Aparèy pwoteksyon pou monte (SPD) oblije fè tès anba kouran enpilsyon ekoulman sitou avèk trase 8 / 20 ms ak 10 / 350 ms. Sepandan, ak amelyorasyon nan pwodwi SPD, pèfòmans lan ak kenbe tèt ak kapasite nan SPDs anba kouran tès estanda sa yo bezwen plis envestigasyon. Yo nan lòd yo mennen ankèt sou epi konpare reziste kapasite a nan SPD anba 8 / 20 ms ak 10 / 350 ms enpilsyon kouran, eksperyans yo te pote soti sou twa kalite tipik metal-oksid varistors (MOVs) ki yo te itilize pou klas mwen SPDs. Rezilta yo montre ke MOVs yo ak pi wo vòltaj limite gen pi bon kenbe tèt ak kapasite anba 8 / 20ms enpilsyon aktyèl, pandan y ap konklizyon an anba 10 / 350ms enpilsyon kounye a se opoze. Anba 10 / 350 ms aktyèl, echèk la MOV ki gen rapò ak enèji a absòbe pou chak volim inite anba enpilsyon sèl. Krak se fòm nan domaj prensipal anba 10 / 350ms kounye a, ki ka dekri tankou yon sèl bò nan ankapsulasyon an plastik MOV ak fèy la electrodes penti kap dekale la. Ablasyon nan materyèl la ZnO, ki te koze pa flache nan ant fèy electrode a ak sifas ZnO, parèt tou pre electrodes la MOV.

1. Entwodiksyon

Aparèy pwoteksyon pou monte (SPDs) ki konekte ak sistèm pouvwa ba-volt, telekominikasyon ak rezo siyal yo oblije fè tès anba kondisyon ki nan IEC ak IEEE estanda [1-5]. Lè ou konsidere ki kote ak posib ekleraj aktyèl li ka soufri, SPD sa yo oblije fè tès anba kouran enpilsyon ekoulman sitou ak trase nan 8 / 20 ms ak 10 / 350 ms [4-6]. Ond aktyèl la nan 8 / 20 ms se souvan itilize simulation enpilsyon la zèklè [6-8]. Kouran an egzeyat nominal (Nan) ak aktyèl la egzeyat maksimòm (Imax) nan SPD yo tou de defini ak 8 / 20 ms enpilsyon aktyèl la [4-5]. Anplis, 8 / 20 ms enpilsyon aktyèl la se lajman itilize pou SPD vòltaj rezidyèl ak tès opere devwa [4]. 10 / 350ms enpilsyon aktyèl anjeneral yo itilize simulation dirèk zèklè retounen konjesyon serebral aktyèl la [7-10]. Ond sa a satisfè paramèt yo pou kouran an ekoulman enpak pou tès klas mwen SPD, ki se espesyalman itilize pou tès la devwa adisyonèl pou klas mwen SPDs [4]. Pandan tès yo ki kalite [4-5], yo espesifye kantite kouran enpilsyon oblije aplike sou SPDs. Pou egzanp, kenz 8 / 20 ms kouran ak senk 10 / 350 ms kouran enpilsyon yo gen obligasyon pou opere tès devwa pou klas mwen SPDs [4]. Sepandan, ak amelyorasyon nan pwodwi SPD, pèfòmans lan ak kenbe tèt ak kapasite nan SPDs anba kouran tès estanda sa yo bezwen plis envestigasyon. Rechèch sa yo anjeneral konsantre sou pèfòmans MOV la anba plizyè 8 / 20 ms enpilsyon aktyèl [11-14], pandan y ap pèfòmans lan anba repete 10 / 350 ms enpilsyon aktyèl pa te envestige yo byen. Anplis, SPD yo klas mwen, enstale nan pwen yo nan ekspoze segondè nan bilding ak sistèm distribisyon, yo pi vilnerab a kou zeklè [15-16]. Se poutèt sa, pèfòmans lan ak kenbe tèt kapasite nan SPDs klas I anba 8 / 20 ms ak 10 / 350 ms enpilsyon kouran yo nesesè yo dwe envestige. Papye sa a envestige eksperimantalman kapasite a rezistan nan klas mwen SPDs anba 8 / 20 ms ak 10 / 350 ms enpilsyon kouran. Twa kalite MOV tipik yo itilize pou klas I SPD yo adopte pou analiz. Yo anplwaye anplitid ak kantite enpilsyon aktyèl yo pou plizyè eksperyans. Konparezon se te pote soti sou kapasite a kenbe tèt ak MOVs anba de kalite enpilsyon kouran. Mòd echèk la nan echantiyon yo MOV ki echwe apre tès yo tou analize.

