मुख्य रूप से 8 / 20 ms और 10 / 350 ms की तरंगों के साथ आवेग निर्वहन धाराओं के तहत बड़े सुरक्षात्मक उपकरणों (SPDs) का परीक्षण किया जाना आवश्यक है। हालांकि, एसपीडी उत्पादों के सुधार के साथ, इस तरह के मानक परीक्षण धाराओं के तहत एसपीडी के प्रदर्शन और क्षमता का सामना करना पड़ता है। 8 / 20 ms और 10 / 350 ms आवेग धाराओं के तहत SPDs की झेलने की क्षमता की जांच करने और उनकी तुलना करने के लिए, कक्षा I SPDs के लिए उपयोग किए जाने वाले तीन प्रकार के विशिष्ट धातु-ऑक्साइड varistors (MOV) पर प्रयोग किए जाते हैं। परिणाम बताते हैं कि उच्च सीमित वोल्टेज वाले MOV में 8 / 20ms आवेग के तहत क्षमता का सामना करना बेहतर होता है, जबकि 10 / 350ms आवेग के तहत निष्कर्ष विपरीत होता है। 10 / 350 एमएस वर्तमान के तहत, MOV विफलता एकल आवेग के तहत प्रति इकाई मात्रा में अवशोषित ऊर्जा से संबंधित है। क्रैक 10 / 350ms वर्तमान के तहत मुख्य क्षति रूप है, जिसे MOV प्लास्टिक एनकैप्सुलेशन और इलेक्ट्रोड शीट को छीलने के एक तरफ के रूप में वर्णित किया जा सकता है। इलेक्ट्रोड शीट और ZnO सतह के बीच फ़्लैशओवर के कारण ZnO सामग्री का पृथक्करण, MOV इलेक्ट्रोड के पास दिखाई दिया।

1। परिचय

लोवोल्टेज पावर सिस्टम, दूरसंचार और सिग्नल नेटवर्क से जुड़े सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइस (एसपीडी) को आईईसी और आईईईई मानकों [1-5] की आवश्यकताओं के तहत परीक्षण किया जाना आवश्यक है। स्थान और संभावित प्रकाश धारा को ध्यान में रखते हुए, ऐसे एसपीडी को मुख्य रूप से 8/20 एमएस और 10/350 एमएस [4-6] के तरंग रूपों के साथ आवेग निर्वहन धाराओं के तहत परीक्षण करने की आवश्यकता होती है। 8/20 एमएस की वर्तमान तरंग का उपयोग आमतौर पर बिजली के आवेग को अनुकरण करने के लिए किया जाता है [6-8]। एसपीडी के नाममात्र डिस्चार्ज करंट (इन) और अधिकतम डिस्चार्ज करंट (आईमैक्स) दोनों को 8/20 एमएस आवेग करंट [4-5] के साथ परिभाषित किया गया है। इसके अलावा, 8/20 एमएस वर्तमान आवेग का व्यापक रूप से एसपीडी अवशिष्ट वोल्टेज और ऑपरेटिंग ड्यूटी परीक्षणों के लिए उपयोग किया जाता है [4]। 10/350ms आवेग धारा का उपयोग आमतौर पर प्रत्यक्ष बिजली रिटर्न स्ट्रोक धारा [7-10] को अनुकरण करने के लिए किया जाता है। यह तरंगरूप कक्षा I एसपीडी परीक्षण के लिए आवेग निर्वहन धारा के मापदंडों को पूरा करता है, जिसका उपयोग विशेष रूप से कक्षा I एसपीडी के लिए अतिरिक्त कर्तव्य परीक्षण के लिए किया जाता है [4]। प्रकार परीक्षणों [4-5] के दौरान, एसपीडी पर निर्दिष्ट संख्या में आवेग धाराओं को लागू करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कक्षा I एसपीडी [8] के लिए परिचालन कर्तव्य परीक्षण के लिए पंद्रह 20/10 एमएस धाराएं और पांच 350/4 एमएस आवेग धाराएं आवश्यक हैं। हालाँकि, एसपीडी उत्पादों के सुधार के साथ, ऐसे मानक परीक्षण धाराओं के तहत एसपीडी के प्रदर्शन और झेलने की क्षमता को और अधिक जांच की आवश्यकता है। पिछले शोध आमतौर पर एकाधिक 8/20 एमएस आवेग धारा [11-14] के तहत एमओवी प्रदर्शन पर केंद्रित थे, जबकि दोहराया 10/350 एमएस आवेग वर्तमान के तहत प्रदर्शन की पूरी तरह से जांच नहीं की गई है। इसके अलावा, इमारतों और वितरण प्रणालियों में उच्च जोखिम वाले बिंदुओं पर स्थापित क्लास I एसपीडी, बिजली के झटके के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं [15-16]। इसलिए, 8/20 एमएस और 10/350 एमएस आवेग धाराओं के तहत कक्षा I एसपीडी के प्रदर्शन और झेलने की क्षमता की जांच करना आवश्यक है। यह पेपर प्रयोगात्मक रूप से 8/20 एमएस और 10/350 एमएस आवेग धाराओं के तहत कक्षा I एसपीडी की झेलने की क्षमता की जांच करता है। विश्लेषण के लिए कक्षा I एसपीडी के लिए उपयोग किए जाने वाले तीन प्रकार के विशिष्ट एमओवी को अपनाया जाता है। वर्तमान आयाम और आवेगों की संख्या को कई प्रयोगों के लिए समायोजित किया जाता है। तुलना दो प्रकार की आवेग धाराओं के तहत एमओवी की झेलने की क्षमता पर की जाती है। परीक्षण के बाद विफल हुए एमओवी नमूनों की विफलता मोड का भी विश्लेषण किया जाता है।

