Қорғаныс құрылғылары (SPD) импульстік разрядтық ағымдарда негізінен 8 / 20 / 10 / 350 / мс. Дегенмен, SPD өнімдерін жақсарту кезінде, стандартты сынақ ағымдары бойынша SPD-дың өнімділігі мен қабілетіне төзімділік көп тергеуді қажет етеді. 8 / 20 мс және 10 / 350 мс импульстік токтар бойынша SPD-дың төзімділігін зерттеу және салыстыру үшін эксперименттер сынып I SPD үшін пайдаланылатын әдеттегі металлоксидті варисторлардың үш типінде орындалады. Нәтижелер 8 / 20мс импульстік ток бойынша жоғары шекті кернеуге ие MOVs мүмкіндігіне ие болу мүмкіндігін көрсетеді, ал 10 / 350с импульстік ток бойынша қорытынды керісінше болып табылады. 10 / 350 мс ток кезінде, MOV ақаулығы бір импульс бойынша бірлік көлеміне келетін сіңірілетін энергиямен байланысты. Crack - 10 / 350мс ток бойынша негізгі зақымдалған нысаны, ол MOV пластикалық инкапсуляциясының бір жағы және электрод парағының қабығын өшіру ретінде сипатталуы мүмкін. Электрод парағы мен ZnO беті арасындағы өршуден туындаған ZnO материалының абляциясы MOV электродтың жанында пайда болды.

1. Кіріспе

Төмен кернеулі қуат жүйелеріне, телекоммуникациялық және сигналдық желілерге жалғанған қорғаныс құрылғылары (SPD) IEC және IEEE стандарттарының талаптарына сәйкес сыналады [1-5]. Орналасқан жерді және ықтимал жарықтандыру токын ескере отырып, ол соқтығысуы мүмкін, мысалы, 8 / 20 мс және 10 / 350 мс [4-6] толқынды формалары арқылы импульстік разряд токтарында осындай СПД сыналады. 8 / 20 мс-тің ағымдағы толқыны найзағай импульсін [6-8] имитациялау үшін қолданылады. Номиналды разрядтық ток (В) және SPD-ның максималды разрядтық ток (Imax) екеуі де 8 / 20 мс импульстік токпен анықталады [4-5]. Сонымен қатар, 8 / 20 мс ток импульсі SPD қалдық кернеуіне және жұмыс істейтін тапсырмалар [4] үшін кеңінен қолданылады. 10 / 350с импульстік ток, әдетте, найзағайдың кері соққы ток [7-10] үлгілеу үшін қолданылады. Бұл толқындар сынып I SPD сынағының импульстік разрядты ток үшін параметрлерін қанағаттандырады, ол әсіресе сынып I SPD [4] үшін қосымша жұмыс сынақтарында қолданылады. Түрлі сынақтар кезінде [4-5], импульстік токтардың белгілі саны SPD-да қолданылуы керек. Мысалы, сыныбы I SPDs үшін [8] жұмыс істеу кезіндегі сынақ үшін он бес 20 / 10 милях токтар және бес 350 / 4 милс импульстік ток талап етіледі. Дегенмен, SPD өнімдерін жақсарту кезінде, стандартты сынақ ағымдары бойынша SPD-дың өнімділігі мен қабілетіне төзімділік көп тергеуді қажет етеді. Алдыңғы зерттеулер әдетте бірнеше 8 / 20 мс импульстік ток [11-14] бойынша MOV-дың өнімділігіне шоғырландырылған, ал қайтадан 10 / 350 мс импульстік ток бойынша өнімділік мұқият зерттелмеген. Сонымен қатар, ғимараттар мен тарату жүйелерінде жоғары әсер ету нүктелерінде орнатылған I класс SPDs [15-16] найзағайлық соғудан әлдеқайда осал. Сондықтан 8 / 20 мс және 10 / 350 мс импульстік токтар бойынша сынып I SPD-лерінің өнімділігі мен қабілеттілігін зерттеу қажет. Осы мақалада 8 / 20 мс және 10 / 350 мс импульстік токтар бойынша сынып I SPD-лердің төзімділік қабілеттілігін эксперименталды түрде зерттеу. Талдау үшін I класты SPD үшін қолданылатын типтік MOV-дың үш түрі қабылданды. Ағымдағы амплитудасы мен серпін саны бірнеше эксперимент үшін реттеледі. Салыстыру импульстік ағымдардың екі түріне сәйкес MOV-дің төзімділігі бойынша жүзеге асырылады. Сондай-ақ сынақтардан кейін сәтсіз аяқталған MOV үлгілерінің сәтсіздік режимі талданды.

