Alat pelindung lonjakan (SPD) dikehendaki diuji di bawah arus pelepasan dorongan terutamanya dengan bentuk gelombang 8 / 20 ms dan 10 / 350 ms. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan produk SPD, prestasi dan keupayaan SPD yang berada di bawah arus ujian standard memerlukan lebih banyak penyiasatan. Untuk menyiasat dan membandingkan keupayaan menahan SPD di bawah aliran 8 / 20 ms dan 10 / 350 ms impulse, eksperimen dilakukan pada tiga jenis varistor logam-oksida tipikal (MOVs) yang digunakan untuk SPD kelas I. Keputusan menunjukkan bahawa MOV yang mempunyai voltan penghadiran yang lebih tinggi mempunyai keupayaan menahan yang lebih baik di bawah arus impuls 8 / 20ms, manakala kesimpulan di bawah 10 / 350ms arus impuls adalah bertentangan. Di bawah 10 / 350 ms semasa, kegagalan MOV adalah berkaitan dengan tenaga yang diserap dalam jumlah unit di bawah impuls tunggal. Crack adalah bentuk kerosakan utama di bawah arus 10 / 350ms, yang boleh digambarkan sebagai satu sisi enkapsulasi plastik MOV dan lembaran elektrod mengelupas. Ablasi bahan ZnO, yang disebabkan oleh kilas balik antara lembaran elektrod dan permukaan ZnO, muncul berhampiran elektrod MOV.
Alat pelindung lonjakan (SPD) yang disambungkan ke sistem kuasa rendah, rangkaian telekomunikasi dan isyarat dikehendaki diuji di bawah keperluan standard IEC dan IEEE [1-5]. Memandangkan lokasi dan mungkin pencahayaan semasa ia mungkin mengalami, SPD tersebut perlu diuji di bawah aliran pelepasan dorongan terutamanya dengan bentuk gelombang 8 / 20 ms dan 10 / 350 ms [4-6]. Bentuk gelombang semasa 8 / 20 ms biasanya digunakan untuk mensimulasikan impuls kilat [6-8]. Arus pelepasan nominal (In) dan arus pelepasan maksimum (Imax) SPD kedua-duanya ditakrifkan dengan 8 / 20 ms impulse current [4-5]. Selain itu, impuls semasa 8 / 20 digunakan secara meluas untuk voltan sisa SPD dan ujian duti operasi [4]. 10 / 350ms arus impuls biasanya digunakan untuk mensimulasikan arus rehat kilat langsung semasa [7-10]. Rumusan gelombang ini memenuhi parameter untuk arus pelepasan impuls untuk kelas I SPD ujian, yang terutama digunakan untuk ujian tugas tambahan untuk kelas I SPD [4]. Semasa ujian jenis [4-5], bilangan arus impuls yang dinyatakan diperlukan untuk SPD. Sebagai contoh, lima belas 8 / 20 arus ms dan lima arus impuls ms 10 / 350 diperlukan untuk ujian duti operasi untuk kelas I SPD [4]. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan produk SPD, prestasi dan keupayaan SPD yang berada di bawah arus ujian standard memerlukan lebih banyak penyiasatan. Penyelidikan sebelumnya biasanya tertumpu pada prestasi MOV di bawah 8 / 20 ms impulse berganda semasa [11-14], manakala prestasi di bawah 10 / 350 ms impulse semasa berulang belum disiasat dengan teliti. Lebih-lebih lagi, kelas I SPD, yang dipasang pada titik pendedahan yang tinggi dalam bangunan dan sistem pengedaran, lebih mudah terdedah kepada pukulan kilat [15-16]. Oleh itu, keupayaan prestasi dan bertahan kelas I SPD di bawah 8 / 20 ms dan 10 / 350 arus impuls ms diperlukan untuk disiasat. Kertas ini secara eksperimen menyiasat keupayaan menahan kelas I SPD di bawah 8 / 20 ms dan 10 / 350 ms impulse arus. Tiga jenis MOV biasa yang digunakan untuk kelas I SPD yang digunakan untuk analisis. Amplitud dan bilangan impuls semasa diselaraskan untuk beberapa eksperimen. Perbandingan dilakukan dengan keupayaan menahan MOV di bawah dua jenis arus impuls. Mod kegagalan sampel MOV yang gagal selepas ujian juga dianalisis.
Tiga jenis MOV biasa yang digunakan untuk kelas I SPD yang digunakan dalam eksperimen. Bagi setiap jenis MOV, sampel 12 yang dibuat oleh EPCOS diadopsi di bawah empat jenis eksperimen. Parameter asas mereka ditunjukkan dalam JADUAL I, di mana Dalam mewakili arus pelepasan nominal MOV di bawah impuls 8 / 20μs, Imax mewakili arus pelepasan maksimum di bawah impuls 8 / 20μs, Iimp mewakili arus pelepasan maksimum di bawah impuls 10 / 350μs, mewakili UDC1mA voltan MOV diukur di bawah arus DC XAUMX mA, Ur mewakili voltan sisa MOV di bawah In.
