Stroombeskermingsmiddels (SPD's) moet onder impulsafvoerstrome getoets word, hoofsaaklik met golfvorms van 8 / 20 ms en 10 / 350 ms. Met die verbetering van SPD produkte, moet die prestasie en weerstaan ​​vermoë van SPD's onder sulke standaard toetsstrome egter meer ondersoek. Ten einde die weerstandsvermoë van SPD'e onder 8 / 20 ms en 10 / 350 ms impulsstrome te ondersoek en te vergelyk, word eksperimente uitgevoer op drie tipes tipiese metaaloksiedvaristors (MOV's) wat vir klas I SPD's gebruik word. Die resultate toon dat die MOV's met hoër beperkingspanning die vermoë onder 8 / 20ms impulsstroom beter kan weerstaan, terwyl die gevolgtrekking onder 10 / 350ms impulsstroom die teenoorgestelde is. Onder 10 / 350 ms stroom, is die MOV-fout verband hou met die geabsorbeerde energie per eenheidsvolume onder enkele impuls. Crack is die hoof skade vorm onder 10 / 350ms huidige, wat beskryf kan word as een kant van die MOV plastiek inkapseling en die elektrode vel afskil. Ablasie van die ZnO-materiaal, wat veroorsaak word deur die flits tussen die elektrodevel en die ZnO-oppervlak, het naby die MOV-elektrode verskyn.

1. Inleiding

Spanningsbeskermingstoestelle (SPD's) wat aan laespanning-kragstelsels, telekommunikasie- en seinnetwerke gekoppel is, moet getoets word volgens vereistes van IEC en IEEE-standaarde [1-5]. Met inagneming van die ligging en moontlike beligtingsstroom wat dit mag ly, moet sulke SPD's getoets word onder impulsontladingsstrome hoofsaaklik met golfvorms van 8/20 ms en 10/350 ms [4-6]. Die huidige golfvorm van 8/20 ms word algemeen gebruik om die weerligimpuls te simuleer [6-8]. Die nominale ontladingsstroom (In) en die maksimum ontladingsstroom (Imaks) van SPD's word albei gedefinieer met die 8/20 ms impulsstroom [4-5]. Boonop word die 8/20 ms-stroomimpuls wyd gebruik vir SPD-residuspanning en bedryfsdienstoetse [4]. 10/350ms impulsstroom word gewoonlik gebruik om die direkte weerlig-terugslagstroom te simuleer [7-10]. Hierdie golfvorm voldoen aan die parameters vir die impulsontladingsstroom vir klas I SPD-toets, wat veral gebruik word vir die addisionele dienstoets vir klas I SPD's [4]. Tydens die tipe toetse [4-5] word 'n gespesifiseerde aantal impulsstrome vereis om op SPD's toe te pas. Byvoorbeeld, vyftien 8/20 ms-strome en vyf 10/350 ms-impulsstrome word benodig vir werksdienstoets vir klas I SPD's [4]. Met die verbetering van SPD-produkte moet die werkverrigting en weerstaanvermoë van SPD's onder sulke standaardtoetsstrome egter meer ondersoek word. Vorige navorsing het gewoonlik gekonsentreer op die MOV werkverrigting onder veelvuldige 8/20 ms impulsstroom [11-14], terwyl die werkverrigting onder herhaalde 10/350 ms impulsstroom nie deeglik ondersoek is nie. Boonop is die klas I SPD's, geïnstalleer by die punte van hoë blootstelling in geboue en verspreidingstelsels, meer kwesbaar vir weerligslae [15-16]. Daarom is die werkverrigting en weerstaanvermoë van klas I SPD's onder 8/20 ms en 10/350 ms impulsstrome nodig om ondersoek te word. Hierdie referaat ondersoek eksperimenteel die weerstaanvermoë van klas I SPD's onder 8/20 ms en 10/350 ms impulsstrome. Drie tipes tipiese MOV's wat vir klas I SPD's gebruik word, word vir ontleding aangeneem. Die huidige amplitude en aantal impulse word aangepas vir verskeie eksperimente. Vergelyking word uitgevoer op die weerstaanvermoë van MOV's onder die twee soorte impulsstrome. Die mislukkingsmodus van die MOV-monsters wat na toetse misluk het, word ook ontleed.

