Pajisjet e mbrojtjes së tepërt (SPD) kërkohen të testohen nën rrymat e shkarkimit të impulsit kryesisht me forma valë 8 / 20 ms dhe 10 / 350 ms. Megjithatë, me përmirësimin e produkteve të SPD, performanca dhe aftësia e SPD-ve në rrymat e tilla të provës standarde kërkojnë më shumë hetime. Për të hetuar dhe krahasuar aftësinë mbështetëse të SPD-ve nën rrymat e impulseve 8 / 20 ms dhe 10 / 350 ms, eksperimentet kryhen në tre lloje të varistorëve tipik metal-oksid (MOVs) që përdoren për SPD të klasës I. Rezultatet tregojnë se MOVs me tension më të lartë kufizuar kanë aftësi më të mirë të përballojë nën 8 / 20ms impuls aktual, ndërsa përfundimi nën 10 / 350ms impuls aktual është e kundërta. Nën 10 / 350 ms aktual, dështimi i MOV lidhet me energjinë e absorbuar për njësi vëllimi nën impuls të vetëm. Crack është forma kryesore e dëmtimit nën 10 / 350ms aktuale, e cila mund të përshkruhet si njëra anë e kapsulimit plastike MOV dhe fletës së elektrodës që hiqet. Ablimi i materialit ZnO, i shkaktuar nga flashover midis fletës së elektrodës dhe sipërfaqes ZnO, shfaqet afër elektrodës MOV.

1. Hyrje

Pajisjeve mbrojtëse të tepërta (SPD) të lidhura me sistemet e fuqisë me tension të ulët, rrjetet e telekomunikacionit dhe sinjalit duhet të testohen sipas kërkesave të standardeve IEC dhe IEEE [1-5]. Duke marrë parasysh lokacionin dhe rrymën e mundshme të ndriçimit që mund të vuajë, SPD-të e tilla kërkohet të testohen nën rrymat e shkarkimit të impulsit kryesisht me forma valë 8 / 20 ms dhe 10 / 350 ms [4-6]. Forma e valës aktuale e 8 / 20 ms përdoret zakonisht për të simuluar impulsin e rrufeshëm [6-8]. Rryma nominale e shkarkimit (In) dhe rryma maksimale e shkarkimit (Imax) e SPD-ve janë të dyja të përcaktuara me 8 / 20 ms impuls aktual [4-5]. Për më tepër, impulsi aktual i 8 / 20 ms përdoret gjerësisht për tensionet e mbetjeve SPD dhe testet e detyrës [4]. 10 / 350ms rryma e impulsit zakonisht përdoret për të simuluar rrymën e drejtpërdrejtë të rrymës së kthimit [7-10]. Ky formë waveform plotëson parametrat për rrymën e shkarkimit të impulsit për testin SPD të klasës I, i cili është përdorur veçanërisht për testin detar shtesë për SPD-të e klasës I [4]. Gjatë testeve të tipit [4-5], numri i rrymave të impulsit duhet të aplikohet në SPD. Për shembull, pesëmbëdhjetë rryma të 8 / 20 ms dhe pesë rryma të impulseve 10 / 350 ms janë të nevojshme për testimin e detyrës për SPD-të e klasës I [4]. Megjithatë, me përmirësimin e produkteve të SPD, performanca dhe aftësia e SPD-ve në rrymat e tilla të provës standarde kërkojnë më shumë hetime. Hulumtimet e mëparshme zakonisht janë të përqendruara në performancën MOV nën shumë 8 / 20 ms impuls aktual [11-14], ndërsa performancat nën momentin 10 / 350 ms të përsëritura të impulsit nuk janë hetuar tërësisht. Për më tepër, SPD-të e klasës I, të instaluar në pikat e ekspozimit të lartë në ndërtesat dhe sistemet e shpërndarjes, janë më të ndjeshme ndaj goditjeve të rrufeve [15-16]. Prandaj, performanca dhe aftësia për t'i përballuar SPD-të e klasës I nën 8 / 20 ms dhe 10 / 350 ms rrymat e impulsit janë të nevojshme për t'u hetuar. Ky material hulumton eksperimentalisht mundësinë e përballimit të SPD-ve të klasës I nën 8 / 20 ms dhe 10 / 350 ms rryma të impulseve. Tri lloje të MOVs tipike të përdorura për SPD-të e klasës I janë miratuar për analizë. Amplituda aktuale dhe numri i impulseve janë përshtatur për disa eksperimente. Krahasimi kryhet në aftësinë mbështetëse të MOVs nën dy llojet e rrymave të impulsit. Modaliteti i dështimit të mostrave MOV që dështuan pas testeve gjithashtu analizohen.

