Pārsprieguma aizsargierīces (SPD) ir jāpārbauda, ​​izmantojot impulsu izlādes strāvas galvenokārt ar 8 / 20 ms un 10 / 350 ms viļņu formām. Tomēr, uzlabojot SPD produktus, SPD veiktspējai un izturībai saskaņā ar šādām standarta testēšanas strāvām ir nepieciešama lielāka izmeklēšana. Lai izpētītu un salīdzinātu SPD pretestības spējas saskaņā ar 8 / 20 ms un 10 / 350 ms impulsa straumēm, tiek veikti eksperimenti ar trim tipiskiem metāla oksīda varistoriem (MOV), kurus izmanto I klases SPD. Rezultāti rāda, ka MOV ar augstāku ierobežojošo spriegumu ir labāk izturīgi pret 8 / 20ms impulsa strāvu, bet secinājums saskaņā ar 10 / 350ms impulsa strāvu ir pretējs. 10 / 350 ms strāvas gadījumā MOV kļūme ir saistīta ar absorbēto enerģiju uz tilpuma vienību vienā impulsā. Kreka ir galvenais bojājumu veids saskaņā ar 10 / 350ms strāvu, ko var raksturot kā MOV plastmasas iekapsulēšanas un elektrodu loksnes vienu pusi. Netālu no MOV elektroda parādījās ZnO materiāla ablācija, ko izraisīja starplika starp elektrodu loksni un ZnO virsmu.

1. Ievads

Pārsprieguma aizsargierīces (SPD), kas pieslēgtas zemsprieguma energosistēmām, telekomunikāciju un signālu tīkliem, ir jāpārbauda saskaņā ar IEC un IEEE standartu [1-5] prasībām. Ņemot vērā atrašanās vietu un iespējamo apgaismojuma strāvu, šādas SPD ir jāpārbauda, ​​izmantojot impulsu izlādes strāvas, galvenokārt ar 8 / 20 ms un 10 / 350 ms [4-6] viļņu formām. 8 / 20 ms pašreizējā viļņu forma parasti tiek izmantota, lai modelētu zibens impulsu [6-8]. SPD nominālā izlādes strāva (In) un maksimālā izlādes strāva (Imax) tiek definētas ar 8 / 20 ms impulsa strāvu [4-5]. Turklāt 8 / 20 ms strāvas impulss tiek plaši izmantots SPD atlikušajam spriegumam un ekspluatācijas darba testiem [4]. 10 / 350ms impulsa strāva parasti tiek izmantota, lai modelētu tiešo zibens atpakaļgaitas strāvu [7-10]. Šī viļņa forma atbilst I klases SPD testa impulsu izlādes strāvas parametriem, kas īpaši tiek izmantoti I nodaļas SPD papildu datu pārbaudei [4]. Tipa testu laikā [4-5] ir nepieciešams noteikts impulsu strāvu skaits, lai piemērotu SPD. Piemēram, piecpadsmit 8 / 20 ms strāvas un piecas 10 / 350 ms impulsu strāvas ir nepieciešamas I klases SPD [4] darbības pārbaudei. Tomēr, uzlabojot SPD produktus, SPD veiktspējai un izturībai saskaņā ar šādām standarta testēšanas strāvām ir nepieciešama lielāka izmeklēšana. Iepriekšējie pētījumi parasti koncentrējās uz MOV veiktspēju vairākos 8 / 20 ms impulsa strāvas [11-14] apstākļos, bet atkārtota 10 / 350 ms impulsa strāvas veiktspēja nav rūpīgi izpētīta. Turklāt I klases SPD, kas uzstādītas vietās, kur notiek augsta iedarbība ēkās un sadales sistēmās, ir neaizsargātākas pret zibens spēkiem [15-16]. Tāpēc ir jāpārbauda I klases SPD veiktspēja un izturība saskaņā ar 8 / 20 ms un 10 / 350 ms impulsu strāvām. Šajā dokumentā eksperimentāli pētīta I klases SPD izturība saskaņā ar 8 / 20 ms un 10 / 350 ms impulsu strāvām. Analīzei tiek pieņemti trīs tipi MOV, ko izmanto I klases VPD. Pašreizējo amplitūdu un impulsu skaitu pielāgo vairākiem eksperimentiem. Tiek veikta salīdzināšana ar MOV izturēšanas spēju saskaņā ar divu veidu impulsu strāvām. Tika analizēts arī MOV paraugu kļūmes režīms, kas neizdevās pēc testiem.

