I dispositivi di protezzione da Surge (SPDs) sò testati sott'acqua correnti di scarica principalmente con forme d'onda di 8 / 20 ms e 10 / 350 ms. Tuttavia, cù u miglioramentu di i prudutti SPD, a prestazione è a resistenza à e capacità di SPD in i currenti di a prova di stà standard necessitanu più investigazione. Per investigà è confrontà a capacità di resistenza di SPD sottu 8 / 20 ms è 10 / 350 ms correnti d'impulsu, sperienze sò fatti nantu à trè tippi di varistori tipici d'ossidu metallicu (MOVs) chì servenu per SPD di classe I. I risultati mostranu chì i MOV in tensione limitante più alti sò ancu di più a resistenza di 8 / 20ms impurtanti capacità, mentre a conclusione sottu 10 / 350ms a corrente d'impulsu hè opposta. Sotto l'attualità di 10 / 350 ms, u fallimentu MOV hè relativu à l'energia assorbita per unità di volume in u singulu impulsu. Crack hè a forma di dannu principale sottu à 10 / 350ms attuale, chì pò esse descrittu cum'è un latu di l'incapsulamentu plasticu MOV è l'altu di l'elettrodo sbucciatu. Ablazione di u materiale ZnO, causata da u lampadario trà u fogliu di l'elettrodi è a superficie ZnO, hè apparutu vicinu à l'elettodu MOV.
Dispositivi di prutezzione di surge (SPD) cunnessi à sistemi d'energia di bassa tensione, telecomunicazioni è rete di signale sò tenuti à esse testati sottu à i requisiti di i standard IEC è IEEE [1-5]. In cunsiderà u locu è u pussibule currente di illuminazione chì pò soffre, tali SPD sò tenuti à esse pruvati sottu correnti di scarica d'impulsu principalmente cù forme d'onda di 8/20 ms è 10/350 ms [4-6]. A forma d'onda attuale di 8/20 ms hè comunmente utilizata per simulà l'impulsu di fulmine [6-8]. A corrente di scarica nominali (In) è a corrente di scarica massima (Imax) di SPD sò tramindui definiti cù a corrente d'impulsu 8/20 ms [4-5]. Inoltre, l'impulsu di corrente 8/20 ms hè largamente utilizatu per a tensione residuale SPD è teste di funziunamentu [4]. A corrente d'impulsu 10/350ms hè di solitu utilizata per simulà a corrente di colpu di ritornu di u fulmine direttu [7-10]. Questa forma d'onda risponde à i paràmetri per a corrente di scarica d'impulsu per a prova SPD di classe I, chì hè sopratuttu utilizata per a prova di impieghi supplementari per i SPD di classe I [4]. Durante i testi di tipu [4-5], un numeru specificatu di currenti di impulsu hè necessariu di applicà à SPD. Per esempiu, quindici correnti 8/20 ms è cinque correnti d'impulsu 10/350 ms sò richiesti per a prova di funziunamentu di funziunamentu per i SPD di classe I [4]. Tuttavia, cù a migliione di i prudutti SPD, a prestazione è a capacità di resistenza di SPD in tali correnti di prova standard necessitanu più investigazioni. Ricerche precedenti sò generalmente cuncentrate nantu à u rendiment MOV sottu multiple 8/20 ms impulse currenti [11-14], mentri a prestazione sottu ripetuta 10/350 ms impulse currenti ùn sò micca stati investigati in fondu. Inoltre, i SPD di classe I, installati in i punti di alta esposizione in edifici è sistemi di distribuzione, sò più vulnerabili à i colpi di lampu [15-16]. Dunque, a prestazione è a capacità di resistenza di i SPD di classe I sottu 8/20 ms è 10/350 ms currenti di impulsu sò necessarii per esse investigati. Stu documentu studia sperimentalmente a capacità di resistenza di i SPD di classe I sottu 8/20 ms è 10/350 ms correnti d'impulsu. Trè tipi di MOV tipici utilizati per i SPD di classe I sò aduttati per l'analisi. L'amplitude attuale è u numeru di impulsi sò adattati per parechji esperimenti. U paragone hè realizatu nantu à a capacità di resistenza di i MOV sottu i dui tipi di currenti di impulsu. U modu di fallimentu di i mostri MOV chì anu fallutu dopu à e teste sò ancu analizati.
