Aplikataj protektaj aparatoj (SPDoj) devas esti testitaj sub impulsa malŝarĝo-fluoj plejparte per ondformoj de 8 / 20 ms kaj 10 / 350 ms. Tamen, kun la plibonigo de SPD-produktoj, la efikeco kaj rezisto de SPD-oj sub tiaj normaj testaj kurentoj bezonas pli da enketo. Por esplori kaj kompari la reziston de SPD-oj sub 8 / 20 ms kaj 10 / 350 ms impulsa kurento, eksperimentoj estas efektivigitaj sur tri specoj de tipaj metal-oksidaj varistoroj (MOVs) uzataj por klasa IPS. La rezultoj montras, ke la MOV-oj kun pli alta limiga tensio havas pli bone rezisti kapablon sub 8 / 20ms-impulenta fluo, dum la konkludo sub 10 / 350ms-impulenta fluo estas kontraŭa. Sub 10 / 350 ms-fluo, la MOV-fiasko rilatas al la sorbita energio po unuunua volumeno sub unu impulso. Fendeto estas la ĉefa damaĝo sub 10 / 350ms-fluo, kiu povas esti priskribita kiel unu flanko de la MOV-plasta enkulpiĝo kaj la elektrodo-folio senŝeligante. Ablacio de la materialo ZnO, kaŭzita de la fulmrapido inter la elektrodo-folio kaj la surfaco de ZnO, aperis proksime al la MOV-elektrodo.

1. Enkonduko

Ekbruligaj protektaj aparatoj (SPDs) konektitaj al malaltaj elektraj sistemoj, telekomunikadoj kaj signalaj retoj devas esti testitaj laŭ postuloj de IEC kaj IEEE-normoj [1-5]. Konsiderante la lokon kaj eblan luman fluon, kiun ĝi povas suferi, tiaj SPD-oj devas esti testitaj sub impulsa malŝarĝo-fluoj plejparte per ondformoj de 8 / 20 ms kaj 10 / 350 ms [4-6]. La nuna ondo-formoj de 8 / 20 ms kutime uzas por simuli la fulmopulseon [6-8]. La nominala malŝarĝo-fluo (En) kaj la maksimuma flua fluo (Imax) de SPDoj estas ambaŭ difinitaj kun la 8 / 20 ms impulenta fluo [4-5]. Krome, la nuna impulso 8 / 20 ms estas vaste uzata por SPD-postrestantaj tensioj kaj funkciaj devotestoj [4]. La impulenta fluo de 10 / 350ms estas kutime uzata por simuli la rektan fulmrapidan revenon [7-10]. Ĉi tiu ondo kongruas kun la parametroj de la fluo de impulsa malŝarĝo por klasa I SPD-testo, kiu estas aparte uzata por la aldona devo-teston por klasa I SPDs [4]. Dum la tipo-testoj [4-5], specifa nombro de impulsa kurento necesas por apliki al SPDoj. Ekzemple, dek kvin fluoj 8 / 20 ms kaj kvin fluoj de impulso 10 / 350 ms estas bezonataj por funkcii devo-teston por klasa I SPDs [4]. Tamen, kun la plibonigo de SPD-produktoj, la efikeco kaj rezisto de SPD-oj sub tiaj normaj testaj kurentoj bezonas pli da enketo. Antaŭaj esploroj kutime koncentriĝis pri la MOV-rendimento sub multnombraj impulsoj 8 / 20 ms [11-14], dum la efikeco sub ripetata 10 / 350 ms impulso-fluo ne estis esplorita ĝisfunde. Plie, la klaso I SPDoj, instalitaj ĉe la punktoj de alta ekspozicio en konstruaĵoj kaj distribuosistemoj, estas pli vundeblaj pro fulmovojoj [15-16]. Tial, la rendimento kaj rezista kapablo de klasa I SPDoj sub 8 / 20 ms kaj 10 / 350 ms impulsa kurento estas necesa por esti esplorita. Ĉi tiu artikolo eksperimente esploras la reziston de kapabloj de SPD-aj klasoj sub 8 / 20 ms kaj 10 / 350 ms impulsa kurento. Tri specoj de tipaj MOV-aj uzitaj por klasa I-SPD-oj estas adoptitaj por analizo. La nuna amplekso kaj nombro de impulsoj estas adaptitaj por pluraj eksperimentoj. Komparo estas farita sur la rezisto kapablo de MOVs sub la du specoj de impulso fluoj. La malsukcesa reĝimo de la MOV-specimenoj, kiuj malsukcesis post testoj, ankaŭ estas analizata.

