Protección de relé cuando no se puede implementar TVS en carga

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Actualmente estoy desarrollando un producto que tiene un simple relé SPDT que puede ser controlado por un operador. Para el usuario final, solo están disponibles los contactos comunes, normalmente abiertos y normalmente cerrados. El relé es accionado por un circuito en nuestro dispositivo, que tiene un diodo de retorno adecuado.

Recientemente tuvimos un problema con una de nuestras unidades prototipo donde un técnico conectó el relé directamente a una carga inductiva, sin ningún tipo de supresión de voltaje transitorio, lo que provocó que nuestras comunicaciones inalámbricas se interrumpieran debido a EMI, y probablemente también resultó en contacto arqueo.

Después de asegurarse de que el problema se debía a un pico inductivo, se resolvió rápidamente conectando un diodo de retorno adecuado a la carga.

Si bien en esta situación teníamos control sobre las cargas que estábamos conectando, esto me hizo darme cuenta de que no puedo confiar en que nuestros usuarios finales realmente instalarán dispositivos adecuados de supresión de voltaje transitorio al usar nuestro producto con cargas inductivas, sin importar la cantidad de advertencias y esquemas típicos de aplicaciones que podemos ofrecer.

Ahora, obviamente, hay muchas soluciones para los picos inductivos, pero el conjunto particular de situaciones en las que este dispositivo debe funcionar hace que sea muy difícil implementar TVS:

1) El relé es un relé SPDT de uso general clasificado para 250 VCA / 120 VCA @ 10A o 30 VCC 8A. Esto significa que los circuitos de TVS deben ser capaces de manejar tanto CA (principal o no) como CC, y corrientes de hasta 10A. Esto hace que sea imposible encontrar un fusible PTC, ya que la mayoría no manejará el voltaje de la red, especialmente no a 10A.

2) El dispositivo se instalará en lugares donde será imposible reemplazar cualquier cosa, y la seguridad es una preocupación importante para nosotros. Si el cliente no instala un fusible y el relé falla en cortocircuito (lo cual es raro, pero puede suceder), lo más probable es que nos culpe. Esto también significa que no puedo usar MOV, tubos de descarga de gas o cualquier otro dispositivo TVS con una vida útil limitada.

3) Los dispositivos TVS nunca deben fallar en corto, y si lo hacen, debo asegurarme de proteger la carga contra un corto como ese.

He intentado una simulación de una red de snubber RC, pero estos por sí solos no harán nada con cargas inductivas lo suficientemente grandes. Además, el uso de condensadores más grandes significa más pérdidas cuando se trabaja con CA. Idealmente, 1nF daría suficiente impedancia (por encima de 1Mohm @ 50 / 60Hz) para que cualquier pérdida sea insignificante. ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí están los resultados de una simulación con una gran carga inductiva. El cambio de los valores de resistencia y condensador solo afecta el tiempo que tardan las oscilaciones en estabilizarse y no en el voltaje máximo, lo que seguramente matará cualquier resistencia o condensador, o arqueará los contactos.

Los zeners consecutivos junto con una red de amortiguación RC limitan efectivamente el pico de voltaje, pero como tienen que bloquear el voltaje de la red, tendrían que bloquear más de aprox. 350 V (voltaje máximo de la red) hasta que comiencen a conducir, y me temo que este sigue siendo un pico lo suficientemente alto como para matar cualquier comunicación inalámbrica cercana con EMI.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, ¿estoy completamente desesperado en esta situación?

¿Hay otros dispositivos / técnicas de TVS que pueda usar en tal situación? Si es así, ¿puedo garantizar que no fallarán en corto, o al menos que podré proteger contra un dispositivo TVS en corto?

¿O es simplemente un amortiguador RC realmente una buena solución a este problema? Si es así, ¿por qué? ¿Y cómo puedo seleccionar las partes apropiadas para esto?

Recuerde que no tengo acceso a la carga real y no puedo hacer ninguna suposición sobre cómo un usuario podría conectar la carga.

Chi
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Parece que ya tienes la solución. Conecte "un diodo de retorno apropiado a las terminales de carga". Seleccione un diodo de "uso razonable" y colóquelo sobre las terminales del terminal de carga.
Guill

Respuestas:

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Pasé los últimos 15 años en la industria de TVSS. Usted cumple con los requisitos de las normas UL e ISO y agrega etiquetas para advertir al cliente que la negligencia o el abuso pueden dar lugar a una garantía anulada.

Habiendo dicho todo eso, para las clasificaciones que dio, lo enviaría con un MOV de 40 mm que tiene al menos una clasificación de 10 kA o 20 kA 275 VCA, a través de las conexiones NA y NC (2 MOV en total). Se sujetará con fuerza a 420 VCA / CC más o menos. Una solución muy costosa es usar sidacs gigantes, y tienen una caída brusca al voltaje máximo permitido. 275 VAC / DC significa exactamente eso, pero pueden costar $ 40 USD cada uno.

Consideraría también la protección contra el retroceso de la bobina del relé, pero un diodo o un MOV de 20 mm funcionará bien.

