Apsaugos nuo viršįtampių įtaisai (SPD) turi būti bandomi esant impulsinės iškrovos srovėms, daugiausia su 8 / 20 ms ir 10 / 350 ms bangos formomis. Tačiau, tobulinant SPD produktus, SPD veikimui ir atlaikymui pagal tokias standartines bandymo sroves reikia daugiau tyrimų. Siekiant ištirti ir palyginti SPD atsparumą 8 / 20 ms ir 10 / 350 ms impulsų srovėms, atliekami trys tipiški metalo oksido varistoriai (MOV), kurie naudojami I klasės SPD. Rezultatai rodo, kad MOV, turintys didesnę ribinę įtampą, turi geresnį atsparumą pagal 8 / 20ms impulsų srovę, o 10 / 350ms impulsinės srovės išvada yra priešinga. Pagal 10 / 350 ms srovę MOV gedimas yra susijęs su sugeriamu energijos kiekiu vieneto tūriu pagal vieną impulsą. „10 / 350ms“ srovė yra pagrindinė žala, kurią galima apibūdinti kaip vieną iš MOV plastikinių kapsulių ir elektrodų lakštų. Netoli MOV elektrodo atsirado ZnO medžiagos abliacija, kurią sukėlė perėjimas tarp elektrodo lakšto ir ZnO paviršiaus.

1. Įvadas

Apsaugos nuo viršįtampių įtaisai (SPD), prijungti prie žemos įtampos energijos sistemų, telekomunikacijų ir signalų tinklų, turi būti išbandyti pagal IEC ir IEEE standartų reikalavimus [1-5]. Atsižvelgiant į vietą ir galimą apšvietimo srovę, kurioms gali tekti nukentėti, tokie SPD turi būti bandomi impulsinės iškrovos srovėse, daugiausia su 8 / 20 ms ir 10 / 350 ms [4-6] bangų formomis. 8 / 20 ms dabartinė bangos forma paprastai naudojama žaibo impulsui [6-8] imituoti. Vardinės iškrovos srovė (In) ir maksimali SPD išleidimo srovė (Imax) yra apibrėžtos 8 / 20 ms impulsų srovėje [4-5]. Be to, 8 / 20 ms srovės impulsas yra plačiai naudojamas SPD liekamosioms įtampoms ir eksploatacinėms apkrovoms atlikti [4]. 10 / 350ms impulsų srovė paprastai naudojama tiesioginei žaibo grįžtamajai eigos srovei [7-10] imituoti. Ši bangos forma atitinka I klasės SPD bandymo impulsų išleidimo srovės parametrus, kurie yra ypač naudojami papildomam I klasės SPD [4] bandymui atlikti. Atliekant tipo bandymus [4-5], reikia taikyti tam tikrą impulsų srovių skaičių, kad būtų galima taikyti SPD. Pavyzdžiui, I klasės SPD [8] veikimo bandymui reikalingos penkiolikos 20 / 10 ms srovių ir penkios impulsų srovės 350 / 4 ms. Tačiau, tobulinant SPD produktus, SPD veikimui ir atlaikymui pagal tokias standartines bandymo sroves reikia daugiau tyrimų. Ankstesni tyrimai dažniausiai buvo sutelkti į MOV našumą daugelyje 8 / 20 ms impulsų srovių [11-14], o pakartotinio 10 / 350 ms impulsinės srovės našumas nebuvo kruopščiai ištirtas. Be to, I klasės SPD, įrengtos aukšto lygio pastatuose ir paskirstymo sistemose, yra labiau pažeidžiamos žaibo smūgiams [15-16]. Todėl reikia ištirti I klasės SPD veikimo ir atlaikymo galimybes pagal 8 / 20 ms ir 10 / 350 ms impulsų sroves. Šiame dokumente eksperimentiškai ištirtas I klasės SPD atsparumas 8 / 20 ms ir 10 / 350 ms impulsų srovėms. Analizei priimami trys tipiški I klasės SPD tipai. Srovės amplitudė ir impulsų skaičius pritaikomi keliems eksperimentams. Atliekamas palyginimas su MOV atsparumu dviem impulsinių srovių tipams. Taip pat analizuojami MOV mėginių, kurie nepavyko atlikti bandymų, gedimo režimas.