2. प्रयोग का लेआउट

प्रयोगों में कक्षा I एसपीडी के लिए उपयोग किए जाने वाले तीन प्रकार के विशिष्ट एमओवी अपनाए गए हैं। प्रत्येक प्रकार के एमओवी के लिए, ईपीसीओएस द्वारा बनाए गए 12 नमूनों को चार प्रकार के प्रयोगों के तहत अपनाया जाता है। उनके बुनियादी पैरामीटर तालिका I में दिखाए गए हैं, जहां 8/20µs आवेग के तहत MOV के नाममात्र डिस्चार्ज करंट का प्रतिनिधित्व करते हैं, Imax 8/20µs आवेग के तहत अधिकतम डिस्चार्ज करंट का प्रतिनिधित्व करते हैं, Iimp 10/350µs आवेग के तहत अधिकतम डिस्चार्ज करंट का प्रतिनिधित्व करते हैं, UDC1mA प्रतिनिधित्व करते हैं MOV वोल्टेज को 1 mA DC करंट के तहत मापा जाता है, Ur In के तहत MOV अवशिष्ट वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है।

चित्र 1 आवेग धारा जनरेटर को दर्शाता है जिसे 10/350 एमएस और 8/20 एमएस वर्तमान आवेगों के आउटपुट के लिए समायोजित किया जा सकता है। परीक्षण किए गए एमओवी पर आवेग धाराओं को मापने के लिए पियर्सन कॉइल को अपनाया जाता है। 14.52 के अनुपात वाले वोल्टेज विभक्त का उपयोग अवशिष्ट वोल्टेज को मापने के लिए किया जाता है। प्रायोगिक तरंगों को रिकॉर्ड करने के लिए TEK DPO3014 के डिजिटल ऑसिलोस्कोप को अपनाया जाता है।