2. Eksperimenta izkārtojums

Eksperimentos tiek pieņemti trīs tipi MOV, ko izmanto I klases SPD. Katram MOV tipam EPCOS veiktie 12 paraugi tiek pieņemti četru veidu eksperimentos. To pamatparametri ir parādīti I TABULĀ, kur In apzīmē MOV nominālo izlādes strāvu saskaņā ar 8 / 20µs impulsu, Imax pārstāv maksimālo izlādes strāvu 8 / 20µs impulsa laikā, Iimp attēlo maksimālo izlādes strāvu 10 / 350µs impulsa laikā, UDC1mA pārstāv MOV spriegums, ko mēra saskaņā ar 1 mA līdzstrāvas strāvu, Ur pārstāv MOV atlikušo spriegumu zem In.

1 attēlo impulsa strāvas ģeneratoru, ko var regulēt ar izejas 10 / 350 ms un 8 / 20 ms pašreizējiem impulsiem. Pearson spole tiek izmantota, lai izmērītu impulsu strāvas pārbaudītajās MOV. Sprieguma dalītāju ar attiecību 14.52 izmanto, lai izmērītu atlikušos spriegumus. TEK DPO3014 digitālais osciloskops tiek pieņemts, lai ierakstītu eksperimentālās viļņu formas.

Saskaņā ar SPD testa standartu [4], 8 / 20 ms strāvai pieņemtie amplitūdi ietver 30kA (0.75Imax) un 40kA (Imax). 10 / 350 ms strāvai pieņemtie amplitūdi ietver 0.75Iimp un Iimp. Atsauce uz MOV [4] darba pienākumu testu, piecpadsmit 8 / 20ms impulsus piemēro MOV paraugiem, un intervāls starp impulsiem ir 60 s. Tāpēc eksperimentālās procedūras shēma ir parādīta 2.

Eksperimentālo procedūru var raksturot kā:

(1) Sākotnējie mērījumi: MOV paraugus raksturo UDC1mA, Ur un fotogrāfijas eksperimentu sākumā.

(2) Piemērot piecpadsmit impulsus: Noregulējiet impulsa strāvas ģeneratoru, lai izvadītu pieprasīto impulsa strāvu. Piecpadsmit impulsus ar intervālu 60 s piemēro MOV paraugam secīgi.

(3) Ierakstiet MOV strāvu un spriegumu mērītās viļņu formas pēc katras impulsa pielietošanas.

(4) Vizuāla pārbaude un mērījumi pēc testiem. Pārbaudiet, vai MOV virsma nav caurspīdīga. Pēc testa veiciet UDC1mA un Ur. Pēc testiem fotografējiet bojātos MOV. Eksperimentu caurlaides kritēriji saskaņā ar IEC 61643-11 [4] pieprasa, lai gan sprieguma, gan strāvas ierakstos kopā ar vizuālu pārbaudi nebūtu norādes uz paraugu punkciju vai pārplūdi. Turklāt IEEE Std. C62.62 [5] ieteica pēctesta izmērīto Ur (MOV atlikušo spriegumu pie In) nedrīkst novirzīties vairāk par 10% no iepriekš aprēķinātā Ur. Std. IEC 60099-4 [17] arī prasa, lai pēc impulsa testiem UDC1mA nevajadzētu novirzīties vairāk par 5%.

  1. Izturība saskaņā ar 8 / 20 ms impulsa strāva

Šajā sadaļā SPD paraugiem tiek piemēroti attiecīgi 8 / 20 ms impulsu strāvas ar 0.75Imax un Imax amplitūdām. Pēctesta maiņas koeficients, kas izmērīts UDC1mA un Ur, ir definēts kā:

kur, Ucr ir izmērīto vērtību izmaiņas attiecība. Uat ir vērtība, kas izmērīta pēc testiem. Ubt ir vērtība, ko mēra pirms testiem.

3.1 Rezultāti zem 8 / 20 ms impulsa strāvas ar 0.75Imax maksimumu

Testa rezultāti trīs MOV tipiem, kas ir mazāki par piecpadsmit 8 / 20 ms impulsa strāvām ar 0.75Imax (30 kA) maksimumu, ir parādīti II TABULĀ. Rezultāts katram MOV tipam ir trīs to pašu paraugu vidējais lielums.

II TABULA

Rezultāti saskaņā ar 8 / 20 ms impulsu strāvām ar 30 kA maksimumu

No TABLE II redzams, ka pēc piecpadsmit 8 / 20 ms impulsiem MOVs tiek izmantotas nelielas UDC1mA un Ur izmaiņas. “Pass” vizuālajai pārbaudei nozīmē, ka pārbaudītajiem MOV nav redzami bojājumi. Turklāt var konstatēt, ka, palielinoties MOV ierobežojošajam spriegumam, Ucr kļūst mazāks. Piemēram, Ucr ir mazākais V460 tipa MOV. Var secināt, ka visi trīs MOV veidi varēja pāriet uz piecpadsmit 8 / 20 ms impulsu ar 30 kA maksimumu.

