Ang mga proteksiyong pang-proteksiyon (SPD) ay kinakailangang masuri sa ilalim ng mga alon ng paglabas ng lakas ng loob na may mga waveform ng ms 8 / 20 at 10 / 350 ms. Gayunpaman, sa pagpapabuti ng mga produkto ng SPD, ang pagganap at pagtagumpayan ang kakayahan ng mga SPD sa ilalim ng naturang pamantayan ng pagsubok na mga alon ay nangangailangan ng mas maraming pagsisiyasat. Upang maimbestigahan at ihambing ang kakayahan ng SPD sa ilalim ng 8 / 20 ms at 10 / 350 ms impulse currents, ang mga eksperimento ay isinasagawa sa tatlong uri ng tipikal na metal-oxide varistors (MOVs) na ginagamit para sa klase I SPDs. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang MOVs na may mas mataas na limitasyon boltahe ay may mas mahusay na makatiis kakayahan sa ilalim ng 8 / 20ms salpok kasalukuyang, habang ang konklusyon sa ilalim ng 10 / 350ms salpok kasalukuyang ay kabaligtaran. Sa ilalim ng 10 / 350 ms kasalukuyang, ang kabiguan ng MOV ay may kaugnayan sa nakuha na enerhiya sa bawat unit volume sa ilalim ng solong salpok. Ang crack ay ang pangunahing pinsala sa ilalim ng 10 / 350ms kasalukuyang, na maaaring inilarawan bilang isang bahagi ng plastic encapsulation ng MOV at ang electrode sheet na nakalabas. Ang pagputol ng materyal na ZnO, na dulot ng flashover sa pagitan ng electrode sheet at ibabaw ng ZnO, ay lumitaw malapit sa elektrod ng MOV.

1. Panimula

Ang mga proteksiyon ng mga proteksiyon ng aparato (SPD) na nakakonekta sa mga sistema ng kapangyarihan ng lowvoltage, telekumunikasyon at mga network ng signal ay kailangang masuri sa ilalim ng mga kinakailangan ng mga pamantayan ng IEC at IEEE [1-5]. Kung isasaalang-alang ang lokasyon at posibleng pag-ilaw kasalukuyang maaari itong magdusa, ang mga naturang SPDs ay kinakailangan na masuri sa ilalim ng mga daloy ng discharge discharge lalo na sa mga waveform ng 8 / 20 ms at 10 / 350 ms [4-6]. Ang kasalukuyang waveform ng 8 / 20 ms ay karaniwang ginagamit upang gayahin ang kidlat salpok [6-8]. Ang nominal discharge current (In) at ang maximum discharge current (Imax) ng SPD ay parehong tinukoy sa 8 / 20 ms impulse kasalukuyang [4-5]. Dagdag pa rito, ang kasalukuyang 8 / 20 idinudlot ay malawakang ginagamit para sa mga SPD residual voltage at operating duty test [4]. Ang 10 / 350ms kasalukuyang salpok ay kadalasang ginagamit upang gayahin ang direktang kidlat na bumalik sa stroke kasalukuyang [7-10]. Ang waveform na ito ay nakakatugon sa mga parameter para sa kasalukuyang paglabas ng salpok para sa pagsusulit ng SPD sa klase, na lalo na ginagamit para sa karagdagang pagsubok ng tungkulin para sa klase I SPDs [4]. Sa panahon ng mga pagsubok na uri [4-5], ang tinukoy na bilang ng mga alon ng salpok ay kinakailangan na mag-aplay sa SPD. Halimbawa, ang labinlimang 8 / 20 ms currents at limang 10 / 350 ms impulse na alon ay kinakailangan para sa operating duty test para sa klase I SPDs [4]. Gayunpaman, sa pagpapabuti ng mga produkto ng SPD, ang pagganap at pagtagumpayan ang kakayahan ng mga SPD sa ilalim ng naturang pamantayan ng pagsubok na mga alon ay nangangailangan ng mas maraming pagsisiyasat. Ang mga nakaraang pananaliksik ay karaniwang tumututok sa pagganap ng MOV sa ilalim ng maramihang 8 / 20 ms impulse kasalukuyang [11-14], habang ang pagganap sa ilalim ng paulit-ulit 10 / 350 ms salpok kasalukuyang ay hindi pa sinisiyasat ng lubusan. Bukod dito, ang klase I SPDs, na naka-install sa mga punto ng mataas na pagkakalantad sa mga gusali at sistema ng pamamahagi, ay mas mahina sa mga kidlat na stroke [15-16]. Samakatuwid, ang pagganap at mapaglabanan ang kakayahan ng mga klase I SPDs sa ilalim ng 8 / 20 ms at 10 / 350 ms impulse na alon ay kinakailangan upang ma-sinisiyasat. Ang papel na ito ay sinisiyasat sa pag-imbestiga ng kakayahan ng mga klase ng SPD sa klase sa ilalim ng 8 / 20 ms at 10 / 350 ms impulse currents. Tatlong uri ng mga tipikal na MOV na ginagamit para sa klase I SPDs ay pinagtibay para sa pagtatasa. Ang kasalukuyang amplitude at bilang ng mga impulses ay nababagay para sa maraming mga eksperimento. Ang paghahambing ay isinasagawa sa kakayahang makati ng mga MOV sa ilalim ng dalawang uri ng mga alon ng salpok. Ang mode ng kabiguan ng mga halimbawa ng MOV na nabigo matapos ang mga pagsusuri ay sinusuri din.

