Прылады абароны ад перанапружанняў (УЗП) павінны быць выпрабаваныя ў імпульсных токаў разраду ў асноўным формы сігналаў 8 / 20 мс і 10 / 350 мс. Тым не менш, з паляпшэннем SPD прадукцыі, прадукцыйнасць і здольнасць вытрымліваць суправаджаецца пры такіх стандартных тэставых токаў неабходна больш даследаванняў. Для таго каб даследаваць і параўнаць здольнасць супрацьстаяць суправаджаецца пад 8 / 20 мс і 10 / 350 мс імпульсных токаў, эксперыменты праводзіліся на трох тыпах тыповых варыстараў метал-аксід (варыстараў), якія выкарыстоўваюцца для I класа суправаджаецца. Вынікі паказваюць, што варыстары з больш высокім гранічным напругай маюць больш Вытрымліваюць пад 8 / 20ms імпульсу току, у той час як заключэнне пад 10 / 350ms імпульснага току процілегла. Пад токам мс 10 / 350, няўдача МОВ звязаная з паглынутай энергіі на адзінку аб'ёму пад адзіным імпульсам. Расколіна з'яўляецца асноўнай формай пашкоджанні пад 10 / 350ms току, які можа быць апісаны як адной з бакоў МОВ пластыкавай капсулы і электродного ліст злазь. Абляцыі ZnO матэрыялу, выкліканага іскрэння паміж электродам і паверхняй ліста ZnO, з'явіліся паблізу электрода MOV.
Устройствы абароны ад перанапружання (SPD), падключаныя да нізкавольтных сістэм электразабеспячэння, тэлекамунікацыйных і сігнальных сетак, павінны правярацца ў адпаведнасці з патрабаваннямі стандартаў IEC і IEEE [1-5]. Улічваючы месцазнаходжанне і магчымы ток асвятлення, які можа пацярпець, такія SPD неабходна выпрабоўваць пад дзеяннем імпульсных разрадных токаў у асноўным з формамі сігналаў 8/20 мс і 10/350 мс [4-6]. Бягучая форма хвалі 8/20 мс звычайна выкарыстоўваецца для мадэлявання імпульсу маланкі [6-8]. Намінальны ток разраду (In) і максімальны ток разраду (Imax) SPD вызначаюцца з дапамогай імпульснага току 8/20 мс [4-5]. Больш за тое, імпульс току 8/20 мс шырока выкарыстоўваецца для выпрабаванняў рэшткавага напружання SPD і працоўнага рэжыму [4]. Імпульсны ток 10/350 мс звычайна выкарыстоўваецца для мадэлявання прамога зваротнага току маланкі [7-10]. Гэтая форма хвалі адпавядае параметрам для імпульснага разраднага току для выпрабаванняў SPD класа I, які асабліва выкарыстоўваецца для дадатковага выпрабавання рэжыму працы для SPD класа I [4]. У ходзе тыпавых выпрабаванняў [4-5] патрабуецца зададзеная колькасць імпульсных токаў для падачы на УЗІП. Напрыклад, пятнаццаць токаў 8/20 мс і пяць імпульсных токаў 10/350 мс патрабуюцца для эксплуатацыйнага выпрабавання SPD класа I [4]. Тым не менш, з удасканаленнем прадуктаў SPD прадукцыйнасць і здольнасць супрацьстаяць SPD пры такіх стандартных выпрабавальных токах патрабуюць дадатковых даследаванняў. Папярэднія даследаванні звычайна канцэнтраваліся на прадукцыйнасці MOV пры шматразовым імпульсным току 8/20 мс [11-14], у той час як прадукцыйнасць пры паўторным імпульсным току 10/350 мс не даследаваліся дасканала. Больш за тое, SPD класа I, усталяваныя ў кропках высокага ўздзеяння ў будынках і размеркавальных сістэмах, больш уразлівыя да ўдараў маланкі [15-16]. Такім чынам, неабходна даследаваць прадукцыйнасць і здольнасць вытрымліваць узаемадзеянцы класа I пры імпульсных токах 8/20 мс і 10/350 мс. У гэтым артыкуле эксперыментальна даследуецца здольнасць вытрымліваць узаемадзеянцы класа I пры імпульсных токах 8/20 мс і 10/350 мс. Для аналізу прымаюцца тры тыпы тыповых MOV, якія выкарыстоўваюцца для SPD класа I. Амплітуда току і колькасць імпульсаў рэгулююцца для некалькіх эксперыментаў. Параўнанне праводзіцца па здольнасці вытрымліваць MOV пры двух відах імпульсных токаў. Таксама аналізуецца рэжым адмовы ўзораў MOV, якія выйшлі з ладу пасля выпрабаванняў.
