Surge protective devices (SPDs) binne ferplichte ûnder testen fan ympuls útfier te wêzen mei haarformulieren fan 8 / 20 ms en 10 / 350 ms. Doch mei de ferbettering fan SPD-produkten, de prestaasjes en tsjinstige mooglikheden fan SPDs ûnder sokke standerttestrinnen nedich binne mear ûndersyk. Om te ûndersykjen en te fergelykjen fan 'e standertfunksje fan SPDs ûnder 8 / 20 ms en 10 / 350 ms stimulearen streamingen, eksperiminten wurde útfierd op trije typen metaal-oxide varistors (MOVs) dy't brûkt wurde foar klas I SPDs. De resultaten litte sjen dat de MOV's mei hegere limiting spannings better ferminderje kinne ûnder 8 / 20ms ympulsstrom, wylst de konklúzje ûnder 10 / 350ms ympulsstrom is tsjinoer. Under 10 / 350 ms aktueel is de MOV-mislearring ferbân mei de opboude enerzjy per ienheid-fermogen ûnder ien-ympuls. Crack is de wichtichste skeakelformulier ûnder 10 / 350ms aktueel, dy't beskreaun wurde kin as ien side fan 'e plastykkapseling fan MOV en de elektroodekken te skiljen. Ablaasje fan it materiaal fan ZnO, feroarsake troch de flinter tusken 'e elektroartblêd en de ZnO-oerflak, ferskynde tichtby de MOV-elektroanod.
Surge protective devices (SPDs) dy't ferbûn binne mei lege spol-elektryske systemen, telecommunication- en sinjaalnetzten, moatte ferplicht wurde ûnder betingsten fan IEC en IEEE-standerts [1-5]. Troch de lokaasje en mooglike ljochtstreaming te leauwen kin it leauwe, sa SPDs moatte ferplicht wurde ûnder ympuls útfier streamen benammen mei wellenfoarmen fan 8 / 20 ms en 10 / 350 ms [4-6]. It hjoeddeiske triemformulier fan 8 / 20 ms wurdt faak brûkt om de bliksemimpuls te simulearjen [6-8]. De nominale oplaadstrom (yn) en de maksimale ûntlostingstream (Imax) fan SPDs binne beide definearre mei de 8 / 20 ms-ympuls-aktuele [4-5]. Boppedat wurdt de hjoeddeistige ympuls fan 8 / 20 ms in soad brûkt foar SPD-residuele spannings- en bedriuwslibbens [4]. 10 / 350ms stimulearre aktueel wurdt normaal brûkt om de direkte bliksem weromkommende stroke-simulator te simulearjen [7-10]. Dizze wierfoarming foldocht de parameter foar de ympuls ûntliteringsstrom foar SPD-test foar klasse I, dy't benammen brûkt wurdt foar de ekstra buro test foar Klasse I SPD [4]. Tidens de type testen [4-5] wurde spesifike nûmere stimulearingen nedich om SPD oan te freegjen. Bygelyks fyftjin 8 / 20 ms-streamen en fiif 10 / 350-ms-stimulêre streamingen binne nedich foar buroblêdtast foar klasse I SPDs [4]. Doch mei de ferbettering fan SPD-produkten, de prestaasjes en tsjinstige mooglikheden fan SPDs ûnder sokke standerttestrinnen nedich binne mear ûndersyk. Foarige ûndersiken wurde normaal konsintrearre op de MOV-prestaasjes ûnder mear 8 / 20 ms-ympuls aktyf [11-14], wylst de prestaasjes ûnder repertearjende 10 / 350 ms-ympuls aktyf binne net hielendal ûndersocht. Boppedat binne de klassen I SPDs, ynstalleare op 'e punten fan hege belesting yn gebouwen en distribúsje, binne mear kwetsber foar bliksem [15-16]. Dêrtroch binne de prestaasjes en standertheidsfunksjes fan 'e klasse I SPDs ûnder 8 / 20 ms en 10 / 350 ms stimulearre streamingen nedich om ûndersyk te wurden. Dit papier eksperimint ûndersiket de standertfermogen fan 'e klasse I SPDs ûnder 8 / 20 ms en 10 / 350 ms ympulsstrings. Trije typen typyske MOV's dy't brûkt wurde foar klasse I SPDs binne fêststeld foar analyze. De aktuele amplitude en oantal stimulearingen wurde oanpast foar ferskate eksperiminten. Fergeliking is útfierd op 'e standertfermogen fan MOV's ûnder de twa soarten fan ympulsstreamen. De foutmodus fan 'e MOV-samples dy't mislearre binne nei testen wurde ek analysearre.