2. Тәжірибенің макеті

Тәжірибелерде I класты SPD үшін пайдаланылатын типтік MOV-дың үш түрі қабылданды. MOVs әр түрі үшін, EPCOS шығарған 12 үлгілері тәжірибенің төрт түрімен қабылданады. Олардың негізгі параметрлері TABLE I-де көрсетілген, мұнда 8 / 20μs импульсінде MOVs номиналды разрядтық ток болып табылады, Imax 8 / 20μs импульсінде максималды разрядтық ток болып табылады, Iimp 10 / 350мс импульсінде ең жоғары разрядтық ток болып табылады, UDC1mA MOV кернеуі 1 mA тұрақты ток кезінде өлшенеді, Ur MOV кернеуін In ішіндегі білдіреді.

1 10 / 350 мс және 8 / 20 мс ток импульстарын шығаруға реттеуге болатын импульстік ток генераторын көрсетеді. Pearson катушкасы сыналған MOV-ларда импульстік токтарды өлшеу үшін қабылданады. Қалдық кернеулерді өлшеу үшін 14.52 коэффициентімен кернеу бөлгіш қолданылады. TEK DPO3014 сандық осциллографы эксперименттік толқындарды жазу үшін қабылданады.

SPD сынау стандартына [4] сәйкес 8 / 20 мс ток үшін қабылданған амплитудалар 30kA (0.75Imax) және 40kA (Imax) қамтиды. 10 / 350 мс ток үшін қабылданған амплитудасы 0.75Iimp және Iimp болады. MOV үшін [4], он бес 8 / 20мс импульстардың MOV үлгілері үшін қолданылатын жұмыс сынақтарына сілтеме және серпін арасындағы интервал 60 с. Демек, эксперименттік процедураның схемасы 2 суретте көрсетілген.

Эксперименттік процедураны келесідей сипаттауға болады:

(1) Бастапқы өлшеулер: MOV үлгілері UDC1mA, Ur және эксперименттердің басындағы суреттермен сипатталады.

(2) Он бес импульсті қолданыңыз: талап етілген импульстік ток шығару үшін импульстік ток генераторын реттеңіз. MOV үлгісіне дәйекті түрде 60 с аралығындағы он бес импульс қолданылады.

(3) Әр импульстік қолданудан кейін MOV токтарының және кернеулерінің өлшенген толқындық формаларын жазыңыз.

(4) Тестілеуден кейін визуалды тексеру және өлшеу. MOV-ның бетіне тесу немесе өршу үшін тексеріңіз. Сынақтан кейін UDC1mA және Ur-ты өлшеңіз. Сыналғаннан кейін зақымдалған MOVs суреттерін алыңыз. IEC 61643-11 [4] бойынша эксперименттердің өту критерийлері, кернеу мен ағымдық жазбалардың, сонымен бірге, көрнекі инспекциямен бірге сынамалардың тесілуін немесе өршуі туралы көрсетпеуді талап етеді. Сонымен қатар, IEEE Std. C62.62 [5] өлшенген Ur (MOV қалдық кернеулері) өлшенген Ur-дан алдын ала тексерілгеннен бастап 10% -дан артық болмауы керек деп ұсынды. Std. IEC 60099-4 [17] сонымен қатар UDC1mA импульстік сынақтардан кейін 5% -тен көп ауытқуды талап етпейді.

  1. 8 / 20 астында төзімділік қабілеті мс импульстік ток

Осы бөлімде 8Imax және Imax амплитудасы бар 20 / 0.75 миллиметрлі импульстік токтар SPD үлгілеріне сәйкес келеді. Посттест өлшенген UDC1mA және Ur үшін өзгеріс коэффициенті келесідей:

онда Ucr өлшенген мәндердің өзгеру коэффициентін білдіреді. Уат сынақтан кейін өлшенген мәнді білдіреді. Ubt сынақтан бұрын өлшенген мәнді білдіреді.

3.1 8 / 20 мс импульстік ток бойынша 0.75Imax шыңы бойынша нәтижелер

8Imax (20 kA) шыңы бар он бес 0.75 / 30 миллиметрлік импульстік токтар бойынша үш типті MOV үшін тест нәтижелері TABLE II-де көрсетілген. MOV-ның әрбір түрі үшін нәтиже үш бірдей үлгінің орташа мәні болып табылады.

Кесте II

8 / 20 мс импульстік ток бойынша 30 kA шыңы бойынша нәтижелер

TABLEII-тен көруге болады, бұл MOVs үшін он бес 8 / 20 мс импульс қолданылғаннан кейін UDC1mA және Ur өзгермелері аз. Көрнекі тексеру үшін «өтетін» тексерілген MOV-ларда көрінетін зақым болмайды. Оның үстіне, MOV шектеу кернеуінің ұлғаюымен Ucr азаяды. Ucr сияқты V460 типті MOV үшін ең кіші болып табылады. Жұмыстың үш түрі MOVs 8 kA шыңы бар он бес 20 / 30 миллерді өткізуге болады деп қорытынды жасауға болады.

