Ülepinge kaitseseadmeid (SPD-sid) tuleb katsetada impulss-väljundvoolude all peamiselt 8 / 20 ms ja 10 / 350 ms-i lainekuju abil. SPD-toodete täiustamisel vajavad SPD-de jõudlust ja taluvust selliste standardsete testvoolude puhul rohkem uurimist. SPD-de taluvusvõime uurimiseks ja võrdlemiseks 8 / 20 ms ja 10 / 350 ms impulssvoolude puhul viiakse läbi katsed kolme tüüpilise metallioksiidi varistori (MOV) puhul, mida kasutatakse I klassi SPD-de jaoks. Tulemused näitavad, et kõrgema pingega MOV-idel on parem vastupidavus 8 / 20ms impulssvoolu ajal, samas kui 10 / 350ms impulssvoolu järeldus on vastupidine. 10 / 350 ms voolu korral on MOV-i viga seotud impulssiga neeldunud energiaühikuga ruumalaühiku kohta. 10 / XNUMxms voolu all on peamine kahjustus, mida võib kirjeldada kui MOV-i plastkapsli ühte külge ja elektroodilehe koorumist. MOV-elektroodi lähedal ilmus ZnO-materjali ablatsioon, mis oli tingitud elektroodilehe ja ZnO-pinna vahelisest kiunemisest.
Madalpinge elektrisüsteemide, telekommunikatsiooni- ja signaalivõrkudega ühendatud ülepingekaitseseadmeid tuleb katsetada vastavalt IEC ja IEEE standardite nõuetele [1-5]. Arvestades asukohta ja võimalikku valgustusvoolu, tuleb selliseid SPD-sid testida impulss-väljundvoolude all peamiselt 8 / 20 ms ja 10 / 350 ms [4-6] lainekujudega. 8 / 20 ms praegust lainekuju kasutatakse tavaliselt välkimpulsi simuleerimiseks [6-8]. SPD-de nominaalne tühjendusvool (In) ja maksimaalne tühjendusvool (Imax) on mõlemad määratletud 8 / 20 ms impulssvooluga [4-5]. Veelgi enam, 8 / 20 ms vooluimpulssi kasutatakse laialdaselt SPD jääkpinge ja tööülesannete testide jaoks [4]. 10 / 350ms impulssvoolu kasutatakse tavaliselt otsese välklambi tagasilöögi voolu [7-10] simuleerimiseks. See lainekuju vastab I klassi SPD-testi impulsside tühjendamise voolu parameetritele, mida kasutatakse eriti I klassi SPD-de [4] täiendava tollikontrolli jaoks. Tüübikatsete ajal [4-5] on SPD-dele rakendamiseks vaja teatud arvu impulssvoolusid. Näiteks I klassi SPD-de [8] tööülesande testimiseks on vaja 15 20 / 10 ms voolu ja viis 350 / 4 ms impulssvoolu. SPD-toodete täiustamisel vajavad SPD-de jõudlust ja taluvust selliste standardsete testvoolude puhul rohkem uurimist. Varasemad uuringud keskendusid tavaliselt MOV-i jõudlusele mitme 8 / 20 ms impulssvoolu [11-14] puhul, samas kui korduva 10 / 350 ms impulssvoolu jõudlust ei ole põhjalikult uuritud. Lisaks sellele on hoonete ja jaotussüsteemide kõrge kokkupuutepunkti juures paigaldatud I klassi SPD-d kergemini valgustundlike [15-16] suhtes. Seetõttu on vaja uurida I klassi SPD-de jõudlust ja taluvust 8 / 20 ms ja 10 / 350 ms impulssvoolude all. Selles dokumendis uuritakse eksperimentaalselt I klassi SPD-de taluvust 8 / 20 ms ja 10 / 350 ms impulssvoolude all. Analüüsi tegemiseks võetakse vastu kolme klassi tüüpiliste MOV-de tüübid, mida kasutatakse I klassi programmdokumentides. Praeguse amplituudi ja impulsside arvu korrigeeritakse mitme eksperimenti jaoks. Võrreldakse MOV-de taluvuse võimet kahe tüüpi impulssvoolude all. Analüüsitakse ka katsete järel ebaõnnestunud MOV-proovide vearežiimi.