У эксперыментах прымаюцца тры тыпы тыповых MOV, якія выкарыстоўваюцца для SPD класа I. Для кожнага тыпу MOV 12 узораў, вырабленых EPCOS, прымаюцца ў чатырох відах эксперыментаў. Іх асноўныя параметры паказаны ў ТАБЛІЦЫ I, дзе In прадстаўляе намінальны ток разраду MOV пры імпульсе 8/20 мкс, Imax прадстаўляе максімальны ток разраду пры імпульсе 8/20 мкс, Iimp прадстаўляе максімальны ток разраду пры імпульсе 10/350 мкс, UDC1mA прадстаўляе напружанне MOV, вымеранае пры току пастаяннага току 1 мА, Ur уяўляе сабой рэшткавае напружанне MOV пад In.
На малюнку 1 паказаны генератар імпульснага току, які можна наладзіць на выхад імпульсаў току 10/350 мс і 8/20 мс. Шпулька Пірсана выкарыстоўваецца для вымярэння імпульсных токаў на выпрабаваных MOV. Для вымярэння рэшткавага напружання выкарыстоўваецца дзельнік напружання з каэфіцыентам 14.52. Лічбавы асцылограф TEK DPO3014 прызначаны для запісу эксперыментальных сігналаў.
У адпаведнасці са стандартам выпрабаванняў SPD [4], амплітуды, прынятыя для току 8/20 мс, ўключаюць 30 кА (0.75Imax) і 40kA (Imax). Амплітуды, прынятыя для току 10/350 мс, уключаюць 0.75Iimp і Iimp. Спасылка на працоўны рэжым выпрабаванняў для MOVs [4], пятнаццаць імпульсаў 8/20 мс прымяняюцца на ўзоры MOV, а інтэрвал паміж імпульсамі складае 60 с. Такім чынам, блок-схема эксперыментальнай працэдуры паказана на мал. 2.
Эксперыментальную працэдуру можна апісаць так:
(1) Першапачатковыя вымярэнні: узоры MOV характарызуюцца UDC1mA,Ur і фатаграфіямі ў пачатку эксперыментаў.
(2) Прымяніць пятнаццаць імпульсаў: адрэгулюйце генератар імпульснага току, каб выдаваць патрабаваны імпульсны ток. На ўзор MOV паслядоўна наносяцца пятнаццаць імпульсаў з інтэрвалам 60 с.
(3) Запісвайце вымераныя формы току і напружання MOV пасля кожнага прымянення імпульсу.
(4) Візуальны агляд і вымярэнні пасля выпрабаванняў. Праверце паверхню MOV на наяўнасць праколаў або перакрыццяў. Вымерайце UDC1mA і Ur пасля тэстаў. Сфатаграфуйце пашкоджаныя MOV пасля выпрабаванняў. Крытэрыі праходжання эксперыментаў у адпаведнасці са стандартам IEC 61643-11 [4] патрабуюць, каб запісы напружання і току разам з візуальным аглядам не паказвалі прыкмет праколу або перакрыцця ўзораў. Акрамя таго, IEEE Std. C62.62 [5] прапанаваў, што вымеранае пасля выпрабавання Ur (рэшткавае напружанне MOV пры In) не павінна адхіляцца больш чым на 10 % ад вымеранага перад выпрабаваннем Ur. Std. IEC 60099-4 [17] таксама патрабуе, каб UDC1mA не адхіляўся больш чым на 5% пасля імпульсных выпрабаванняў.
- Здольнасць вытрымліваць менш за 8/20 мс імпульсны ток
У гэтым раздзеле на ўзоры SPD прымяняюцца імпульсныя токі працягласцю 8/20 мс з амплітудамі 0.75Imax і Imax адпаведна. Каэфіцыент змены для UDC1mA, вымеранага пасля тэсту, і Ur вызначаецца як:
дзе Ucr уяўляе сабой каэфіцыент змены вымераных значэнняў. Uat уяўляе сабой значэнне, вымеранае пасля выпрабаванняў. Ubt уяўляе сабой значэнне, вымеранае перад выпрабаваннямі.
3.1 Вынікі пры імпульсным току 8/20 мс з пікам 0.75Imax
Вынікі выпрабаванняў для трох тыпаў MOV пры пятнаццаці імпульсных токах 8/20 мс з пікам 0.75Imax (30 кА) паказаны ў ТАБЛІЦЫ II. Вынік для кожнага тыпу MOV - гэта сярэдняе значэнне трох аднолькавых узораў.