2. Layout ng Eksperimento

Tatlong uri ng mga tipikal na MOV na ginagamit para sa klase I SPDs ay pinagtibay sa mga eksperimento. Para sa bawat uri ng MOVs, ang mga sample na 12 na ginawa ng EPCOS ay pinagtibay sa ilalim ng apat na uri ng mga eksperimento. Ang kanilang pangunahing mga parameter ay ipinapakita sa TABLE I, kung saan kumakatawan sa nominal discharge current ng MOVs sa ilalim ng 8 / 20μs na salpok, ang Imax ay kumakatawan sa pinakamataas na kasalukuyang paglabas sa ilalim ng 8 / 20μs na salpok, Iimp ay kumakatawan sa pinakamataas na kasalukuyang paglabas sa ilalim ng 10 / 350μs na salpok, UDC1mA kumakatawan ang boltahe ng MOV na sinusukat sa ilalim ng 1 MA DC kasalukuyang, ang Ur ay kumakatawan sa MOV residual boltahe sa ilalim ng In.

Ang 1 ay nagpapakita ng salpok kasalukuyang generator na maaaring iakma sa output 10 / 350 ms at 8 / 20 ms kasalukuyang impulses. Ang Pearson coil ay pinagtibay upang sukatin ang mga alon ng salpok sa nasubok na mga MOV. Ang boltahe divider na may ratio ng 14.52 ay ginagamit upang masukat ang mga residual voltages. Ang digital oscilloscope ng TEK DPO3014 ay pinagtibay upang i-record ang mga pang-eksperimentong waveforms.

Ayon sa standard test SPD [4], ang amplitudes na pinagtibay para sa 8 / 20 ms kasalukuyang kasama ang 30kA (0.75Imax) at 40kA (Imax). Ang amplitudes na pinagtibay para sa 10 / 350 ms kasalukuyang kasama ang 0.75Iimp at Iimp. Sanggunian sa pagsubok ng tungkulin ng operating para sa MOVs [4], labinlimang 8 / 20ms impulses ay inilapat sa mga sample ng MOV, at ang agwat sa pagitan ng mga impulses ay 60 s. Samakatuwid, ang flowchart ng experimental procedure ay ipinapakita sa Fig. 2.

Ang pang-eksperimentong pamamaraan ay maaaring inilarawan bilang:

(1) Inisyal na mga sukat: Ang mga halimbawa ng MOV ay nailalarawan sa UDC1mA, Ur, at mga litrato sa simula ng mga eksperimento.

(2) Mag-apply ng labinlimang impulses: Ayusin ang kasalukuyang generator ng salpok upang i-output ang hinihiling na salpok kasalukuyang. Ang labinlimang impulses na may interval ng 60 ay inilalapat sa sunud-sunod na MOV.

(3) Itala ang sinukat na mga waveform ng mga alon ng MOV at mga boltahe pagkatapos ng bawat aplikasyon ng salpok.

(4) Visual inspeksyon at mga sukat matapos ang mga pagsubok. Suriin ang ibabaw ng MOV para mabutas o flashover. Sukatin ang UDC1mA at ang Ur matapos ang mga pagsubok. Kumuha ng mga larawan ng mga nasira na MOV pagkatapos ng mga pagsubok. Ang pamantayan ng pass para sa mga eksperimento, ayon sa IEC 61643-11 [4], ay nangangailangan na ang parehong boltahe at kasalukuyang mga talaan, kasama ang isang visual na inspeksyon, ay hindi magpapakita ng indikasyon ng pagbutas o flashover ng mga sample. Bilang karagdagan, ang IEEE Std. Iminungkahi ng C62.62 [5] na ang pagsukat ng posttest Ur (MOV residual voltages sa In) ay hindi dapat lumihis ng higit sa 10% mula sa pretest na sinusukat Ur. Ang Std. Kinakailangan din ng IEC 60099-4 [17] na hindi dapat lumihis ang UDC1mA nang higit sa 5% pagkatapos ng mga pagsusulit ng salpok.