2. Layout nan Eksperyans la

Twa kalite MOV tipik yo itilize pou klas I SPD yo adopte nan eksperyans yo. Pou chak kalite MOVs, yo adopte echantiyon 12 pa EPCOS anba kat kalite eksperyans. Paramèt debaz yo yo montre nan TAB I, kote Nan reprezante aktyèl la egzeyat nominal nan MOVs anba enpilsyon 8 / 20µs, Imax reprezante aktyèl la egzeyat maksimòm anba enpilsyon 8 / 20µs, Iimp reprezante aktyèl la egzeyat maksimòm anba 10 / enpilsyon 350, UDC1mA reprezante. Volim MOV la mezire anba 1 mA aktyèl DC, Ur reprezante MOV vòltaj nan rezidyèl anba Nan.

Fig. 1 montre dèlko enpilsyon aktyèl la ki ka ajiste nan pwodiksyon 10 / 350 ms ak 8 / 20 ms enpilsyon aktyèl. Se bobin nan Pearson adopte ki mezire kouran enpilsyon sou MOVs yo teste. Se divizeur la vòltaj ki gen rapò nan 14.52 itilize mezire tensions rezidyèl yo. Osiloskop dijital la nan TEK DPO3014 se adopte nan dosye fòm yo eksperimantal.

Selon estanda tès SPD [4], anplitud yo adopte pou aktyèl 8 / 20 ms gen ladan 30kA (0.75Imax) ak 40kA (Imax). Amplitudes yo te adopte pou 10 / 350 ms aktyèl genyen ladan yo 0.75Iimp ak Iimp. Referans a tès la devwa opere pou MOVs [4], kenz 8 / 20ms enpils yo ap aplike sou echantiyon MOV, ak entèval ki genyen ant enpilsyon se 60 s. Se poutèt sa, se òganigram nan pwosedi eksperimantal la nan Fig. 2.

Pwosedi eksperimantal la ka dekri tankou:

(1) mezi inisyal: echantiyon yo MOV yo karakterize ak UDC1mA, lavil Our, ak foto nan kòmansman an nan eksperyans.

(2) Aplike kenz enpilsyon: Ajiste enpilsyon aktyèl dèlko a pou pwodui enpilsyon aktyèl la. Kenz enpilsyon ak entèval nan 60 yo ap aplike sou echantiyon an MOV siksesivman.

(3) Ekri trase a mezire kouran yo MOV ak tension apre chak aplikasyon enpilsyon.

(4) vizyèl enspeksyon ak mezi apre tès yo. Tcheke sifas MOV a pou twou oswa flach. Mezire UDC1mA a ak Ur la apre tès yo. Pran foto MOVs ki domaje yo apre tès yo. Kritè pou pas pou eksperyans yo, dapre IEC 61643-11 [4], mande pou tou de vòltaj la ak dosye aktyèl, ansanm ak yon enspeksyon vizyèl, pa dwe montre okenn endikasyon nan twou oswa flache nan echantiyon yo. Anplis de sa, STEE a IEEE. C62.62 [5] sijere Posttest mezire Ur la (MOV tension rezidyèl nan Nan) pa dwe devye plis pase 10% soti nan pretest a mezire Ur. Std la. IEC 60099-4 [17] egzije tou ke UDC1mA a pa ta dwe devye plis pase 5% apre tès enpilsyon.

  1. Kapasite a kenbe anba 8 / 20 ms enpilsyon aktyèl

Nan seksyon sa a, kouran enpilsyon 8 / 20 ms ak anplitud 0.75Imax ak Imax yo aplike sou echantiyon yo SPD respektivman. Rapò pou chanjman pou mezi postestest UDC1mA ak Ur la defini kòm:

kote, Ucr reprezante rapò chanjman valè yo. Uat reprezante valè ki mezire apre tès yo. Ubt reprezante valè ki mezire anvan tès yo.

3.1 rezilta yo anba 8 / 20 ms enpilsyon aktyèl ak pik nan 0.75Imax

Rezilta tès yo pou twa kalite MOV anba kenz kouran enpilsyon 8 / 20 ms ak somè 0.75Imax (30 kA) yo montre nan TAB II. Rezilta a pou chak kalite MOV se mwayèn nan twa echantiyon menm.

TAB II

Rezilta anba kouran enpilsyon 8 / 20 ms ak 30 kA peak

Li ka wè soti nan tab ke apre kenz 8 / 20 ms enpotan yo te aplike sou MOVs yo, chanjman ki nan UDC1mA ak Ur yo se minè. "Pase nan" pou enspeksyon vizyèl vle di pa gen okenn domaj vizib sou MOVs yo teste yo. Anplis, li ka obsève ke ak ogmantasyon nan vòl la limite MOV, Ucr a vin pi piti. Tankou Ucr a se pi piti a pou V460 kalite MOV. Li kapab konkli ke twa kalite MOVs te kapab pase kenz enpilsyon 8 / 20 ms ak 30 kA pik.