Trije typen typyske MOV's dy't brûkt wurde foar klasse I SPDs wurde fêststeld yn 'e eksperiminten. Foar elke type MOV's wurde 12-problemen makke troch EPCOS ûnder fjouwer soarten eksperiminten. Harren basis parameters binne werjûn yn Tabel I, dêr't Yn fertsjintwurdigje it nominale ôffier hjoeddeistige fan MOVs ûnder 8 / 20μs oanstriid, IMAX fertsjintwurdigje de maksimale discharge aktive ûnder 8 / 20μs oanstriid, Iimp fertsjintwurdigje de maksimale discharge aktive ûnder 10 / 350μs oanstriid, UDC1mA fertsjintwurdigje de MOV-spanning wurdt gemiddeld ûnder 1 mA DC-stream, wêrby't Ur de MOV-residuele spanning ûnder Yn stiet.
1 litte sjen litte de aktuele generator dy't oansluten kin wurde oan 10 / 350 ms en 8 / 20 ms aktuele ympleminten oanpast wurde. De Pearson-spul is oannaam om de stimstroms op 'e getten MOV's te mjitten. De spannende divyzjer mei ferhâlding fan 14.52 wurdt brûkt om de restenspanningen te mjitten. It digitale oszilloskop fan TEK DPO3014 wurdt oannaam om de eksperimintale wierfoarmen op te nimmen.
Neffens de SPD-teststerning [4] hawwe de amplituden fêststeld foar 8 / 20 ms-aktueel ynklusyf 30kA (0.75Imax) en 40kA (Imax). De amplituden dy't fûn binne foar 10 / 350 ms aktueel binne 0.75Iimp en Iimp. Referinsjes op 'e operaasjeopliedingstest foar MOV's [4], fyftjin 8 / 20ms-ympuls wurde tapast op MOV-samples, en it ynterval tusken ympuls is 60 s. Dêrom is it floatkart fan 'e eksperimintele proseduere yn' e ôfbylding fan 2 te sjen.
De eksperimintele proseduere kin beskreaun wurde as:
(1) Inisjale mjittingen: De MOV-samples binne karakterisearre mei UDC1mA, Ur, en foto's oan it begjin fan eksperiminten.
(2) Fyftjin ympulsen oanpakke: Set de ympuls-aktive generator om de fereaske stimulearring út te jaan. Fyftjin ympuls mei ynterval fan 60 s wurde opnij oanwêzich op 'e MOV-samling.
(3) Opnommen wurde de gemiddelde wjergalken fan 'e MOV-streamingen en spanningen nei elke ympulsapplikaasje.
(4) Sicht ynspeksje en mjittings nei de tests. Kontrolearje it oerflak fan 'e MOV foar punting of oerwâld. Meitsje de UDC1mA en de Ur nei de toetsen. Nim foto's fan de beskeadige MOV's nei testen. De trochgeande kritearia foar de eksperiminten, neffens IEC 61643-11 [4], fereasket dat sawol de spannings- en aktuele akten, mei in fisuele ynspeksje, gjin oantsjutting sjen as punkt of oerwâld fan 'e samples. Dêrneist is it IEEE Std. C62.62 [5] befette de posttest gemiddelde Ur (MOV-residuele spanningen by Yn) net mear as 10% ôf te foarkomjen fan 'e foarstest gemiddelde Ur. De Std. IEC 60099-4 [17] freget ek dat de UDC1mA net mear as 5% nei de ympuls teweie ôfwikselje moat.
