يجب اختبار أجهزة حماية الطفرة (SPD) تحت تيارات تفريغ دافع بشكل رئيسي باستخدام أشكال موجية من 8 / 20 ms و 10 / 350 ms. ومع ذلك ، مع تحسين منتجات SPD ، فإن أداء SPDs وقدرته على الصمود في ظل هذه التيارات الاختبار القياسية بحاجة إلى مزيد من الدراسة. من أجل التحقيق والمقارنة بين قدرة تحمل SPDs تحت 8 / 20 ms و 10 / 350 ms التيارات النبضية ، تُجرى التجارب على ثلاثة أنواع من متغيرات أكاسيد المعادن النموذجية التي تُستخدم في SPDs من الفئة I التي تُستخدم. أظهرت النتائج أن MOVs ذات الجهد العالي المحدد تتمتع بقدرة أفضل على الصمود في ظل التيار الدافع 8 / 20ms ، في حين أن الاستنتاج تحت تيار النبض 10 / 350ms معاكس. في ظل تيار 10 / 350 ms ، يرتبط فشل MOV بالطاقة الممتصة لكل وحدة حجم تحت دفعة واحدة. الكراك هو الشكل الرئيسي للتلف تحت تيار 10 / 350ms ، والذي يمكن وصفه كواحد من جوانب تغليف MOV بالبلاستيك وتقشير ورقة الإلكترود. ظهر الاجتثاث من مادة ZnO ، الناجم عن الفلاش بين ورقة القطب وسطح ZnO ، بالقرب من قطب MOV.

1 المقدمة

يلزم اختبار أجهزة حماية الطفرة (SPD) المتصلة بأنظمة الطاقة ذات الجهد المنخفض ، وشبكات الاتصالات والإشارات بموجب متطلبات IEC و IEEE [1-5]. بالنظر إلى الموقع وتيار الإضاءة المحتمل الذي قد يعاني منه ، يجب اختبار هذه SPDs تحت التيارات التفريغية الدافعة بشكل رئيسي مع أشكال موجية من 8 / 20 ms و 10 / 350 ms [4-6]. يستخدم الشكل الموجي الحالي لـ 8 / 20 ms عادة لمحاكاة دفعة البرق [6-8]. يتم تعريف كل من تيار التصريف الاسمي (في) والحد الأقصى لتيار التصريف (Imax) من SPDs مع 8 / 20 ms الدافع الحالي [4-5]. علاوة على ذلك ، يتم استخدام الدافع الحالي 8 / 20 ms على نطاق واسع لاختبارات الجهد التشغيلي واختبار واجب التشغيل SPD [4]. عادةً ما يستخدم التيار الدافع 10 / 350ms لمحاكاة التيار المباشر لسكتة دفق البرق [7-10]. يفي هذا الشكل الموجي بمعلمات تيار التصريف النبضي لاختبار الفئة SPD من الفئة I ، والذي يُستخدم بشكل خاص لاختبار العمل الإضافي للفئة SPDs من الفئة الأولى [4]. أثناء اختبارات النوع [4-5] ، يلزم تقديم عدد محدد من التيارات النبضية للتطبيق على SPDs. على سبيل المثال ، هناك خمسة عشر تيارات ms 8 / 20 وخمسة تيارات نبضة ms 10 / 350 مطلوبة لاختبار تشغيل التشغيل للفئة SPDs [4]. ومع ذلك ، مع تحسين منتجات SPD ، فإن أداء SPDs وقدرته على الصمود في ظل هذه التيارات الاختبار القياسية بحاجة إلى مزيد من الدراسة. عادةً ما تركز الأبحاث السابقة على أداء MOV في ظل تيار نبضات 8 / 20 ms متعدد [11-14] ، في حين أن الأداء تحت تيار النبض 10 / 350 ms المتكرر لم يتم فحصه بدقة. علاوة على ذلك ، فإن الفئة الأولى SPDs ، المثبتة في نقاط التعرض الشديد في المباني وأنظمة التوزيع ، تكون أكثر عرضة للسكتات الدماغية البرق [15-16]. لذلك ، من الضروري التحقيق في الأداء وقدرة تحمل SPDs من الدرجة الأولى تحت 8 / 20 ms و 10 / 350 ms التيارات الدافعة. تبحث هذه الورقة تجريبياً في قدرة الصمود SPD على الصمود في إطار MS 8 / 20 وتيارات نبضات 10 / 350 ms. يتم اعتماد ثلاثة أنواع من MOVs النموذجية المستخدمة للفئة الأولى SPDs للتحليل. يتم ضبط السعة الحالية وعدد من النبضات لعدة تجارب. يتم إجراء مقارنة حول قدرة تحمل MOVs تحت نوعين من التيارات النبضية. يتم أيضًا تحليل وضع الفشل في عينات MOV التي فشلت بعد الاختبارات.