2. Aranĝo de la Eksperimento

Tri specoj de tipaj MOV-aj uzitaj por klasa I-SPD-oj estas adoptitaj en la eksperimentoj. Por ĉiu tipo de MOVs, 12-specimenoj faritaj de EPCOS estas adoptitaj sub kvar specoj de eksperimentoj. Iliaj bazaj parametroj estas montritaj en TABLA I, kie En reprezentas la nominalan fluon de MOV sub 8 / 20 μs impulso, Imax reprezentas la maksimuman elfluan fluon sub 8 / 20 μs impulso, Iimp reprezentas la maksimuman fluon de fluo sub 10 / 350 μs impulso, UDC1mA reprezentas la MOV-tensio mezurita sub 1-mA DC-kurento, Ur reprezentas la MOV-rezidan tension sub In.

Fig. 1 montras la impulsan aktualan generilon, kiu povas esti adaptita por eligi aktualajn impulsojn de 10 / 350 ms kaj 8 / 20 ms. La Pearson-bobeno estas adoptita por mezuri la impulajn fluojn sur la testitaj MOV-oj. La dividilo de tensio kun proporcio de 14.52 estas uzata por mezuri la restajn tensiojn. La cifereca osciloscopio de TEK DPO3014 estas adoptita por registri la eksperimentajn ondformojn.

Laŭ la normo de SPD-testo [4], la amplitudoj adoptitaj por 8 / 20-fluo inkluzivas 30kA (0.75Imax) kaj 40kA (Imax). La amplitudoj adoptitaj por 10 / 350 ms-fluo inkluzivas 0.75Iimp kaj Iimp. Referenco al la funkcianta devo testo por MOVs [4], dek kvin 8 / 20ms-impulsoj estas aplikitaj al MOV-specimenoj, kaj la intervalo inter impulsoj estas 60-a. Sekve, la diagramo de la eksperimenta proceduro estas montrita en Fig. 2.

La eksperimenta procedo povas esti priskribita kiel:

(1) Komencaj mezuroj: La MOV-specimenoj estas karakterizitaj per UDC1mA, Ur, kaj fotoj komence de eksperimentoj.

(2) Apliku dek kvin impulsojn: Alĝustigu la impulencan generilon por eligi la postulitan impulozitivon. Dek kvin impulsoj kun intervalo de 60 s estas aplikitaj sur la MOV-specimenon sinsekve.

(3) Registri la mezuritajn ondformojn de la MOV-fluoj kaj tensioj post ĉiu impulsa apliko.

(4) Vida inspektado kaj mezuroj post la testoj. Kontrolu la surfacon de la MOV por pikado aŭ elpuŝado. Mezuri la UDC1mA kaj la Ur post la testoj. Prenu fotojn de la difektitaj MOV-aj post testoj. La pas-kriterioj por la eksperimentoj, laŭ IEC 61643-11 [4], postulas, ke kaj la tensio kaj aktualaj rekordoj, kune kun vida inspektado, montru neniun indikon de piko aŭ elpuŝado de la specimenoj. Krome la IEEE Std. C62.62 [5] sugestis la posttest-mezuritan Ur (MOV-restaj tensioj ĉe In) ne devias pli ol 10% de la pretest mezuris Ur. La Std. IEC 60099-4 [17] ankaŭ postulas, ke la UDC1mA ne devias pli ol 5% post la impulaj testoj.

  1. La rezisti kapablon sub 8 / 20 ms impulenta fluo

En ĉi tiu sekcio, la impulsoj 8 / 20 ms kun amplitudoj de 0.75Imax kaj Imax aplikiĝas sur la SPD-specimenoj respektive. La ŝanĝo-proporcio por la posttest mezurita UDC1mA kaj Ur estas difinita kiel:

kie Ucr reprezentas la ŝanĝan rilaton de la mezuritaj valoroj. Uat reprezentas la valoron mezuritan post la testoj. Ubt reprezentas la valoron mezuritan antaŭ testoj.

3.1 La rezultoj sub 8 / 20 ms impulsoŝnuro kun pinto de 0.75Imax

La testrezultoj por tri specoj de MOV-oj kun dek kvin 8 / 20-a impulsa kurento kun pinto de 0.75Imax (30 kA) estas montritaj en TABLA II. La rezulto por ĉiu tipo de MOV estas la mezumo de tri samaj specimenoj.

TABLA II

Rezultoj sub impulsoj 8 / 20 ms kun 30 kA-pinto

Oni povas vidi el TABOLAO, ke post dek kvin impulsoj 8 / 20 ms aplikiĝis al la MOV-oj, la ŝanĝoj de UDC1mA kaj Ur estas malpli gravaj. La "Enirilo" por vida inspektado signifas neniun videblan damaĝon sur la testitaj MOV-oj. Plie, oni povas observi ke kun la pliiĝo de la MOV-limiga tensio, la Ucr fariĝas pli malgranda. Kiel la Ucr estas la plej malgranda por V460-tipo MOV. Oni povas konkludi, ke la tri specoj de MOV-oj ĉiuj povus pasigi la dek kvin 8 / 20-impulson kun 30 kA-pinto.