2. Uitleg van die eksperiment

Drie tipes tipiese MOV's wat vir klas I SPD's gebruik word, word in die eksperimente aangeneem. Vir elke tipe MOV's word 12 monsters gemaak deur EPCOS aangeneem onder vier soorte eksperimente. Hul basiese parameters word in TABEL I getoon, waar In die nominale ontladingsstroom van MOV's onder 8/20 µs-impuls verteenwoordig, Imax die maksimum ontladingsstroom onder 8/20 µs-impuls verteenwoordig, Iimp die maksimum ontladingsstroom onder 10/350 µs-impuls verteenwoordig, UDC1mA verteenwoordig die MOV-spanning gemeet onder 1 mA DC-stroom, Ur verteenwoordig die MOV-residuspanning onder In.

Fig. 1 toon die impulsstroomgenerator wat verstel kan word om 10/350 ms en 8/20 ms stroomimpulse uit te voer. Die Pearson-spoel word gebruik om die impulsstrome op die getoetsde MOV's te meet. Die spanningsverdeler met verhouding van 14.52 word gebruik om die resspannings te meet. Die digitale ossilloskoop van TEK DPO3014 word gebruik om die eksperimentele golfvorms op te teken.

Volgens die SPD-toetsstandaard [4] sluit die amplitudes wat vir 8/20 ms-stroom aangeneem is 30kA (0.75Imaks) en 40kA (Imaks) in. Die amplitudes wat aangeneem is vir 10/350 ms stroom sluit 0.75Iimp en Iimp in. Verwysing na die bedryfsdienstoets vir MOV's [4], vyftien 8/20ms-impulse word op MOV-monsters toegepas, en die interval tussen impulse is 60 s. Daarom word die vloeidiagram van die eksperimentele prosedure in Fig. 2 getoon.

Die eksperimentele prosedure kan beskryf word as:

(1) Aanvanklike metings: Die MOV-monsters word gekenmerk met UDC1mA,Ur, en foto's aan die begin van eksperimente.

(2) Pas vyftien impulse toe: Pas die impulsstroomgenerator aan om die gevraagde impulsstroom uit te voer. Vyftien impulse met 'n interval van 60 s word agtereenvolgens op die MOV-monster toegepas.

(3) Teken die gemete golfvorms van die MOV-strome en -spannings aan na elke impulstoediening.

(4) Visuele inspeksie en metings na die toetse. Kontroleer die oppervlak van die MOV vir punksie of oorflits. Meet die UDC1mA en die Ur na die toetse. Neem foto's van die beskadigde MOV's na toetse. Die slaagkriteria vir die eksperimente, volgens IEC 61643-11 [4], vereis dat beide die spanning- en stroomrekords, tesame met 'n visuele inspeksie, geen aanduiding van punksie of oorslaan van die monsters sal toon nie. Daarbenewens het die IEEE Std. C62.62 [5] het voorgestel dat die natoets gemeet Ur (MOV residuele spanning by In) nie meer as 10% van die voortoets gemeet Ur mag afwyk nie. Die Std. IEC 60099-4 [17] vereis ook dat die UDC1mA nie meer as 5% na die impulstoetse moet afwyk nie.

  1. Die weerstaanvermoë onder 8/20 ms impulsstroom

In hierdie afdeling word die 8/20 ms-impulsstrome met amplitudes van 0.75Imaks en Imaks onderskeidelik op die SPD-monsters toegepas. Die veranderingsverhouding vir die natoets gemeet UDC1mA en die Ur word gedefinieer as:

waar Ucr die veranderingsverhouding van die gemete waardes verteenwoordig. Uat verteenwoordig die waarde gemeet na die toetse. Ubt verteenwoordig die waarde gemeet voor toetse.

3.1 Die resultate onder 8/20 ms impulsstroom met piek van 0.75Imax

Die toetsresultate vir drie tipes MOV's onder vyftien 8/20 ms impulsstrome met 'n piek van 0.75Imax (30 kA) word in TABEL II getoon. Die resultaat vir elke tipe MOV is die gemiddelde van drie dieselfde monsters.

TABEL II

Resultate onder 8/20 ms impulsstrome met 30 kA piek

Dit kan uit TABELII gesien word dat nadat vyftien 8/20 ms-impulse op die MOV's toegepas is, die veranderinge van UDC1mA en Ur gering is. Die "Pass" vir visuele inspeksie beteken geen sigbare skade op die getoetsde MOV's nie. Boonop kan waargeneem word dat met die verhoging van die MOV-beperkende spanning, die Ucr kleiner word. Soos die Ucr is die kleinste vir V460 tipe MOV. Daar kan tot die gevolgtrekking gekom word dat die drie tipes MOV's almal die vyftien 8/20 ms-impuls met 30 kA-piek kan slaag.