2. تخطيط التجربة

تم اعتماد ثلاثة أنواع من MOVs النموذجية المستخدمة للفئة الأولى SPDs في التجارب. لكل نوع من أنواع MOVs ، يتم اعتماد عينات 12 التي صنعتها EPCOS في أربعة أنواع من التجارب. تظهر المعلمات الأساسية في الجدول I ، حيث يمثل تيار التفريغ الاسمي لمقاطع MOV تحت دفعة 8 / 20 ، وتمثل Imax الحد الأقصى الحالي لتفريغ التيار تحت دفعة 8 / 20 ، وتمثل Iimp الحد الأقصى الحالي لتفريغ التيار تحت 10 / 350 الجهد MOV المقاس تحت تيار 1 mA DC ، Ur يمثل الجهد المتبقي MOV تحت In.

يوضح الشكل 1 مولد التيار النبضي الذي يمكن ضبطه لإخراج نبضات التيار 10 / 350 و نبضات التيار 8 / 20 ms. تم اعتماد ملف Pearson لقياس التيارات النبضية على MOVs المختبرة. يتم استخدام مقسم الجهد مع نسبة 14.52 لقياس الفولتية المتبقية. اعتمد الذبذبات الرقمية لـ TEK DPO3014 لتسجيل الأشكال الموجية التجريبية.

وفقًا لمعيار اختبار SPD [4] ، تشمل السعات المعتمدة لتيار 8 / 20 ms 30kA (0.75Imax) و 40kA (Imax). تشمل السعات المعتمدة ل 10 / 350 ms الحالية 0.75Iimp و Iimp. بالإشارة إلى اختبار واجب التشغيل لـ MOVs [4] ، يتم تطبيق خمسة عشر نبضة 8 / 20ms على عينات MOV ، والفاصل الزمني بين الدوافع هو 60 s. لذلك ، يظهر المخطط الانسيابي للإجراء التجريبي في الشكل 2.

يمكن وصف الإجراء التجريبي بأنه:

(1) القياسات الأولية: تتميز عينات MOV بـ UDC1mA ، Ur ، والصور الفوتوغرافية في بداية التجارب.

(2) قم بتطبيق خمسة عشر نبضة: اضبط مولد التيار النبضي لإخراج التيار النبضي المطلوب. يتم تطبيق خمسة عشر نبضات مع فاصل 60 s على عينة MOV على التوالي.

(3) قم بتسجيل الأشكال الموجية المقيسة لتيارات MOV والفولتية بعد كل تطبيق دفعة.

(4) الفحص البصري والقياسات بعد الاختبارات. فحص سطح MOV للثقب أو الفلاش. قياس UDC1mA و Ur بعد الاختبارات. التقاط صور من MOVs التالفة بعد الاختبارات. تتطلب معايير النجاح الخاصة بالتجارب ، وفقًا للمعيار IEC 61643-11 [4] ، ألا تظهر كلاً من سجلات الجهد والتيار ، مع الفحص البصري ، أي إشارة إلى ثقب العينات أو وميضها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن IEEE الأمراض المنقولة جنسيا. اقترح C62.62 [5] أن اختبار Ur الخاص بقياس البعدي (MOV المتبقي في In) يجب ألا ينحرف أكثر من 10٪ عن الاختبار القبلي Ur. الأمراض المنقولة جنسيا. يتطلب IEC 60099-4 [17] أيضًا ألا ينحرف UDC1mA أكثر من 5٪ بعد اختبارات الدفع.