- De standertfunksje ûnder 8 / 20 ms aktuele stream
Yn dit ûnderdiel wurde de 8 / 20 ms-stimulêre streamingen mei amplituden fan 0.75Imax en Imax tapast op de SPD-samples respektivelik. De feroare ferhâlding foar de posttest bepaalt UDC1mA en de Ur is definiearre as:
wêr't Ucr de feroaring feroare fan de gemiddelde wearden. Uat fertsjintwurdiget de wearde dy't nei de tests fêststeld wurdt. Ubt fertsjintwurdiget de wearde foar teste.
3.1 De resultaten ûnder 8 / 20 ms stimulearje aktueel mei peak fan 0.75Imax
De toetsresultaten foar trije typen MOVs ûnder fyftjin 8 / 20 ms-ympulsstreamen mei peak fan 0.75Imax (30 kA) wurde yn TABELLE II werjûn. It resultaat foar elke type MOV is it gemiddelde fan trije deselde samples.
TABELLE II
Resultaten ûnder 8 / 20 ms stimulearre streamingen mei 30 kA peak
It kin sjogge út TABLEII dat nei fyftjin 8 / 20 ms ympulsen tapast wurde op de MOV's, binne de feroaringen fan UDC1mA en Ur miners. De "Pass" foar fisuele ynspeksje betsjuttet gjin sichtbere skea op 'e teste MOV's. Boppedat kin it beoardiele wurde dat mei de ferheging fan de MOV-beheining spanning de Ucr lytser wurdt. Sa as de Ukr is it lytste foar V460 type MOV. It kin konkludearje dat de trije typen fan MOV's alle fyftjin 8 / 20 ms-ympuls mei 30 kA-peak passe.
3.2 De resultaten ûnder 8 / 20 ms stimulearje aktueel mei peak fan Imax
Troch de eksperimente resultaten hjirboppe wurdt de amplitude fan 8 / 20 ms aktueel ferhege nei 40 kA (Imax). Dêrnjonken wurdt it oantal ympulsen nei tweintich ferhege foar V460 type MOV. De eksperiminteel resultaten binne te sjen yn Tabel III. Om de enerzjyabsorption yn 'e trije type MOV's te fergelykjen, wurdt Ea / V brûkt om' e opboude enerzjy foar ienheid foar volume te fertsjinjen foar it gemiddelde fyftjin of tweintich impulse. Hjirby wurdt de "trochsneed" beskôge omdat de enerzjy opbou yn MOV's inoar ferskille ûnder elke ympuls.
TABELLE III
Resultaten ûnder 8 / 20 ms stimulearre streamingen mei 40 kA peak
It waar te nimmen út TABLE III dat as de hjoeddeistige amplitude wurdt ferhege nei 40 Ka, de UCR foar UDC1mA ôfwike mear as 5% foar V230 en V275, al is de feroaring fan MOV wat immen noch spanning is noch binnen de effektive berik fan 10%. De fisuele ynspeksje lit ek gjin sichtbere skea sjen op 'e getten MOV's. Foar V230 en V275-type MOV's betsjuttet de Ea / V de opboude enerzjy per unitodel mei gemiddeld fan fyftjin ympulzen. De Ea / V foar V460 fertsjintwurdiget de opfallende enerzjy foar ienheid-fermogen mei gemiddeld fan tweintich impulsen. TABELLE III lit sjen dat de MOV's mei hegere limiting spannings (V460) grutter Ea / V hawwe as de MOV's mei legere beheining spannings (V275 en V230). Boppedat nimt de oplossing enerzjy op 'e V460 werhellende enerzjy op' e ienheid volume (E / V) te lizzen, lykas yn 'e ôfbylding fan 3.