3.2 Имакстың шыңы бар 8 / 20 мс импульс токіндегі нәтижелер

Жоғарыда келтірілген эксперименттік нәтижелерді ескере отырып, 8 / 20 мс амплитудасы 40 kA (Imax) дейін артады. Бұдан басқа, V460 типті MOV үшін импульстар саны жиырма шамаға дейін артады. Эксперименттік нәтижелер TABLE III-де көрсетілген. Үш типті MOVs-дегі энергияны сіңіруді салыстыру үшін Ea / V орташа он бес немесе жиырма импульс үшін бірлік көлеміне сіңірілетін энергияны көрсету үшін қолданылады. Мұнда «орташа» деп саналады, себебі MOV-ларда энергия сіңіруі әр серпілісте сәл өзгеше болады.

Кесте III

8 / 20 мс импульстік ток бойынша 40 kA шыңы бойынша нәтижелер

TABLE III-тен байқалуы мүмкін, бұл ток амплитудасы 40 kA дейін көтерілгенде, UDC1mA үшін Ucr V5 және V230 үшін 275% -тен көп ауытқымайды, бірақ MOV қалдық кернеуінің өзгерісі әлі де тиімді 10% ауқымында болады. Көрнекі тексеру сондай-ақ тексерілген MOV-ларда ешқандай көрінетін зақым болмайтындығын көрсетеді. ForV230 және V275 типті MOVs, Ea / V орташа он бес импульспен бірлік көлеміне келетін сіңірілетін энергияны білдіреді. V460 үшін Ea / V орташа жиырма импульстің бірлігі көлеміне келетін сіңірілетін энергияны білдіреді. Кесте III көрсеткендей, жоғары шектеу кернеуі бар MOVs (V460) төменгі шектеу кернеуі (V275 және V230) бар MOVs қарағанда Ea / V үлкен болады. Сонымен қатар, V460-да бірнеше рет қолданылатын импульстік токпен, бірлік көлеміне (Е / В) жұтылған энергия біртіндеп, сур.

Осылайша, V230 және V275 типті MOV-дің IMax шыңы бар он бес 8 / 20мс импульстарға төтеп бере алмайтындығына, ал V460 типті MOV 20 импульсіне дейін ең жоғары ағымды токқа төтеп беруі мүмкін деген қорытынды жасауға болады. Бұл 8 / 20мс импульстік ток бойынша жоғары шектеу кернеуіне ие MOVs мүмкіндігіне жақсы әсер етеді дегенді білдіреді.

4. 10 / 350 мс импульстік ток бойынша төзімділік қабілеті

Бұл бөлімде 10Iimp және Iimp амплитудасы бар 350 / 0.75 миллиметрлі импульстік токтар SPD үлгілеріне сәйкес келеді.

4.1 10 / 350 мс импульс токіндегі нәтижелер 0.75Iimp шыңына ие

MOV үш түрінің Iimp әртүрлі болғандықтан, 10 / 350 / 4875A амплитудасы бар токтар V230 және V275-да қолданылады және 4500 A амплитудасы импульстар V460-де қолданылады. Он бес импульстік токтар қолданылғаннан кейін UDC1mA және Ur-ге арналған тестіленген MOV-ларда өзгерістер TABLE IV-де көрсетілген. ΣE / V қолданылған импульстардың E / V жиынтығын білдіреді.

Бұл кестеде IV 10 / 350 ағымдары 0.75Iimp шыңы бар он бес 230 / 1 фазаларын қолданғаннан кейін V275 сынақтан өтуі мүмкін, ал V5 үшін UDC275mA өзгерісі 275% -тен көп ауытқуы мүмкін. Сондай-ақ V4 пластикалық инкапсуляциясында шағылыс және майда сызаттар пайда болды. VXNUMX суретін кішкентай жарықтармен бейнеленген сурет XNUMX.

V460 типті MOV үшін 10A шыңы бар сегізінші 350 / 4500 мс импульсінен кейін MOV жарылып, өлшенген кернеу мен ток толқындары қалыпты болып табылады. Салыстыру үшін, V10 арналған жеті және сегізінші 350 / 460 мс импульсінің астында өлшенген кернеу мен ток толқынының форматтары 5 суретте көрсетілген.