  1. القدرة على الصمود في ظل 8 / 20 الدافع مللي الحالية

في هذا القسم ، يتم تطبيق التيارات النبضية 8 / 20 ذات السعة 0.75Imax و Imax على عينات SPD على التوالي. يتم تحديد نسبة التغيير لاختبار البعدي UDC1mA و Ur على النحو التالي:

حيث يمثل Ucr نسبة التغير في القيم المقاسة. Uat يمثل القيمة المقاسة بعد الاختبارات. يمثل Ubt القيمة المقاسة قبل الاختبارات.

3.1 النتائج تحت الحالية الدافعة 8 / 20 مع ذروة 0.75Imax

تظهر نتائج الاختبار لثلاثة أنواع من MOVs تحت تيارات الدفع النبضي 8 / 20 الخمسة عشر مع ذروة 0.75Imax (30 kA) في الجدول الثاني. النتيجة لكل نوع من أنواع MOV هو متوسط ​​ثلاث عينات متماثلة.

الجدول الثاني

النتائج تحت 8 / 20 ms التيارات النبضية مع ذروة 30 kA

يمكن ملاحظة من TABLEII أنه بعد أن تم تطبيق خمسة عشر دفعة من نبضات 8 / 20 على MOVs ، فإن التغييرات في UDC1mA و Ur تكون بسيطة. "الممر" للفحص البصري لا يعني أي ضرر مرئي على MOVs المختبرة. علاوة على ذلك ، يمكن ملاحظة أنه مع زيادة الجهد الحد MOV ، يصبح Ucr أصغر. مثل Ucr هو أصغر نوع V460 MOV. يمكن أن نخلص إلى أن الأنواع الثلاثة من MOVs يمكن أن تمر جميعها بخمس عشر مللي ثانية من 8 / 20 مع ذروة 30 kA.

3.2 النتائج تحت دفعة 8 / 20 الحالية مع ذروة Imax

بالنظر إلى النتائج التجريبية أعلاه ، تتم زيادة سعة 8 / 20 ms الحالية إلى 40 kA (Imax). بالإضافة إلى ذلك ، يتم زيادة عدد النبضات إلى 20 لنوع V460 MOV. يتم عرض النتائج التجريبية في الجدول الثالث. من أجل مقارنة امتصاص الطاقة في MOVs الثلاثة ، يتم استخدام Ea / V لتمثيل الطاقة الممتصة لكل وحدة حجم بمعدل 15 أو 20 نبضة. هنا ، يتم أخذ "المتوسط" في الاعتبار لأن امتصاص الطاقة في MOVs مختلف قليلاً تحت كل دفعة.

الجدول الثالث

النتائج تحت 8 / 20 ms التيارات النبضية مع ذروة 40 kA

يمكن ملاحظة من TABLE III أنه عند زيادة السعة الحالية إلى 40 kA ، فإن Ucr لـ UDC1mA تنحرف أكثر من 5٪ لـ V230 و V275 ، على الرغم من أن تغيير الجهد المتبقي MOV لا يزال ضمن النطاق الفعال لـ 10٪. الفحص البصري لا يظهر أي ضرر مرئي على وسائل التحقق المختبرة. بالنسبة إلى MOVs من النوعين V230 و V275 ، تعني Ea / V الطاقة الممتصة لكل وحدة حجم بمتوسط ​​15 نبضة. تمثل Ea / V لـ V460 الطاقة الممتصة لكل وحدة حجم بمتوسط ​​20 نبضة. يوضح الجدول الثالث أن وسائل التحقق ذات الجهد العالي (V460) تحتوي على EA / V أكبر من وسائل التحقق ذات الجهد المنخفض (V275 و V230). علاوة على ذلك ، مع تطبيق التيار الدافع بشكل متكرر على V460 ، تزداد الطاقة الممتصة لكل وحدة حجم (E / V) تدريجياً ، كما هو مبين في الشكل 3.

