Efeito de Multi

A história do flash multi-burst começa com Karl Berger, professor de engenharia de alta tensão na ETH Zurique. Ele era conhecido como o “pai da pesquisa sobre raios” por suas observações pioneiras na estação de detecção de raios no Monte San Salvatore, de 1943 a 1972. Seu trabalho é importante porque desde o início mostrou que um raio consistia na explosão de um primeiro raio. golpe seguido por vários golpes subsequentes, todos espaçados em alguns milissegundos, como ilustrado, por exemplo, em seu artigo de 1967 [1].

Como resultado do trabalho de Karl, a estrutura de um relâmpago é agora bem conhecida, o que sugeriria que testes de raios múltiplos deveriam agora ser feitos rotineiramente. Mas apenas alguns laboratórios construíram equipamentos para realizar testes de múltiplas explosões (por exemplo, Darveniza e colegas de trabalho na Austrália, Ray Hill e colegas de trabalho na Georgia Tech, e recentemente Zhang e seus colegas de trabalho na China). Então, por que os testes de múltiplas explosões para simular raios não foram realizados de forma mais ampla? E por que ainda não entrou nos padrões?

Uma possível razão remonta à observação de Bodle et al. em 1976 [2] que,

“Para testes de projeto da capacidade de resistência a descargas atmosféricas de itens de plantas e equipamentos associados, tanto nas indústrias de comunicação quanto de energia, um único grande impulso é empregado. Este é um tipo de teste de “equivalência” ditado por considerações práticas de teste. A experiência indicou, no entanto, que esta é uma simulação aceitável da exposição real ao campo, que inclui traços de múltiplos componentes.”

Então, o que Bodle e seus coautores estão dizendo é que, sim, sabemos sobre flashes de múltiplos componentes, mas o teste de surto múltiplo não é necessário porque o teste de surto único grande funciona bem o suficiente. Isso provavelmente seria verdade se estivessem testando tubos de gás ou blocos de carbono, que eram os principais tipos de dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) usados ​​em 1976.

Uma segunda razão possível é que o equipamento para realizar testes de múltiplas rajadas não está disponível comercialmente e provavelmente seria caro se estivesse. De qualquer forma, o teste multi-burst geralmente não é feito em SPDs.

Então, o que perdemos ao testar com um único grande surto ou com vários surtos, mas amplamente espaçados (que se parecem com uma série de testes de surto único)? Se estivermos testando SPDs de comutação (por exemplo, tubos de gás ou tiristores), talvez não haja problema. Mas poderia haver com SPDs de fixação porque os SPDs de fixação, especialmente varistores de óxido metálico (MOVs), podem ter uma constante de tempo térmica longa. Longas constantes de tempo térmico podem causar acúmulo de calor em um SPD sujeito a uma explosão de múltiplos surtos (possivelmente incluindo corrente contínua). O acúmulo de calor pode levar a um aumento de temperatura potencialmente destrutivo, que é o que perdemos quando um teste de explosão de múltiplos surtos é substituído por um único grande surto ou por múltiplos surtos amplamente espaçados.

A Figura 1 mostra um exemplo de relâmpago onde podemos esperar que ocorra acúmulo de calor.

Figura 1: Exemplo de relâmpago com múltiplas explosões (Depois de Rakov, [3])

A visão de que o teste de surtos múltiplos é necessário é apoiada em um artigo de Sargent et al. [4]. Em seu estudo, metade de um conjunto de amostras MOV de 18 mm foi submetido a uma explosão múltipla de surtos de 8/20 na corrente nominal. Essas amostras mostraram sinais de danos, enquanto a outra metade das amostras testadas com um único surto de 8/20 na corrente nominal repetida em intervalos de 60 segundos ou mais não mostrou danos. Em outro teste de explosão múltipla, Rousseau et al. [5] submeteram um MOV a sessenta surtos de 20 kA 8/20 com espaçamento de 60 segundos, sem falha. Mas quando o mesmo tipo de MOV foi submetido a apenas cinco surtos de 20 kA 8/20 com espaçamento de 50 ms, ocorreu uma falha.

Na maior parte, o trabalho de flash multi-burst na fixação de SPDs foi feito em MOVs, porque os MOVs têm uma constante de tempo térmica longa. Devido à longa constante de tempo, a energia depositada em um MOV de uma série de surtos próximos pode não se dissipar antes da chegada do próximo surto, permitindo o acúmulo de energia. O mesmo é verdade para dispositivos baseados em silício, mas em menor grau porque as constantes de tempo térmico para dispositivos de silício são mais curtas do que para MOVs. Então vamos nos concentrar nos MOVs; e, para um exemplo ilustrativo, a aplicação de MOVs à proteção de alimentações CC para cabeças de rádio remotas (conforme discutido em [6]).