3.2 rezilta yo anba 8 / 20 ms enpilsyon aktyèl ak pik nan Imax

Lè ou konsidere rezilta eksperimantal ki endike anwo a, anplitid 8 / 20 ms aktyèl la ogmante pou 40 kA (Imax). Anplis de sa, se kantite enfli ogmante a ven pou V460 kalite MOV. Yo montre rezilta eksperimantal yo nan TAB III. Yo nan lòd yo konpare absòpsyon enèji a nan twa kalite MOVs yo, Ea / V yo itilize yo reprezante enèji a absòbe pou chak volim inite pou mwayèn nan kenz oswa ven enfli. Isit la, se "mwayèn nan" konsidere kòm absòpsyon enèji nan MOVs yo yon ti kras diferan anba chak enpilsyon.

TAB III

Rezilta anba kouran enpilsyon 8 / 20 ms ak 40 kA peak

Li kapab obsève soti nan TAB III ke lè anplitid aktyèl la ogmante a 40 kA, Ucr a pou UDC1mA devye plis pase 5% pou V230 ak V275, menm si chanjman nan MOV vòltaj rezidyèl se toujou nan seri a efikas nan 10%. Enspeksyon vizyèl la tou pa montre okenn domaj vizib sou MOVs yo teste yo. Pou V230 ak V275 kalite MOVs, Ea la / V vle di enèji nan absòbe pou chak volim inite ak mwayèn nan kenz impuls. Ea / V la pou V460 reprezante enèji a absòbe pou chak volim inite ak mwayèn nan ven enfli yo. TAB III montre ke MOVs yo ak pi wo vòltaj limite (V460) gen pi gwo Ea / V pase MOVs yo ak pi ba vòltaj limite (V275 ak V230). Anplis, avèk enpilsyon aktyèl la plizyè fwa aplike sou V460 la, enèji ki absòbe pou chak volim inite (E / V) ogmante piti piti, jan yo montre nan Fig. 3.

Se poutèt sa, li kapab konkli ke V230 la ak V275 kalite MOVs pa t 'kapab kenbe tèt ak kenz 8 / 20ms enpilsyon aktyèl ak somè nan Imax, pandan y ap V460 kalite MOV a te ka kenbe tèt ak egzeyat maksimòm aktyèl la jiska XNI enpilsyon. Sa vle di ke MOVs yo ak pi wo vòltaj limite gen pi bon kenbe tèt ak kapasite anba 20 / 8ms enpilsyon aktyèl la.

NAN. Kapasite a kenbe tèt anba 4 / 10 ms enpilsyon kounye a

Nan seksyon sa a, kouran enpilsyon 10 / 350 ms ak anplitud 0.75Iimp ak Iimp aplike sou echantiyon SPD respektivman.

4.1 rezilta yo anba 10 / 350 ms enpilsyon aktyèl ak pik nan 0.75Iimp

Depi Iimp a nan twa kalite MOVs yo diferan, 10 / 350 ms kouran ak anplitid nan 4875A yo aplike sou V230 ak V275, ak enpilsyon ak anplitid nan 4500 A yo ap aplike sou V460. Apre w fin aplike kenz enpilsyon, chanjman yo pou UDC1mAand Ur sou MOVs yo teste yo montre nan TAB IV. E / V vle di somasyon E / V pou enpilsyon aplike yo.

Li ka wè nan TAB IV ke apre aplike kenz 10 / 350 ms kouran ak somè nan 0.75Iimp, V230 a te kapab pase tès la, pandan y ap chanjman an pou UDC1mA nan V275 devye plis pase 5%. Anfle ak krak minè tou parèt sou anbalaj la plastik nan V275. Se foto a nan V275 ak minè krak yo montre nan Fig. 4.

Pou V460 di ki kalite MOV, apre wityèm lan 10 / 350 ms enpilsyon ak somè nan 4500A se aplike, MOV a fann ak mezire vòltaj la ak fòm aktyèl yo nòmal. Pou konparezon, vòltaj yo mezire ak ond aktyèl anba setyèm ak wityèm impuls 10 / 350 ms sou V460 yo montre nan Fig. 5.

Fig. X. Vòltaj yo mezire ak ond aktyèl sou V5 anba 460 / 10 ms enpilsyon

Pou V230 ak V275, ∑E / V se somasyon E / V pou kenzen. Pou V460, E / V se somasyon E / V pou uit enpilsyon. Li kapab obsève ke byenke Ea la / V nan V460 se pi wo pase sa yo ki an V230 ak V275, total la ∑E / Vof V460 se pi ba la. Sepandan, V460 a ki gen eksperyans domaj ki pi grav. Sa vle di ke pou volim inite MOV a, echèk MOV la anba 10 / 350 ms aktyèl pa gen rapò ak enèji nan total absòbe (∑ E / V), men ka gen plis ki gen rapò ak enèji a absòbe anba enpilsyon sèl (Ea / V ). Li kapab konkli ke anba 10 / 350 ms enpilsyon aktyèl, V230 a te kapab kenbe tèt ak plis enpilsyon pase MOV yo kalite V460. Sa vle di ke MOVs yo ak pi ba vòltaj limite gen pi bon kenbe tèt ak kapasite anba 10 / 350 ms aktyèl, ki se opoze soti nan konklizyon an anba 8 / 20 ms enpilsyon kounye a.

