התקני הגנה מפני נחשולים (SPD) נדרשים להיבדק תחת זרמי פריקה דחפים בעיקר עם צורות גל של 8 / 20 ms ו- 10 / 350 ms. עם זאת, עם שיפור של מוצרי SPD, הביצועים וביכולת לעמוד של SPDs תחת זרמים מבחן תקן כזה צריך חקירה נוספת. כדי לחקור ולהשוות את היכולת לעמוד בפני SPDs תחת 8 / 20 MS ו 10 / 350 זרמי MS דחף, ניסויים מבוצעים על שלושה סוגים של מתכת אופייני תחמוצת אופייני (MOVs) המשמשים בכיתה אני SPDs. התוצאות מראות כי MOVs עם מתח מגביל גבוה יותר יש יכולת לעמוד תחת 8 / 20ms הדחף הנוכחי, בעוד המסקנה תחת 10 / 350ms הדחף הנוכחי הוא ההפך. תחת הנוכחי 10 / 350 MS הנוכחי, את כישלון MOV קשורה האנרגיה נספג ליחידת נפח תחת דחף יחיד. סדק הוא טופס הנזק העיקרי תחת 10 / 350ms הנוכחי, אשר יכול להיות מתואר בצד אחד של אנקפסולציה פלסטיק MOV ואת גיליון האלקטרודה מתקלף. אבלציה של החומר ZnO, הנגרמת על ידי flashover בין גיליון אלקטרודה משטח ZnO, הופיע ליד האלקטרודה MOV.
התקני הגנה מפני נחשולי מתח (SPD) המחוברים למערכות כוח lowvoltage, רשתות טלקומוניקציה ורשתות אותות נדרשים להיבדק על פי דרישות תקן IEC ו- IEEE [1-5]. בהתחשב במיקום ובתאורת התאורה האפשרית שהוא עלול לסבול, SPDs אלה נדרשים להיבדק תחת זרמי פריקה דחפים בעיקר עם צורות גל של 8 / 20 ms ו- 10 / 350 ms [4-6]. צורת הגל הנוכחית של 8 / 20 ms משמשת בדרך כלל כדי לדמות את הדחף הברק [6-8]. זרם הזרם הנומינלי (In) והזרם המרבי המפרק (Imax) של SPDs מוגדרים שניהם עם זרם 8 / 20 ms [4-5]. יתר על כן, הדחף הנוכחי 8 / 20 ms הוא בשימוש נרחב עבור מתח שיורית SPD ובדיקות ההפעלה ההפעלה [4]. 10 / 350ms הדחף הנוכחי משמש בדרך כלל כדי לדמות את שבץ ישיר שבץ לחזור הנוכחי [7-10]. צורת גל זו עונה על הפרמטרים של זרם הפרשות האימפולס עבור בדיקה מסוג I SPD, המשמש במיוחד עבור בדיקת החובה הנוספת עבור מחלקה I SPDs [4]. במהלך בדיקות סוג [4-5], מספר מסוים של זרמי דחף נדרשים לחול על SPD. לדוגמה, חמישה עשר זרמי זרם 8 / 20 וחמישה זרמי דחף של 10 / 350 ms נדרשים למבחן חובה תפעולי עבור מחלקות SPD [I]. עם זאת, עם שיפור של מוצרי SPD, הביצועים וביכולת לעמוד של SPDs תחת זרמים מבחן תקן כזה צריך חקירה נוספת. מחקרים קודמים בדרך כלל מרוכזים על הביצועים MOV תחת מספר 4 / 8 MS הנוכחי דחף [20-11], בעוד הביצועים תחת חוזרת 14 / 10 MS זרם דחף לא נחקרו ביסודיות. יתר על כן, הכיתה I SPDs, המותקנת בנקודות החשיפה הגבוהה בבניינים ומערכות הפצה, חשופים יותר למשיכות ברק [350-15]. לכן, הביצועים ואת יכולת לעמוד של SPDs אני בכיתה תחת 16 / 8 MS ו 20 / 10 MS זרמי דחף נדרשים להיחקר. מאמר זה ניסוי לחקור את היכולת לעמוד בכיתה I SPDs תחת 350 / 8 MS ו 20 / 10 זרמי MS דחף. שלושה סוגים של טיפוסית MOVs המשמשים בכיתה I SPDs מאומצים לניתוח. המשרעת הנוכחית ומספר הדחפים מותאמים למספר ניסויים. ההשוואה מתבצעת על יכולת לעמוד בפני MOVs תחת שני סוגים של זרמי דחף. מצב הכשל של דגימות MOV כי נכשל לאחר בדיקות מנותחות גם.