Katsetes on kasutusel I tüüpi SPD-de jaoks kasutatavad kolm tüüpilist MOV-i. Iga MOV-i tüübi puhul võetakse EPCOS-i poolt tehtud 12-proovid vastu nelja tüüpi katsetega. Nende põhiparameetrid on näidatud tabelis I, kus In kujutab 8 / 20µs impulsi all MOV-de nominaalset tühjendusvoolu, Imax kujutab 8 / 20µs impulsi all olevat maksimaalset tühjendusvoolu, Iimp esindab 10 / 350µs impulsi maksimaalset tühjendusvoolu, UDC1mA esindavad MOV pinge, mõõdetuna 1 mA alalisvoolu all, Ur kujutab MOV jääkpinget punktis In.
Joonisel 1 on näidatud impulssvoolugeneraator, mida saab reguleerida väljundi 10 / 350 ms ja 8 / 20 ms vooluimpulssideks. Testitud MOV-de impulssvoolude mõõtmiseks võetakse vastu Pearson-spiraal. Jääkpinge mõõtmiseks kasutatakse pinge jagajat 14.52i suhtega. Eksperimentaalse lainekuju salvestamiseks võetakse vastu TEK DPO3014 digitaalne ostsilloskoop.
Vastavalt SPD teststandardile [4] hõlmavad 8 / 20 ms voolu jaoks vastuvõetud amplituudid 30kA (0.75Imax) ja 40kA (Imax). 10 / 350 ms voolu jaoks vastuvõetud amplituudide hulka kuuluvad 0.75Iimp ja Iimp. Viide MOV-de [4] tööülesande testile rakendatakse MOV proovidele viisteist 8 / 20ms impulssi ning impulsside vahe on 60 s. Seega on katsemenetluse vooskeem näidatud joonisel 2.
Katsemenetlust võib kirjeldada järgmiselt:
(1) Esialgsed mõõtmised: MOV-proove iseloomustavad UDC1mA, Ur ja fotod eksperimentide alguses.
(2) Rakendage viisteist impulssi: reguleerige impulssvoolu generaatorit, et väljendada nõutav impulssvool. MOV proovile rakendatakse järjestikku 15 impulssi, mille intervall on 60 s.
(3) Registreerige MOV-voolude ja -pingete mõõdetud lainekujud pärast iga impulssrakendust.
(4) Visuaalne kontroll ja mõõtmised pärast katseid. Kontrollige MOV-i pinda läbitorkamiseks. Mõõtke UDC1mA ja Ur pärast teste. Pärast testimist võtke fotod kahjustatud MOV-idest. Eksperimentide läbimise kriteeriumid vastavalt IEC 61643-11 [4] nõuetele nõuavad, et nii pinge- kui vooluarvestuses ning visuaalses kontrollis ei näidata proovi läbitorkamist ega väljalülitamist. Lisaks IEEE Std. C62.62 [5] soovitas, et pärast testimist mõõdetud Ur (MOV jääkpinged in In) ei erine rohkem kui 10%. Std. IEC 60099-4 [17] nõuab ka, et UDC1mA ei tohiks pärast impulsside testimist kõrvale kalduda rohkem kui 5%.
- 8 / 20i taluvus ms impulssvool
Selles osas rakendatakse SPD proovidele vastavalt 8 / 20 ms impulssvoolu 0.75Imax ja Imax amplituudidega. UTD1mA ja Ur väärtuse muutuste suhe on määratletud järgmiselt:
kus, Ucr on mõõdetud väärtuste muutuste suhe. Uat kujutab väärtust, mis on mõõdetud pärast katseid. Ubt on enne katseid mõõdetud väärtus.
3.1 8 / 20 ms impulssvoolu tulemused 0.75Imax tippuga
Testitulemused kolme tüüpi MOV-de puhul, mis on alla viieteistkümne 8 / 20 ms impulssvoolu koos 0.75Imax (30 kA) piigiga, on esitatud tabelis II. Iga MOV-i tulemus on kolme sama proovi keskmine.
TABEL II
8 / 20 ms impulssvoolude tulemused 30 kA tipuga
Tabelist II võib näha, et pärast 15 8 / 20 ms impulssi rakendamist MOV-idele on UDC1mA ja Ur muutused väikesed. Visuaalseks kontrolliks mõeldud „pass” ei tähenda katsetatud MOV-de nähtavaid kahjustusi. Peale selle võib täheldada, et MOV-i piirava pinge suurenemisega muutub Ucr väiksemaks. Näiteks on Ucr väikseim tüüp V460 MOV jaoks. Võib järeldada, et kõik kolm MOV-tüüpi võivad läbida 8 kA piigi 15 20 / 30 ms impulsi.