2. Paraqitja e Eksperimentit

Në eksperimentet janë miratuar tre lloje të MOVs tipike të përdorura për SPD të klasës së parë. Për çdo lloj të MOVs, mostrat 12 të bëra nga EPCOS janë miratuar nën katër lloje të eksperimenteve. Parametrat e tyre bazë janë paraqitur në tabelën I, ku Në përfaqësojnë rrymën nominale të shkarkimit të MOVs nën impulsin 8 / 20μs, Imax përfaqëson rrymën maksimale të shkarkimit nën impulsin 8 / 20μs, Iimp përfaqëson rrymën maksimale të shkarkimit nën impulsin 10 / 350μs, UDC1mA përfaqësojnë tensioni MOV i matur nën 1 mA DC aktuale, Ur përfaqëson tensionin mbetur MOV nën In.

Figura 1 tregon gjeneratorin aktual të impulsit që mund të rregullohet për të nxjerrë impulse aktuale të 10 / 350 ms dhe 8 / 20 ms. Pllakë Pearson është adoptuar për të matur rrymat e impulsit në MOV-të e testuara. Ndarësi i tensionit me raportin e 14.52 përdoret për të matur tensionet e mbetura. Oshiloskopi dixhital i TEK DPO3014 është adoptuar për të regjistruar format valë eksperimentale.

Sipas standardit të provës SPD [4], amplitudat e miratuara për aktuale 8 / 20 ms përfshijnë 30kA (0.75Imax) dhe 40kA (Imax). Amplitudat e miratuara për aktuale 10 / 350 ms përfshijnë 0.75Iimp dhe Iimp. Referenca në testin e funksionimit të veprimit për MOVS [4], pesëmbëdhjetë impulse 8 / 20ms aplikohen në mostrat MOV dhe intervali midis impulseve është 60 s. Prandaj, diagrami i rrjedhës së procedurës eksperimentale është treguar në Fig. 2.

Procedura eksperimentale mund të përshkruhet si:

(1) Matjet fillestare: Mostrat MOV karakterizohen me UDC1mA, Ur dhe fotografi në fillim të eksperimenteve.

(2) Aplikoni pesëmbëdhjetë impulse: Rregulloni gjeneratorin aktual të impulsit për të nxjerrë presionin e kërkuar të impulsit. Pesëmbëdhjetë impulse me intervalin e 60 s aplikohen në mostrën MOV në mënyrë të vazhdueshme.

(3) Regjistroni format e valëve të matura të rrymave dhe tensioneve MOV pas secilës aplikim të impulsit.

(4) Inspektimi dhe matjet pas testeve. Kontrolloni siperfaqen e MOV per puncture ose flashover. Matni UDC1mA dhe Ur pas testeve. Merrni fotografi të lëvizjeve të dëmtuara pas testeve. Kriteret e kalimit për eksperimentet, sipas IEC 61643-11 [4], kërkojnë që të dy regjistrimet e tensionit dhe ato të tanishme, së bashku me një inspektim vizual, të mos tregojnë shenja të pikësimit ose mbytjes së mostrave. Përveç kësaj, IEEE Std. C62.62 [5] sugjeroi që Ur (tensioni i mbetur MOV në U) të matur posttest nuk do të devijojnë më shumë se 10% nga urti i matur Ur. Std. IEC 60099-4 [17] gjithashtu kërkon që UDC1mA të mos devijojë më shumë se 5% pas testeve impulsive.

  1. Qëndrueshmëria nën 8 / 20 ms impuls aktual

Në këtë seksion, rrymat e impulsit 8 / 20 ms me amplitudë të 0.75Imax dhe Imax zbatohen në mostrat e SPD respektivisht. Raporti i ndryshimit për postën e matur UDC1mA dhe Ur është definuar si:

ku, Ukr përfaqëson raportin e ndryshimit të vlerave të matura. Uat përfaqëson vlerën e matur pas testeve. Ubt paraqet vlerën e matur përpara testeve.

3.1 Rezultatet nën 8 / 20 ms impulse aktuale me kulmin e 0.75Imax

Rezultatet e testit për tre lloje të MOVs nën pesëmbëdhjetë rryma impuls 8 / 20 ms me kulmin e 0.75Imax (30 kA) janë paraqitur në TABELA II. Rezultati për çdo lloj të MOV është mesatarja e tre mostrave të njëjta.

TABELA II

Rezultatet nën rrymat e impulsit 8 / 20 ms me kulmin 30 kA

Nga TABLEII mund të shihet se pas pesëmbëdhjetë impulse 8 / 20 ms janë aplikuar në MOVs, ndryshimet e UDC1mA dhe Ur janë të vogla. "Pass" për inspektim vizual do të thotë asnjë dëmtim të dukshëm në MOVs testuar. Për më tepër, mund të vërehet se me rritjen e tensionit kufizues MOV, URR bëhet më i vogël. Të tilla si Ucr është më i vogli për V460 type MOV. Mund të konkludohet se të tre llojet e MOVs mund të kalojnë të gjithë pesëmbëdhjetë impulse 8 / 20 ms me kulmin 30 kA.