שלושה סוגים של טיפוסית MOVs המשמשים בכיתה I SPDs מאומצים בניסויים. עבור כל סוג של MOVs, 12 דגימות שנעשו על ידי EPCOS מאומצים תחת ארבעה סוגים של ניסויים. הפרמטרים הבסיסיים שלהם מוצגים בטבלה I, כאשר מייצג את זרם הזרמה הנומינלית של MOVs תחת דחף 8 / 20μs, Imax מייצג את זרם הזרמה המרבי תחת דחף 8 / 20μs, Iimp מייצג את הזרם המרבי הנוכחי תחת דחף 10 / 350μs, UDC1mA מייצגים את המתח MOV שנמדד תחת זרם 1 mA DC הנוכחי, אור מייצגים את מתח שיורית MOV תחת In.
איור 1 מציג את מחולל זרם האימפולס שיכול להיות מותאם לפלט 10 / 350 ms ו- 8 / 20 ms דחפים שוטפים. סליל פירסון מאומץ כדי למדוד את זרמי דחף על MOVs נבדק. מתח המתח עם יחס של 14.52 משמש למדידת המתחים השיוריים. אוסצילוסקופ דיגיטלי של TEK DPO3014 מאומץ כדי להקליט את גל ניסיוני.
על פי תקן הבדיקה SPD [4], אמפליטודות שאומצו עבור 8 / 20 MS הנוכחי כוללים 30kA (0.75Imax) ו 40kA (Imax). אמפליטודות שאומצו עבור 10 / 350 ms הנוכחי כוללים 0.75Iimp ו Iimp. התייחסות למבחן ההפעלה התפעולית עבור MOV [4], חמישה עשר 8 / 20ms דחפים מוחלים על דגימות MOV, ואת מרווח בין דחפים הוא 60 s. לכן, תרשים זרימה של הליך הניסוי מוצג באיור 2.
ניתן לתאר את הנוהל הניסויי כ:
(1) מדידות ראשוניות: דגימות MOV מאופיינים UDC1mA, אור, ותצלומים בתחילת הניסויים.
(2) החל חמש עשרה דחפים: כוונן את מחולל זרם האימפולס כדי להפיק את זרם הדחפים הנדרש. חמש עשרה דחפים עם מרווח של 60 s מוחלים על מדגם MOV ברצף.
(3) הקלט את צורות הגל הנמדדות של זרמי MOV והמתחים לאחר כל יישום דחף.
(4) בדיקה ויזואלית חזותית לאחר הבדיקות. בדוק את פני השטח של MOV עבור לנקב או flashover. מדוד את UDC1mA ואת Ur לאחר הבדיקות. לצלם את MOVs פגום לאחר בדיקות. קריטריונים לעבור את הניסויים, על פי חברת החשמל 61643-11 [4], דורשים כי הן מתח הנוכחי רשומות, יחד עם בדיקה ויזואלית, לא יראה שום אינדיקציה של לנקב או flashover של דגימות. בנוסף, ה- IEEE Std. C62.62 [5] הציע את הבדיקה הנמדדת Ur (מתחים שיורית ב- MOV ב- In) לא תחרוג יותר מ- 10% מה- Ur Std. IEC 60099-4 [17] גם דורש כי UDC1mA לא צריך לסטות יותר מ 5% לאחר בדיקות הדחף.
- יכולת עמידות תחת 8 / 20 זרם דחף MS
בסעיף זה, הזרמים 8 / 20 MS דחף עם אמפליטודות של 0.75Imax ו Imax מוחלים על דגימות SPD בהתאמה. יחס השינוי עבור הבדיקה הנמדדת UDC1mA ו- Ur מוגדר כ:
כאשר, Ucr מייצג את יחס השינוי של הערכים הנמדדים. שיבולת שועל מייצגת את הערך שנמדד לאחר הבדיקות. Ubt מייצג את הערך שנמדד לפני בדיקות.
3.1 התוצאות תחת 8 / 20 ms זרם דחף עם שיא של 0.75Imax
תוצאות הבדיקה עבור שלושה סוגים של MOVs תחת חמישה עשר 8 / 20 MS זרמי דחף עם שיא של 0.75Imax (30 kA) מוצגים בטבלה II. התוצאה עבור כל סוג של MOV הוא הממוצע של שלוש דגימות זהה.
לוח ב
תוצאות תחת 8 / 20 זרמי MS דחף עם שיא 30 kA
ניתן לראות מ TABLEII כי לאחר חמישה עשר 8 / 20 MS דחפים יושמו על MOVs, השינויים של UDC1mA ו Ur הם קטין. "מעבר" עבור בדיקה ויזואלית אומר שום נזק נראה על MOVs נבדק. יתר על כן, ניתן לראות כי עם העלייה של מתח הגבלת MOV, UCR הופך קטן יותר. כגון Ucr הוא הקטן ביותר עבור V460 סוג MOV. ניתן להסיק כי שלושה סוגים של MOVs יכול להעביר את כל חמש עשרה 8 / 20 MS דחף עם שיא 30 kA.