Trè tipi di MOV tipici utilizati per i SPD di classe I sò aduttati in l'esperimenti. Per ogni tipu di MOV, 12 campioni fatti da EPCOS sò aduttati sottu quattru tipi di esperimenti. I so paràmetri basi sò mostrati in a TABELLA I, induve In rapprisenta a corrente di scarica nominale di i MOV sottu un impulsu di 8/20µs, Imax rapprisenta a corrente di scarica massima sottu un impulsu di 8/20µs, Iimp rapprisenta a corrente di scarica massima sottu un impulsu di 10/350µs, UDC1mA rapprisenta. a tensione MOV misurata sottu 1 mA DC currente, Ur rapprisenta a tensione residuale MOV sottu In.
A Fig. 1 mostra u generatore di corrente d'impulsu chì pò esse aghjustatu per l'impulsi di corrente 10/350 ms è 8/20 ms. A bobina di Pearson hè aduttatu per misurà i currenti d'impulsu nantu à i MOV testati. U divisore di tensione cù un rapportu di 14.52 hè utilizatu per misurà e tensioni residuali. L'oscilloscopiu digitale di TEK DPO3014 hè aduttatu per registrà e forme d'onda sperimentali.
Sicondu u standard di prova SPD [4], l'amplitude aduttatu per a corrente 8/20 ms include 30kA (0.75Imax) è 40kA (Imax). L'ampiezza aduttatu per a corrente 10/350 ms include 0.75Iimp è Iimp. Riferimentu à a prova di funziunamentu di u funziunamentu per i MOV [4], quindici impulsi 8/20ms sò applicati nantu à campioni MOV, è l'intervallu trà l'impulsi hè 60 s. Per quessa, u flowchart di u prucedimentu spirimintali hè mostratu in Fig. 2.
U prucessu sperimentale pò esse discrittu cum'è:
(1) Misurazioni iniziali: I campioni MOV sò carattarizati da UDC1mA, Ur, è ritratti à u principiu di l'esperimenti.
(2) Applicà quindici impulsi: Aghjustate u generatore di corrente d'impulsu per emette a corrente d'impulsu dumandata. Quince impulsi cù l'intervallu di 60 s sò appiicati à u sample MOV successivamente.
(3) Registrate e forme d'onda misurate di i currenti è di e tensioni MOV dopu ogni applicazione di impulsu.
(4) Ispezione visuale è misurazioni dopu à e teste. Verificate a superficia di u MOV per puntura o flashover. Misura l'UDC1mA è l'Ur dopu à e teste. Pigliate ritratti di i MOV danucati dopu i testi. I criteri di passaghju per l'esperimenti, secondu a IEC 61643-11 [4], esigenu chì i registri di tensione è di corrente, inseme cù un'ispezione visuale, ùn mostranu micca indicazione di puntura o flashover di i campioni. Inoltre, u IEEE Std. C62.62 [5] suggerisce chì l'Ur misuratu post-test (tensioni residuali MOV in In) ùn devi micca più di 10% da u Ur misuratu pretest. U Std. IEC 60099-4 [17] richiede ancu chì l'UDC1mA ùn devi micca più di 5% dopu i testi di impulsu.
- A capacità di resistenza sottu 8/20 ms corrente d'impulsu
In questa sezione, i currenti di impulsu 8/20 ms cù amplitudes di 0.75Imax è Imax sò applicati rispettivamente à i campioni SPD. U rapportu di cambiamentu per u posttest misuratu UDC1mA è Ur hè definitu cum'è:
induve, Ucr rapprisenta u rapportu di cambiamentu di i valori misurati. Uat rapprisenta u valore misuratu dopu à e teste. Ubt rapprisenta u valore misuratu prima di teste.
3.1 I risultati sottu 8/20 ms impulse currente cù piccu di 0.75Imax
I risultati di teste per trè tippi di MOV sottu quindici correnti d'impulsu 8/20 ms cun piccu di 0.75Imax (30 kA) sò mostrati in TABELLA II. U risultatu per ogni tipu di MOV hè a media di trè stessi campioni.
TABELLA II
Risultati sottu 8/20 ms di corrente d'impulsu cù 30 kA piccu
Pò esse vistu da TABLEII chì dopu à quindici impulsi 8/20 ms sò stati appiicati nantu à i MOV, i cambiamenti di UDC1mA è Ur sò minori. U "Pass" per l'ispezione visuale significa micca danni visibili nantu à i MOV testati. Inoltre, si pò esse osservatu chì cù l'aumentu di a tensione di limitazione MOV, l'Ucr diventa più chjuca. Cum'è l'Ucr hè u più chjucu per V460 tipu MOV. Pò esse cunclusu chì i trè tippi di MOV puderianu tutti passà l'impulsu di quindici 8/20 ms cun piccu 30 kA.