Dêrom, kin konkludearre wurde dat de V230 en V275 type MOVs koe net keare fyftjin 8 / 20ms current ympulzen mei hichtepunt fan IMAX, wylst de V460 type MOV keare de maksimale floed hjoeddeistige oant 20 ympulsen. Dit betsjut dat de MOV's mei hegere beheining spannings better ferminder meitsje kinne ûnder 8 / 20ms ympulsstrom.
4. De standertfunksje ûnder 10 / 350 ms ympuls aktyf
Yn dit ûnderdiel wurde de 10 / 350 ms-stimulêre streamingen mei amplituden fan 0.75Iimp en Iimp tapast op de SPD-samples.
4.1 De resultaten ûnder 10 / 350 ms stimulearje aktueel mei peak fan 0.75Iimp
Sûnt de Iimp fan 'e trije soarten MOV's binne oars, 10 / 350 ms streamt mei amplitude fan 4875A op V230 en V275, en ympuls mei amplitude fan 4500 A wurde tapast op V460. Nei it tapassen fan fyftjin ympulsströmen binne de wizigingen foar UDC1mAr en Ur op 'e getten MOV's yn TABLE IV werjûn. De ΣE / V betsjuttet de gearkomste fan E / V foar de oanwêzige ympulsen.
It kin sjoen fanút TABLE IV dat nei it tapassen fan fyftjin 10 / 350 ms kolken mei in hichtepunt fan 0.75Iimp, de V230 koe foarby de test, wylst de feroaring foar UDC1mA fan V275 ôfwike mear as 5%. Swelling en lytse knip ferskynden ek op 'e plastikske kapsulaasje fan V275. De foto fan V275 mei lytse knip is yn 'e ôfbylding fan 4 te sjen.
Foar V460-type MOV, nei't de achtste 10 / 350-ms-ympuls mei peak fan 4500A oanwêzich is, wurdt de MOV knakke en de gemoelde spanning en aktuele toetsfoarmen binne ûngewoan. Foar fergeliking binne de gemiddelde spannings- en aktuele triemmen ûnder de sânde en achtste 10 / 350 ms-ympuls op V460 yn 'e ôfbylding fan 5.
Fig. 5. De gemiddelde spanning en aktuele toetsfoarmen op V460 ûnder 10 / 350 ms ympuls
Foar V230 en V275, ΣE / V is de gearfetting fan E / V foar fyftjin ympulsen. Foar V460, ΣE / V is de gearkomste fan E / V foar acht ympulzen. It kin wurde beoardield dat de Ea / V fan V460 heger is as dy fan V230 en V275, de totale ΣE / Vof V460 is de leechste. De V460 krige lykwols de meast serieuze skea. Dit betsjut dat it MOV-flater ûnder it 10 / 350 ms-aktuer net ferbân is mei de totale opboude enerzjy (Σ E / V), mar kin mear ferbân wêze mei de opboude enerzjy ûnder ien ympul (Ea / V ). It kin konkludearje dat ûnder 10 / 350 ms ympuls aktyf wêze kin, kin de V230 mear ympuls as it V460 type MOV's wjerhâlde. Dit betsjut dat de MOV's mei legere limyting spannings better ferminder meitsje kinne ûnder 10 / 350 ms aktuele, dy't tsjinoersteld is fan 'e konklúzje ûnder 8 / 20 ms ympulsstrom.
4.2 De resultaten ûnder 10 / 350 ms stimulearje aktueel mei peak fan Iimp
As de amplitude fan 10 / 350 ms-aktuer ferhege wurdt nei Iimp, kinne alle getten MOV's gjin fyftjin ympulsen passe. De resultaten ûnder 10 / 350 ms stimulearre stringen mei amplituden fan Iimp binne te sjen yn TABELLE V, wêrby't it "standert ympuls nûmer" betsjuttet dat de MOV foarôfstekke kin.
