 T eparo de Tensiones en una Asociación Serie de Tirisores 2 S 1 I T S 2 eparo de Tensiones en una Asociación Serie de Tirisores V T Se pueden elegir 1 y 2 de al forma que el par S 1-1 y el par S 2-2 engan la curva caracerísica compuesa muy parecida. Problemas: Si en vez de dos son un número elevado es imposible ajusarlo. Al cambiar la emperaura cambian las curvas. ada vez que se susiuya un S por manenimieno hay que reajusar odas las resisencias esricciones: Ninguna de las ensiones anódicas deberá ser mayor que la máxima soporable por cada disposiivo (E p ). La ensión oal máxima será la suma de las dos ensiones ánodo-cáodo, cuando la mayor de las dos alcance su valor máximo (E p ). El mayor valor posible será cuando las dos ensiones ánodo-cáodo sean iguales enre sí y al valor máximo (E p ). uano menor sea más parecidas serán las dos ensiones ánodocáodo. uano menor sea endremos más disipación de poencia en, para n resisencias las pérdidas oales serán: P n.(e p ) 2 / Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 3 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 4 de 25

3 ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN SEIE V T =E m I=min S 1 I=max S 2 I=max S 3 I=max 1 = Ep=I M M I 1 I 2 I 2 I 2 ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN SEIE En las ransiciones de cebado a bloqueo y viceversa pueden presenarse problemas debido a la diferencia de velocidad de cada disposiivo: ebado: Si se rerasa uno de los disposiivos Soporará oda la ensión. En el caso del S es menos grave que en oros disposiivos, ya que la ensión cae a unos pocos volios (Debe eviarse, porque a la larga se dañará). La solución es dar un pulso de puera adecuado para que odos los disposiivos enren en conducción a la vez. Debe llegar el pulso a la vez (Uso de fibras ópicas, caminos iguales). Debe ser lo más escarpado posible. Bloqueo: Si se adelana un disposiivo Soporará oda la ensión enrando en rupura. En el caso del S es más grave que en oros disposiivos, ya que la ensión cae a unos pocos volios y no se consigue que se bloquee. Una posible solución es rerasar odos los S añadiendo una capacidad en paralelo: S n n Ecualización Esáica de una asociación serie de S s (Ep será la máxima ensión que sopora un disposiivo en bloqueo direco o inverso) I1 > I2 V AK 1 > VAK 2 = VAK 3 L = VAKn V AK = I = E 1 1 P ; Em = Ep+ ( n ) I omo: I 2 = I 1 max resula: 1 2 n Ep E ( n 1) I Se ha de repeir para bloqueo direco e inverso y elegir el menor valor que resule para. m Amax M Esa solución iene el problema de que al cebar los S hay unas elevadas corrienes anódicas y sobre odo una elevada derivada de dicha corriene D D M Esa solución iene el problema de no ser capaz de rerasar los S el iempo requerido. Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 5 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 6 de 25

4 ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN SEIE La solución pasa por ener un circuio con un diodo, que al cebar permia una descarga lena del condensador a ravés de D pero al bloquear, conece direcamene a la ensión ánodo-cáodo. El circuio compleo para la conexión serie de un grupo de Ss será por ano: D D ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN PAALELO Al conecar en paralelo dos disposiivos se raa de poder realizar un converidor en el que soporen corrienes mayores que las que sopora un solo disposiivo. Ópimo deberían soporar una corriene el doble de lo que sopora cada uno de ellos. Problema reparo desigual de las corrienes enre los dos disposiivos (aunque sean del mismo fabricane y de la misma serie). Ejemplo con S S S 1 S 2 2 D D S eparo de orrienes en una Asociación Paralelo de Tirisores Ecualización Dinámica M Ecualización Esáica El problema se agrava cuando la derivada de la ensión ánodo-cáodo en conducción es negaiva Ecualización Esáica y Dinámica de un grupo de Ss conecados en serie. Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 7 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 8 de 25

