Surge-Schutzvorrichtungen (SPDs) ginn ënnert Impulsaablaangsten haaptsächlech mat Wellenformen vun 8 / 20 ms an 10 / 350 ms getest. Mä mat der Verbesserung vun der SPD-Produkter brauch d'Performance an d'Haltbarkeetsfähegkeet vu SPD ënnert esou Standardtuerm méi Investitioun. Fir d'Héichstillskapazitéit vu SPD ënnert 8 / 20 ms an 10 / 350 ms Impulsstroum unzefroen, ginn Experimente op dräi Typen typesch Metal-Oxid-Varistoren (MOV) gemaach, déi fir Spektrum vum Klasse I benotzt ginn. D'Resultater weisen datt d'MOV mat héijer limitéierter Spannung besser ënnert dem 8 / 20ms Impuls vun der aktueller Kapazitéit ofbezuelt sinn, während d'Conclusioun ënnert dem 10 / 350ms Impulsstroum entgeet. Ënner den 10 / 350 ms aktuell ass d'MOV-Ausféierung bezunn op d'absorbéiert Energie pro Eenheet Volumen ënnert een Impuls. Crack ass d'Haasserschuedform ënnert dem 10 / 350ms Stroum, déi als Säit vun der Plastikverkleedung MOV beschriwwe ginn an d'Elektrodenheet peeling off. D'Ablation vum ZnO-Material, verursaacht duerch den Iwwerbléck tëscht der Elektrodenheet an der ZnO-Uewerfläch, ass an der MOV-Elektrode.
Surge-Schutzvorrichtungen (SPDs), déi mat Schwéngungs-Spannung, Telekommunikatiouns- an Signalnetzer verbonne sinn, mussen erfuerderlech sinn wéi ënnert IEC an IEEE Standards [1-5] getest. Wann d'Positiounen a méiglechen Beleessungs Stroum uginn, kann et leiden, sou wéi SPDs ënner Haaptimpuls d'Haaptstréim haaptsächlech mat Wellenform vun 8 / 20 ms an 10 / 350 ms [4-6] getest. D'aktuell Signalform vun 8 / 20 ms gëtt allgemeng benotzt fir den Blitzimpuls [6-8] ze simuléieren. Den Nominal-Entlëss-Stroum (am) an den maximalen Auslaisstrom (Imax) vu SPD sinn ze definéieren mat dem 8 / 20-Impuls-Strom [4-5]. Ausserdeem gëtt den 8 / 20 ms aktuellen Impuls ubruecht fir Spd-Residenz an Operatiounsdosses [4]. 10 / 350ms Impulstroum gëtt normalerweis benotzt fir den direkte Blitz-Réckschlag-Strom [7-10] ze simuléieren. Dës Signalform entsprécht den Parameteren fir den Impulsentladestrom fir de Spd-Test SP1, deen speziell fir den zousätzlech Duty-Test fir Klassen I SPD [4] benotzt gëtt. Während den Typen Tester [4-5], gëtt spezifizéiert Unzuel vun Impulssträifen néideg fir op SPDs opzehuelen. Zum Beispill fanne fënnef 8 / 20 ms Stroum a fënnef 10 / 350 ms Impulstrme fir den Operatiounsdrohprüf fir Klassen I SPD [4]. Mä mat der Verbesserung vun der SPD-Produkter brauch d'Performance an d'Haltbarkeetsfähegkeet vu SPD ënnert esou Standardtuerm méi Investitioun. Déi viregt Fuerschungen konzentréiere sech gewéinlech op d'Performance vu MOV ënner e puer 8 / 20 ms Impuls [11-14], während d'Performance ënnert wiederhuelend 10 / 350 ms Impulsestrom net grëndlech untersucht gouf. Ausserdeem sinn d'Klass I SPDs, déi op d'Punkte vu héich Belaaschtung an Gebaier a Verdeelungssystemer installéiert sinn, méi vulnerabel fir Blitzschléi [15-16]. Dofir ass d'Performance an d'Haltbarkeetsfähegkeet vun der Klass I SPD ënnert 8 / 20 ms an 10 / 350 ms Impulssträifen noutwenneg ze ermorgen. Dëse Pabeier experimentell unhand vun der Haltbarkeetsfähegkeet vun der Klass I SPD ënnert 8 / 20 ms an 10 / 350 ms Impulsen. Déi dräi Typen vun typesche MOV si fir Spéider Klasse I benotzt ginn fir d'Analyse. Déi aktuell Amplitude an d'Zuel vun Impulser si fir verschidden Experimenter ugepasst. De Verglach läit op der Haltbarkeetsfähegkeet vu MOVs ënner de zwee Arten Impulsstroum. Den Ausfallmodus vun de MOV-Proben, déi no Tester geschéckt goufen, analyséiert.