Сурет 5. Өлшенген кернеу және ток сигналдары V460 арналған 10 / 350 мс импульсінде

V230 және V275 үшін, ΣE / V - он бес импульс үшін E / V жиынтығы. V460 үшін, ΣE / V - сегіз серпін үшін E / V жиынтығы. V460 Ea / V V230 және V275-тан жоғары болғанымен, жалпы ΣE / Vof V460 ең төменгі болып табылады. Дегенмен, V460 ең елеулі зақымға ұшырады. Бұл дегеніміз, MOV модулінің бірлігі үшін 10 / 350 мс ток кезінде MOV істен шығу жалпы сіңірілетін энергиямен (Σ E / V) байланысты емес, бірақ бір импульстегі (Ea / V ). 10 / 350 мс импульстік ток кезінде, V230 V460 типті MOVs қарағанда импульстарға қарсы тұра алады деп қорытынды жасауға болады. Бұл 10 / 350 мс ток бойынша төменгі шектеу кернеуіне ие MOVs 8 / 20 мс импульстік ток бойынша қорытындыға қарсы тұра алады.

4.2 Iimp шыңы бар 10 / 350 мс импульстік ток бойынша нәтижелер

10 / 350 мс-дың амплитудасы Iimp-ге дейін ұлғайтылған кезде, барлық сыналған MOV-лар он бес импульсті өткізе алмады. IIM амплитудасы бар 10 / 350 миллиметрлі импульстік токтар бойынша нәтижелер TABLE V-де көрсетілген, онда «Импульстік серпін нөмірі» MOV жарықтардан бұрын тұра алатын импульстік соманы білдіреді.

TABLE V-дан 230 J / cm122.09 Ea / V отырып V3 сегіз 10 / 350 мс импульсіне төтеп бере алатынын ескере отырып, 460 J / cm161.09 V3 Ea / V ғана үш серпін беруі мүмкін, бірақ ең жоғары ток V230 (6500 A) V460 (6000 A) үшін жоғары. Бұл 10 / 350 мс ток кезінде жоғары шектеу кернеуіне ие MOVs әлдеқайда оңай зақымдалған деп қорытынды жасайды. Бұл құбылыс ретінде түсіндіруге болады: үлкен энергия, 10 / 350 мс арқылы тасымалданатын болады MOVs жұтып. 10 / 350 мс ток кезінде жоғары шектеу кернеуіне ие MOV үшін MOV-дың бірлігіне қарағанда әлдеқайда көп энергия MOV-ларда аз шектеулі кернеумен, ал MOV-ның сәтсіздікке әкелетініне қарағанда, қуат көп болады. Дегенмен, 8 / 20 мс шегінде істен шығу механизмі көп тергеуді қажет етеді.

Көрнекі тексеру, 10 / 350 мс ток бойынша үш типтегі MOVs бойынша бірдей зақымдалған нысанның байқалатынын көрсетеді. MOV пластиктің инкапсуляциясының бір жағы және тікбұрышты электрод парағы өшіріледі. ZnO материалының абляциясы электрод парағының жанында пайда болды, бұл МОВ электродтары мен ZnO беті арасындағы өршуі себеп болды. Зақымдалған V230 фотосуреті 6 суретте көрсетілген.

5. қорытынды

SPD-лер импульстік разряд ағындары бойынша негізінен 8 / 20 мс және 10 / 350 мс-дің толқындық формалары бойынша сыналуы керек. 8 / 20 мс және 10 / 350 мс импульстік токтар бойынша SPD-дың тұрақтылығын зерттеу және салыстыру үшін 8 / 20 мс (Imax) және 10 / 350 (Iimp) толқыны үшін максималды разрядтық токпен бірнеше эксперимент жүргізіледі , сондай-ақ 0.75Imax және 0.75Iimp амплитудасы. Талдау үшін I класты SPD үшін қолданылатын типтік MOV-дың үш түрі қабылданды. Кейбір тұжырымдар жасалуы мүмкін.

(1) Жоғары шектеу кернеуі бар MOVs 8 / 20мс импульстік ток бойынша жақсы қарсылыққа ие. V230 және V275 типті MOV-лар Imax шыңы бар он бес 8 / 20мс импульстарға төтеп бере алмады, ал V460 типті MOV жиырма импульс беруі мүмкін.

(2) Төменгі шектеу кернеуі бар MOVs 10 / 350 мс ток бойынша жақсы қабілетті болады. V230 MOV түрі IXP шыңы бар сегіз 10 / 350 мс импульстарға қарсы тұра алады, ал V460 үш серпін ғана бере алады.

(3) 10 / 350 мс ток бойынша MOV модулінің көлемін есепке ала отырып, бір импульстегі жұтылған энергия барлық қолданылатын импульстердің астына сіңірілетін энергияны қосудың орнына MOV ақауларына байланысты болуы мүмкін.

(4) 10 / 350 милями кезінде үш түрдегі MOVs түрінде де зиянды нысаны байқалады. MOV пластиктің инкапсуляциясының бір жағы және тікбұрышты электрод парағы өшіріледі. Электрод парағы мен ZnO беті арасында пайда болған ZnO материалының абляциясы MOV электродтың жанында пайда болды.