2. Eksperimento išdėstymas

Eksperimentuose priimami trys tipiški I klasės SPD tipai. Kiekvienam MOV tipui EPCOS imami 12 mėginiai pagal keturių rūšių eksperimentus. Jų pagrindiniai parametrai parodyti I LENTELĖ, kur „In“ reiškia nominalią MOV išleidimo srovę pagal „8 / 20µs“ impulsą, Imax reiškia didžiausią iškrovos srovę pagal 8 / 20µs impulsą, Iimp atitinka didžiausią iškrovos srovę pagal 10 / 350µs impulsą, UDC1mA atstovauja MOV įtampa, išmatuota pagal 1 mA nuolatinės srovės srovę, Ur reiškia MOV likutinę įtampą pagal In.

1 rodo impulsinės srovės generatorių, kuris gali būti reguliuojamas išėjimo 10 / 350 ms ir 8 / 20 ms srovės impulsams. „Pearson“ ritė yra naudojama matuojamoms MOV impulsinėms srovėms matuoti. Likutinės įtampos matavimui naudojamas įtampos skirstytuvas su 14.52 santykiu. TEK DPO3014 skaitmeninis osciloskopas priimtas eksperimentinėms bangų formoms įrašyti.

Pagal SPD bandymo standartą [4], 8 / 20 ms srovės amplitudės apima 30kA (0.75Imax) ir 40kA (Imax). Į 10 / 350 ms srovę įtrauktos amplitudės apima 0.75Iimp ir Iimp. Nuoroda į MOV [4] veikimo bandymą, MIV mėginiams taikoma penkiolika 8 / 20ms impulsų, o tarpas tarp impulsų yra 60 s. Todėl eksperimentinės procedūros schema pateikta 2 pav.

Eksperimentinę procedūrą galima apibūdinti kaip:

(1) Pradiniai matavimai: MOV mėginiai apibūdinami UDC1mA, Ur ir nuotraukomis eksperimentų pradžioje.

(2) Taikykite penkiolika impulsų: Sureguliuokite impulsinės srovės generatorių, kad išvestumėte reikiamą impulsinę srovę. MOV mėginiui iš eilės taikomos penkiolika impulsų, kurių intervalas yra 60 s.

(3) Užregistruokite MOV srovių ir įtampų matuojamas bangos formas po kiekvienos impulsų.

(4) Vizuali apžiūra ir matavimai po bandymų. Patikrinkite, ar MOV paviršius nėra punkcinis ar perpylęs. Po bandymų išmatuokite UDC1mA ir Ur. Po bandymų paimkite sugadintų MOV nuotraukų. Bandymų kriterijai pagal IEC 61643-11 [4] reikalauja, kad tiek įtampos, tiek srovės įrašai kartu su vizualiu patikrinimu neparodytų mėginių punkcijos ar pertrūkių. Be to, IEEE Std. C62.62 [5] pasiūlė, kad po bandymo, išmatuoto Ur (MOV likutinė įtampa į In), iš anksto nustatyto Ur testo vertė negali nukrypti daugiau kaip 10%. Std. IEC 60099-4 [17] taip pat reikalauja, kad po impulso testų UDC1mA neturėtų nukrypti daugiau nei 5%.

  1. Atsparumas 8 / 20 ms impulso srovė

Šiame skyriuje pagal SPD mėginius taikomos 8 / 20 ms impulsinės srovės, kurių amplitudės yra 0.75Imax ir Imax. Poveikio pokytis, išmatuotas UDC1mA ir Ur, apibrėžiamas taip:

kur, Ucr yra matuojamų verčių pokytis. Uat reiškia vertę, išmatuotą po bandymų. Ubt reiškia vertę, išmatuotą prieš bandymus.

3.1 Rezultatai pagal 8 / 20 ms impulsinę srovę su didžiausiu 0.75Imax

Trijų tipų MOV tipų, turinčių ne daugiau kaip penkiolika 8 / 20 ms impulsų srovių su 0.75Imax (30 kA), bandymo rezultatai pateikti II lentelėje. Kiekvieno MOV tipo rezultatas yra trijų tų pačių mėginių vidurkis.

II LENTELĖ

Rezultatai pagal 8 / 20 ms impulsų sroves su 30 kA smaile

Iš II lentelės matyti, kad po penkiolika 8 / 20 ms impulsų buvo pritaikyti MOV, UDC1mA ir Ur pokyčiai yra nedideli. „Pass“ vizualiniam tikrinimui nereiškia, kad bandomosios MOV yra pastebimos. Be to, galima pastebėti, kad padidinus MOV ribinę įtampą, Ucr tampa mažesnis. Tokie kaip Ucr yra mažiausias V460 tipo MOV. Galima daryti išvadą, kad trys MOV tipai galėjo perduoti penkiolika 8 / 20 ms impulsų su 30 kA smaile.