Déi dräi Typen vun typesche MOV si fir Spéider Klasse I benotzt ginn an den Experimenten. Fir all Typ vun MOVs, 12-Prouf vun EPCOS ginn u véier Arten vun Experimenten ugeholl. D'Basisparameter sinn an der TABELLE I agefruer, wou de Representante vum Nominalstrom vun de MOV bei 8 / 20μs Impuls representéieren. Den Imax representéiert de maximalen Entlëschter Stroum ënnert 8 / 20μs Impuls, Iimp representéiert den maximalen Entlëschstrom ënnert 10 / 350μs Impuls, UDC1mA representéieren D'MOV-Spannung gemengt ënner 1 mA DC-Strom, Ur representéiert de MOV-Restspannung ënner In.
D'Figur 1 weist den Impulsstroum-Generator, deen an d'Ausgab 10 / 350 ms an 8 / 20 ms aktuellen Impulsen agefouert gëtt. D'Pearson Spule gëtt ugeholl fir d'Impulssträifen op den getesteten MOVs ze méieren. Den Spannungsteiler mat dem Verhältnis vu 14.52 gëtt benotzt fir d'Restspannungen ze mëschen. Den digitale Oszilloskop vun TEK DPO3014 gëtt adoptéiert fir d'experimentell Welleform ze erfëllen.
Laut dem SPD Test Standard [4] sinn d'Amplituden, déi u 8 / 20 ms aktuell ugeholl goufen, 30kA (0.75Imax) a 40kA (Imax). Amplitudent Amplituden fir 10 / 350 ms aktuell gehéieren 0.75Iimp an Iimp. Referenz zum Operatiounsdrohentest fir MOVs [4], fünfzehn 8 / 20MS Impulser ginn op MOV-Proben applizéiert, an d'Intervalle tëscht Impulsen ass 60 s. Dofir ass de Fluchdiagramm vun der experimenteller Prozedur an der 2.
Déi experimentell Prozedur ka beschriwwe ginn wéi:
(1) Initialen Moossnamen: D'MOV-Proben si mat UDC1mA, Ur an Fotografie am Ufank vun Experimenten charakteriséiert.
(2) Fünfzehn Impulsen anzegesinn: Den Impulsstroum-Generator ajustéieren de Fuerderungsimpuls aus. Fënnef Impulse mat Interval vun 60 s ginn op der MOV Probe successif.
(3) Gitt d'gemoossene Signalform vun de MOV-Stréimën a Spannungen no all Impulsanlag op.
(4) Visuell Inspektioun a Messungen nom Tester. Kontrolléiert d'Uewerfläch vum MOV fir Punkweis oder Blëtz. Maacht de UDC1mA an d'Ur nom Tester. Nodeems Fotoen vun de beschiedene MOV sinn no Tester. D'Passekriterien fir d'Experimenter, no IEC 61643-11 [4], erfuerderen datt d'Spannung an d'aktuell Rekorder, zesummen mat enger visueleger Inspektioun, keng Indikatioun fir Punkto oder Blëtz vun den Proben hunn. Ausserdeem ass d'IEEE Std. C62.62 [5] huet de Posttest gemooss Ur (MOV-Restspannungen bei In) proposéiert net méi of wéi 10% vun der préstest gemooss Ur. De Std. IEC 60099-4 [17] erfuerderlech och datt d'UDC1mA net méi méi wéi 5% vun den Impulsprüfungen abdeelen sollt.