एसपीडी परीक्षण मानक [4] के अनुसार, 8/20 एमएस करंट के लिए अपनाए गए आयामों में 30kA (0.75Imax) और 40kA (Imax) शामिल हैं। 10/350 एमएस करंट के लिए अपनाए गए आयामों में 0.75Iimp और Iimp शामिल हैं। MOVs के लिए ऑपरेटिंग ड्यूटी परीक्षण का संदर्भ [4], MOV नमूनों पर पंद्रह 8/20ms आवेग लागू होते हैं, और आवेगों के बीच का अंतराल 60 s है। इसलिए, प्रायोगिक प्रक्रिया का फ़्लोचार्ट चित्र 2 में दिखाया गया है।

प्रायोगिक प्रक्रिया को इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है:

(1) प्रारंभिक माप: प्रयोगों की शुरुआत में एमओवी नमूनों को यूडीसी1एमए, यूआर और तस्वीरों के साथ चित्रित किया गया है।

(2) पंद्रह आवेग लागू करें: मांग किए गए आवेग वर्तमान को आउटपुट करने के लिए आवेग वर्तमान जनरेटर को समायोजित करें। 60 एस के अंतराल के साथ पंद्रह आवेगों को एमओवी नमूने पर क्रमिक रूप से लागू किया जाता है।

(3) प्रत्येक आवेग अनुप्रयोग के बाद एमओवी धाराओं और वोल्टेज के मापे गए तरंग रूपों को रिकॉर्ड करें।

(4) परीक्षण के बाद दृश्य निरीक्षण और माप। पंचर या फ्लैशओवर के लिए MOV की सतह की जाँच करें। परीक्षण के बाद UDC1mA और Ur को मापें। परीक्षण के बाद क्षतिग्रस्त MOV की तस्वीरें लें। आईईसी 61643-11 [4] के अनुसार, प्रयोगों के लिए पास मानदंड की आवश्यकता है कि दृश्य निरीक्षण के साथ वोल्टेज और वर्तमान रिकॉर्ड दोनों, नमूनों के पंचर या फ्लैशओवर का कोई संकेत नहीं दिखाएंगे। इसके अलावा, IEEE Std. सी62.62 [5] ने सुझाव दिया कि परीक्षण के बाद मापा गया यूआर (इन पर एमओवी अवशिष्ट वोल्टेज) पहले से मापा गया यूआर से 10% से अधिक विचलित नहीं होगा। एसटीडी. IEC 60099-4 [17] के लिए यह भी आवश्यक है कि आवेग परीक्षण के बाद UDC1mA 5% से अधिक विचलन न करे।

  1. 8/20 के तहत झेलने की क्षमता एमएस आवेग धारा

इस खंड में, 8आईमैक्स और आईमैक्स के आयाम के साथ 20/0.75 एमएस आवेग धाराएं क्रमशः एसपीडी नमूनों पर लागू की जाती हैं। परीक्षण के बाद मापे गए UDC1mA और Ur के लिए परिवर्तन अनुपात को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

जहां, यूसीआर मापा मूल्यों के परिवर्तन अनुपात का प्रतिनिधित्व करता है। यूएटी परीक्षणों के बाद मापा गया मूल्य दर्शाता है। यूबीटी परीक्षणों से पहले मापा गया मूल्य दर्शाता है।

3.1 8 आईमैक्स के शिखर के साथ 20/0.75 एमएस आवेग धारा के तहत परिणाम

8आईमैक्स (20 केए) के शिखर के साथ पंद्रह 0.75/30 एमएस आवेग धाराओं के तहत तीन प्रकार के एमओवी के परीक्षण परिणाम तालिका II में दिखाए गए हैं। प्रत्येक प्रकार के MOV का परिणाम तीन समान नमूनों का औसत है।