  1. Ang kakayahang makatiis sa ilalim ng 8 / 20 ms salpok kasalukuyang

Sa seksyon na ito, ang 8 / 20 ms salpukan na alon na may amplitudes ng 0.75Imax at Imax ay inilapat sa mga sample ng SPD ayon sa pagkakabanggit. Ang ratio ng pagbabago para sa posttest sinusukat UDC1mA at ang Ur ay tinukoy bilang:

kung saan, ang Ucr ay kumakatawan sa pagbabago ng ratio ng sinusukat halaga. Ang Uat ay kumakatawan sa halaga na sinusukat pagkatapos ng mga pagsubok. Ang Ubt ay kumakatawan sa halagang sinusukat bago ang mga pagsubok.

3.1 Ang mga resulta sa ilalim ng 8 / 20 ms salpok kasalukuyang may rurok ng 0.75Imax

Ang mga resulta ng pagsusulit para sa tatlong uri ng mga MOVs sa ilalim ng labinlimang 8 / 20 ms impulse na alon na may rurok ng 0.75Imax (30 kA) ay ipinapakita sa TALAAN II. Ang resulta para sa bawat uri ng MOV ay ang average ng tatlong parehong mga sample.

TALAAN II

Mga resulta sa ilalim ng 8 / 20 ms salpukan na alon na may 30 kA rurok

Ito ay maaaring makita mula sa TABLEII na pagkatapos ng labinlimang 8 / 20 ms impulses ay inilalapat sa MOVs, ang mga pagbabago ng UDC1mA at Ur ay menor de edad. Ang "Pass" para sa visual inspeksyon ay nangangahulugang walang nakikitang pinsala sa nasubok MOVs. Bukod dito, maaari itong maobserbahan na sa pagtaas ng boltahe ng paglilipat ng MOV, nagiging mas maliit ang Ucr. Tulad ng Ucr ay ang pinakamaliit para sa V460 type MOV. Ito ay maaaring concluded na ang tatlong uri ng mga MOVs ay maaaring lahat pumasa sa labinlimang 8 / 20 ms salpok sa 30 kA rurok.

3.2 Ang mga resulta sa ilalim ng 8 / 20 ms salpok kasalukuyang sa rurok ng Imax

Kung isinasaalang-alang ang mga pang-eksperimentong resulta sa itaas, ang amplitude ng 8 / 20 ms kasalukuyang ay nadagdagan sa 40 kA (Imax). Bilang karagdagan, ang bilang ng mga impulses ay nadagdagan sa dalawampu para sa V460 type MOV. Ang mga pang-eksperimentong resulta ay ipinapakita sa TALAAN III. Upang maihambing ang pagsipsip ng enerhiya sa tatlong uri ng MOVs, ginagamit ang Ea / V upang kumatawan sa nakuha na enerhiya sa bawat yunit ng yunit para sa average ng labinlimang o dalawampu't impulses. Dito, ang "average" ay isinasaalang-alang dahil ang pagsipsip ng enerhiya sa MOVs ay bahagyang naiiba sa ilalim ng bawat salpok.

TALAAN III

Mga resulta sa ilalim ng 8 / 20 ms salpukan na alon na may 40 kA rurok

Maaari itong i-obserba mula sa TALA III na kapag ang kasalukuyang amplitude ay nadagdagan sa 40 kA, Ucr para sa UDC1mA lumihis higit sa 5% para sa V230 at V275, bagaman ang pagbabago ng MOV tira boltahe ay nasa loob lamang ng epektibong hanay ng 10%. Ang visual inspeksyon ay nagpapakita rin ng walang nakikitang pinsala sa nasubok MOVs. ForV230 at V275 type MOVs, ang Ea / V ay nangangahulugang ang nasisipsip na enerhiya sa bawat unit volume na may average na labinlimang impulses. Ang Ea / V para sa V460 ay kumakatawan sa nakuha na enerhiya sa bawat unit volume na may average na dalawampu't impulses. Ipinapakita ng TALAAN III na ang mga MOV na may mas mataas na takda sa boltahe (V460) ay may mas malaking Ea / V kaysa sa mga MOV na may mas mababang limitasyon ng boltahe (V275 at V230). Bukod pa rito, na ang kasalukuyang salpok ay paulit-ulit na inilapat sa V460, unti-unting nataas ang enerhiya ng bawat yunit ng yunit (E / V), tulad ng ipinapakita sa Fig. 3.