3.2 Rezultāti saskaņā ar 8 / 20 ms impulsa strāvu ar maksimumu Imax

Ņemot vērā iepriekš minētos eksperimentālos rezultātus, 8 / 20 ms strāvas amplitūda tiek palielināta līdz 40 kA (Imax). Turklāt V460 tipa MOV impulsu skaits tiek palielināts līdz divdesmit. Eksperimentālie rezultāti ir parādīti III TABULĀ. Lai salīdzinātu enerģijas absorbciju trīs veidu MOVs, Ea / V tiek izmantots, lai attēlotu absorbēto enerģiju uz tilpuma vienību vidēji piecpadsmit vai divdesmit impulsiem. Šeit tiek ņemts vērā “vidējais”, jo enerģijas absorbcija MOVs ir nedaudz atšķirīga katrā impulsā.

III TABULA

Rezultāti saskaņā ar 8 / 20 ms impulsu strāvām ar 40 kA maksimumu

No III TABULAS var secināt, ka, palielinot strāvas amplitūdu līdz 40 kA, UDC1mA Ucr V5 un V230 novirzās vairāk nekā 275%, lai gan MOV atlikuma sprieguma maiņa joprojām ir 10% efektīvajā diapazonā. Vizuālajai pārbaudei arī nav redzamu bojājumu pārbaudītajām MOV. ForV230 un V275 tipa MOVs, Ea / V ir absorbētā enerģija uz tilpuma vienību vidēji ar piecpadsmit impulsiem. EA / V V460 ir absorbētā enerģija uz tilpuma vienību, vidēji divdesmit impulsiem. III TABULA parāda, ka MOV ar augstāku ierobežojošo spriegumu (V460) ir lielāks Ea / V nekā MOV ar zemāku ierobežojošo spriegumu (V275 un V230). Turklāt, ja impulsa strāva atkārtoti tiek lietota uz V460, absorbētā enerģija uz tilpuma vienību (E / V) pakāpeniski palielinās, kā parādīts 3.

Tāpēc var secināt, ka V230 un V275 tipa MOV nevarēja izturēt piecpadsmit 8 / 20ms strāvas impulsus ar maksimumu Imax, bet V460 tips MOV varēja izturēt maksimālo izlādes strāvu līdz 20 impulsiem. Tas nozīmē, ka MOV ar augstāku ierobežojošo spriegumu ir labāka izturība saskaņā ar impulsu strāvu 8 / 20ms.

4. Izturības spēja ar 10 / 350 ms impulsa strāvu

Šajā sadaļā SPD paraugiem tiek piemēroti attiecīgi 10 / 350 ms impulsu strāvas ar 0.75Iimp un Iimp amplitūdām.

4.1 Rezultāti zem 10 / 350 ms impulsa strāvas ar 0.75Iimp maksimumu

Tā kā triju veidu MOV Iimp ir atšķirīgi, V10 un V350 tiek izmantotas 4875 / 230 ms strāvas ar 275A amplitūdu, un V4500 tiek izmantoti impulsi ar 460 A amplitūdu. Pēc piecpadsmit impulsu strāvu piemērošanas UDC1mAand Ur izmaiņas testētajās MOV tiek parādītas IV TABULĀ. ∑E / V ir E / V summēšana pielietotajiem impulsiem.

No IV TABULA redzams, ka pēc piecpadsmit 10 / 350 ms strāvu piemērošanas ar 0.75Iimp maksimumu, V230 varēja nokārtot testu, savukārt V1 UDC275mA izmaiņas mainās vairāk nekā 5%. Arī V275 plastmasas iekapsulēšanas laikā parādījās pietūkums un neliels plaisas. V275 fotogrāfija ar nelielu plaisu ir parādīta 4.

V460 tipa MOV gadījumā pēc astotā 10 / 350 ms impulsa ar 4500A maksimumu tiek pielietotas MOV krekinga un izmērītās sprieguma un strāvas viļņu formas. Salīdzinājumam, izmērītie sprieguma un strāvas viļņi saskaņā ar septīto un astoto 10 / 350 ms impulsu uz V460 ir parādīti 5.