Hay MOV protegidos térmicamente (TPMOV), pero no para ventas OTC. Conseguir un proveedor externo para la supresión de sobretensiones sería muy costoso, ya que estos productos tienen un alto costo de mano de obra.

Primero probaría el MOV 275 VAC / DC de 40 mm. Pueden recibir 15 'golpes' de 20 kA (más de 2 horas) y aún pasar la prueba de 1 mA.

SNUBBERS: los amortiguadores RC en los circuitos de CA no son una buena idea, ya que permiten que una pequeña cantidad de corriente de CA evite el relé incluso si está APAGADO. No saber si el usuario final va a usar AC o DC significa ir a lo seguro y evitarlos. No pueden hacer lo que hace un MOV o Sidac.

NOTAS: Los MOV y los Sidacs solo ven el retroceso o la sobretensión, que es un breve aumento de 20 uS más o menos. No ven la corriente de funcionamiento normal ya que están en un modo de resistencia muy alta. Solo los contactos del relé ven la corriente de 'ejecución'.

Si la corriente de 'irrupción' está soldando los contactos, entonces necesita un relé con una clasificación de corriente de contacto más alta. Agregue un margen de seguridad del 50% para una larga vida. Use un relé a prueba de humedad si es posible.

Las plantas que procesan productos cítricos como el jugo de naranja tienen una atmósfera ácida que corroe el acero y el cobre rápidamente.

Fusión: Debo agregar que la fusión adecuada para un MOV de 40 mm o un Sidac grande es un fusible de 30 amp 600 voltios y 200 kA. Vienen en una caja de diez por alrededor de $ 50 USD. no son fusibles baratos, ya que están hechos con una tira de platino perforada, específica para explotar rápidamente sobretensiones severas, pero toleran las corrientes de arranque del motor. Puede usar portafusibles de bloqueo en línea. Estos cumplen con las especificaciones UL1449 editons 3 y 4 para fusionar MOV de 40 mm. Un enlace a los fusibles correctos:

http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Electrical/Resources/product-datasheets-b/Bus_Ele_DS_1023_LP-CC.pdf

Sparky256
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@Chi. La garantía es emitida por el fabricante del producto, por lo que la violación de sus reglas es motivo de una garantía anulada. UL e ISO se mantienen al margen, excepto para validar que la empresa 'A' está siguiendo sus propios procedimientos de etiquetado.
Sparky256
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Sobre el uso de MOV, el problema es que será imposible que el usuario los reemplace cuando inevitablemente fallan, ya que el dispositivo se instalará de tal manera que será literalmente imposible acceder a él (al hacerlo destruir el dispositivo). Por supuesto, podría poner los MOV en la parte exterior del dispositivo (colgando de los cables ... ¡la gente de marketing intentará matarme!) O proporcionarles el producto junto con ellos para alentar su uso ... pero sería mejor si el dispositivo en sí podría proporcionar un TVS adecuado sin requerir una acción adicional del cliente.
Chi
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El uso de SIDAC, DIAC y otros dispositivos como esos (por ejemplo, Trisil de ST) tienen el problema de fallar en corto, ¿verdad? Como, como dijiste, el dispositivo solo ve el breve pico de corriente, ¿significa esto que puedo poner un PTC en serie con ellos, en caso de que fallen? Si es así, ¿cómo hago para seleccionar un PTC adecuado para este caso?
Chi
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@Chi. No comprende lo duradero que es un MOV de 40 mm. Teníamos 2 laboratorios de prueba certificados por UL y ejecuté el laboratorio 2, que podría alcanzar un aumento de 32 kVDC a 150 kA. UL y luego ISO exigieron que todos los MOV de 40 mm puedan sobrevivir 5,000 golpes a 10 kA (más de 100 horas), o sobrevivir 15 golpes a 20 kA durante 2 horas. Solo un rayo directo puede dañar un MOV de 40 mm, en cuyo caso el cliente tendría muchos otros problemas de los que preocuparse. Los estándares son difíciles porque el producto TVSS puede ir a un panel de energía del hospital, que no se puede apagar una vez en uso.
Sparky256
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@ Sparky256, Gran respuesta y comentarios interesantes, muy informativos. Parece que has tenido un trabajo interesante en ese laboratorio.
Casi hecho
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Recientemente tuvimos un problema con una de nuestras unidades prototipo donde un técnico conectó el relé directamente a una carga inductiva, sin ningún tipo de supresión de voltaje transitorio ...

Puede proteger el relé con un varistor de óxido de metal (MOV), pero aparte de eso, no hay mucho que pueda hacer que no elimine las ventajas de ser un relé.

Le sugiero que cambie su especificación declarando explícitamente que es un relé de control, no un relé de potencia. Sería muy conservador con las cargas nominales máximas.

Jeroen3
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Un relé de 'potencia' a menudo se conoce como 'contactor', que interrumpe la corriente en ambos lados usando un solenoide para mover los contactos. He visto y usado contactores de monstruos con 750 VCA 350 amp 3 polos. Tienes razón sobre la situación del OP.
Sparky256
@ Sparky256 Sí. Pero hay una diferencia entre las versiones 10A DIN Rail y 2A PCB.
Jeroen3
Es la lección del OP para aprender ...
Sparky256