3.2 8 / 20 ms impulssvoolu tulemused Imax tipuga
Arvestades ülaltoodud eksperimentaalseid tulemusi, suurendatakse 8 / 20 ms voolu amplituudi 40 kA (Imax). Lisaks suurendatakse V460 tüüpi MOV impulsside arvu kakskümmend. Katsetulemused on esitatud tabelis III. Selleks, et võrrelda kolme tüüpi MOV-de energia neeldumist, kasutatakse Ea / V-d, et esindada neeldunud energiat ühiku mahu kohta keskmiselt viisteist või kakskümmend impulssi. Siin peetakse silmas “keskmist”, sest energia neeldumine MOV-ides on igas impulsis veidi erinev.
TABEL III
8 / 20 ms impulssvoolude tulemused 40 kA tipuga
Tabelist III on näha, et kui voolu amplituudi suurendatakse 40 kA-le, erineb UDC1mA Ucr V5 ja V230 puhul rohkem kui 275%, kuigi MOV-i jääkpinge muutus jääb siiski 10% efektiivse vahemiku piiresse. Visuaalsel kontrollimisel ei ole ka testitud MOV-idele nähtavaid kahjustusi. ForV230 ja V275 tüüp MOVs tähendab Ea / V neeldunud energiat ruumalaühiku kohta, mille keskmine on 15 impulssi. V460i Ea / V tähistab neeldunud energiat ruumalaühiku kohta, keskmiselt 20 impulssi. Tabel III näitab, et kõrgema piirpingega MOV-idel (V460) on suurem Ea / V kui madalama piirpingega MOV-id (V275 ja V230). Lisaks sellele, kui impulssvool rakendatakse korduvalt V460-ile, suureneb neeldunud energia ruumalaühiku kohta (E / V) järk-järgult, nagu on näidatud joonisel 3.
Seetõttu võib järeldada, et V230 ja V275 tüüpi MOV-id ei suutnud taluda viisteist 8 / 20ms vooluimpulssi, mille tipp on Imax, samas kui V460 tüüp MOV talus maksimaalset tühjendusvoolu kuni 20 impulssideni. See tähendab, et kõrgema pingega MOV-idel on parem vastupidavus 8 / 20ms impulssvoolu korral.
4. 10 / 350 ms impulssvoolu taluvus
Selles osas rakendatakse vastavalt SPD proovidele 10Iimp ja Iimp amplituudidega impulssvoolu 350 / 0.75 ms.
4.1 10 / 350 ms impulssvoolu tulemused 0.75Iimp tippu
Kuna kolme MOV tüübi Iimp on erinevad, rakendatakse V10ile ja V350ile 4875A ja 230A amplituudiga 275 / 4500 ms voolu ning V460ile rakendatakse 1 A amplituudiga impulsse. Pärast viieteistkümne impulssvoolu rakendamist on UDCXNUMXmAand Ur muutused testitud MOV-idel esitatud tabelis IV. ∑E / V tähendab E / V summat rakendatud impulsside puhul.
Tabelist IV võib näha, et pärast 10Iimp tippu viieteistkümne 350 / 0.75 ms voolu rakendamist võib V230 katse läbida, samas kui V1i UDC275mA muutus erineb rohkem kui 5%. V275i plastikust kapseldamisel ilmnes ka turse ja väikesed pragud. V275i foto koos väikese pragunemisega on näidatud joonisel 4.
V460 tüüpi MOV puhul rakendatakse pärast kaheksandat 10 / 350 ms impulssi 4500A piigiga, MOV krakitud ja mõõdetud pinge ja voolu lainekuju on ebanormaalsed. Võrdluseks on joonisel 10 näidatud seitsmenda ja kaheksanda 350 / 460 ms impulsiga mõõdetud pinge ja voolu lainekuju V5-is.
Joonis 5. Mõõdetud pinge ja voolu lainekuju V460is 10 / 350 ms impulsi all
V230 ja V275 puhul on ∑E / V E / V summeerimine viisteist impulssi kohta. V460 puhul on ∑E / V E / V summeerimine kaheksa impulsi jaoks. Võib täheldada, et kuigi V460i Ea / V on kõrgem kui V230 ja V275, on kogu /E / Vof V460 madalaim. Siiski koges V460 kõige raskemat kahju. See tähendab, et MOV-i ühikmahu puhul ei ole MOV-i rike 10 / 350 ms voolu puhul seotud kogu neeldunud energiaga (∑ E / V), kuid võib olla rohkem seotud neeldunud energiaga ühe impulsi all (Ea / V). ). Võib järeldada, et 10 / 350 ms impulssvoolu korral võib V230 taluda rohkem impulsse kui V460 tüüpi MOV-id. See tähendab, et madalama piirpingega MOV-idel on parem vastupidavus 10 / 350 ms voolu all, mis on vastupidine 8 / 20 ms impulssvoolu järeldusele.