5. Izmērītās sprieguma un strāvas viļņu formas V460 režīmā 10 / 350 ms impulsā

V230 un V275, ∑E / V ir E / V summēšana piecpadsmit impulsiem. V460, ∑E / V ir E / V summēšana astoņiem impulsiem. Var novērot, ka, lai gan V460 Ea / V ir augstāks nekā V230 un V275, kopējā ∑E / Vof V460 ir viszemākā. Tomēr V460 radīja vislielāko kaitējumu. Tas nozīmē, ka MOV vienības tilpumam MOV kļūme 10 / 350 ms strāvā nav saistīta ar kopējo absorbēto enerģiju (∑ E / V), bet var būt vairāk saistīta ar absorbēto enerģiju ar vienu impulsu (Ea / V) ). Var secināt, ka saskaņā ar 10 / 350 ms impulsa strāvu V230 varētu izturēt vairāk impulsu nekā V460 tipa MOVs. Tas nozīmē, ka MOV ar zemāku ierobežojošo spriegumu ir labāka izturība pret 10 / 350 ms strāvu, kas ir pretējs secinājumam saskaņā ar 8 / 20 ms impulsa strāvu.

4.2 Rezultāti saskaņā ar 10 / 350 ms impulsa strāvu ar Iimp pīķi

Kad 10 / 350 ms strāvas amplitūda tiek palielināta līdz Iimp, visas pārbaudītās MOV nevarēja iziet piecpadsmit impulsus. Rezultāti saskaņā ar 10 / 350 ms impulsu strāvām ar Iimp amplitūdu ir parādīti V TABULĀ, kur “Izturības impulsa numurs” ir impulsa daudzums, ko MOV var izturēt pirms kreka.

No V tabulas var secināt, ka V230 ar 122.09 J / cm3 Ea / V var izturēt astoņus 10 / 350 ms impulsus, bet V460 kopā ar 161.09 J / cm3 Ea / V varēja nodot tikai trīs impulsus, lai gan maksimālā strāva tika pieņemta V230 (6500 A) ir augstāks nekā V460 (6000 A). Tas apstiprina secinājumu, ka MOV ar augstu ierobežojošo spriegumu ir vieglāk sabojāt ar 10 / 350 ms strāvu. Šo parādību var izskaidrot kā: lielo enerģiju, ko pārvadā 10 / 350 ms strāva, absorbēs MOVs. MOV ar augstu ierobežojošu spriegumu 10 / 350 ms strāvas daudzumā daudz vairāk enerģijas tiks absorbēts MOV vienības tilpumā nekā MOV ar zemu ierobežojošu spriegumu, un pārmērīga enerģijas absorbcija novedīs pie MOV kļūmes. Tomēr 8 / 20 ms pašreizējā kļūdas mehānismam ir nepieciešams vairāk izmeklēšanas.

Vizuālā pārbaude rāda, ka tāda pati kaitējuma forma ir novērota trīs veidu MOV ar 10 / 350 ms strāvu. Viena MOV plastmasas kapsulēšanas puse un taisnstūrveida elektrodu loksnes noņem. ZnO materiāla ablācija parādījās pie elektrodu loksnes, ko izraisa pārplūde starp MOV elektrodu un ZnO virsmu. Bojāta V230 fotogrāfija parādīta 6.

5. secinājums

SPD ir jāpārbauda, ​​izmantojot impulsu izlādes strāvas, galvenokārt ar 8 / 20 ms un 10 / 350 ms viļņu formām. Lai izpētītu un salīdzinātu SPD izturības spējas 8 / 20 ms un 10 / 350 ms impulsu strāvās, tiek veikti vairāki eksperimenti ar maksimālo izlādes strāvu 8 / 20 ms (Imax) un 10 / 350 ms (Iimp) viļņu formai , kā arī 0.75Imax un 0.75Iimp amplitūdas. Analīzei tiek pieņemti trīs tipi MOV, ko izmanto I klases VPD. Var izdarīt dažus secinājumus.

(1) MOV ar augstāku ierobežojošo spriegumu ir labāka izturība saskaņā ar 8 / 20ms impulsa strāvu. V230 un V275 tipa MOV nevarēja izturēt piecpadsmit 8 / 20ms impulsus ar maksimumu Imax, bet V460 tips MOV varēja iziet divdesmit impulsus.

(2) MOV ar zemāku ierobežojošo spriegumu ir labāka izturība pret 10 / 350 ms strāvu. V230 tips MOV var izturēt astoņus 10 / 350 ms impulsus ar Iimp pīķi, bet V460 varēja iziet tikai trīs impulsus.

(3) Ņemot vērā MOV vienības tilpumu 10 / 350 ms strāvā, absorbētā enerģija ar vienu impulsu var būt saistīta ar MOV kļūmi, nevis absorbēto enerģiju summējot visos pielietotajos impulsos.

(4) Tāda pati kaitējuma forma ir novērota trīs veidu MOV, izmantojot 10 / 350 ms strāvas. Viena MOV plastmasas kapsulēšanas puse un taisnstūrveida elektrodu loksnes noņem. Netālu no MOV elektroda parādījās ZnO materiāla ablācija, ko izraisīja pārplūde starp elektrodu loksni un ZnO virsmu.