浪涌保护装置（SPD）需要在脉冲放电电流下进行测试，主要是波形为8 / 20 ms和10 / 350 ms。 然而，随着SPD产品的改进，SPD在这种标准测试电流下的性能和承受能力需要更多的研究。 为了研究和比较8 / 20 ms和10 / 350 ms脉冲电流下SPD的耐受能力，对用于I类SPD的三种典型金属氧化物变阻器（MOV）进行了实验。 结果表明，在8 / 20ms脉冲电流下，具有较高限制电压的MOV具有较好的承受能力，而10 / 350ms脉冲电流下的结论则相反。 在10 / 350 ms电流下，MOV故障与单脉冲下每单位体积吸收的能量有关。 裂纹是10 / 350ms电流下的主要损伤形式，可以描述为MOV塑料封装的一侧和电极板剥落。 由电极板和ZnO表面之间的闪络引起的ZnO材料的烧蚀出现在MOV电极附近。
连接到低压电力系统，电信和信号网络的电涌保护装置（SPD）需要根据IEC和IEEE标准[1-5]的要求进行测试。 考虑到它可能遭受的位置和可能的发光电流，这些SPD需要在脉冲放电电流下进行测试，主要是波形为8 / 20 ms和10 / 350 ms [4-6]。 8 / 20 ms的当前波形通常用于模拟雷电冲击[6-8]。 SPD的标称放电电流（In）和最大放电电流（Imax）均由8 / 20 ms脉冲电流[4-5]定义。 此外，8 / 20 ms电流脉冲广泛用于SPD残余电压和工作负载测试[4]。 10 / 350ms脉冲电流通常用于模拟直接雷击回击电流[7-10]。 该波形符合I类SPD测试的脉冲放电电流参数，特别适用于I类SPD [4]的附加负载测试。 在型式试验[4-5]期间，需要在SPD上施加指定数量的脉冲电流。 例如，对于I类SPD [8]，工作负载测试需要15个20 / 10 ms电流和5个350 / 4 ms脉冲电流。 然而，随着SPD产品的改进，SPD在这种标准测试电流下的性能和承受能力需要更多的研究。 以前的研究通常集中在多个8 / 20毫秒脉冲电流[11-14]下的MOV性能，而重复的10 / 350毫秒脉冲电流下的性能尚未得到彻底研究。 此外，安装在建筑物和配电系统中高曝光点的I类SPD更容易受到雷击[15-16]的影响。 因此，需要研究8 / 20 ms和10 / 350 ms脉冲电流下I类SPD的性能和耐受能力。 本文通过实验研究了8 / 20 ms和10 / 350 ms脉冲电流下I类SPD的耐受能力。 采用三类典型MOV用于I类SPD进行分析。 针对若干实验调整电流幅度和脉冲数。 对两种冲击电流下MOV的承受能力进行了比较。 还分析了测试后失败的MOV样品的失效模式。
在实验中采用了用于I类SPD的三种典型MOV。 对于每种类型的MOV，爱普科斯制造的12样品在四种实验中采用。 其基本参数如表I所示，其中In代表MON在8 /20μs脉冲下的标称放电电流，Imax代表8 /20μs脉冲下的最大放电电流，Iimp代表10 /350μs脉冲下的最大放电电流，UDC1mA代表在1 mA DC电流下测量的MOV电压Ur表示In下的MOV残余电压。
图1显示了可以调节输出10 / 350 ms和8 / 20 ms电流脉冲的脉冲电流发生器。 采用Pearson线圈测量测试MOV上的脉冲电流。 比率为14.52的分压器用于测量残余电压。 采用TEK DPO3014数字示波器记录实验波形。
根据SPD测试标准[4]，8 / 20 ms电流采用的幅度包括30kA（0.75Imax）和40kA（Imax）。 10 / 350 ms电流采用的幅度包括0.75Iimp和Iimp。 参考MOV [4]的工作负载测试，在MOV采样上应用15个8 / 20ms脉冲，脉冲之间的间隔为60 s。 因此，实验过程的流程图如图2所示。
实验程序可以描述为：
