دستگاه های حفاظتی با ولتاژ بالا (SPDs) مورد نیاز است تحت جریان جریان تسلیحاتی به طور عمده با شکل موج 8 / 20 ms و 10 / 350 ms آزمایش شوند. با این حال، با بهبود محصولات SPD، عملکرد و مقاومت در برابر SPDs تحت چنین جریان آزمون استاندارد نیاز به تحقیق بیشتر. برای بررسی و مقایسه توانایی مقاومت در برابر SPDs تحت 8 / 20 ms و 10 / 350 ms جریان های امپدانس، آزمایش ها بر روی سه نوع از واریستورهای معمول فلزات اکسید (MOVs) انجام می شود که برای SPDs کلاس I استفاده می شوند. نتایج نشان می دهد که MOV ها با ولتاژ محدود بالاتر دارای مقاومت بیشتری در برابر جریان امپدانس 8 / 20ms می باشند، در حالی که نتیجه گیری در جریان جریان منفی 10 / 350ms مخالف است. در جریان 10 / 350 ms، نقص MOV مربوط به انرژی جذب شده در واحد حجم در اثر یک تکانه است. Crack شکل اصلی آسیب تحت جریان 10 / 350ms است، که می تواند به عنوان یک قسمت از encapsulation پلاستیک MOV و ورق الکترود پوسته پوسته شدن توصیف شود. تخریب مواد ZnO که ناشی از جریان فلورسنت بین ورق الکترود و سطح ZnO است، در نزدیکی الکترود MOV ظاهر شد.

1. معرفی

دستگاه های محافظتی با ولتاژ بالا (SPDs) متصل به سیستم های ولتاژ کم ولتاژ، مخابرات و شبکه های سیگنال باید تحت شرایط استاندارد IEC و IEEE [1-5] آزمایش شوند. با توجه به محل و جریان روشنایی ممکن است رنج می برد، چنین SPD ها مورد نیاز است تحت جریان جریان تسلیحاتی عمدتا با شکل موج 8 / 20 ms و 10 / 350 ms [4-6] مورد آزمایش قرار گیرد. شکل موج فعلی 8 / 20 ms معمولا برای شبیه سازی امواج رعد و برق [6-8] استفاده می شود. جریان تخلیه اسمی (In) و حداکثر جریان تخلیه (Imax) SPDs هر دو با جریان فعلی امواج 8 / 20 [4-5] تعریف می شوند. علاوه بر این، امواج 8 / 20 ms در حال حاضر به طور گسترده ای برای ولتاژ باقی مانده با ولتاژ SPD و آزمایش های عملکرد عملیاتی [4] مورد استفاده قرار می گیرد. جریان شبیه به 10 / 350ms معمولا برای شبیه سازی جریان مستقیم بازگشت رعد و برق مستقیم [7-10] استفاده می شود. این شکل موج برای پارامترهای جریان تخلیه امضایی برای آزمون کلاس I IPS مطابقت دارد، که مخصوصا برای آزمایش وظیفه اضافی برای SPDs کلاس I [4] استفاده می شود. در طول تست های نوع [4-5]، تعداد مشخصی جریان جریانی برای اعمال در SPDs مورد نیاز است. به عنوان مثال، پانزده جریان 8 / 20 ms و پنج جریان شبیه 10 / 350 ms برای آزمایش عملکرد وظیفه برای SPDs کلاس I [4] مورد نیاز است. با این حال، با بهبود محصولات SPD، عملکرد و مقاومت در برابر SPDs تحت چنین جریان آزمون استاندارد نیاز به تحقیق بیشتر. تحقیقات قبلی معمولا بر روی عملکرد MOV در جریان X pulse 8 / 20 چندگانه [11-14] متمرکز شده است، در حالی که عملکرد تحت جریان مکرر MNXX / 10 به طور کامل مورد بررسی قرار نگرفته است. علاوه بر این، SPD I کلاس I، نصب شده در نقاط بالا قرار گرفتن در معرض ساختمان ها و سیستم های توزیع، به سکته های رعد و برق [350-15] آسیب پذیرتر است. بنابراین، عملکرد و مقاومت در برابر SPD SPD های کلاس I تحت 16 / 8 ms و 20 / 10 جریان ضربان قلب ضروری است مورد بررسی قرار گیرد. این مقاله به طور تجربی به بررسی قابلیت مقاومت در برابر SPDs کلاس I تحت 350 / 8 ms و 20 / 10 جریان های امپدانس می پردازد. سه نوع از MOV های معمولی مورد استفاده برای SPDs کلاس I برای تحلیل استفاده می شود. دامنه جاری و تعداد ضربانها برای چند آزمایش تنظیم می شود. مقایسه بر روی قابلیت مقاومت MOVs در دو نوع جریان های امپدانس انجام می شود. حالت شکست نمونه های MOV که پس از آزمایش شکست خورد نیز تحلیل می شود.