- D'Haltbarkeetsfähegkeet ënnert 8 / 20 ms Impulse ginn
An dësem Sekt gëtt den 8 / 20 ms Impulssträifen mat Amplituden vun 0.75Imax an Imax op den SPD-Proben applizéiert. D'Ännerung fir den Posttest gemoossent UDC1mA an den Ur gëtt definéiert wéi:
Ucr stellt d'Verännerung vun de gemoarte Wäerter duer. Uat repräsentéiert de Wäert, deen nom Tester gemooss gouf. Ubt repräsentéiert de Wäert, deen virum Tester gemooss gouf.
3.1 D'Resultater ënner dem 8 / 20 ms Impuls vun der aktueller Peak vu 0.75Imax
D'Testergebnisse fir dräi Typen vu MOVs ënner fënnegen 8 / 20 ms Impulsensträifen mat Héichpunkt vun 0.75Imax (30 kA) ginn an TITP II angezeigt. D'Resultat fir all Typ vu MOV ass den Duerchschnëtt vu dräi selweschte Proben.
TITEL II
Resultater ënner 8 / 20 ms Impulsen Strossen mat 30 KA Peak
Et kann aus TABLEII gesi ginn, datt nach fënnef 8 / 20 ms Impulse op den MOV'en applizéiert goufen, sinn d'Verännerungen vun UDC1mA an Ur min. De "Pass" fir visuell Inspektioun heescht keen sichtbare Schued bei den getesteten MOV'en. Ausserdeem kann et observéiert ginn, datt mat der Vergréisserung vun der MOV-Begrenzungsspannung de Ucr méi kleng gëtt. Wéi d'Ucr ass déi klengst fir V460 Typ MOV. Et kann geschlossen ginn, datt déi dräi Typen vu MOVs de fofzéng 8 / 20 ms Impuls mam 30 kA Peak passéieren.
3.2 D'Resultater ënner 8 / 20 ms Impulse mat der Spëtzt vum Imax
Wann d'Experimenterresultë gemaach ginn, da gëtt d'Amplitude vum 8 / 20 ms aktuell zu 40 kA (Imax) vergréissert. Zousätzlech ass d'Zuel vun Impulser op zwanzeg fir V460 Typ MOV vergréissert. Déi experimentell Ergebnisser ginn an TITELL III agefouert. Fir d'Energieabsorption vun den dräi Typ MOVs ze vergläichen, gëtt Ea / V benotzt fir d'Absorbedelenergie pro Unit Volume fir den Duerchschnëtt vu fënnefzehnt a zwielef Impulsen ze representéieren. Hei ass de "duerchschnëttlech" dorunner geduecht, well d'Energieaufnahme vu MOVs ënner all Impuls liicht ënnerscheed ass.
TITEL III
Resultater ënner 8 / 20 ms Impulsen Strossen mat 40 KA Peak
Et kann aus TABLE III observéiert ginn, datt wann d'aktuell Amplitude op 40 kA eropgeet, de Ucr fir UDC1mA ofschalt méi wéi 5% fir V230 a V275, obwuel d'Verännerung vum MOV-Restspannung nach ëmmer am effektiven Bereich vun 10% ass. Déi visuell Inspektioun weist och keng sichtbar Schued bei den getesteten MOV. ForV230- a V275 Typ MOVs heescht d'Ea / V déi absorbéiert Energie pro Unit Volumen mat duerchschnëttlech vu fënnefzehn Impulge. D'Ea / V fir V460 stellt d'Absorptiounsergie pro Unit Volume mat duerchschnëtt zwanzeg Impulser. TABELLE III weist datt d'MOVs mat enger méi héije Begrenzungsspannung (V460) méi grouss Ea / V hunn wéi déi MOVs mat manner limitéierende Spannung (V275 a V230). Ausserdeem, mam Impulsstroum, ëmmer erëm op de V460 applizéiert ginn, erhéicht d'absorbéiert Energie pro Eenheet Volumen (E / V) graduell erop, wéi an der 3.