لذلك ، يمكن أن نخلص إلى أن MOVs من النوع V230 و V275 لا يمكن أن تصمد أمام 15 نبضة حالية 8 / 20ms مع ذروة Imax ، في حين أن V460 type MOV يمكن أن يصمد أمام أقصى تصريف للنبضات حتى نبضات 20. هذا يعني أن MOVs ذات الجهد العالي الحد لديها قدرة أفضل على الصمود في ظل التيار الدافع 8 / 20ms.

4. القدرة على الصمود في ظل التيار الدافع 10 / 350 ms

في هذا القسم ، يتم تطبيق التيارات النبضية 10 / 350 ذات السعة 0.75Iimp و Iimp على عينات SPD على التوالي.

4.1 النتائج تحت الحالية الدافعة 10 / 350 مع ذروة 0.75Iimp

نظرًا لأن Iimp للأنواع الثلاثة من MOVs مختلفة ، يتم تطبيق تيارات 10 / 350 ms ذات السعة 4875A على V230 و V275 ، ويتم تطبيق النبضات بسعة 4500 A على V460. بعد تطبيق خمسة عشر تيارات دافعة ، تظهر التغييرات في UDC1mAand Ur على MOVs المختبرة في الجدول الرابع. /E / V تعني جمع E / V للنبضات المطبقة.

يمكن ملاحظة من TABLE IV أنه بعد تطبيق خمسة عشر تيارات ms 10 / 350 مع ذروة 0.75Iimp ، يمكن أن يمر V230 الاختبار ، في حين أن التغيير لـ UDC1mA لـ V275 ينحرف أكثر من 5٪. ظهر تورم وصدع بسيط أيضًا على العبوة البلاستيكية لـ V275. تظهر صورة V275 ذات التصدع البسيط في الشكل 4.

بالنسبة إلى النوع V460 MOV ، بعد استخدام الدافع الثامن 10 / 350 مع ذروة 4500A ، تصادم MOV وتشكيل التيار الكهربائي المقيس وأشكال الموجة الحالية غير طبيعية. للمقارنة ، يتم عرض الجهد المقيس والتشكيلات الحالية تحت الدافع 10 / 350 ms السابع والثامن على V460 في الشكل 5.

الشكل. 5. الجهد المقاس والتشكيلات الحالية على V460 تحت الدافع 10 / 350 ms

بالنسبة إلى V230 و V275 ، ∑E / V هي جمع E / V لخمسة عشر نبضة. بالنسبة إلى V460 ، /E / V هي جمع E / V لثمانية نبضات. يمكن ملاحظة أنه على الرغم من أن Ea / V لـ V460 أعلى من V230 و V275 ، فإن إجمالي ∑E / Vof V460 هو الأقل. ومع ذلك ، شهدت V460 أخطر الضرر. هذا يعني أنه بالنسبة لحجم وحدة MOV ، فإن عطل MOV في ظل تيار 10 / 350 ms لا يرتبط بإجمالي الطاقة الممتصة (/ E / V) ، ولكنه قد يكون أكثر ارتباطًا بالطاقة الماصة التي يتم امتصاصها في حالة دفعة واحدة (Ea / V ). يمكن أن نخلص إلى أنه في ظل تيار الاندفاع 10 / 350 ms ، يمكن أن يتحمل V230 نبضات أكثر من VVNUMX type MOVs. هذا يعني أن MOVs ذات الجهد الكهربائي المنخفض تتمتع بقدرة أفضل على الصمود في ظل تيار MS 460 / 10 ، وهو عكس من الاستنتاج تحت تيار النبض الحالي 350 / 8 ms.

4.2 النتائج تحت الدافع ms 10 / 350 الحالية مع ذروة Iimp

عند زيادة سعة تيار 10 / 350 ms إلى Iimp ، لا يمكن أن تمر جميع MOVs المختبرة بخمس عشر نبضة. يتم عرض النتائج الموجودة تحت التيارات النبضية 10 / 350 ms ذات السعة Iimp في TABLE V ، حيث يشير "تحمل رقم النبض" إلى مقدار النبض الذي يمكن أن تتحمله MOV قبل الكراك.