3.2 La rezultoj sub 8 / 20 ms impulsa fluo kun pinto de Imax

Konsiderante la eksperimentajn rezultojn supre, la amplekso de 8 / 20 ms-fluo estas pliigita al 40 kA (Imax). Krome, la nombro de impulsoj estas pliigita al dudek por V460-tipo MOV. La eksperimentaj rezultoj estas montritaj en TABLA III. Por kompari la konsumadon de energio en la tri tipaj MOV-oj, Ea / V estas uzata por reprezenti la absorbitan energion po unu volumeno por la mezumo de dek kvin aŭ dudek impulsoj. Ĉi tie, la "meznombro" estas konsiderata ĉar la energio en la MOVoj iomete diferencas sub ĉiu impulso.

TABLA III

Rezultoj sub impulsoj 8 / 20 ms kun 40 kA-pinto

Oni povas observi ĝin de TABLA III, ke kiam la aktuala amplekso estas pliigita al 40 kA, la Ucr por UDC1mA devias pli ol 5% por V230 kaj V275, kvankam la ŝanĝo de MOV-rezida tensio estas ankoraŭ ene de la efektiva teritorio de 10%. La vida inspektado ankaŭ ne montras videblan damaĝon sur la testitaj MOV-oj. Por V230 kaj V275-tipo MOVs, la Ea / V signifas la absorbitan energion po unuunueca volumo kun mezumo de dek kvin impulsoj. La Ea / V por V460 reprezentas la absorbitan energion po unuueca volumeno kun mezumo de dudek impulsoj. TABELLA III montras, ke la MOV-oj kun pli alta limiga tensio (V460) havas pli grandajn Ea / V ol la MOV-ojn kun pli malaltaj streĉaj tensioj (V275 kaj V230). Plie, kiam la impona fluo plurfoje estas aplikita sur la V460, la sorbita energio po unuunua volumeno (E / V) pliiĝas laŭgrade, kiel montrite en Fig. 3.

Tial, oni povas konkludi, ke la V230 kaj V275-tipo MOV-oj ne povis elteni dek kvin aktualajn impulsojn 8 / 20ms kun maksimumo de Imax, dum la V460-tipo MOV povus elteni la maksimuman fluon ĝis 20-impulsoj. Ĉi tio signifas, ke la MOV-oj kun pli alta limiga tensio pli bone rezistas kapablon sub 8 / 20ms-impulenta fluo.

4. La rezista kapablo sub 10 / 350 ms impulenta fluo

En ĉi tiu sekcio, la impulsoj 10 / 350 ms kun amplitudoj de 0.75Iimp kaj Iimp aplikiĝas sur la SPD-specimenoj respektive.

4.1 La rezultoj sub 10 / 350 ms impulenta fluo kun pinto de 0.75Iimp

Ĉar la IIMP de la tri specoj de MOV-oj estas malsamaj, 10 / 350-fluoj kun amplekso de 4875A estas aplikitaj al V230 kaj V275, kaj impulsoj kun amplekso de 4500 A estas aplikitaj al V460. Post apliki dek kvin impulajn fluojn, la ŝanĝoj por UDC1mAand Ur sur la testitaj MOVoj estas montritaj en TABELO IV. La ∑E / V signifas la sumadon de E / V por la aplikitaj impulsoj.

Oni povas vidi ĝin el TABELO IV, ke post apliki dek kvin fluojn 10 / 350 kun pinto de 0.75Iimp, la V230 povus pasigi la teston, dum la ŝanĝo por UDC1mA de V275 devias pli ol 5%. Ŝvelaĵo kaj negrava fendeto ankaŭ aperis sur la plasta enkarniĝo de V275. La foto de V275 kun negrava fendeto estas montrita en Fig. 4.

Por V460-tipo MOV, post la oka 10 / 350 ms impulso kun pinto de 4500A estas aplikita, la MOV fendita kaj la mezurita tensio kaj nunaj ondformoj estas nenormalaj. Kompare, la mezuritaj tensiaj kaj aktualaj ondformoj sub sepa kaj oka impulso 10 / 350 ms sur V460 estas montritaj en Figo. 5.