3.2 I risultati sottu 8/20 ms di corrente d'impulsu cù piccu di Imax
Cunsiderendu i risultati sperimentali sopra, l'amplitude di 8/20 ms currente hè aumentata à 40 kA (Imax). Inoltre, u numeru di impulsi hè aumentatu à vinti per V460 tipu MOV. I risultati sperimentali sò mostrati in TABLE III. Per paragunà l'assorbimentu d'energia in i trè tipi di MOV, Ea / V hè utilizatu per rapprisintà l'energia assorbita per unità di volumi per a media di quindici o vinti impulsi. Quì, a "media" hè cunsiderata perchè l'assorbimentu d'energia in i MOV sò ligeramente diffirenti sottu ogni impulsu.
TABELLA III
Risultati sottu 8/20 ms di corrente d'impulsu cù 40 kA piccu
Pò esse osservatu da a TABLE III chì quandu l'amplitude attuale hè aumentata à 40 kA, l'Ucr per UDC1mA deviate più di 5% per V230 è V275, ancu s'è u cambiamentu di tensione residuale MOV hè sempre in a gamma effettiva di 10%. L'ispezione visuale ùn mostra ancu micca danni visibili nantu à i MOV testati. Per i MOV di tip V230 è V275, l'Ea / V significa l'energia assorbita per unità di volumi cù una media di quindici impulsi. L'Ea / V per V460 rapprisenta l'energia assorbita per unità di volumi cù una media di vinti impulsi. TABLE III mostra chì i MOV cù tensione di limitazione più alta (V460) anu Ea / V più grande chì i MOV cù tensione di limitazione più bassa (V275 è V230). Inoltre, cù l'impulse currente ripetutamente appiicata à u V460, l'energia assorbita per unità di volumi (E / V) aumenta gradualmente, cum'è mostra in Fig.
Per quessa, pò esse cunclusu chì i MOV di u tipu V230 è V275 ùn puderanu micca resiste à quindici impulsi di corrente 8/20ms cù piccu di Imax, mentre chì u MOV di tipu V460 puderia sustene a corrente di scarica massima finu à 20 impulsi. Questu significa chì i MOV cù una tensione di limitazione più alta anu una capacità di resistenza megliu sottu 8/20ms di corrente d'impulsu.
4. A capacità di resistenza sottu 10/350 ms impulse currenti
In questa sezione, i currenti di impulsu 10/350 ms cù amplitudes di 0.75Iimp è Iimp sò applicati rispettivamente à i campioni SPD.
4.1 I risultati sottu 10/350 ms corrente d'impulsu cù piccu di 0.75Iimp
Siccomu l'Iimp di i trè tippi di MOV sò diffirenti, 10/350 ms currenti cù amplitude di 4875A sò applicati nantu à V230 è V275, è impulsi cù amplitude di 4500 A sò applicati in V460. Dopu avè applicatu quindici correnti di impulsu, i cambiamenti per UDC1mA è Ur nantu à i MOV testati sò mostrati in TABLE IV. U ∑E/V significa a somma di E/V per l'impulsi applicati.
Pò esse vistu da a TABELLA IV chì dopu l'applicazione di quindici correnti 10/350 ms cun piccu di 0.75Iimp, u V230 puderia passà a prova, mentre chì u cambiamentu per UDC1mA di V275 devianu più di 5%. Inflazione è crack minore apparsu ancu nantu à l'incapsulazione plastica di V275. A fotografia di V275 cù crack minore hè mostrata in Fig. 4.
Per V460 tipu MOV, dopu chì l'ottu impulsu 10/350 ms cù piccu di 4500A hè applicatu, u MOV cracke è a tensione misurata è e forme d'onda di corrente sò anormali. Per paragunà, a tensione misurata è e forme d'onda di corrente sottu u settimu è ottu 10/350 ms impulsu nantu à V460 sò mostrati in Fig. 5.