3.2 Die resultate onder 8/20 ms impulsstroom met piek van Imaks

Met inagneming van die eksperimentele resultate hierbo, word die amplitude van 8/20 ms stroom verhoog tot 40 kA (Imaks). Daarbenewens word die aantal impulse verhoog tot twintig vir V460 tipe MOV. Die eksperimentele resultate word in TABEL III getoon. Om die energie-absorpsie in die drie tipe MOV's te vergelyk, word Ea/V gebruik om die geabsorbeerde energie per volume-eenheid vir die gemiddelde van vyftien of twintig impulse voor te stel. Hier word die "gemiddelde" oorweeg omdat die energie-absorpsie in MOV's effens verskil onder elke impuls.

TABEL III

Resultate onder 8/20 ms impulsstrome met 40 kA piek

Dit kan uit TABEL III waargeneem word dat wanneer die stroomamplitude tot 40 kA verhoog word, die Ucr vir UDC1mA meer as 5% afwyk vir V230 en V275, alhoewel die verandering van MOV-residuspanning steeds binne die effektiewe reeks van 10% is. Die visuele inspeksie toon ook geen sigbare skade op die getoetsde MOV's nie. Vir V230- en V275-tipe MOV's beteken die Ea/V die geabsorbeerde energie per volume-eenheid met gemiddeld vyftien impulse. Die Ea/V vir V460 verteenwoordig die geabsorbeerde energie per eenheid volume met gemiddeld twintig impulse. TABEL III toon dat die MOV's met hoër beperkende spanning (V460) groter Ea/V het as die MOV's met laer beperkende spanning (V275 en V230). Verder, met die impulsstroom wat herhaaldelik op die V460 toegepas word, neem die geabsorbeerde energie per eenheidsvolume (E/V) geleidelik toe, soos in Fig. 3 getoon.

Daarom kan die gevolgtrekking gemaak word dat die V230 en V275 tipe MOV's nie vyftien 8/20ms stroomimpulse met 'n piek van Imax kon weerstaan ​​nie, terwyl die V460 tipe MOV die maksimum ontladingsstroom tot 20 impulse kon weerstaan. Dit beteken dat die MOV's met hoër beperkende spanning beter weerstaanvermoë het onder 8/20ms impulsstroom.

4. Die weerstaanvermoë onder 10/350 ms impulsstroom

In hierdie afdeling word die 10/350 ms-impulsstrome met amplitudes van 0.75Iimp en Iimp onderskeidelik op die SPD-monsters toegepas.

4.1 Die resultate onder 10/350 ms impulsstroom met piek van 0.75Iimp

Aangesien die Iimp van die drie tipes MOV's verskillend is, word 10/350 ms-strome met amplitude van 4875A op V230 en V275 toegepas, en impulse met amplitude van 4500 A word op V460 toegepas. Nadat vyftien impulsstrome toegepas is, word die veranderinge vir UDC1mAand Ur op die getoetsde MOV's in TABEL IV getoon. Die ∑E/V beteken die som van E/V vir die toegepaste impulse.

Dit kan uit TABEL IV gesien word dat die V10 die toets kon slaag, na die toepassing van vyftien 350/0.75 ms-strome met 'n piek van 230Iimp, terwyl die verandering vir UDC1mA van V275 meer as 5% afwyk. Swelling en geringe kraak het ook op die plastiekomhulsel van V275 verskyn. Die foto van V275 met geringe kraak word in Fig. 4 getoon.

Vir V460 tipe MOV, nadat die agtste 10/350 ms impuls met 'n piek van 4500A toegepas is, het die MOV gekraak en die gemete spanning en stroom golfvorms is abnormaal. Ter vergelyking word die gemete spanning- en stroomgolfvorms onder sewende en agtste 10/350 ms-impuls op V460 in Fig. 5 getoon.

Fig. 5. Die gemete spanning en stroom golfvorms op V460 onder 10/350 ms impuls

Vir V230 en V275 is ∑E/V die som van E/V vir vyftien impulse. Vir V460 is∑E/V die som van E/V vir agt impulse. Dit kan waargeneem word dat alhoewel die Ea/V van V460 hoër is as dié van V230 en V275, die totale ∑E/V van V460 die laagste is. Die V460 het egter die ernstigste skade ondervind. Dit beteken dat vir die eenheidsvolume van MOV, die MOV-onderbreking onder 10/350 ms-stroom nie verband hou met die totale geabsorbeerde energie (∑ E/V), maar meer verwant kan wees aan die geabsorbeerde energie onder enkele impuls (Ea/V) ). Daar kan tot die gevolgtrekking gekom word dat onder 10/350 ms impulsstroom, die V230 meer impulse kan weerstaan ​​as die V460 tipe MOV's. Dit beteken dat die MOV's met 'n laer beperkende spanning beter weerstaanvermoë onder 10/350 ms stroom het, wat teenoorgesteld is van die gevolgtrekking onder 8/20 ms impulsstroom.