Gambarajah 1 menunjukkan penjana arus impuls yang boleh diselaraskan untuk output 10 / 350 ms dan 8 / 20 impuls semasa ms. Gear Pearson digunakan untuk mengukur arus impuls pada MOV yang diuji. Pembahagi voltan dengan nisbah 14.52 digunakan untuk mengukur voltan sisa. Osiloskop digital TEK DPO3014 digunakan untuk merekodkan bentuk gelombang eksperimen.
Menurut standard ujian SPD [4], amplitud yang digunakan untuk 8 / 20 ms semasa termasuk 30kA (0.75Imax) dan 40kA (Imax). Amplitud yang digunakan untuk 10 / 350 ms semasa termasuk 0.75Iimp dan Iimp. Rujukan kepada ujian duti operasi untuk MOVs [4], lima belas 8 / 20ms impuls digunakan pada sampel MOV, dan selang antara impuls adalah 60 s. Oleh itu, carta alir prosedur eksperimen ditunjukkan dalam Rajah 2.
Prosedur percubaan boleh digambarkan sebagai:
(1) Ukuran awal: Sampel MOV dicirikan dengan UDC1mA, Ur, dan gambar pada permulaan percubaan.
(2) Memohon lima belas impuls: Laraskan penjana semasa impuls untuk mengeluarkan arus impuls yang dituntut. Lima belas impuls dengan selang 60 digunakan pada sampel MOV berturut-turut.
(3) Catat bentuk gelombang yang diukur dari arus dan voltan MOV selepas setiap permohonan impuls.
(4) Pemeriksaan visual dan pengukuran selepas ujian. Semak permukaan MOV untuk tusuk atau kilat. Ukur UDC1mA dan Ur selepas ujian. Ambil gambar MOV yang rosak selepas ujian. Kriteria lulus untuk eksperimen, menurut IEC 61643-11 [4], menghendaki kedua-dua rekod voltan dan arus, bersama-sama dengan pemeriksaan visual, tidak menunjukkan tanda-tanda tusukan atau flashover sampel. Di samping itu, IEEE Std. C62.62 [5] mencadangkan posttest yang diukur Ur (voltan sisa MOV di In) tidak boleh menyimpang lebih daripada 10% dari Ur yang diukur pretest. The Std. IEC 60099-4 [17] juga memerlukan UDC1mA tidak boleh menyimpang lebih daripada 5% selepas ujian impuls.
- Keupayaan menahan di bawah 8 / 20 ms impuls semasa
Dalam bahagian ini, arus impuls ms 8 / 20 dengan amplitud 0.75Imax dan Imax digunakan pada sampel SPD masing-masing. Nisbah perubahan untuk posttest diukur UDC1mA dan Ur didefinisikan sebagai:
di mana, Ucr mewakili nisbah perubahan nilai diukur. Uat mewakili nilai yang diukur selepas ujian. Ubt mewakili nilai yang diukur sebelum ujian.
3.1 Keputusan di bawah 8 / 20 ms impuls semasa dengan puncak 0.75Imax
Keputusan ujian untuk tiga jenis MOVs di bawah lima belas 8 / 20 arus impuls ms dengan puncak 0.75Imax (30 kA) ditunjukkan dalam TABLE II. Hasilnya untuk setiap jenis MOV adalah purata tiga sampel yang sama.
JADUAL II
Keputusan di bawah arus impuls 8 / 20 dengan puncak 30 kA
Ia dapat dilihat dari TABLEII bahawa selepas lima belas 8 / 20 impuls ms telah digunakan pada MOVs, perubahan UDC1mA dan Ur adalah kecil. "Pas" untuk pemeriksaan visual bermakna tiada kerosakan yang dapat dilihat pada MOV yang diuji. Lebih-lebih lagi, dapat dilihat bahawa dengan peningkatan voltan menghadkan MOV, Ucr menjadi lebih kecil. Seperti Ucr adalah yang terkecil untuk MOV jenis V460. Dapat disimpulkan bahawa ketiga-tiga jenis MOVs boleh melewati lima belas 8 / 20 ms impuls dengan puncak 30 kA.