तालिका II

8 केए शिखर के साथ 20/30 एमएस आवेग धाराओं के तहत परिणाम

TABLEII से यह देखा जा सकता है कि MOV पर पंद्रह 8/20 एमएस आवेग लागू होने के बाद, UDC1mA और Ur में परिवर्तन मामूली हैं। दृश्य निरीक्षण के लिए "पास" का मतलब है कि परीक्षण किए गए एमओवी पर कोई दृश्यमान क्षति नहीं है। इसके अलावा, यह देखा जा सकता है कि MOV सीमित वोल्टेज में वृद्धि के साथ, Ucr छोटा हो जाता है। जैसे V460 प्रकार MOV के लिए Ucr सबसे छोटा है। यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि तीन प्रकार के एमओवी 8 केए शिखर के साथ पंद्रह 20/30 एमएस आवेग को पारित कर सकते हैं।

3.2 आईमैक्स के शिखर के साथ 8/20 एमएस आवेग धारा के तहत परिणाम

उपरोक्त प्रयोगात्मक परिणामों को ध्यान में रखते हुए, 8/20 एमएस धारा का आयाम 40 केए (आईमैक्स) तक बढ़ा दिया गया है। इसके अलावा, V460 प्रकार MOV के लिए आवेगों की संख्या बढ़ाकर बीस कर दी गई है। प्रयोगात्मक परिणाम तालिका III में दिखाए गए हैं। तीन प्रकार के एमओवी में ऊर्जा अवशोषण की तुलना करने के लिए, पंद्रह या बीस आवेगों के औसत के लिए प्रति यूनिट मात्रा में अवशोषित ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करने के लिए ईए/वी का उपयोग किया जाता है। यहां, "औसत" पर विचार किया जाता है क्योंकि एमओवी में ऊर्जा अवशोषण प्रत्येक आवेग के तहत थोड़ा अलग होता है।

तालिका III

8 केए शिखर के साथ 20/40 एमएस आवेग धाराओं के तहत परिणाम

तालिका III से यह देखा जा सकता है कि जब वर्तमान आयाम 40 kA तक बढ़ जाता है, तो UDC1mA के लिए Ucr V5 और V230 के लिए 275% से अधिक विचलन करता है, हालांकि MOV अवशिष्ट वोल्टेज का परिवर्तन अभी भी 10% की प्रभावी सीमा के भीतर है। दृश्य निरीक्षण से यह भी पता चलता है कि परीक्षण किए गए एमओवी पर कोई दृश्यमान क्षति नहीं हुई है। V230 और V275 प्रकार के MOV के लिए, Ea/V का अर्थ है औसतन पंद्रह आवेगों के साथ प्रति इकाई आयतन में अवशोषित ऊर्जा। V460 के लिए Ea/V बीस आवेगों के औसत के साथ प्रति इकाई आयतन में अवशोषित ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करता है। तालिका III से पता चलता है कि उच्च सीमित वोल्टेज (V460) वाले MOV में कम सीमित वोल्टेज (V275 और V230) वाले MOV की तुलना में बड़ा Ea/V होता है। इसके अलावा, V460 पर बार-बार आवेग धारा लगाने से, प्रति इकाई आयतन में अवशोषित ऊर्जा (ई/वी) धीरे-धीरे बढ़ती है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है।

इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि V230 और V275 प्रकार के MOV, Imax के शिखर के साथ पंद्रह 8/20ms वर्तमान आवेगों का सामना नहीं कर सकते, जबकि V460 प्रकार के MOV 20 आवेगों तक अधिकतम डिस्चार्ज वर्तमान का सामना कर सकते हैं। इसका मतलब यह है कि उच्च सीमित वोल्टेज वाले MOV में 8/20ms आवेग धारा के तहत बेहतर क्षमता होती है।

4. 10/350 एमएस आवेग धारा के तहत झेलने की क्षमता

इस खंड में, 10Iimp और Iimp के आयामों के साथ 350/0.75 एमएस आवेग धाराएं क्रमशः एसपीडी नमूनों पर लागू की जाती हैं।