Dofir kann et geschlossen ginn datt d'V230- a V275-Typ MOVs net duerf fünfzehn 8 / 20ms aktuellen Impulsen mat Peak vum Imax standhalten, während de V460 Typ MOV kéint den maximalen Oflaascht bis op 20 Impulsen standhalten. Dëst bedeit datt d'MOV mat héijer limitéierter Spannung besser Behuelen ënner 8 / 20ms Impulséierst hunn.
4. D'Haltbarkeetsfähegkeet ënnert 10 / 350 ms Impulse Stroum
An dësem Deel sinn d'10 / 350 ms Impulsenstréimunge mat Amplituden vun 0.75Iimp an Iimp respektéiert op den SPD-Proufplazen.
4.1 D'Resultater ënner 10 / 350 ms Impulser Akt mat Héichpunkt vun 0.75Iimp
Well d'Iimp vun den dräi Typen vu MOV sinn ënnerschiddlech sinn 10 / 350 ms Stroum mat Amplitude vun 4875A ginn op V230 a V275 applizéiert, an d'Impulse mat der Amplitude vum 4500 A ginn op V460 applizéiert. No der Applikatioun vu fënnef Impulsstroum sinn d'Ännerungen fir UDC1mAand Ur op den getesteten MOVs an TABEL IV. D'ΣE / V heescht d'Summéierung vum E / V fir déi ugewandte Impulser.
Et kann aus TABLE IV gesi ginn, datt nom Véierel 10 / 350 ms Stroum mat Héichpunkt vun 0.75Iimp kann de V230 de Test passéiren, während d'Verännerung fir UDC1mA vu V275 méi wéi 5% weiderspuert. Schwellend a klenge Rëss och op der Plastikverkleedung vu V275. D'Foto vu V275 mat minimalem Ruck ass a Figur 4.
Fir V460 Typ MOV, nodeems de aachte 10 / 350-Impuls mat Héichpunkt vun 4500A applizéiert gëtt, hu se de MOV gebrooft an d'gemoossene Spannung a Stroumwellenformen onbedéngt anormal. Zum Verglach, d'gemo Spannungen a Stroumwellen ënner ënner 7 a 7e 10 / 350 ms Impuls op V460 ginn an 5.
Figur. 5. Déi gemoene Spannung a Stroumwellenformen op V460 ënner 10 / 350 ms Impuls
Fir V230 a V275 ass ΣE / V d'Summéierung vum E / V fir fënnefzehn Impulser. Fir V460, ΣE / V ass d'Summéierung vum E / V fir aacht Impulser. Et kann beobacht ginn datt wann och de Ea / V vum V460 méi héich wéi dee vun V230 a V275 ass, ass de totale ΣE / Vof V460 de klengste. De V460 huet awer de gréisste Schued gemaach. Dëst bedeit datt d'MOV Ausgrenzung ënnert dem 10 / 350 ms aktuell net mat der total absorbéierter Energie (Σ E / V) bezuelt ass, awer kann méi mat der absorbéierter Energie ënner een Impuls (Ea / V. ). Et kann geschlossen ginn, datt de V10 ënnert 350 / 230 ms Impuls aktuell kéint méi Impulser wéi déi vu V460 Typ MOV bestanen. Dëst bedeit datt d'MOVs mat manner limitéierende Spannung besser ënnert dem 10 / 350 ms aktuell bestoen, wat sech géint de Schluss ënner dem 8 / 20 ms Impulsestrom passt.
4.2 D'Resultater ënner 10 / 350 ms Impulse mat Spitzenbezeechnunge vun Iimp
Wann d'Amplitude vum 10 / 350 ms aktuell erhéicht gëtt fir Iimp, all déi getesteten MOVs konnt net fënnzehn Impulser passen. D'Resultater ënner 10 / 350 ms Stroumsträifen mat Amplitude vun Iimp ginn an TABEL V V angezeigt, wou "Ofstandhalter Impuls Nummer" den Impulsbetrag bedeit datt de MOV kéint stéieren.