3.2 Keputusan di bawah 8 / 20 ms impuls semasa dengan puncak Imax
Memandangkan keputusan eksperimen di atas, amplitud 8 / 20 ms semasa meningkat kepada 40 kA (Imax). Di samping itu, bilangan impuls meningkat kepada dua puluh untuk jenis MOV V460. Keputusan percubaan ditunjukkan dalam JADUAL III. Untuk membandingkan penyerapan tenaga dalam tiga jenis MOV, Ea / V digunakan untuk mewakili tenaga yang diserap dalam jumlah unit untuk purata lima belas atau dua puluh impuls. Di sini, "purata" dianggap kerana penyerapan tenaga dalam MOVs sedikit berbeza di bawah setiap gerak hati.
JADUAL III
Keputusan di bawah arus impuls 8 / 20 dengan puncak 40 kA
Ia dapat dilihat dari TABLE III bahawa apabila amplitud semasa meningkat kepada 40 kA, Ucr untuk UDC1mA menyimpang lebih daripada 5% untuk V230 dan V275, walaupun perubahan voltan sisa MOV masih berada dalam julat efektif 10%. Pemeriksaan visual juga tidak menunjukkan kerosakan yang dapat dilihat pada MOV yang diuji. ForV230 dan V275 jenis MOVs, Ea / V bermakna tenaga yang diserap per unit volum dengan purata lima belas impuls. Ea / V untuk V460 mewakili tenaga yang diserap per unit volume dengan purata dua puluh impuls. JADUAL III menunjukkan bahawa MOV yang mempunyai voltan mengehadkan yang lebih tinggi (V460) mempunyai Ea / V yang lebih besar daripada MOV yang mempunyai voltan penghadang yang lebih rendah (V275 dan V230). Selain itu, dengan arus impuls yang berulang kali diterapkan pada V460, tenaga yang diserap per unit volum (E / V) bertambah secara berperingkat, seperti ditunjukkan dalam Rajah 3.
Oleh itu, dapat disimpulkan bahawa MOVs V230 dan V275 tidak dapat menahan lima belas 8 / 20ms impuls semasa dengan puncak Imax, sementara MOV jenis V460 dapat menahan arus pelepasan maksimum sehingga impuls 20. Ini bermakna bahawa MOV yang mempunyai voltan penghadiran yang lebih tinggi mempunyai keupayaan menahan yang lebih baik di bawah aliran impuls 8 / 20ms.
4. Keupayaan menahan di bawah 10 / 350 ms impuls semasa
Dalam bahagian ini, arus impuls ms 10 / 350 dengan amplitud 0.75Iimp dan Iimp digunakan pada sampel SPD masing-masing.
4.1 Keputusan di bawah 10 / 350 ms impuls semasa dengan puncak 0.75Iimp
Oleh sebab Iimp bagi ketiga-tiga jenis MOV berbeza, arus 10 / 350 ms dengan amplitud 4875A digunakan pada V230 dan V275, dan impuls dengan amplitud 4500 A digunakan pada V460. Selepas menggunakan lima belas arus impuls, perubahan untuk UDC1mA dan Ur pada MOV yang diuji ditunjukkan dalam JADUAL IV. ΣE / V bermakna penjumlahan E / V untuk impuls yang digunakan.
Ia dapat dilihat dari JADUAL IV bahawa selepas menggunakan lima belas 10 / 350 ms arus dengan puncak 0.75Iimp, V230 dapat lulus ujian, sementara perubahan untuk UDC1mA dari V275 menyimpang lebih dari 5%. Bengkak dan retakan kecil juga muncul pada enkapsulasi plastik V275. Gambar V275 dengan retak kecil ditunjukkan dalam Rajah 4.
Untuk jenis MOV V460, selepas pergerakan 10 / 350 yang kelapan dengan puncak 4500A digunakan, MOV retak dan voltan yang diukur dan bentuk gelombang semasa tidak normal. Sebagai perbandingan, voltan diukur dan bentuk gelombang semasa di bawah ketujuh 10 / 350 ms impuls pada V460 ditunjukkan dalam Rajah 5.
Rajah 5. Voltan diukur dan bentuk gelombang semasa di V460 di bawah 10 / 350 ms impuls
Untuk V230 dan V275, ΣE / V ialah penjumlahan E / V untuk lima belas impuls. Untuk V460, ΣE / V ialah penjumlahan E / V untuk lapan impuls. Ia boleh diperhatikan bahawa walaupun Ea / V dari V460 lebih tinggi daripada V230 dan V275, jumlah ΣE / Vof V460 adalah yang terendah. Walau bagaimanapun, V460 mengalami kerosakan yang paling serius. Ini bermakna bahawa bagi jumlah unit MOV, kegagalan MOV di bawah 10 / 350 ms semasa tidak berkaitan dengan jumlah tenaga yang diserap (Σ E / V), tetapi mungkin lebih berkaitan dengan tenaga yang diserap di bawah impuls tunggal (Ea / V ). Dapat disimpulkan bahawa di bawah 10 / 350 ms impulse semasa, V230 dapat menahan lebih banyak impuls daripada MOVs jenis V460. Ini bermakna bahawa MOV dengan voltan penghadang yang lebih rendah mempunyai keupayaan menahan yang lebih baik di bawah semasa 10 / 350, yang bertentangan dengan kesimpulan di bawah 8 / 20 ms impulse current.