3.2 התוצאות תחת 8 / 20 MS דחף הנוכחי עם שיא של Imax
בהתחשב בתוצאות הניסוי לעיל, המשרעת של 8 / 20 ms הנוכחי הוא גדל ל 40 kA (Imax). בנוסף, מספר הדחפים הוא גדל ל 20 עבור V460 סוג MOV. תוצאות הניסוי מוצגות בלוח III. כדי להשוות את ספיגת האנרגיה של שלושה MOVs מסוג, EA / V משמש לייצג את האנרגיה שנספגה ליחידת נפח עבור הממוצע של 15 או 20 דחפים. כאן, "הממוצע" נחשב כי ספיגת האנרגיה MOVs שונים במקצת תחת כל דחף.
לוח ג
תוצאות תחת 8 / 20 זרמי MS דחף עם שיא 40 kA
זה ניתן לראות מלוח 3 כי כאשר משרעת הנוכחי הוא גדל ל 40 kA, Ucr עבור UDC1mA לסטות יותר 5% עבור V230 ו V275, למרות השינוי של מתח שיורית MOV עדיין בטווח יעיל של 10%. בדיקה חזותית גם מראה שום נזק נראה על MOVs נבדק. ForV230 ו V275 סוג MOVs, Ea / V פירושו אנרגיה נספג ליחידת נפח עם ממוצע של 15 דחפים. EA / V עבור V460 מייצג את האנרגיה שנספגה ליחידת נפח עם ממוצע של 20 דחפים. טבלה III מראה כי MOVs עם מתח מגביל גבוה (V460) יש יותר Ea / V מאשר MOVs עם מתח מגביל נמוך (V275 ו V230). יתר על כן, עם זרם הדחפים החלים שוב ושוב על V460, האנרגיה שנספגה ליחידת נפח (E / V) עולה בהדרגה, כפי שמוצג באיור 3.
לכן, ניתן להסיק כי V230 ו V275 סוג MOVs לא יכול לעמוד חמש עשרה 8 / 20ms הדחפים הנוכחי עם שיא של Imax, בעוד V460 סוג MOV יכול לעמוד בפני פריקה מקסימלית הנוכחי עד דחפים 20. משמעות הדבר היא כי MOVs עם מתח להגביל גבוהה יש לעמוד טוב יותר יכולת תחת 8 / 20ms זרם דחף.
4. יכולת לעמוד תחת 10 / 350 ms זרם דחף
בסעיף זה, הזרמים 10 / 350 MS דחף עם אמפליטודות של 0.75Iimp ו Iimp מוחלים על דגימות SPD בהתאמה.
4.1 התוצאות תחת 10 / 350 זרם האימפולס הנוכחי עם שיא של 0.75Iimp
מאז Iimp של שלושה סוגים של MOVs שונים, 10 / 350 זרמי MS עם משרעת של 4875A מוחלים על V230 ו V275, ודחפים עם משרעת של 4500 A מוחלים על V460. לאחר החלת 15 זרמי דחף, השינויים עבור UDC1mAand Ur על MOV הנבדקים מוצגים בלוח IV. ΣE / V פירושו סיכום E / V עבור הדחפים המיושמים.
ניתן לראות מטבלה IV כי לאחר החלת חמש עשרה 10 / 350 זרמים MS עם שיא של 0.75Iimp, V230 יכול לעבור את הבדיקה, ואילו השינוי עבור UDC1mA של V275 לסטות יותר 5%. נפיחות סדק קטין הופיע גם על אנקפסולציה פלסטיק של V275. תמונה של V275 עם סדק קטין מוצג באיור 4.
עבור V460 סוג MOV, לאחר הדחף השמיני 10 / 350 MS עם שיא של 4500A מוחל, MOV נסדק ואת המתח נמדד ו waveforms הנוכחי אינם נורמליים. לשם השוואה, המתח הנמדד ואת צורות הגל הנוכחי תחת 10 / 350 MS דחף השביעי והשמיני על V460 מוצגים באיור 5.
איור 5. מתח נמדד ו waveforms הנוכחי על V460 תחת 10 / 350 MS דחף
עבור V230 ו- V275, EE / V הוא סיכום E / V עבור 15 דחפים. עבור V460, ΣE / V הוא סיכום E / V עבור שמונה דחפים. ניתן לראות כי למרות EA / V של V460 הוא גבוה יותר מזה של V230 ו V275, סך E96E / VF V460 הוא הנמוך ביותר. עם זאת, V460 חווה את הנזק החמור ביותר. משמעות הדבר היא כי עבור נפח היחידה של MOV, הכישלון MOV תחת 10 / 350 ms הנוכחי אינו קשור האנרגיה הכולל נספג (E / E), אבל יכול להיות קשור יותר אנרגיה נספגת תחת דחף יחיד (Ea / V ). ניתן להסיק כי תחת 10 / 350 MS דחף הנוכחי, V230 יכול לעמוד דחפים יותר מ V460 סוג MOVs. משמעות הדבר היא כי MOVs עם מתח מגביל נמוך יותר לעמוד יכולת תחת 10 / 350 ms הנוכחי, אשר בניגוד למסקנה תחת 8 / 20 MS זרם דחף.