5 ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN PAALELO El problema se agrava cuando la derivada de la ensión ánodo-cáodo en conducción es negaiva: ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN PAALELO Si los disposiivos ienen coeficiene negaivo es necesario el uso de ecualización, por ejemplo empleando resisencias o bobinas acopladas: 1 2 I A1 I A2 I A 1 2 S 1 S 2 I A1 I A2 T 1 T 1 + T 1 T 2 T 2 - T 2 I A 1 S 1 2 S 2 1 V AK 2 I A1 I A2 V AK a) V AK onexión en paralelo de dos disposiivos de poencia: a) on coeficiene de emperaura negaivo y b) on coeficiene posiivo. b) V AK Uso de resisencias ecualizadoras. Problema: La Poencia crece con el cuadrado de la corriene No se puede usar para corrienes elevadas. Si por uno de los disposiivos pasa más corriene, se calenará más. Si sube la emperaura se desplaza la curva caracerísica esáica para disminuir su caída de ensión. Si iene menor caída de ensión que los demás, circulará una corriene aún mayor. Ese incremeno de corriene ocasionará un aumeno de la emperaura, haciendo que el desequilibrio de corrienes sea muy grande. Si la derivada de la ensión ánodo-cáodo en conducción es posiiva el efeco es juso el conrario y se equilibran las corrienes. Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 9 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 10 de 25

6 onexión de dos disposiivos en paralelo ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN PAALELO onexión de res disposiivos en paralelo ASOIAIÓN DE DISPOSITIVOS. ONEXIÓN EN PAALELO Aunque los disposiivos engan coeficiene de emperaura negaivo, se pueden conecar si e ienen en cuena las siguienes recomendaciones: Si se puede elegir midiendo las caídas a corriene nominal y a Temperaura consane, se puede definir una banda de volajes por ejemplo de 50 mvolios y escoger los que caigan denro de la banda. Se debe cuidar especialmene el cableado (pleinas) para que sean del mismo amaño y no provoque caídas exra que ocasionen mayores desequilibrios. Se deben monar en una misma alea, para raar de igualar las emperauras de las cápsulas. Se debe cuidar especialmene el circuio de disparo generando un pulso con una pendiene elevada y del valor adecuado al número de disposiivos conecados en paralelo. A cada disposiivo le debe llegar el pulso a la vez. erasos en el disparo pueden hacer que no lleguen a enrar en conducción los S rerasados (por ensión ánodo-cáodo muy baja), sobrecargando a los que se han adelanado. Ánodo S Auxiliar Módulo de Poencia Puera onexión de 2 y 3 Tirisores en Paralelo con Bobinas Ecualizadoras: Venaja: No pérdida de poencia en resisencias Desvenajas: Demasiada complejidad al subir el número de disposiivos en paralelo: cose, peso y volumen. áodo onjuno de Varios Tirisores en Paralelo en un mismo Encapsulado incluyendo un S auxiliar para el disparo. En el encapsulado de esos módulos, los fabricanes ienen en cuena las recomendaciones aneriores, por lo que pueden usarse sin problemas. Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 11 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 12 de 25

7 POTEIONES. POTEIÓN ONTA SOBEINTENSIDADES En ese ema se va a esudiar la proección de los disposiivos, no la proección de máquinas o personas (objeo de oras asignauras). Los disposiivos deberán proegerse conra: I cc m : Tiempo de fusión a : Tiempo de arco c : Tiempo de limpieza de la fala Sobreinensidades: Posibles causas: Sobrecargas. orocircuios. Medidas a omar: Al raarse ambas causas de un mal funcionamieno, debe deenerse la operación del disposiivo, hasa que un operador repare la causa. Fusibles. Inerrupores. Sobreensiones: Posibles causas: ausas exernas al circuio: Perurbaciones amosféricas onexiones y desconexiones de equipos en la red. ausas inernas al circuio: Variaciones bruscas de corrienes por bobinas. Medidas a omar: Al ser un funcionamieno normal del circuio, deberá eviarse que se superen los límies de ensión de cada disposiivo y sus derivadas. Por ano, se limiará el efeco de las sobreensiones dejando el circuio en servicio. edes. Disposiivos auxiliares limiadores de ensión. I max m c a orriene sin el fusible Efeco Limiador de orriene en un Fusible orriene sin el fusible Al seleccionar un fusible es necesario calcular la corriene de fallo y ener en cuena lo siguiene: 1. El fusible debe conducir de forma coninua la corriene nominal del disposiivo. 2. El valor de la energía permiida del fusible (i 2 c ) debe ser menor que la del disposiivo que se preende proeger. 3. El fusible debe ser capaz de soporar oda la ensión una vez que se haya exinguido el arco. 4. La ensión que provoca un arco en el fusible debe ser mayor que la ensión de pico del disposiivo. Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 13 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 14 de 25