3.2 Rezultatet sipas 8 / 20 ms impuls aktual me kulmin e Imax

Duke marrë parasysh rezultatet eksperimentale më sipër, amplitudë e rrymës 8 / 20 ms rritet në 40 kA (Imax). Përveç kësaj, numri i impulseve është rritur në njëzet për V460 MOV. Rezultatet eksperimentale janë paraqitur në TABELA III. Për të krahasuar thithjen e energjisë në tre MOVs tip, Ea / V është përdorur për të përfaqësuar energjinë e absorbuar për njësi vëllim për mesataren e pesëmbëdhjetë apo njëzet impulse. Këtu, "mesatarja" konsiderohet sepse absorbimi i energjisë në MOVs është paksa i ndryshëm nën çdo impuls.

TABELA III

Rezultatet nën rrymat e impulsit 8 / 20 ms me kulmin 40 kA

Mund të vërehet nga TABELA III se kur amplitudë aktuale rritet në 40 kA, Ucr për UDC1mA devijojnë më shumë se 5% për V230 dhe V275, edhe pse ndryshimi i tensionit të mbetur MOV është ende brenda intervalit efektiv të 10%. Inspektimi vizual gjithashtu nuk tregon dëmtime të dukshme në MOV-të e testuara. ForV230 dhe V275 type MOVs, Ea / V do të thotë energji e absorbuar për njësi vëllimi me mesatarisht pesëmbëdhjetë impulse. Ea / V për V460 përfaqëson energjinë e absorbuar për njësi vëllimi me mesatare prej njëzet impulse. TABELA III tregon që MOVs me tension të lartë kufizues (V460) kanë Ea / V më të madhe se MOVs me tension të ulët kufizues (V275 dhe V230). Për më tepër, me rrymën impulsore të zbatuar në mënyrë të përsëritur në V460, energjia e absorbuar për vëllimin e njësisë (E / V) rritet gradualisht, siç tregohet në Fig. 3.

Prandaj, mund të konkludohet se MOVs V230 dhe V275 nuk mund të përballonin pesëmbëdhjetë impulse aktuale të 8 / 20ms me kulmin e Imax, ndërsa lloji V460 MOV mund të përballojë rrjedhën maksimale të shkarkimit deri në impulset 20. Kjo do të thotë se MOVs me tension më të lartë kufizuar kanë aftësi më të mirë të përballojë nën aktuale 8 / 20ms impuls.

4. Kapaciteti i rezistencës nën 10 / 350 ms aktual impuls

Në këtë seksion, rrymat e impulseve 10 / 350 ms me amplitudë të 0.75Iimp dhe Iimp aplikohen në mostrat e SPD respektivisht.

4.1 Rezultatet nën 10 / 350 ms impuls aktual me kulmin e 0.75Iimp

Që nga Iimp i të tre llojeve të MOVs janë të ndryshme, 10 / 350 ms rryma me amplitudë të 4875A janë aplikuar në V230 dhe V275, dhe impulset me amplitudë të 4500 A janë aplikuar në V460. Pas aplikimit të pesëmbëdhjetë rrymave impulsive, ndryshimet për UDC1mAand Ur në MOVs testuar janë treguar në TABELA IV. ΣE / V nënkupton përmbledhjen e E / V për impulset e aplikuara.

Mund të shihet nga TABELA IV që pas aplikimit të pesëmbëdhjetë rrymave 10 / 350 ms me kulmin e 0.75Iimp, V230 mund të kalojë testin, ndërsa ndryshimi për UDC1mA i V275 devijon më shumë se 5%. Ënjtje dhe plasje e vogel gjithashtu u shfaqen ne kapsulen plastike te V275. Fotografia e V275 me plasje të vogël është treguar në Fig. 4.

Për V460 MOV tipi, pas impulsit tetë 10 / 350 ms me kulmin e 4500A është aplikuar, MOV plasaritur dhe tensionet e matura dhe valët e tanishme aktuale janë anormale. Për krahasim, tensioni i matur dhe valët aktuale të valës nën impulsin e shtatë dhe tetë 10 / 350 ms në V460 janë treguar në Fig. 5.