4.2 התוצאות תחת 10 / 350 MS דחף הנוכחי עם שיא של Iimp
כאשר משרעת של 10 / 350 ms הנוכחי הוא גדל ל Iimp, כל MOVs נבדק לא יכול לעבור חמש עשרה דחפים. התוצאות תחת 10 / 350 זרמי דחף עם משרעת של Iimp מוצגים בלוח V, כאשר "לעמוד מספר דחף" פירושו כמות הדחף כי MOV יכול לעמוד בפני סדק.
ניתן לראות מהטבלה V כי V230 עם EA / V של 122.09 J / cm3 יכול לעמוד שמונה 10 / 350 ms דחפים בעוד V460with EA / V של 161.09 J / cm3 יכול רק לעבור שלושה דחפים, אם כי שיא שיא אומץ עבור V230 (6500 A) גבוה מזה של V460 (6000 A). זה לאמת את המסקנה כי MOVs עם מתח להגביל גבוהה נפגעות בקלות יותר תחת הנוכחי 10 / 350 ms. תופעה זו ניתן להסביר כמו: האנרגיה הגדולה שנושאת על ידי 10 / 350 MS הנוכחי ייקלט MOVs. עבור MOVs עם מתח מגביל גבוה תחת הנוכחי 10 / 350 MS הנוכחי, הרבה יותר אנרגיה יהיה נספג נפח היחידה של MOV יותר מזה של MOVs עם מתח מגביל נמוך, ואת ספיגת אנרגיה מופרזת יוביל לכישלון MOV. עם זאת, מנגנון הכשל תחת 8 / 20 MS הנוכחי צריך חקירה יותר.
בדיקה חזותית מראה כי טופס הנזק אותו הוא ציין על שלושה סוגים של MOVs תחת הנוכחי 10 / 350 ms הנוכחי. צד אחד של אנקפסולציה פלסטיק MOV ואת גיליון אלקטרודה מלבני לקלף. אבלציה של חומר ZnO הופיע ליד גיליון האלקטרודה, אשר נגרמת על ידי flashover בין האלקטרודה MOV ומשטח ZnO. תמונה של פגום V230 מוצג באיור 6.
5. סיכום
SPDs נדרשים להיבדק תחת זרמי פריקה דחפים בעיקר עם צורות גל של 8 / 20 ms ו 10 / 350 ms. כדי לחקור ולהשוות את היכולת לעמוד בפני SPDs תחת 8 / 20 MS ו 10 / 350 זרמי MS דחף, כמה ניסויים מתבצעים עם הזרמת פריקה מקסימלית עבור 8 / 20 MS (Imax) ו 10 / 350 MS (Iimp) waveform , כמו גם אמפליטודות של 0.75Imax ו 0.75Iimp. שלושה סוגים של טיפוסית MOVs המשמשים בכיתה I SPDs מאומצים לניתוח. ניתן להסיק מסקנות.
(1) MOVs עם מתח להגביל גבוהה יש לעמוד טוב יותר יכולת תחת 8 / 20ms זרם דחף. V230 ו V275 סוג MOVs לא יכול לעמוד חמש עשרה 8 / 20ms דחפים עם שיא של Imax, בעוד MOV V460 סוג יכול לעבור עשרים דחפים.
(2) MOVs עם מתח מגביל נמוך יותר יש לעמוד יכולת תחת הנוכחי 10 / 350 ms הנוכחי. סוג V230 MOV יכול לעמוד שמונה 10 / 350 דחפים MS עם שיא של Iimp, בעוד V460 יכול רק לעבור שלושה דחפים.
(3) בהתחשב בנפח יחידת MOV תחת 10 / 350 ms הנוכחי, האנרגיה שנספגה תחת דחף יחיד עשוי להיות קשור לכישלון MOV, במקום סיכום של אנרגיה נספגת תחת כל הדחפים המיושמים.
(4) טופס הנזק זהה הוא ציין על שלושה סוגים של MOVs תחת זרמי 10 / 350 MS. צד אחד של אנקפסולציה פלסטיק MOV ואת גיליון אלקטרודה מלבני לקלף. אבלציה של החומר ZnO, הנגרמת על ידי flashover בין גיליון אלקטרודה משטח ZnO, הופיע ליד האלקטרודה MOV.