Fig. 5. La mezurita tensio kaj kurento onformoj sur V460 sub 10 / 350 ms impulso

Por V230 kaj V275, ∑E / V estas la sumado de E / V por dek kvin impulsoj. Por V460, ∑E / V estas la sumado de E / V por ok impulsoj. Oni povas observi ke kvankam la Ea / V de V460 estas pli alta ol tiu de V230 kaj V275, la totala ∑E / Vof V460 estas la plej malalta. Tamen, la V460 travivis la plej gravan damaĝon. Ĉi tio signifas, ke por la unueca volumo de MOV, la MOV-fiasko sub 10 / 350-fluo ne rilatas al la totala sorbita energio (∑ E / V), sed povas esti pli rilata al la sorbita energio sub sola impulso (Ea / V) ). Oni povas konkludi, ke sub 10 / 350 ms impulenta fluo, la V230 povus elteni pli da impulsoj ol la V460-tipaj MOV-oj. Ĉi tio signifas, ke la MOV-oj kun pli malalta limiga tensio pli bone rezistas kapablon sub 10 / 350 ms-fluo, kiu estas kontraŭa de la konkludo sub 8 / 20 ms impulenta fluo.

4.2 La rezultoj sub 10 / 350 ms impulsa fluo kun pinto de Iimp

Kiam la amplekso de 10 / 350 ms-fluo pliiĝas al Iimp, ĉiuj testitaj MOV-oj ne povus pasi dek kvin impulsojn. La rezultoj sub 10 / 350-em impulsektoroj kun amplekso de Iimp estas montritaj en TABOLO V, kie la "Rezisti impulan nombron" signifas la impulsa kvanto kiun la MOV povus elteni antaŭ fendeto.

Oni povas observi de TABOLO V, ke la V230 kun Ea / V de 122.09 J / cm3 povus elteni ok 10 / 350 ms-impulsojn dum la V460 Kun Ea / V de 161.09 J / cm3 povis nur pasi tri impulsojn, kvankam la maksimuma fluo adoptita por V230 (6500 A) estas pli alta ol tiu por V460 (6000 A). Ĉi tio validigas la konkludon, ke la MOV-oj kun alta limiga tensio pli facile difektiĝas sub kuranta 10 / 350 ms. Ĉi tiu fenomeno povas esti klarigita kiel: la granda energio portita de la kurento de 10 / 350 ms estos absorbita de MOV-oj. Por MOV-oj kun alta limiga tensio laŭ kurento 10 / 350 ms, multe pli da energio estos sorbita en la unuobla volumeno de MOV ol tiu en MOV-oj kun malalta limiga tensio, kaj la troa konsumado de energio kondukos al MOV-fiasko. Tamen, la malsukcesa mekanismo sub kuranta 8 / 20 ms bezonas pli da enketo.

Vida inspektado montras, ke la sama formo de damaĝo estas observata ĉe la tri specoj de MOV-oj sub 10 / 350 ms-fluo. Unu flanko de la MOV-plasta enkarcerigo kaj la rektangula elektrodo-folio senŝeligas. La ablacio de ZnO-materialo aperis proksime al la elektrodo-folio, kiu estas kaŭzita de la elĉerpiĝo inter la MOV-elektrodo kaj ZnO-surfaco. La foto de difektita V230 estas montrita en Fig. 6.

5. konkludo

SPDoj devas esti testitaj sub impulsa malŝarĝo-fluoj plejparte per ondformoj de 8 / 20 ms kaj 10 / 350 ms. Por esplori kaj kompari la reziston de SPD-oj sub 8 / 20 ms kaj 10 / 350 ms impulsa kurento, pluraj eksperimentoj estas plenumataj kun maksimuma flua fluo por 8 / 20 ms (Imax) kaj 10 / 350 ms (Iimp) ondformo , same kiel amplitudoj de 0.75Imax kaj 0.75Iimp. Tri specoj de tipaj MOV-aj uzitaj por klasa I-SPD-oj estas adoptitaj por analizo. Kelkaj konkludoj povas esti desegnitaj.

(1) La MOVoj kun pli alta limiga tensio havas pli bonan reziston al kapablo sub 8 / 20ms-impulenta fluo. La V230 kaj V275-tipo MOVs ne povis elteni dek kvin 8 / 20ms-impulsojn kun pinto de Imax, dum la V460-tipo MOV povis pasigi dudek impulsojn.

(2) La MOVoj kun pli malalta limiga tensio havas pli bonan reziston al kapablo sub 10 / 350 ms-fluo. La V230-tipo MOV povis elteni ok 10 / 350-s impulsojn kun pinto de Iimp, dum la V460 povis nur pasi tri impulsojn.

(3) Konsiderante la unuecan volumon de MOV sub kurento 10 / 350 ms, la sorbita energio sub sola impulso povas esti rilatita al MOV-fiasko, anstataŭ la sumado de sorbita energio sub ĉiuj aplikitaj impulsoj.

(4) Sama difekto formo observas sur tri specoj de MOVs sub 10 / 350 ms kurentoj. Unu flanko de la MOV-plasta enkarcerigo kaj la rektangula elektrodo-folio senŝeligas. Ablacio de la materialo ZnO, kaŭzita de fulmrapido inter la elektrodekodaĵo kaj la surfaco de ZnO, aperis proksime al la MOV-elektrodo.