ТАБЛІЦА II
Вынікі пры імпульсным току 8/20 мс з пікам 30 кА
З ТАБЛІЦЫ II відаць, што пасля пятнаццаці імпульсаў працягласцю 8/20 мс на MOV змяненні UDC1mA і Ur нязначныя. «Допуск» для візуальнага агляду азначае адсутнасць бачных пашкоджанняў на пратэставаных MOV. Больш за тое, можна заўважыць, што з павелічэннем гранічнага напружання MOV Ucr становіцца меншым. Такія, як Ucr, з'яўляюцца самымі маленькімі для V460 тыпу MOV. Можна зрабіць выснову, што ўсе тры тыпу MOV могуць прапусціць пятнаццаць імпульсаў працягласцю 8/20 мс з пікам 30 кА.
3.2 Вынікі пры імпульсным току 8/20 мс з пікам Imax
З улікам прыведзеных вышэй эксперыментальных вынікаў амплітуда току 8/20 мс павялічваецца да 40 кА (Imax). Акрамя таго, для MOV тыпу V460 колькасць імпульсаў павялічана да дваццаці. Эксперыментальныя вынікі паказаны ў ТАБЛІЦЫ III. Каб параўнаць паглынанне энергіі ў MOV трох тыпаў, Ea/V выкарыстоўваецца для прадстаўлення паглынутай энергіі на адзінку аб'ёму ў сярэднім за пятнаццаць ці дваццаць імпульсаў. Тут разглядаецца «сярэдняе», таму што паглынанне энергіі ў MOV крыху адрозніваецца пры кожным імпульсе.
ТАБЛІЦА III
Вынікі пры імпульсным току 8/20 мс з пікам 40 кА
З ТАБЛІЦЫ III можна заўважыць, што калі амплітуда току павялічваецца да 40 кА, Ucr для UDC1mA адхіляецца больш чым на 5% для V230 і V275, хоць змяненне рэшткавага напружання MOV усё яшчэ знаходзіцца ў межах эфектыўнага дыяпазону 10%. Візуальны агляд таксама не паказвае бачных пашкоджанняў на выпрабаваных MOV. Для MOV тыпу V230 і V275 Ea/V азначае паглынутую энергію на адзінку аб'ёму ў сярэднім з пятнаццаці імпульсаў. Ea/V для V460 уяўляе сабой паглынутую энергію на адзінку аб'ёму з сярэднім дваццаццю імпульсамі. ТАБЛІЦА III паказвае, што MOV з больш высокім лімітавым напружаннем (V460) маюць большы Ea/V, чым MOV з больш нізкім лімітавым напружаннем (V275 і V230). Больш за тое, калі імпульсны ток паўторна прыкладваецца да V460, паглынутая энергія на адзінку аб'ёму (E/V) паступова павялічваецца, як паказана на мал. 3.
Такім чынам, можна зрабіць выснову, што MOV тыпу V230 і V275 не можа вытрымаць пятнаццаць імпульсаў току працягласцю 8/20 мс з пікам Imax, у той час як MOV тыпу V460 можа вытрымаць максімальны ток разраду да 20 імпульсаў. Гэта азначае, што MOV з больш высокім абмежавальным напружаннем маюць лепшую здольнасць супрацьстаяць імпульснаму току 8/20 мс.
4. Здольнасць супрацьстаяць імпульснаму току 10/350 мс
У гэтым раздзеле на ўзоры SPD прымяняюцца імпульсныя токі 10/350 мс з амплітудамі 0.75Iimp і Iimp адпаведна.
4.1 Вынікі пры імпульсным току 10/350 мс з пікам 0.75 Iimp
Паколькі Iimp трох тыпаў MOV адрозніваецца, токі 10/350 мс з амплітудай 4875 A падаюць на V230 і V275, а імпульсы з амплітудай 4500 A - на V460. Пасля падачы пятнаццаці імпульсных токаў змены для UDC1mA і Ur на выпрабаваных MOV паказаны ў ТАБЛІЦЫ IV. ∑E/V азначае суму E/V для пададзеных імпульсаў.
З ТАБЛІЦЫ IV відаць, што пасля прымянення пятнаццаці токаў 10/350 мс з пікам 0.75Iimp V230 можа прайсці тэст, у той час як змяненне для UDC1mA для V275 адхіляецца больш чым на 5%. На пластыкавай капсуле V275 таксама з'явіліся ўздуцці і невялікія расколіны. Фатаграфія V275 з невялікай расколінай паказана на мал. 4.
Для MOV тыпу V460 пасля восьмага імпульсу працягласцю 10/350 мс з пікам 4500 А MOV лопнуў, а вымераныя формы сігналаў напружання і току ненармальныя. Для параўнання, вымераныя формы напружання і току пры сёмым і восьмым імпульсе 10/350 мс на V460 паказаны на мал. 5.