4.2 Tulemused 10 / 350 ms impulssvoolu ajal koos Iimp tippuga
Kui 10 / 350 ms voolu amplituudi suurendatakse Iimpile, ei suutnud kõik testitud MOVid 15 impulsi läbida. Iimp-i amplituudiga 10 / 350 ms impulssvoolude tulemused on näidatud tabelis V, kus „talumaimpulsside arv” tähendab impulss summat, mida MOV võib enne pragunemist taluda.
Tabelist V võib täheldada, et 230 J / cm122.09i Ea / V väärtusega V3 võib taluda kaheksa 10 / 350 ms impulssi, samas kui 460 J / cm161.09i V3 koos Ea / V-ga võis läbida ainult kolm impulsi, kuigi tippvool võeti vastu V230 (6500 A) on kõrgem kui V460 (6000 A). See kinnitab järeldust, et suure piiranguga MOV-id on 10 / 350 ms voolu korral kergemini kahjustatud. Seda nähtust võib seletada järgmiselt: 10 / 350 ms vooluga kaasnev suur energia imendub MOV-idesse. MOV-de puhul, millel on kõrge piirpinge 10 / 350 ms voolu all, imendub palju rohkem energiat MOV-i ruumala suhtes kui see, mis on madalate pingetega MOV-ides, ning ülemäärane energia neeldumine toob kaasa MOV-i rikke. Siiski vajab 8 / 20 ms praeguse vea mehhanism rohkem uurimist.
Visuaalne kontroll näitab, et sama vigastuse vormi täheldatakse kolme tüüpi MOV-ide all 10 / 350 ms voolu all. MOV-i plastikust kapseldamise ja ristkülikukujulise elektroodi lehe üks külg koorub maha. ZnO materjali ablatsioon ilmus elektroodilehe lähedal, mis on tingitud MOV-elektroodi ja ZnO-pinna vahelisest välklambist. Kahjustatud V230i foto on näidatud joonisel 6.
5. järeldus
SPDd tuleb testida impulss-väljundvoolude all peamiselt 8 / 20 ms ja 10 / 350 ms lainekujudega. Selleks, et uurida ja võrrelda SPD-de taluvusvõimet 8 / 20 ms ja 10 / 350 ms impulssvoolude puhul, viiakse läbi mitu katset, kasutades maksimaalset tühjendusvoolu 8 / 20 ms (Imax) ja 10 / 350 ms (Iimp) lainekuju jaoks , samuti 0.75Imax ja 0.75Iimp amplituudid. Analüüsi tegemiseks võetakse vastu kolme klassi tüüpiliste MOV-de tüübid, mida kasutatakse I klassi programmdokumentides. Võib teha mõned järeldused.
(1) Kõrgema pingega MOV-idel on parem vastupidavus 8 / 20ms impulssvoolu korral. V230 ja V275 tüüpi MOV-id ei suutnud taluda 15 8 / 20ms impulssi Imax tippuga, samas kui V460 tüüp MOV võis läbida 20 impulsi.
(2) Madalama piirpingega MOV-idel on parem vastupidavus 10 / 350 ms voolu korral. V230 tüüp MOV talub kaheksa 10 / 350 ms impulssi Iimpiga, samas kui V460 võis läbida ainult kolm impulsi.
(3) Arvestades MOV-i mahtu 10 / 350 ms voolu korral, võib ühe impulsi alusel neeldunud energia olla seotud MOV-i rike, mitte absorbeeritud energia summeerimisega kõigi rakendatud impulsside korral.
(4) Sama kahjustuse vormi täheldatakse kolme tüüpi MOV-idel 10 / 350 ms voolu all. MOV-i plastikust kapseldamise ja ristkülikukujulise elektroodi lehe üks külg koorub maha. MOV-elektroodi lähedal ilmus ZnO-materjali ablatsioon, mis oli põhjustatud elektroodilehe ja ZnO-pinna vahelisest kiunemisest.