Fig. 5. Tensili i matur dhe valët aktuale në V460 nën impulsin 10 / 350 ms

Për V230 dhe V275, ΣE / V është shuma e E / V për pesëmbëdhjetë impulse. Për V460, ΣE / V është shuma e E / V për tetë impulse. Mund të vërehet se edhe pse Ea / V e V460 është më e lartë se ajo e V230 dhe V275, totali ΣE / Vof V460 është më i ulëti. Sidoqoftë, V460 përjetoi dëmin më serioz. Kjo do të thotë se për vëllimin e njësisë së MOV, dështimi MOV nën 10 / 350 ms aktual nuk është i lidhur me energjinë totale absorbuese (Σ E / V), por mund të jetë më e lidhur me energjinë e absorbuar nën impuls të vetëm (Ea / V ). Mund të konkludohet se nën momentin 10 / 350 ms impuls, V230 mund të përballojë impulse më shumë se MOVs V460 tip. Kjo do të thotë se MOVs me tension të ulët kufizuar kanë aftësinë më të mirë të përballojë nën aktuale 10 / 350 ms, e cila është e kundërta nga përfundimi nën 8 / 20 ms aktuale impuls.

4.2 Rezultatet nën 10 / 350 ms impuls aktual me kulmin e Iimp

Kur amplituda e 10 / 350 ms aktuale rritet në Iimp, të gjitha MOVs testuar nuk mund të kalojë pesëmbëdhjetë impulset. Rezultatet nën 10 / 350 ms rryma impuls me amplitudë Iimp janë treguar në TABELA V, ku "Numri i impulseve të përballueshme" do të thotë shuma e impulsit që MOV mund të përballojë përpara plasaritjes.

Mund të vërehet nga TABELA V se V230 me Ea / V të 122.09 J / cm3 mund të përballojë tetë impulse 10 / 350 ms ndërsa V460 me Ea / V të 161.09 J / cm3 mund të kalojë vetëm tre impulse, megjithëse rryma e pikut e miratuar për V230 (6500 A) është më i lartë se ai për V460 (6000 A). Kjo vërteton përfundimin se MOVs me tension të lartë kufizues janë më të lehtë të dëmtuar nën 10 / 350 ms aktuale. Ky fenomen mund të shpjegohet si: energjia e madhe e kryer nga 10 / 350 ms aktuale do të absorbohet në MOVs. Për MOVs me tension të lartë kufizuar nën 10 / 350 ms aktuale, shumë më shumë energji do të absorbohet në vëllimin e njësisë MOV se ajo në MOVs me tension të ulët kufizuar, dhe thithjen e tepruar të energjisë do të çojë në dështimin MOV. Megjithatë, mekanizmi i dështimit në momentin 8 / 20 ms ka nevojë për më shumë hetime.

Inspektimi vizual tregon se forma e njëjtë e dëmtimit është vërejtur në tre llojet e MOVs nën aktuale 10 / 350 ms. Një anë e kapsulimit plastike MOV dhe fletë elektrodë drejtkëndëshe zhvishem. Ablacioni i materialit ZnO shfaqet pranë fletës së elektrodës, e cila shkaktohet nga mburoja midis elektrodës MOV dhe sipërfaqes ZnO. Fotografia e dëmtuar V230 është treguar në Fig. 6.

5. Përfundim

SPD-të kërkohen të testohen nën rrymat e shkarkimit të impulsit kryesisht me forma valë 8 / 20 ms dhe 10 / 350 ms. Për të hetuar dhe krahasuar aftësinë e SPD-ve nën 8 / 20 ms dhe 10 / 350 ms rryma impuls, kryhen disa eksperimente me rrymën maksimale shkarkuese për 8 / 20 ms (Imax) dhe 10 / 350 ms (Iimp) waveform , si dhe amplitudat e 0.75Imax dhe 0.75Iimp. Tri lloje të MOVs tipike të përdorura për SPD-të e klasës I janë miratuar për analizë. Mund të nxirren disa përfundime.

(1) MOVet me tension më të lartë kufizues kanë aftësi më të qëndrueshme ndaj 8 / 20ms aktuale të impulsit. MOVs V230 dhe V275 nuk mund të përballonin pesëmbëdhjetë impulse 8 / 20ms me kulmin e Imax, ndërsa tipi V460 MOV mund të kalojë njëzet impulse.

(2) MOVs me tension më të ulët kufizuar kanë aftësi më të mirë të përballojë nën aktuale 10 / 350 ms. Lloji V230 MOV mund të përballojë tetë impulse 10 / 350 ms me kulmin e Iimp, ndërsa V460 mund të kalojë vetëm tre impulse.

(3) Duke marrë parasysh volumin e njësisë së MOV nën 10 / 350 ms aktuale, energjia e absorbuar nën impuls të vetëm mund të lidhet me dështimin MOV, në vend të mbledhjes së energjisë së përthithur nën të gjitha impulset e aplikuara.

(4) Forma e dëmtimit të njëjtë është vërejtur në tri lloje të MOVs nën rrymat e 10 / 350 ms. Një anë e kapsulimit plastike MOV dhe fletë elektrodë drejtkëndëshe zhvishem. Ablimi i materialit ZnO, i shkaktuar nga mburoja midis fletës së elektrodës dhe sipërfaqes ZnO, shfaqet afër elektrodës MOV.