Мал. 5. Вымераныя формы сігналаў напружання і току на V460 пры імпульсе 10/350 мс
Для V230 і V275 ∑E/V - гэта сума E/V для пятнаццаці імпульсаў. Для V460 ∑E/V - гэта сума E/V для васьмі імпульсаў. Можна заўважыць, што хоць Ea/V V460 вышэй, чым у V230 і V275, агульны ∑E/Vof V460 самы нізкі. Аднак найбольш сур'ёзныя пашкоджанні атрымаў V460. Гэта азначае, што для адзінкі аб'ёму MOV адмова MOV пры току 10/350 мс не звязана з агульнай паглынутай энергіяй (∑ E/V), але можа быць больш звязана з паглынутай энергіяй пры адным імпульсе (Ea/V ). Можна зрабіць выснову, што пры імпульсным току 10/350 мс V230 можа вытрымаць больш імпульсаў, чым MOV тыпу V460. Гэта азначае, што MOV з больш нізкім абмежавальным напружаннем маюць лепшую здольнасць вытрымліваць пры току 10/350 мс, што супрацьлеглае выснове пры імпульсным току 8/20 мс.
4.2 Вынікі пры імпульсным току 10/350 мс з пікам Iimp
Калі амплітуда току 10/350 мс павялічваецца да Iimp, усе выпрабаваныя MOV не могуць прапусціць пятнаццаць імпульсаў. Вынікі пры імпульсных токах 10/350 мс з амплітудай Iimp паказаны ў ТАБЛІЦЫ V, дзе «Колькасць вытрымлівання імпульсу» азначае колькасць імпульсу, які MOV можа вытрымаць да расколіны.
З ТАБЛІЦЫ V можна заўважыць, што V230 з Ea/V 122.09 Дж/см3 можа вытрымаць восем імпульсаў 10/350 мс, у той час як V460 з Ea/V 161.09 Дж/см3 можа прапусціць толькі тры імпульсы, хаця пікавы ток прыняты для V230 (6500 A) вышэй, чым у V460 (6000 A). Гэта пацвярджае выснову, што MOV з высокім абмежавальным напружаннем лягчэй пашкоджваюцца пры току 10/350 мс. Гэтую з'яву можна растлумачыць так: вялікая энергія, якая пераносіцца токам 10/350 мс, будзе паглынацца ў MOV. Для MOV з высокім лімітавым напружаннем пры току 10/350 мс адзінкавым аб'ёмам MOV будзе паглынацца значна больш энергіі, чым у MOV з нізкім лімітавым напружаннем, і празмернае паглынанне энергіі прывядзе да адмовы MOV. Аднак механізм адмовы пры току 8/20 мс патрабуе большага вывучэння.
Візуальны агляд паказвае, што аднолькавая форма пашкоджання назіраецца на трох тыпах MOV пры току 10/350 мс. Адзін бок пластыкавай капсулы MOV і ліст прастакутнага электрода адслойваюцца. Абляцыя матэрыялу ZnO з'явілася побач з лістом электрода, што выклікана ўспышкай паміж электродам MOV і паверхняй ZnO. Фатаграфія пашкоджанага V230 прадстаўлена на мал. 6.
5. выснову
УЗП неабходна правяраць пры імпульсных разрадных токах у асноўным з формамі хваль 8/20 мс і 10/350 мс. Для таго, каб даследаваць і параўнаць здольнасць SPD да імпульсных токаў 8/20 мс і 10/350 мс, было праведзена некалькі эксперыментаў з максімальным токам разраду для формы хвалі 8/20 мс (Imax) і 10/350 мс (Iimp). , а таксама амплітуды 0.75Imax і 0.75Iimp. Для аналізу прымаюцца тры тыпы тыповых MOV, якія выкарыстоўваюцца для SPD класа I. Можна зрабіць некаторыя высновы.
(1) MOVs з больш высокім абмежавальным напружаннем маюць лепшую здольнасць супрацьстаяць імпульснаму току 8/20 мс. MOV тыпу V230 і V275 не вытрымлівалі пятнаццаці імпульсаў працягласцю 8/20 мс з пікам Imax, у той час як MOV тыпу V460 мог прапускаць дваццаць імпульсаў.
(2) MOV з больш нізкім абмежавальным напружаннем маюць лепшую здольнасць вытрымліваць пры току 10/350 мс. MOV тыпу V230 мог вытрымаць восем імпульсаў 10/350 мс з пікам Iimp, у той час як V460 мог прапусціць толькі тры імпульсы.
(3) Улічваючы адзінкавы аб'ём MOV пры току 10/350 мс, паглынутая энергія пры адным імпульсе можа быць звязана са збоем MOV замест сумавання паглынутай энергіі пры ўсіх прыкладзеных імпульсах.
(4) Такая ж форма пашкоджання назіраецца на трох тыпах MOV пры току 10/350 мс. Адзін бок пластыкавай капсулы MOV і ліст прастакутнага электрода адслойваюцца. Абляцыя матэрыялу ZnO, выкліканая ўспышкай паміж лістом электрода і паверхняй ZnO, з'явілася каля электрода MOV.