2. طرح از آزمایش

سه نوع از MOV های معمولی که برای SPDs کلاس I استفاده می شوند، در آزمایشات اتخاذ می شوند. برای هر نوع MOV، نمونه های 12 ساخته شده توسط EPCOS تحت چهار نوع آزمایش پذیرفته شده است. پارامترهای اساسی آنها در جدول 1 نشان داده شده است، که در آن نشان دهنده جریان تخلیه اسمی MOV ها در امتداد 8 / 20μ است، Imax نشان دهنده حداکثر جریان تخلیه در زیر ضربان 8 / 20μ، Iimp نشان دهنده حداکثر جریان تخلیه در زیر ضربان 10 / 350μ، UDC1mA نشان دهنده ولتاژ MOV که تحت جریان 1 mA DC اندازه گیری شده است، Ur نشان دهنده ولتاژ باقی مانده MOV در زیر است.

شکل 1 ژنراتوری جریان ضربه ای را نشان می دهد که می تواند به خروجی 10 / 350 ms و 8 / 20 ms impulses فعلی تنظیم شود. کویل پیرسون برای اندازه گیری جریان های ضربه ای در MOVs آزمایش شده است. تقسیم ولتاژ با نسبت 14.52 برای اندازه گیری ولتاژ باقی مانده استفاده می شود. اسیلوسکوپ دیجیتال TEK DPO3014 برای ضبط شکل موج آزمایشی به کار رفته است.

با توجه به استاندارد تست SPD [4]، دامنه های پذیرفته شده برای 8 / 20 ms current شامل 30kA (0.75Imax) و 40kA (Imax) می باشد. دامنه های پذیرفته شده برای 10 / 350 ms current عبارتند از 0.75Iimp و Iimp. مراجعه به آزمایش وظیفه عملیاتی برای MOVs [4]، پانزده ضربان 8 / 20ms در نمونه MOV اعمال می شود، و فاصله بین ضربانها 60 است. بنابراین، نمودار جریان روش تجربی در شکل 2 نشان داده شده است.

روش تجربی را میتوان به صورت زیر توصیف کرد:

(1) اندازه گیری اولیه: نمونه اولیه MOV با UDC1mA، Ur و عکس در ابتدای آزمایشات مشخص می شود.

(2) پانزده ضربان را اعمال کنید: ژنراتور جریان ضربه ای را برای خروج جریان فعلی ضروری تنظیم کنید. پانزده ضربه با فاصله 60 s بر روی نمونه MOV بطور متوالی اعمال می شود.

(3) شکل های اندازه گیری شده جریانات و ولتاژ MOV را پس از هر کاربرد ضربه ای ضبط کنید.