4.2 Die resultate onder 10/350 ms impulsstroom met piek van Iimp

Wanneer die amplitude van 10/350 ms stroom na Iimp verhoog word, kon al die getoetsde MOV's nie vyftien impulse deurlaat nie. Die resultate onder 10/350 ms impulsstrome met amplitude van Iimp word in TABEL V getoon, waar die "weerstaan-impulsgetal" die impulshoeveelheid beteken wat die MOV kon weerstaan ​​voor kraak.

Dit kan uit TABEL V waargeneem word dat die V230 met Ea/V van 122.09 J/cm3 agt 10/350 ms-impulse kon weerstaan ​​terwyl die V460 met Ea/V van 161.09 J/cm3 slegs drie impulse kon deurlaat, alhoewel die piekstroom wat aangeneem is vir V230 (6500 A) is hoër as dié vir V460 (6000 A). Dit bevestig die gevolgtrekking dat die MOV's met 'n hoë beperkende spanning makliker beskadig word onder 10/350 ms stroom. Hierdie verskynsel kan verduidelik word as: die groot energie wat deur 10/350 ms stroom gedra word, sal in MOV's geabsorbeer word. Vir MOV's met 'n hoë beperkende spanning onder 10/350 ms stroom, sal baie meer energie in die eenheidsvolume van MOV geabsorbeer word as dié in die MOV's met 'n lae beperkende spanning, en die oormatige energie-absorpsie sal lei tot MOV-onderbreking. Die mislukkingsmeganisme onder 8/20 ms stroom benodig egter meer ondersoek.

Visuele inspeksie toon dat dieselfde skadevorm waargeneem word op die drie tipes MOV's onder 10/350 ms stroom. Een kant van die MOV-plastiek-inkapseling en die reghoekige elektrodevel skil af. Die ablasie van ZnO-materiaal het naby die elektrodeblad verskyn, wat veroorsaak word deur die oorflits tussen die MOV-elektrode en ZnO-oppervlak. Die foto van beskadigde V230 word in Fig. 6 getoon.

5. Gevolgtrekking

SPD's moet getoets word onder impulsontladingsstrome hoofsaaklik met golfvorms van 8/20 ms en 10/350 ms. Ten einde die weerstaanvermoë van SPD's onder 8/20 ms en 10/350 ms impulsstrome te ondersoek en te vergelyk, word verskeie eksperimente uitgevoer met maksimum ontladingsstroom vir 8/20 ms (Imax) en 10/350 ms (Iimp) golfvorm , sowel as amplitudes van 0.75Imax en 0.75Iimp. Drie tipes tipiese MOV's wat vir klas I SPD's gebruik word, word vir ontleding aangeneem. Sommige gevolgtrekkings kan gemaak word.

(1) Die MOV's met hoër beperkende spanning het 'n beter weerstaanvermoë onder 8/20ms impulsstroom. Die V230- en V275-tipe MOV's kon nie vyftien 8/20ms-impulse met 'n hoogtepunt van Imax weerstaan ​​nie, terwyl die V460-tipe MOV twintig impulse kon deurstaan.

(2) Die MOV's met 'n laer beperkende spanning het 'n beter weerstaanvermoë onder 10/350 ms stroom. Die V230-tipe MOV kon agt 10/350 ms-impulse weerstaan ​​met 'n piek van Iimp, terwyl die V460 net drie impulse kon slaag.

(3) Met inagneming van die eenheidsvolume van MOV onder 10/350 ms stroom, kan die geabsorbeerde energie onder enkele impuls verband hou met MOV mislukking, in plaas van die som van geabsorbeerde energie onder alle toegepaste impulse.

(4) Dieselfde skadevorm word waargeneem op drie tipes MOV's onder 10/350 ms-strome. Die een kant van die MOV-plastiek-inkapseling en die reghoekige elektrodevel skil af. Ablasie van die ZnO-materiaal, veroorsaak deur oorflitsing tussen die elektrodevel en ZnO-oppervlak, het naby die MOV-elektrode verskyn.