4.2 rezilta yo anba 10 / 350 ms enpilsyon aktyèl ak somè a Iimp

Lè anplitid nan 10 / 350 ms aktyèl ogmante a Iimp, tout MOVs yo teste pa t 'kapab pase kenz enfli yo. Rezilta yo anba kouran enpilsyon 10 / 350 ms ak anplitid nan Iimp yo montre nan TAB V, kote "kenbe tèt la nimewo enpilsyon" vle di kantite lajan an enpilsyon ki MOV a te ka kenbe tèt ak anvan krak.

Li kapab obsève soti nan TAB V ki V230 la ak Ea / V nan 122.09 J / cm3 te ka kenbe tèt ak uit 10 / 350 ms enpils pandan y ap V460 a avèk Ea / V nan 161.09 J / cm3 te kapab sèlman pase twa enpilsyon, menm si aktyèl la pik adopte pou. V230 (6500 A) pi wo pase sa pou V460 (6000 A). Sa valide konklizyon an ki MOVs yo ak segondè vòltaj limite yo pi fasil domaje anba 10 / 350 ms aktyèl. Fenomèn sa a ka eksplike tankou: gwo enèji ke 10 / 350 ms pote kounye a pral absòbe nan MOVs. Pou MOVs ak vòltaj segondè limite anba 10 / 350 ms aktyèl, pral pi plis enèji dwe absòbe nan volim nan inite nan MOV pase sa ki nan MOVs yo ak vòltaj limite ki ba, ak absòpsyon nan enèji twòp ap mennen nan echèk MOV. Sepandan, mekanis an echèk anba 8 / 20 ms aktyèl bezwen plis envestigasyon.

Enspeksyon vizyèl montre ke se menm fòm domaj obsève sou twa kalite MOVs anba 10 / 350 ms current. Yon sèl bò nan ankapsulasyon an plastik MOV ak rektangilè fèy elektwo kale la koupe. Ablasyon an nan materyèl ZnO parèt tou pre fèy la electrodes, ki se ki te koze pa flache nan ant electrodes a MOV ak sifas ZnO. Se foto a nan domaje V230 yo montre nan Fig.

5. Konklizyon

Spd yo oblije fè tès anba kouran enpilsyon ekoulman sitou ak ond yo nan 8 / 20 ms ak 10 / 350 ms. Yo nan lòd yo mennen ankèt sou epi konpare reziste kapasite a nan SPD anba 8 / 20 ms ak 10 / 350 ms enpilsyon kouran, plizyè eksperyans yo te pote soti ak aktyèl la egzeyat maksimòm pou 8 / 20 ms (Imax) ak 10 / 350 ms (Iimp) ond. , osi byen ke amplitudes de 0.75Imax ak 0.75Iimp. Twa kalite MOV tipik yo itilize pou klas I SPD yo adopte pou analiz. Gen kèk konklizyon ki ka trase.

(1) MOVs yo ak pi wo vòltaj limite gen pi bon kenbe tèt ak kapasite anba 8 / 20ms enpilsyon kounye a. V230 ak V275 kalite MOVs yo pa t 'kapab reziste kenz 8 / 20ms enpilsyon ak som nan Imax, pandan y ap V460 kalite MOV la te kapab pase ven enpilsyon.

(NT) MOVs yo ak pi ba vòltaj limite gen pi bon kenbe tèt ak kapasite anba 2 / 10 ms aktyèl. V350 kalite MOV a te ka kenbe tèt ak uit 230 / 10 ms enpilsyon ak som nan Iimp, pandan y ap V350 a te kapab sèlman pase twa enpilsyon.

(3) Lè ou konsidere volim nan inite nan MOV anba 10 / 350 ms aktyèl, enèji nan absòbe anba enpilsi sèl ka ki gen rapò ak echèk MOV, olye pou yo somasyon a nan enèji absòbe anba tout enpilsyon aplike.

(4) Se menm fòm domaj obsève sou twa kalite MOVs anba 10 / 350 ms kouran. Yon sèl bò nan ankapsulasyon an plastik MOV ak rektangilè fèy elektwo kale la koupe. Ablasyon nan materyèl la ZnO, ki te koze pa flache ant fèy electrode a ak sifas ZnO, parèt tou pre electrodes la MOV.