Samakatuwid, maaari itong concluded na ang V230 at V275 uri MOVs ay hindi maaaring makatiis labinlimang 8 / 20ms kasalukuyang impulses sa rurok ng Imax, habang ang V460 uri MOV ay maaaring makatiis ang maximum na discharge kasalukuyang hanggang sa 20 impulses. Nangangahulugan ito na ang MOVs na may mas mataas na takda sa boltahe ay may mas mahusay na makatiis kakayahan sa ilalim ng 8 / 20ms kasalukuyang salpok.

4. Ang kakayahang makatiis sa ilalim ng kasalukuyang 10 / 350 na salpok

Sa seksyon na ito, ang mga 10 / 350 ms impulse na alon na may amplitudes ng 0.75Iimp at Iimp ay inilapat sa mga sample ng SPD ayon sa pagkakabanggit.

4.1 Ang mga resulta sa ilalim ng 10 / 350 ms salpok kasalukuyang sa rurok ng 0.75Iimp

Dahil ang Iimp ng tatlong uri ng mga MOV ay iba, ang 10 / 350 ms na alon na may amplitude ng 4875A ay inilapat sa V230 at V275, at ang mga impulses na may amplitude ng 4500 A ay inilapat sa V460. Pagkatapos mag-apply ng labinlimang mga alon ng salpok, ang mga pagbabago para sa UDC1mA at Ur sa nasubok na mga MOV ay ipinapakita sa TALA IV. Ang ΣE / V ay nangangahulugan ng pagbubuod ng E / V para sa mga inilapat na impulses.

Ito ay makikita mula sa TALA IV na matapos ang paglalapat ng labinlimang 10 / 350 ms currents na may peak ng 0.75Iimp, ang V230 ay maaaring pumasa sa pagsubok, habang ang pagbabago para sa UDC1mA ng V275 ay lumihis ng higit sa 5%. Ang pamamaga at menor de edad na crack ay lumitaw din sa plastic encapsulation ng V275. Ang larawan ng V275 na may maliit na pumutok ay ipinapakita sa Fig. 4.

Para sa V460 type MOV, pagkatapos ng ikawalo 10 / 350 ms salpok na may tuktok ng 4500A ay inilalapat, ang MOV cracked at ang sinusukat boltahe at kasalukuyang waveforms ay abnormal. Para sa paghahambing, ang sinusukat boltahe at kasalukuyang waveforms sa ilalim ng ikapitong at ikawalo 10 / 350 ms salpok sa V460 ay ipinapakita sa Fig 5.

Larawan 5. Ang sinusukat boltahe at kasalukuyang mga waveform sa V460 sa ilalim ng 10 / 350 ms salpok

Para sa V230 at V275, ΣE / V ang kabuuan ng E / V para sa labinlimang impulses. Para sa V460, ΣE / V ang kabuuan ng E / V para sa walong impulses. Maaari itong maobserbahan na kahit na ang Ea / V ng V460 ay mas mataas kaysa sa V230 at V275, ang kabuuang ΣE / Vof V460 ay ang pinakamababa. Gayunman, ang V460 ay nakaranas ng pinakaseryal na pinsala. Nangangahulugan ito na para sa dami ng yunit ng MOV, ang kabiguan ng MOV sa ilalim ng 10 / 350 ms kasalukuyang ay hindi nauugnay sa kabuuang hinihigop na enerhiya (ΣE / V), ngunit maaaring mas may kaugnayan sa hinihigop na enerhiya sa ilalim ng iisang salpok (Ea / V ). Ito ay maaaring concluded na sa ilalim ng 10 / 350 ms salpok kasalukuyang, ang V230 maaaring tumagal ng higit pang mga impulses kaysa sa V460 uri MOVs. Ito ay nangangahulugan na ang MOVs na may mas mababang limitasyon boltahe ay may mas mahusay na makatiis kakayahan sa ilalim ng 10 / 350 ms kasalukuyang, na kung saan ay kabaligtaran mula sa konklusyon sa ilalim 8 / 20 ms salpok kasalukuyang.

4.2 Ang mga resulta sa ilalim ng 10 / 350 ms salpok kasalukuyang sa rurok ng Iimp

Kapag ang amplitude ng 10 / 350 ms kasalukuyang ay nadagdagan sa Iimp, ang lahat ng nasubok MOVs ay hindi maaaring pumasa sa labinlimang mga impulses. Ang mga resulta sa ilalim ng 10 / 350 ms impulse na alon na may amplitude ng Iimp ay ipinapakita sa TALAAN V, kung saan ang "Makati ang bilang ng salpok" ay nangangahulugan ng halaga ng salpok na maaaring makatagal ng MOV bago pumutok.