Et kann aus TABLE V observéiert ginn datt den V230 mat Ea / V vun 122.09 J / cm3 8 u 10 / 350 ms Impulsen halen kann, während de V460with Ea / V vun 161.09 J / cm3 nëmmen dräi Impulsen halen kann, obwuel d'Peakzäit fir V230 (6500 A) ass méi héich wéi dee fir V460 (6000 A). Dëst validéiert d'Schluss datt d'MOV mat héich limitéierter Spannung méi liicht ënner dem 10 / 350 ms aktuell beschiedegt ginn. Dëst Phänomen kann erkläert ginn als: d'grouss Energie déi duerch 10 / 350 ms aktuell gefouert gëtt an MOV'en absorbéiert ginn. Fir MOVs mat héijer limitéierter Spannung ënner 10 / 350 ms aktuell, vill méi Energie gëtt an de Volume vun der MOV absorbéiert wéi dat an de MOVs mat gerénger limitéierter Spannung, an d'exzessive Energieabsorption féiert zum MOV-Ausfall. Allerdéngs brauch den Ausfallmechanismus ënner 8 / 20 ms aktuell méi Untersuchung.
Visuell Inspektioun weist datt déi selwecht Schuedform op déi dräi Typen vu MOV ënner 10 / 350 ms aktuell observéiert gëtt. Eng Säit vun der Plastikverkleedung MOV an der Rectanguläre Elektrodenheet peel ab. D'Ablation vum ZnO-Material erschaaft am Géigestand vum Elektrodenplack, deen duerch den Blendern tëschent der MOV-Elektrode an der ZnO-Uewerfläch verursaacht gëtt. D'Foto vu beschiedegtes V230 ass an der Figur 6.
5. Konklusioun
D'SPD sinn néideg ënnert Impulseentlaender Stroum haaptsächlech mat Signalformen vun 8 / 20 ms an 10 / 350 ms. Fir d'Héichstillskapazitéit vu SPD ënnert 8 / 20 ms an 10 / 350 ms Impulstros ze investigéieren an ze vergläichen, ginn verschidden Experimenter mat maximalem Entlëssstrom fir 8 / 20 ms (Imax) a 10 / 350 ms (Iimp) , wéi och Amplituden vun 0.75Imax an 0.75Iimp. Déi dräi Typen vun typesche MOV si fir Spéider Klasse I benotzt ginn fir d'Analyse. E puer Schlussele kënne gezeechent ginn.
(1) D'MOV bei héijer limitéierter Spannung hunn besser Kapazitéit ënnert dem 8 / 20ms Impulspräis. D'V230- a V275 Typ MOVs konnt net vu fënnef 8 / 20MS Impulse mat Peak vum Imax bleiwen, während de V460 Typ MOV zwanzeg Impulser goe kann.
(2) D'MOVs mat manner limitéierter Spannung hunn besser Kapazitéit ënnert dem 10 / 350 ms aktuell gespiert. De V230 Typ MOV konnt sech u sech 10 / 350 ms Impulse mat Héichpunkt vun Iimp behalen, wéisou de V460 nëmmen dräi Impulsen hannerlooss hunn.
(3) Wann d'Unitéit Volumen vum MOV ënner 10 / 350 ms aktuell ass, kann d'Absorbedenergie ënnert eenzelne Impuls mat der MOV-Ausgab bezéien, anstatt datt d'Summéierung vun absorbéierter Energie ënner all Ukrafter Uwendungen ugeet.
(4) Déi selwecht Schuedform gëtt op dräi Arten vu MOV ënner 10 / 350 ms Stroum beobachtet. Eng Säit vun der Plastikverkleedung MOV an der Rectanguläre Elektrodenheet peel ab. D'Ablation vum ZnO-Material, verursacht duerch Blendendeksel tëscht Elektrodenheet an ZnO-Uewerfläch, ass an der MOV-Elektrode.