(4) بازرسی و اندازه گیری های بصری پس از آزمایش. سطح MOV را برای سوراخ کردن یا چرخش بررسی کنید. اندازه گیری UDC1mA و اور پس از آزمایشات. بعد از آزمایشات، عکس های متحرک آسیب دیده را بگیرید. معیارهای گذر برای آزمایش ها، طبق IEC 61643-11 [4]، نیازمند این است که هر دو سوابق ولتاژ و جریان، همراه با بازرسی بصری، هیچ نشانه ای از سوراخ یا چرخش نمونه ها را نشان نمی دهند. علاوه بر این، IEEE Std. C62.62 [5] پیشنهاد می کند که اندازه گیری های پس از اندازه گیری UR (ولتاژ باقی مانده MOV در داخل) نباید بیشتر از 10٪ از پیش آزمون اندازه گیری Ur انجام شود. Std IEC 60099-4 [17] نیز نیاز دارد که UDC1mA نباید بیش از 5٪ بعد از آزمون های ضربه ای از بین نرود.

  1. قابلیت مقاومت در برابر 8 / 20 جریان مهاجم ms

در این بخش، جریانهای امپدانس 8 / 20 با دامنه های 0.75Imax و Imax به ترتیب بر روی نمونه های SPD قرار می گیرند. نسبت تغییر برای posttest اندازه گیری UDC1mA و Ur به صورت زیر تعریف می شود:

جایی که Ucr نشان دهنده نسبت تغییر مقدار اندازه گیری شده است. UAT نشان دهنده مقدار اندازه گیری شده پس از آزمون است. Ubt نشان دهنده ارزش قبل از آزمون است.

3.1 نتایج زیر جریان 8 / 20 ms pulse با اوج 0.75Imax

نتایج آزمایش برای سه نوع MOV در زیر پانزده جریان 8 / 20 مهاجم با حداکثر 0.75Imax (30 kA) در جدول 2 نشان داده شده است. نتیجه برای هر نوع MOV به طور متوسط ​​از سه نمونه مشابه است.

جدول II

نتایج زیر جریان 8 / 20 ms pulse با پیک 30 kA

از TABLEII می توان دید که پس از پانزده موانع 8 / 20 ms در MOVs اعمال می شود، تغییرات UDC1mA و Ur جزئی هستند. "پاس" برای بازبینی بصری بدین معنی نیست که آسیب قابل مشاهده به MOV های آزمایش شده است. علاوه بر این می توان مشاهده کرد که با افزایش ولتاژ محدود MOV، Ucr کوچکتر می شود. مانند Ucr کوچکترین برای V460 نوع MOV است. می توان نتیجه گرفت که این سه نوع MOV ها می تواند تمام پانزده ضربه 8 / 20 ms را با پیک 30 kA منتقل کند.

3.2 نتایج زیر جریان 8 / 20 ms impulse با اوج Imax

با توجه به نتایج تجربی فوق، دامنه جریان 8 / 20 ms به 40 kA (Imax) افزایش می یابد. علاوه بر این، تعدادی از امپدانس ها برای V460 نوع MOV به 20 بایت افزایش می یابد. نتایج تجربی در جدول 3 نشان داده شده است. برای مقایسه جذب انرژی در سه نوع MOVs، Ea / V برای نشان دادن انرژی جذب شده در واحد حجم برای میانگین پانزده یا بیست نفوذ استفاده می شود. در اینجا، "متوسط" در نظر گرفته شده است، زیرا جذب انرژی در MOVs در هر یک از ضربه ها کمی متفاوت است.

جدول III

نتایج زیر جریان 8 / 20 ms pulse با پیک 40 kA

از جدول 3 دیده می شود که وقتی دامنه جاری به 40 kA افزایش می یابد، Ucr برای UDC1mA از 5٪ برای V230 و V275 متفاوت است، هرچند تغییر ولتاژ باقی مانده MOV هنوز در محدوده موثر 10٪ است. بازرسی بصری همچنین نشان می دهد آسیب قابل توجهی در MOVs آزمایش شده است. ForV230 و V275 نوع MOVs، Ea / V به معنای انرژی جذب شده در واحد حجم با میانگین پانزده ضربه است. Ea / V برای V460 نشان دهنده انرژی جذب شده در واحد حجم با میانگین بیست impulses است. جدول III نشان می دهد که MOV های دارای ولتاژ محدود بالاتر (V460) دارای Ea / V بزرگتر نسبت به MOV ها با ولتاژ محدود پایین (V275 و V230) هستند. علاوه بر این، با جریان فعلی که بر روی V460 بارگیری می شود، انرژی جذب شده در واحد حجم (E / V) به تدریج افزایش می یابد، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