3.2 Rezultatai pagal 8 / 20 ms impulso srovę su Imax smaile

Atsižvelgiant į aukščiau pateiktus eksperimentinius rezultatus, 8 / 20 ms srovės amplitudė padidinama iki 40 kA (Imax). Be to, V460 tipo MOV impulsų skaičius padidinamas iki dvidešimties. Eksperimentiniai rezultatai pateikti III lentelėje. Siekiant palyginti energijos absorbciją trijų tipų MOV, Ea / V yra naudojamas sugerti energiją vieneto tūrio vienetui vidutiniškai penkiolika ar dvidešimt impulsų. Čia atsižvelgiama į „vidurkį“, nes energijos absorbcija MOVs yra šiek tiek kitokia pagal kiekvieną impulsą.

III LENTELĖ

Rezultatai pagal 8 / 20 ms impulsų sroves su 40 kA smaile

Iš III lentelės matyti, kad, kai srovės amplitudė padidinama iki 40 kA, UDC1mA Ucr nukrypsta daugiau nei 5% V230 ir V275, nors MOV liekamosios įtampos pokytis vis dar neviršija 10%. Vizuali apžiūra taip pat nerodo pastebimų pažeidimų bandomiems MOV. ForV230 ir V275 tipo MOVs, Ea / V - tai sugeriama energija vieneto tūriui su penkiolikos impulsų vidurkiu. EA / V V460 reiškia sugeriamą energiją vieneto tūriui su dvidešimties impulsų vidurkiu. III LENTELĖ rodo, kad MOV, turintys didesnę ribinę įtampą (V460), turi didesnę Ea / V nei MOV, turintiems mažesnę ribinę įtampą (V275 ir V230). Be to, kai impulsų srovė pakartotinai taikoma V460, sugeriamoji energija tūrio vienetui (E / V) pamažu didėja, kaip parodyta 3.

Todėl galima daryti išvadą, kad V230 ir V275 tipo MOV negali atlaikyti penkiolikos 8 / 20ms srovės impulsų, kurių didžiausias Imax, o V460 tipas MOV atlaikė didžiausią iškrovos srovę iki 20 impulsų. Tai reiškia, kad MOV, turintys didesnę ribinę įtampą, turi geresnį atsparumą pagal 8 / 20ms impulsų srovę.

4. Atsparumas 10 / 350 ms impulsų srovei

Šiame skyriuje pagal SPD mėginius taikomos 10 / 350 ms impulsinės srovės, kurių amplitudės yra 0.75Iimp ir Iimp.

4.1 Rezultatai pagal 10 / 350 ms impulsinę srovę su 0.75Iimp smaile

Kadangi trijų tipų MOV tipai yra skirtingi, V10 ir V350 yra taikomos 4875 / 230 ms srovės, kurių amplitudė yra 275A, o V4500 taikomos impulsai su 460 A amplitude. Taikant penkiolika impulsų srovių, UDC1mAand Ur pakeitimai bandomiems MOV rodomi IV lentelėje. ∑E / V reiškia E / V sumą, taikomą taikomiems impulsams.

Iš IV lentelės matyti, kad, pritaikius penkiolika 10 / 350 ms srovių su 0.75Iimp smaile, V230 gali išlaikyti testą, o V1 UDC275mA pokytis nukrypsta daugiau nei 5%. Ant plastikinės V275 kapsulės taip pat atsirado patinimas ir nedidelis plyšys. V275 nuotrauka su nedideliu įtrūkimu pavaizduota 4.

V460 tipo MOV atveju, po aštuonių 10 / 350 ms impulsų su 4500A smaile, MOV krekingo ir išmatuotos įtampos ir srovės bangos yra nenormalios. Palyginimui, matuojamos įtampos ir srovės bangos formos pagal septintąjį ir aštuntąjį 10 / 350 ms impulsą V460 parodomos 5 pav.

5. Išmatuotos įtampos ir srovės bangos formos V460 sistemoje pagal 10 / 350 ms impulsą

V230 ir V275 atveju, ∑E / V yra E / V sumavimas penkiolika impulsų. V460, ∑E / V yra E / V sumavimas aštuoniems impulsams. Galima pastebėti, kad nors V460 Ea / V yra didesnis nei V230 ir V275, bendras ∑E / Vof V460 yra mažiausias. Tačiau V460 patyrė rimtiausią žalą. Tai reiškia, kad MOV vieneto tūriui MOV gedimas pagal 10 / 350 ms srovę nesusijęs su bendra absorbuota energija (∑ E / V), bet gali būti labiau susijęs su sugerta energija pagal vieną impulsą (Ea / V ). Galima daryti išvadą, kad pagal 10 / 350 ms impulsinę srovę V230 gali atlaikyti daugiau impulsų nei V460 tipo MOV. Tai reiškia, kad MOV, turintys mažesnę ribinę įtampą, turi geresnį atsparumą esant 10 / 350 ms srovei, kuri yra priešinga išvadai pagal 8 / 20 ms impulsų srovę.