4.1 10Iimp के शिखर के साथ 350/0.75 एमएस आवेग धारा के तहत परिणाम

चूँकि तीनों प्रकार के MOV के Iimp अलग-अलग हैं, V10 और V350 पर 4875A के आयाम के साथ 230/275 ms धाराएँ लागू की जाती हैं, और 4500 A के आयाम के साथ आवेग V460 पर लागू किए जाते हैं। पंद्रह आवेग धाराओं को लागू करने के बाद, परीक्षण किए गए MOV पर UDC1mA और Ur के लिए परिवर्तन तालिका IV में दिखाए गए हैं। ∑E/V का अर्थ लागू आवेगों के लिए E/V का योग है।

तालिका IV से यह देखा जा सकता है कि 10Iimp के शिखर के साथ पंद्रह 350/0.75 एमएस धाराओं को लागू करने के बाद, V230 परीक्षण पास कर सकता है, जबकि V1 के UDC275mA के लिए परिवर्तन 5% से अधिक विचलन करता है। V275 के प्लास्टिक एनकैप्सुलेशन पर सूजन और मामूली दरार भी दिखाई दी। मामूली दरार के साथ V275 की तस्वीर चित्र 4 में दिखाई गई है।

V460 प्रकार के MOV के लिए, 10A के शिखर के साथ आठवें 350/4500 एमएस आवेग को लागू करने के बाद, MOV टूट जाता है और मापा वोल्टेज और वर्तमान तरंग असामान्य हो जाते हैं। तुलना के लिए, V10 पर सातवें और आठवें 350/460 एमएस आवेग के तहत मापा वोल्टेज और वर्तमान तरंग रूपों को चित्र 5 में दिखाया गया है।

चित्र 5. 460/10 एमएस आवेग के तहत V350 पर मापा गया वोल्टेज और वर्तमान तरंग

V230 और V275 के लिए, ∑E/V पंद्रह आवेगों के लिए E/V का योग है। V460 के लिए,∑E/V आठ आवेगों के लिए E/V का योग है। यह देखा जा सकता है कि यद्यपि V460 का Ea/V V230 और V275 की तुलना में अधिक है, कुल ∑E/Vof V460 सबसे कम है। हालाँकि, V460 को सबसे गंभीर क्षति हुई। इसका मतलब यह है कि MOV की इकाई मात्रा के लिए, 10/350 एमएस करंट के तहत MOV विफलता कुल अवशोषित ऊर्जा (∑ E/V) से संबंधित नहीं है, लेकिन एकल आवेग (Ea/V) के तहत अवशोषित ऊर्जा से अधिक संबंधित हो सकती है। ). यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि 10/350 एमएस आवेग धारा के तहत, V230 V460 प्रकार MOV की तुलना में अधिक आवेगों का सामना कर सकता है। इसका मतलब यह है कि कम सीमित वोल्टेज वाले एमओवी में 10/350 एमएस करंट के तहत बेहतर क्षमता होती है, जो 8/20 एमएस आवेग करंट के तहत निष्कर्ष से विपरीत है।

4.2 आईआईएमपी के शिखर के साथ 10/350 एमएस आवेग धारा के तहत परिणाम

जब 10/350 एमएस धारा का आयाम आईआईपी तक बढ़ाया जाता है, तो सभी परीक्षण किए गए एमओवी पंद्रह आवेगों को पार नहीं कर सके। Iimp के आयाम के साथ 10/350 एमएस आवेग धाराओं के तहत परिणाम तालिका V में दिखाए गए हैं, जहां "आवेग संख्या को समझें" का मतलब आवेग राशि है जिसे MOV दरार से पहले झेल सकता है।