بنابراین می توان نتیجه گرفت که MOV های V230 و V275 قادر به تحمل پانزده ضربان فعلی 8 / 20ms با حداکثر Imax نیستند، در حالی که MOV نوع V460 می تواند حداکثر جریان تخلیه را تا امپدانس 20 تحمل کند. این به این معنی است که MOVs با ولتاژ محدود بالاتر، توانایی مقاومت در برابر جریان شتاب 8 / 20ms بهتر است.

4 قابلیت مقاومت در برابر 10 / 350 جریان امپدانس ms

در این بخش، جریان های امپدانس 10 / 350 ms با دامنه های 0.75Iimp و Iimp به ترتیب بر روی نمونه های SPD استفاده می شود.

4.1 نتایج زیر جریان 10 / 350 ms pulse با اوج 0.75Iimp

از آنجا که Iimp از سه نوع MOVs متفاوت است، جریان های 10 / 350 ms با دامنه 4875A در V230 و V275 اعمال می شود، و امپدانس با دامنه 4500 A در V460 اعمال می شود. پس از استفاده از پانزده جریان ضربه، تغییرات برای UDC1mAand Ur در MOVs آزمایش شده در جدول 4 نشان داده شده است. ΣE / V به معنی مجموع E / V برای ضربه های کاربردی است.

از جدول 4 دیده می شود که پس از استفاده از پانزده جریان 10 / 350 ms با اوج 0.75Iimp، V230 می تواند آزمون را منتقل کند، در حالی که تغییر برای UDC1mA از V275 بیش از 5٪ متفاوت است. تورم و ترک جزئی نیز بر روی کپسول سازی پلاستیک V275 ظاهر شد. عکس V275 با ترک جزئی در شکل 4 نشان داده شده است.

برای V460 نوع MOV، پس از هشتم 10 / 350 مسیل ضربان با اوج 4500A اعمال می شود، MOV ترک خورده و ولتاژ و شکل موج جریان اندازه گیری غیر عادی است. برای مقایسه ولتاژ و جریان جریان اندازه گیری شده در زیر هشتم و هشتم 10 / 350 مهاجم ms در V460 در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5 ولتاژ و جریان جریان اندازه گیری شده بر روی V460 تحت ضربان 10 / 350 ms

برای V230 و V275، ΣE / V خلاصه ای از E / V برای پانزده ضربان است. برای V460، ΣE / V خلاصه ای از E / V برای هشت ضربه است. می توان مشاهده کرد که اگرچه Ea / V از V460 بالاتر از V230 و V275 است، مجموع ΣE / Vof V460 کمترین است. با این حال، V460 سخت ترین آسیب را تجربه کرد. این به این معنی است که برای حجم واحد MOV، نقص MOV در جریان 10 / 350 ms به مقدار انرژی جذب شده (Σ E / V) مربوط نیست، اما ممکن است بیشتر به انرژی جذب شده در اثر تک نفوذ مرتبط باشد (Ea / V ) به این ترتیب می توان نتیجه گرفت که V10 تحت جریان X امیدوار کننده 350 / 230 می تواند مقاومت بیشتری نسبت به MOV های نوع V460 داشته باشد. این به این معنی است که MOVs با ولتاژ محدود پایین تر، توانایی مقاومت در برابر جریان 10 / 350 ms را بهتر می کنند، که مخالف خروجی 8 / 20 است.