4.2 Rezultatai pagal 10 / 350 ms impulsų srovę su Iimp smaile

Kai 10 / 350 ms srovės amplitudė padidinama iki Iimp, visi išbandyti MOV negalėjo praeiti penkiolika impulsų. Rezultatai pagal 10 / 350 ms impulsų sroves, turinčias Iimp amplitudę, pateikiami V TABELYJE, kur „atlaikymo impulsų skaičius“ reiškia impulsų kiekį, kurį MOV gali atlaikyti prieš kreko.

Iš V lentelės matyti, kad V230 su 122.09 J / cm3 Ea / V gali atlaikyti aštuonis 10 / 350 ms impulsus, o V460 su 161.09 J / cm3 Ea / V galėjo perduoti tik tris impulsus, nors didžiausia srovė priimta V230 (6500 A) yra didesnis nei V460 (6000 A). Tai patvirtina išvadą, kad MOV, turintys didelę ribinę įtampą, yra lengviau sugadintas pagal 10 / 350 ms srovę. Šį reiškinį galima paaiškinti taip: didelė energija, kurią perneša 10 / 350 ms srovė, bus sugeriama MOV. MOV, turintiems didelę ribinę įtampą pagal 10 / 350 ms srovę, daug daugiau energijos bus sugeriama MOV vieneto tūryje nei MOV, turintiems mažą ribinę įtampą, ir pernelyg didelė energijos absorbcija sukels MOV gedimą. Tačiau 8 / 20 ms srovės gedimo mechanizmas turi daugiau tyrimų.

Vizuali apžiūra rodo, kad tokia pati žalos forma pastebima trijų tipų MOV tipuose pagal 10 / 350 ms srovę. Viena MOV plastiko kapsulės pusė ir stačiakampio formos elektrodų lakštai nuimami. ZnO medžiagos abliacija atsirado šalia elektrodų lakšto, kurį sukelia perėjimas tarp MOV elektrodo ir ZnO paviršiaus. Pažeisto V230 nuotrauka parodyta 6.

5. Išvada

SPD turi būti išbandyti esant impulso iškrovos srovėms, daugiausia su 8 / 20 ms ir 10 / 350 ms bangos formomis. Siekiant ištirti ir palyginti SPD atsparumą 8 / 20 ms ir 10 / 350 ms impulsų srovėms, atliekami keli eksperimentai su maksimalia 8 / 20 ms (Imax) ir 10 / 350 ms (Iimp) bangų formos iškrovos srovėmis , taip pat 0.75Imax ir 0.75Iimp amplitudės. Analizei priimami trys tipiški I klasės SPD tipai. Galima padaryti keletą išvadų.

(1) MOV, turintys didesnę ribinę įtampą, turi geresnį atsparumą pagal 8 / 20ms impulsų srovę. V230 ir V275 tipo MOV negalėjo atlaikyti penkiolika 8 / 20ms impulsų su didžiausiu Imax, o V460 tipo MOV gali praeiti dvidešimt impulsų.

(2) MOV, turintys mažesnę ribinę įtampą, turi geresnį atsparumą esant 10 / 350 ms srovei. V230 tipo MOV gali atlaikyti aštuonis 10 / 350 ms impulsus su Iimp smaile, o V460 galėjo perduoti tik tris impulsus.

(3) Atsižvelgiant į MOV vieneto tūrį pagal 10 / 350 ms srovę, sugertoji energija pagal vieną impulsą gali būti susieta su MOV gedimu, o ne sumontuota sugerta energija pagal visus taikomus impulsus.

(4) Tokios pačios žalos formos yra stebimos trijų tipų MOV tipuose pagal 10 / 350 ms sroves. Viena MOV plastiko kapsulės pusė ir stačiakampio formos elektrodų lakštai nuimami. Netoli MOV elektrodo atsirado ZnO medžiagos abliacija, kurią sukėlė perėjimas tarp elektrodo lakšto ir ZnO paviršiaus.