Maaari itong i-obserba mula sa TALAAN V na ang V230 na may Ea / V ng 122.09 J / cm3 ay maaaring tumagal ng walong 10 / 350 ms impulses habang ang V460with Ea / V ng 161.09 J / cm3 ay maaari lamang pumasa sa tatlong mga impulse, bagaman ang peak kasalukuyang pinagtibay para sa Ang V230 (6500 A) ay mas mataas kaysa sa V460 (6000 A). Ito ay nagpapatunay sa konklusyon na ang MOVs na may mataas na takda sa boltahe ay mas madaling nasira sa ilalim ng 10 / 350 ms kasalukuyang. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring ipaliwanag bilang: ang malaking enerhiya na dala ng 10 / 350 ms kasalukuyang ay maaapektuhan sa MOVs. Para sa MOVs na may mataas na limitasyon ng boltahe sa ilalim ng 10 / 350 ms kasalukuyang, mas maraming enerhiya ang masusukat sa dami ng yunit ng MOV kaysa sa MOVs na may mababang nililimitahan boltahe, at ang labis na pagsipsip ng enerhiya ay humahantong sa kabiguan ng MOV. Gayunpaman, ang mekanismo ng kabiguan sa ilalim ng 8 / 20 ms kasalukuyang nangangailangan ng mas maraming pagsisiyasat.

Ipinapakita ng visual na inspeksyon na ang parehong pinsala na form ay sinusunod sa tatlong uri ng MOVs sa ilalim ng 10 / 350 ms kasalukuyang. Ang isang bahagi ng plastic encapsulation ng MOV at ang hugis-parihaba elektrod sheet kumupas off. Ang ablation ng ZnO materyal ay lumitaw malapit sa elektrod sheet, na kung saan ay sanhi ng flashover sa pagitan ng MOV elektrod at ZnO ibabaw. Ang larawan ng nasira V230 ay ipinapakita sa Fig. 6.

5. Konklusyon

Kinakailangan ang mga SPD na masuri sa ilalim ng mga daloy ng pagdaloy ng lakas na pangunahin sa mga waveform ng 8 / 20 ms at 10 / 350 ms. Upang maimbestigahan at ihambing ang kakayahan ng SPD sa ilalim ng 8 / 20 ms at 10 / 350 ms impulse currents, ang ilang mga eksperimento ay natupad na may maximum na kasalukuyang paglabas para sa 8 / 20 ms (Imax) at 10 / 350 ms (Iimp) waveform , pati na rin ang mga amplitudo ng 0.75Imax at 0.75Iimp. Tatlong uri ng mga tipikal na MOV na ginagamit para sa klase I SPDs ay pinagtibay para sa pagtatasa. Ang ilang mga konklusyon ay maaaring iguguhit.

(1) Ang MOVs na may mas mataas na paglilimita boltahe ay may mas mahusay na makatiis kakayahan sa ilalim ng 8 / 20ms salpok kasalukuyang. Ang V230 at V275 type MOVs ay hindi makatiis ng labinlimang 8 / 20ms impulses na may rurok ng Imax, habang ang V460 type MOV ay maaaring pumasa sa dalawampu't impulses.

(2) Ang MOVs na may mas mababang limitasyon ng boltahe ay may mas mahusay na makatiis kakayahan sa ilalim ng 10 / 350 ms kasalukuyang. Ang V230 type MOV ay maaaring makatiis ng walong 10 / 350 ms impulses na may rurok ng Iimp, samantalang ang V460 ay maaari lamang pumasa sa tatlong impulses.

(3) Kung isinasaalang-alang ang dami ng yunit ng MOV sa ilalim ng 10 / 350 ms kasalukuyang, ang nasisipsip na enerhiya sa ilalim ng solong salpok ay maaaring may kaugnayan sa MOV failure, sa halip na ang kabuuan ng hinihigop na enerhiya sa ilalim ng lahat ng inilapat na impulses.

(4) Parehong form ng pinsala ay sinusunod sa tatlong uri ng mga MOVs sa ilalim ng 10 / 350 ms currents. Ang isang bahagi ng plastic encapsulation ng MOV at ang hugis-parihaba elektrod sheet kumupas off. Ang pagputol ng materyal na ZnO, na sanhi ng flashover sa pagitan ng electrode sheet at ibabaw ng ZnO, ay lumitaw malapit sa elektrod ng MOV.