तालिका V से यह देखा जा सकता है कि 230 J/cm122.09 के Ea/V के साथ V3 आठ 10/350 ms आवेगों का सामना कर सकता है, जबकि 460 J/cm161.09 के Ea/V के साथ V3 केवल तीन आवेगों को पार कर सकता है, हालांकि इसके लिए पीक करंट अपनाया गया है। V230 (6500 A) V460 (6000 A) से अधिक है। यह इस निष्कर्ष को मान्य करता है कि उच्च सीमित वोल्टेज वाले MOV 10/350 एमएस करंट के तहत अधिक आसानी से क्षतिग्रस्त हो जाते हैं। इस घटना को इस प्रकार समझाया जा सकता है: 10/350 ms धारा द्वारा वहन की गई बड़ी ऊर्जा MOV में अवशोषित हो जाएगी। 10/350 एमएस करंट के तहत उच्च सीमित वोल्टेज वाले एमओवी के लिए, कम सीमित वोल्टेज वाले एमओवी की तुलना में एमओवी की इकाई मात्रा में बहुत अधिक ऊर्जा अवशोषित की जाएगी, और अत्यधिक ऊर्जा अवशोषण से एमओवी विफलता हो जाएगी। हालाँकि, 8/20 एमएस करंट के तहत विफलता तंत्र की अधिक जांच की आवश्यकता है।

दृश्य निरीक्षण से पता चलता है कि 10/350 एमएस करंट के तहत तीन प्रकार के एमओवी पर समान क्षति का रूप देखा जाता है। MOV प्लास्टिक एनकैप्सुलेशन का एक तरफ और आयताकार इलेक्ट्रोड शीट छिल जाता है। ZnO सामग्री का पृथक्करण इलेक्ट्रोड शीट के पास दिखाई दिया, जो MOV इलेक्ट्रोड और ZnO सतह के बीच फ्लैशओवर के कारण होता है। क्षतिग्रस्त V230 की तस्वीर चित्र 6 में दिखाई गई है।

5. निष्कर्ष

एसपीडी को मुख्य रूप से 8/20 एमएस और 10/350 एमएस के तरंग रूपों के साथ आवेग निर्वहन धाराओं के तहत परीक्षण करने की आवश्यकता होती है। 8/20 एमएस और 10/350 एमएस आवेग धाराओं के तहत एसपीडी की झेलने की क्षमता की जांच और तुलना करने के लिए, 8/20 एमएस (आईमैक्स) और 10/350 एमएस (आईआईएमपी) तरंग के लिए अधिकतम डिस्चार्ज करंट के साथ कई प्रयोग किए गए हैं। , साथ ही 0.75Imax और 0.75Iimp के आयाम। विश्लेषण के लिए कक्षा I एसपीडी के लिए उपयोग किए जाने वाले तीन प्रकार के विशिष्ट एमओवी को अपनाया जाता है। कुछ निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं.

(1) उच्च सीमित वोल्टेज वाले एमओवी में 8/20 एमएस आवेग धारा के तहत बेहतर झेलने की क्षमता होती है। V230 और V275 प्रकार के MOV, Imax के शिखर के साथ पंद्रह 8/20ms आवेगों का सामना नहीं कर सके, जबकि V460 प्रकार के MOV बीस आवेगों को पार कर सकते थे।

(2) कम सीमित वोल्टेज वाले एमओवी में 10/350 एमएस करंट के तहत बेहतर क्षमता होती है। V230 प्रकार का MOV Iimp के शिखर के साथ आठ 10/350 एमएस आवेगों का सामना कर सकता है, जबकि V460 केवल तीन आवेगों को पार कर सकता है।

(3) 10/350 एमएस करंट के तहत एमओवी की इकाई मात्रा को ध्यान में रखते हुए, एकल आवेग के तहत अवशोषित ऊर्जा सभी लागू आवेगों के तहत अवशोषित ऊर्जा के योग के बजाय एमओवी विफलता से संबंधित हो सकती है।

(4) 10/350 एमएस धाराओं के तहत तीन प्रकार के एमओवी पर समान क्षति का रूप देखा जाता है। MOV प्लास्टिक एनकैप्सुलेशन का एक तरफ और आयताकार इलेक्ट्रोड शीट छिल जाता है। इलेक्ट्रोड शीट और ZnO सतह के बीच फ्लैशओवर के कारण ZnO सामग्री का पृथक्करण MOV इलेक्ट्रोड के पास दिखाई दिया।