8 POTEIÓN ONTA SOBEINTENSIDADES POTEIÓN ONTA SOBEINTENSIDADES I (MS) aracerísica del disposiivo ecificador aracerísica del fusible T 1 T 2 ed A F 1 F 2 arga T 4 T , segundos Proección de un Grupo de Disposiivos I (MS) Proección omplea con un Fusible disposiivo fusible ecificador F 1 F 2 disyunor magnéico ed A T 1 T 2 arga T 4 T 3 disyunor érmico F 4 F , segundos Proección Individual de los Disposiivos Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 15 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 16 de 25

9 POTEIÓN ONTA DEIVADA MÁXIMA DE INTENSIDAD POTEIÓN ONTA SOBETENSIONES on Amoriguador de encendido L S d /d=v /L S a b L on D on V V arga almacenada V P Sobreensión En el encendido del S o GTO será: I A = 1 VLon L Limiación de la Derivada Máxima de la orriene en un Disposiivo on a ) b) c) Sobreensión Producida al orar un ircuio Inducivo.: a) ircuio, b) onmuación con un Disposiivo Ideal, c) onmuación con un Disposiivo eal Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 17 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 18 de 25

10 POTEIÓN ONTA SOBETENSIONES. USO DE EDES POTEIÓN ONTA SOBETENSIONES. DESONEXIÓN DE LA ED L S Amoriguador de apagado V P a b =0 V ed A Transformador Amoriguador S 1 V A L m V o onveridor de Poencia a) ircuio Equivalene anes de la Desconexión de la ed Uso de un ircuio Amoriguador en la onmuación de un Disposiivo ircuio esonane L m V o b) ircuio Equivalene ras la Desconexión de la ed Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 19 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 20 de 25

11 POTEIÓN ONTA SOBETENSIONES. DESONEXIÓN DE LA AGA POTEIÓN ONTA SOBETENSIONES. SVS SVS: Silicon Surge Volage Supressor: onveridor de Poencia I L Amoriguador S 2 Hace el efeco de dos diodos Zener conecados en aniparalelo, enrando en conducción si se supera la ensión Límie, proegiendo los disposiivos conra sobreensiones. L S V S V o arga a) arga onecada ircuio esonane Esrucura, símbolo de circuio y foografía de SVS Se conecarán en paralelo con el disposiivo o equipo que deba ser proegido, así para proeger a un S, se elegirá un SVS de forma que eniendo en cuena las olerancias de fabricación del SVS para la corriene máxima previsa por el SVS no se alcance la ensión V DM o V M del S. VS L S arga b) Desconexión de la arga Tensiones y corrienes al conecar un SVS en paralelo con un S. Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 21 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 22 de 25

12 POTEIÓN ONTA SOBETENSIONES. OTOS DISPOSITIVOS: Diodos de Selenio y MOVs POTEIÓN ONTA SOBETENSIONES OMPAAIÓN ENTE SVS Y MOV Además de los SVS, se uilizan Diodos de Selenio y MOV (Meal Óxido Varisor): Los Diodos de Selenio son Diodos Zener, y por ano proegen en un solo senido. Son basane aniguos y con poca capacidad de disipación de energía. Los MOV son resisencias no lineales dependienes de la ensión, de forma que a ensiones por debajo del umbral presenan una resisividad muy elevada, pero al superar su umbral ienen una resisividad mucho mas baja comporándose de forma parecida a los SVS (como dos diodos Zener en aniserie). Son disposiivos formados por un aglomerado de microgránulos de óxido de Zinc, y pequeñas canidades de oros óxidos meálicos (Bismuo, obalo, Manganeso...). Esos gránulos forman uniones p-n en sus bordes, de forma que el conjuno es un numero elevado de uniones p-n en serie. Esos disposiivos pueden conecarse en serie o en paralelo si es necesario. omparación enre esos disposiivos: V. D I. Pico P. Pico E. Pico Vp/Vnom (V) (A) (kw) (Julios) - SVS <1.2 MOV Diodo de Selenio arburo de Silicio ápsulas de Arcos Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 23 de 25 Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 24 de 25

13 POTEIÓN ONTA SOBETENSIONES Disposiivo a Proeger SVS ó MOV Uso conjuno de varisores y redes para proeger a un disposiivo o equipo. Tema 8. Limiaciones de orriene y Tensión. Transparencia 25 de 25