It waar te nimmen út TABLE V dat de V230 mei Ea / V fan 122.09 J / cm3 keare acht 10 / 350 ms ympulsen wylst de V460with Ea / V fan 161.09 J / cm3 koe allinnich foarby trije driuwfearren, al is de pyk hjoeddeistige oannommen foar V230 (6500 A) is heger dan dat foar V460 (6000 A). Dit befetsje de konklúzje dat de MOV's mei hege beheining spanning makliker ûnder 10 / 350 ms aktuele skeakel wurde. Dit ferskynsel kin ferklearre wurde as: de grutte enerzjy dy't troch 10 / 350 ms aktuele wearden wurdt bewarre yn MOV's. Foar MOV's mei hege begrippe spannings ûnder 10 / 350 ms aktueel, folle mear enerzjy wurde yn 'e unit-volume fan MOV opnommen as dy yn' e MOV's mei leech-spannende spanning, en de hege enerzjy-oplossing sil liede ta MOV-mislearring. De mislearre meganisme ûnder 8 / 20 ms aktuele ferlet mear ûndersyk.
Sicht ynspeksje lit sjen dat deselde skeakelformulier op 'e trije typen fan MOVs ûnder 10 / 350 ms aktuele beoardielje is. Ien kant fan 'e plastykkapseling fan MOV en de rjochthoekige elektroedekken skodde ôf. De ablaasje fan ZnO materiaal ferskynde tichtby de elektroedekleat, wat feroarsake is troch de flakby tusken de MOV-elektro-modus en de ZnO-oerflak. De foto fan skeaike V230 is yn 'e ôfbylding 6 te sjen.
5. Konklúzje
SPDs moatte ferplicht wurde ûnder ympuls útfier streamen benammen mei wierfoarmen fan 8 / 20 ms en 10 / 350 ms. Om te ûndersykjen en ferlykje de withstand kapasiteit fan SPDs ûnder 8 / 20 ms en 10 / 350 ms impulse streamingen, ferskate eksperiminten wurde útfierd mei maksimale floed hjoeddeistige for 8 / 20 ms (IMAX) en 10 / 350 ms (Iimp) waveform , lykas amplituden fan 0.75Imax en 0.75Iimp. Trije typen typyske MOV's dy't brûkt wurde foar klasse I SPDs binne fêststeld foar analyze. Guon konklúzjes kinne tekene wurde.
(1) De MOV's mei hegere limiting spannings hawwe bettere standertfunksje ûnder 8 / 20ms ympuls aktyf. De V230- en V275-type MOV's kinnen net fyftjin 8 / 20ms ympuls mei hichtepunt fan Imax, wylst de V460-type MOV tweintich ympulsen passe.
(2) De MOV's mei legere beheining spanning hawwe bettere standertfunksje ûnder 10 / 350 ms aktuele. De V230-type MOV koe acht 10 / 350-ms-ympulsen stande mei spits fan Iimp, wylst de V460 allinnich trije ympulsen passe.
(3) Troch it unitodegrutte fan MOV ûnder 10 / 350 ms aktueel te ferwachtsjen, kin de opsleine enerzjy ûnder ienfloed mei relatearre wurde mei MOV-mislearring, yn stee fan de gearfetting fan opnommen enerzjy ûnder alle oanwêzige ympulsen.
(4) Same skeakelformulier wurdt bepaald op trije types MOVs ûnder 10 / 350 ms-streamen. Ien kant fan 'e plastykkapseling fan MOV en de rjochthoekige elektroedekken skodde ôf. Ablaasje fan it materiaal fan ZnO, feroarsake troch fermogens tusken de elektroartblêd en de ZnO-oerflak, ferskynde yn 'e buert fan' e elektromodus.