4.2 نتایج زیر جریان 10 / 350 ms impulse با اوج Iimp

هنگامی که دامنه جریان 10 / 350 ms به Iimp افزایش می یابد، تمام MOV های آزمایش شده نمی توانند پانزده ضربان را گذرانده باشند. نتایج زیر جریان های امپدانس 10 / 350 با دامنه Iimp در جدول V نشان داده شده است، جایی که "تعداد امپدانس مقاومت" به معنای مقدار ضربه ای است که MOV می تواند قبل از شکستن مقاومت کند.

از جدول V مشاهده می شود که V230 با Ea / V از 122.09 J / cm3 می تواند هشت موانع 10 / 350 ms را مقاومت کند، در حالی که V460with Ea / V از 161.09 J / cm3 تنها می تواند سه impulses را منتقل کند، V230 (6500 A) بالاتر از V460 (6000 A) است. این نتیجه گیری را تایید می کند که MOV ها با ولتاژ محدود محدودیت بیشتر تحت 10 / 350 ms current آسیب پذیر هستند. این پدیده را می توان توضیح داد: انرژی زیادی که توسط جریان 10 / 350 ms انجام می شود، در MOV جذب می شود. برای MOV های با ولتاژ محدود محدود تحت جریان 10 / 350 ms، انرژی بیشتری جذب خواهد شد در حجم واحد MOV نسبت به در MOV های با ولتاژ محدود محدود، و جذب انرژی بیش از حد منجر به شکست MOV. با این حال، مکانیزم شکست در حال حاضر تحت 8 / 20 ms تحقیقات بیشتر.

بازرسی های تصویری نشان می دهد که همان شکل آسیب دیده در سه نوع MOV تحت 10 / 350 ms current دیده می شود. یک طرف انحنای پلاستیکی MOV و ورق الکترود مستطیل شکل پوست را خالی کنید. تخلیه مواد ZnO در نزدیکی ورق الکترود ظاهر شد، که ناشی از جریان فلزی بین الکترود MOV و سطح ZnO است. عکس V230 آسیب دیده در شکل 6 نشان داده شده است.

5. نتیجه

SPDs مورد نیاز است تحت جریان جریان تسلیحاتی عمدتا به شکل موج 8 / 20 ms و 10 / 350 ms آزمایش شود. به منظور بررسی و مقایسه توانایی مقاومت در برابر SPDs تحت 8 / 20 ms و 10 / 350 ms جریان های امپدانس، چندین آزمایش با حداکثر جریان تخلیه برای 8 / 20 ms (Imax) و 10 / 350 ms (Iimp) شکل موج انجام می شود ، و همچنین دامنه های 0.75Imax و 0.75Iimp. سه نوع از MOV های معمولی مورد استفاده برای SPDs کلاس I برای تحلیل استفاده می شود. برخی از نتیجه گیری ها می تواند باشد.

(1) MOVs با ولتاژ محدود بالاتر، توانایی مقاومت در برابر 8 / 20ms جریان امپدانس بهتر است. MOVs نوع V230 و V275 قادر به تحمل پانزده ضربان 8 / 20ms با حداکثر Imax نیستند، در حالی که MOV نوع V460 می تواند بیست impulses را منتقل کند.

(2) MOVs با ولتاژ محدود پایین تر بهتر است مقاومت در برابر 10 / 350 ms جریان. نوع MOV V230 می تواند هشت ضربه گیر 10 / 350 ms را با اوج Iimp مقاومت کند، در حالی که V460 تنها می تواند سه امواج را منتقل کند.

(3) با توجه به حجم واحد MOV در جریان 10 / 350 ms در حال حاضر، انرژی جذب شده در اثر تک نفوذ ممکن است به جای نقص MOV به جای جمع شدن انرژی جذب شده در زیر همه اعمال تحرک مرتبط باشد.

(4) همان شکل آسیب دیده در سه نوع MOVs تحت جریان 10 / 350 ms دیده می شود. یک طرف انحنای پلاستیکی MOV و ورق الکترود مستطیل شکل پوست را خالی کنید. تخریب مواد ZnO، ناشی از جریان فلوراید بین ورق الکترود و سطح ZnO، در نزدیکی الکترود MOV ظاهر شد.