4.2 Keputusan di bawah 10 / 350 ms impuls semasa dengan puncak Iimp
Apabila amplitud aliran 10 / 350 ms meningkat kepada Iimp, semua MOV yang diuji tidak boleh lulus lima belas impuls. Hasil di bawah arus impuls ms 10 / 350 dengan amplitud Iimp ditunjukkan dalam TABLE V, di mana "Nombor impuls menahan" bermaksud jumlah impuls yang MOV dapat menahan sebelum retak.
Ia dapat dilihat dari TABLE V bahawa V230 dengan Ea / V dari 122.09 J / cm3 dapat menahan delapan 10 / 350 impuls ms manakala V460with Ea / V dari 161.09 J / cm3 hanya boleh melepasi tiga impuls, walaupun puncak semasa diterima pakai untuk V230 (6500 A) lebih tinggi daripada V460 (6000 A). Ini mengesahkan kesimpulan bahawa MOV yang mempunyai voltan pengehadangan yang tinggi lebih mudah rosak di bawah 10 / 350 semasa semasa. Fenomena ini boleh dijelaskan sebagai: tenaga besar yang dibawa oleh 10 / 350 ms semasa akan diserap dalam MOVs. Untuk MOV yang mempunyai voltan yang mengehadkan tinggi di bawah 10 / 350 ms semasa, lebih banyak tenaga akan diserap dalam jumlah unit MOV berbanding dengan MOV yang mempunyai voltan penghadang yang rendah, dan penyerapan tenaga yang berlebihan akan mengakibatkan kegagalan MOV. Walau bagaimanapun, mekanisme kegagalan di bawah 8 / 20 ms semasa memerlukan lebih banyak penyiasatan.
Pemeriksaan visual menunjukkan bahawa bentuk kerosakan yang sama diperhatikan pada tiga jenis MOV di bawah 10 / 350 ms semasa. Satu sisi enkapsulasi plastik MOV dan kepingan elektrod segi empat tepat dikupas. Ablasi bahan ZnO muncul berhampiran lembaran elektrod, yang disebabkan oleh kilasan antara elektrod MOV dan permukaan ZnO. Gambar V230 yang rosak ditunjukkan dalam Rajah 6.
5. kesimpulan
SPD dikehendaki diuji di bawah aliran pelepasan dorongan terutamanya dengan bentuk gelombang 8 / 20 ms dan 10 / 350 ms. Untuk menyiasat dan membandingkan keupayaan menahan SPD di bawah aliran 8 / 20 ms dan 10 / 350 ms impulse, beberapa eksperimen dijalankan dengan arus pelepasan maksimum untuk 8 / 20 ms (Imax) dan 10 / 350 ms (Iimp) gelombang , serta amplitud 0.75Imax dan 0.75Iimp. Tiga jenis MOV biasa yang digunakan untuk kelas I SPD yang digunakan untuk analisis. Sesetengah kesimpulan boleh diambil.
(1) MOV yang mempunyai voltan penghadiran yang lebih tinggi mempunyai keupayaan menahan yang lebih baik di bawah aliran impuls 8 / 20ms. V230 dan V275 jenis MOVs tidak dapat menahan lima belas 8 / 20ms impuls dengan puncak Imax, manakala V460 jenis MOV boleh lulus dua impuls.
(2) MOV yang mempunyai voltan penghadang yang lebih rendah mempunyai keupayaan menahan yang lebih baik di bawah 10 / 350 ms semasa. MOV jenis V230 dapat bertahan lapan 10 / 350 impuls ms dengan puncak Iimp, manakala V460 hanya boleh melepasi tiga impuls.
(3) Memandangkan jumlah unit MOV di bawah 10 / 350 ms semasa, tenaga yang diserap di bawah impuls tunggal mungkin berkaitan dengan kegagalan MOV, dan bukan penjumlahan tenaga yang diserap di bawah semua impuls yang digunakan.
(4) Borang kerosakan yang sama diperhatikan pada tiga jenis MOV di bawah arus ms 10 / 350. Satu sisi enkapsulasi plastik MOV dan kepingan elektrod segi empat tepat dikupas. Ablasi bahan ZnO, yang disebabkan oleh flashover antara lembaran elektrod dan permukaan ZnO, muncul berhampiran elektrod MOV.