Fig. 5. A tensione misurata è e forme d'onda di corrente in V460 sottu 10/350 ms impulse
Per V230 è V275, ∑E/V hè a somma di E/V per quindici impulsi. Per V460, ∑E/V hè a somma di E/V per ottu impulsi. Pò esse osservatu chì ancu chì l'Ea / V di V460 hè più altu ch'è quellu di V230 è V275, u totale ∑E / Vof V460 hè u più bassu. Tuttavia, u V460 hà avutu u dannu più seriu. Questu significa chì per u voluminu unità di MOV, u fallimentu MOV sottu 10/350 ms currente ùn hè micca ligata à l'energia assorbita tutale (∑ E/V), ma pò esse più ligata à l'energia assorbita sottu un impulsu unicu (Ea/V). ). Pò esse cunclusu chì sottu 10/350 ms impulse currente, u V230 puderia sustene più impulsi chì i MOV di u tipu V460. Questu significa chì i MOV cù una tensione di limitazione più bassa anu una capacità di resistenza megliu sottu 10/350 ms currente, chì hè oppostu à a cunclusione sottu 8/20 ms impulse current.
4.2 I risultati sottu 10/350 ms corrente d'impulsu cù piccu di Iimp
Quandu l'amplitude di 10/350 ms currente hè aumentata à Iimp, tutti i MOV testati ùn puderanu passà quindici impulsi. I risultati sottu 10/350 ms impulse currenti cù amplitude di Iimp sò mostrati in TABLE V, induve u "Withstand impulse number" significa a quantità di impulse chì u MOV puderia resistà prima di crack.
Pò esse osservatu da a TABELLA V chì u V230 cù Ea / V di 122.09 J / cm3 puderia sustene ottu impulsi 10 / 350 ms mentre chì u V460 cù Ea / V di 161.09 J / cm3 puderia passà solu trè impulsi, anche se u piccu corrente aduttatu per V230 (6500 A) hè più altu ch'è per V460 (6000 A). Questu cunvalidà a cunclusione chì i MOV cù una tensione di limitazione alta sò più facilmente danati sottu 10/350 ms current. Stu fenominu pò esse spiegatu cum'è: a grande energia purtata da 10/350 ms currente serà assorbita in MOV. Per i MOV cù una tensione di limitazione alta sottu 10/350 ms currente, assai più energia serà assorbita in u voluminu unità di MOV cà quella in i MOV cù tensione limitante bassa, è l'absorzione eccessiva di energia portarà à fallimentu MOV. In ogni casu, u mecanismu di fallimentu sottu 8/20 ms currentu bisognu di più investigazione.
L'ispezione visuale mostra chì a stessa forma di dannu hè osservata nantu à i trè tippi di MOV sottu 10/350 ms currenti. Un latu di l'incapsulazione plastica MOV è a foglia di l'elettrodu rettangulare si sbuccia. L'ablation di u materiale ZnO apparsu vicinu à u fogliu di l'elettrodu, chì hè causatu da u flashover trà l'elettrodu MOV è a superficia ZnO. A fotografia di V230 danatu hè mostrata in Fig. 6.
5. cunchiusioni
L'SPD sò richiesti per esse testati sottu correnti di scarica di impulsi principalmente cù forme d'onda di 8/20 ms è 10/350 ms. Per investigà è paragunà a capacità di resistenza di SPD sottu 8/20 ms è 10/350 ms correnti d'impulsu, parechji esperimenti sò realizati cù a corrente di scarica massima per 8/20 ms (Imax) è 10/350 ms (Iimp) forma d'onda. , è ancu amplitudes di 0.75Imax è 0.75Iimp. Trè tipi di MOV tipici utilizati per i SPD di classe I sò aduttati per l'analisi. Alcune cunclusioni ponu esse tratte.
(1) I MOV cù una tensione di limitazione più alta anu una capacità di resistenza megliu sottu 8/20ms di corrente d'impulsu. I MOV di tipu V230 è V275 ùn pudianu resistà quindici impulsi 8/20ms cù piccu di Imax, mentre chì u MOV di tipu V460 puderia passà vinti impulsi.
(2) I MOV cù una tensione di limitazione più bassa anu una capacità di resistenza megliu sottu 10/350 ms currente. U tipu V230 MOV puderia sustene ottu impulsi 10/350 ms cù piccu di Iimp, mentri u V460 puderia passà solu trè impulsi.
(3) In cunsiderà u voluminu unità di MOV sottu 10/350 ms currenti, l'energia assorbita sottu un impulsu unicu pò esse ligata à u fallimentu MOV, invece di a summa di l'energia assorbita sottu tutti i impulsi applicati.
(4) A stessa forma di danni hè osservata nantu à trè tippi di MOV sottu 10/350 ms currenti. Un latu di l'incapsulazione plastica MOV è a foglia di l'elettrodu rettangulare si sbuccia. L'ablation di u materiale ZnO, causatu da un flashover trà u fogliu di l'elettrodu è a superficia di ZnO, apparsu vicinu à l'elettrodu MOV.