يمكن ملاحظة من TABLE V أن V230 مع Ea / V لـ 122.09 J / cm3 يمكن أن يتحمل ثمانية نبضات ms 10 / 350 بينما V460 مع Ea / V لـ 161.09 J / cm3 يمكن أن يمر بثلاثة نبضات فقط V230 (6500 A) أعلى من V460 (6000 A). هذا التحقق من صحة الاستنتاج بأن MOVs ذات الجهد العالي الحد تلف بسهولة أكبر تحت 10 / 350 ms الحالي. يمكن تفسير هذه الظاهرة على النحو التالي: سيتم امتصاص الطاقة الكبيرة التي يحملها تيار MS 10 / 350 في MOVs. بالنسبة إلى MOVs ذات الجهد العالي المحدد تحت تيار 10 / 350 ms ، سيتم امتصاص طاقة أكثر بكثير في حجم وحدة MOV من تلك الموجودة في MOVs ذات الجهد المنخفض المنخفض ، وسيؤدي امتصاص الطاقة المفرط إلى فشل MOV. ومع ذلك ، فإن آلية الفشل تحت 8 / 20 مللي الحالية تحتاج إلى مزيد من التحقيق.

يوضح الفحص البصري أنه يتم ملاحظة نفس شكل التلف على الأنواع الثلاثة من MOVs تحت 10 / 350 ms الحالية. جانب واحد من التغليف البلاستيكي MOV وصفيحة الإلكترود المستطيلة تقشر. ظهر الاجتثاث من مادة ZnO بالقرب من لوح الإلكترود ، والذي ينتج عن الفلاش بين القطب الكهربائي MOV وسطح ZnO. تظهر صورة V230 التالفة في الشكل 6.

5. اختتام

يلزم اختبار SPDs تحت التيارات التفريغية النبضية بشكل أساسي باستخدام أشكال الطول الموجي لكل من 8 / 20 ms و 10 / 350 ms. من أجل استكشاف ومقارنة قدرة تحمل SPDs تحت 8 / 20 ms و 10 / 350 ms التيارات الدافعة ، يتم إجراء العديد من التجارب مع أقصى تيار تفريغ الحالي لـ 8 / 20 ms (Imax) و 10 / 350 ms (Iimp) ، وكذلك سعة 0.75Imax و 0.75Iimp. يتم اعتماد ثلاثة أنواع من MOVs النموذجية المستخدمة للفئة الأولى SPDs للتحليل. يمكن استخلاص بعض الاستنتاجات.

(1) تتمتع MOVs ذات الجهد العالي المحدد بقدرة أفضل على تحمل التيار الدافع 8 / 20ms. تعذر على MOVs من النوع V230 و V275 الصمود في خمسة عشر دفعة من نبضات 8 / 20ms مع ذروة Imax ، في حين أن النوع V460 MOV قد يمر بعشرين نبضة.

(2) تتمتع MOVs بجهد منخفض الحد بقدرة أفضل على الصمود في ظل تيار 10 / 350 ms. يمكن أن يتحمل نوع MOV من النوع V230 ثماني نبضات من نوع 10 / 350 مع ذروة Iimp ، بينما لا يمكن لـ V460 اجتياز سوى ثلاث نبضات.

(3) بالنظر إلى حجم وحدة MOV في ظل تيار 10 / 350 ms ، قد تكون الطاقة الممتصة تحت الدافع الفردي مرتبطة بفشل MOV ، بدلاً من جمع الطاقة الممتصة تحت كل النبضات المطبقة.

(4) لوحظ نفس شكل الضرر على ثلاثة أنواع من MOVs تحت التيارات 10 / 350 ms. جانب واحد من التغليف البلاستيكي MOV وصفيحة الإلكترود المستطيلة تقشر. ظهر الاجتثاث من مادة ZnO ، الناتجة عن وميض بين ورقة القطب وسطح ZnO ، بالقرب من القطب MOV.