（1）初始测量：MOV样品用UDC1mA，Ur和实验开始时的照片表征。
（2）应用十五个脉冲：调整脉冲电流发生器以输出所需的脉冲电流。 在MOV样品上依次施加15个间隔为60的脉冲。
（3）记录每次脉冲施加后MOV电流和电压的测量波形。
（4）测试后的目视检查和测量。 检查MOV表面是否有穿孔或闪络。 测试后测量UDC1mA和Ur。 测试后拍摄受损MOV的照片。 根据IEC 61643-11 [4]，实验的通过标准要求电压和电流记录以及目视检查都不应显示样品的穿刺或闪络。 此外，IEEE标准。 C62.62 [5]建议测量后测量Ur（MO中的MOV残余电压）与预测试测量Ur的偏差不应超过10％。 标准。 IEC 60099-4 [17]还要求在脉冲测试后UDC1mA的偏差不应超过5％。
- 8 / 20下的承受能力 ms脉冲电流
在本节中，幅度为8Imax和Imax的20 / 0.75 ms脉冲电流分别应用于SPD样本。 后测测量UDC1mA和Ur的变化率定义为：
其中，Ucr表示测量值的变化率。 Uat代表测试后测量的值。 Ubt代表测试前测量的值。
3.1 8 / 20毫秒脉冲电流下的结果，峰值为0.75Imax
在表II中示出了具有峰值8Imax（20 kA）的十五个0.75 / 30 ms脉冲电流下的三种类型的MOV的测试结果。 每种类型的MOV的结果是三个相同样本的平均值。
表二
8 / 20毫秒脉冲电流下的结果，30 kA峰值
从TABLEII可以看出，在MOV上应用了十五个8 / 20毫秒脉冲之后，UDC1mA和Ur的变化很小。 目视检查的“通过”意味着对测试的MOV没有明显的损坏。 而且，可以观察到，随着MOV限制电压的增加，Ucr变小。 例如Ucr是V460型MOV中最小的。 可以得出结论，三种类型的MOV都可以通过具有8 kA峰值的十五个20 / 30 ms脉冲。
3.2 8 / 20毫秒脉冲电流下的结果，峰值为Imax
考虑到上述实验结果，8 / 20 ms电流的幅度增加到40 kA（Imax）。 此外，对于V460型MOV，脉冲数增加到20。 实验结果如表III所示。 为了比较三种MOV中的能量吸收，Ea / V用于表示平均十五或二十次脉冲的每单位体积的吸收能量。 这里考虑“平均值”是因为MOV中的能量吸收在每个脉冲下略有不同。
表III
8 / 20毫秒脉冲电流下的结果，40 kA峰值
从表III可以看出，当电流幅度增加到40 kA时，UDC1mA的Ucr偏离V5和V230的275％，尽管MOV残余电压的变化仍然在10％的有效范围内。 目视检查还显示测试的MOV没有明显的损坏。 对于V230和V275型MOV，Ea / V表示每单位体积吸收的能量，平均为15个脉冲。 V460的Ea / V表示每单位体积的吸收能量，平均为20个脉冲。 表III显示具有较高限制电压（V460）的MOV具有比具有较低限制电压（V275和V230）的MOV更大的Ea / V. 此外，在V460上重复施加脉冲电流时，每单位体积吸收的能量（E / V）逐渐增加，如图3所示。
因此，可以得出结论，V230和V275型MOV不能承受具有Imax峰值的十五个8 / 20ms电流脉冲，而V460型MOV可以承受高达20脉冲的最大放电电流。 这意味着具有更高限制电压的MOV在8 / 20ms脉冲电流下具有更好的承受能力。
4。 10 / 350毫秒脉冲电流下的耐受能力
在本节中，幅度为10Iimp和Iimp的350 / 0.75 ms脉冲电流分别应用于SPD样本。
4.1 10 / 350 ms脉冲电流下的结果，峰值为0.75Iimp
由于三种MOV的Iimp不同，幅度为10A的350 / 4875 ms电流施加在V230和V275上，幅度为4500 A的脉冲施加在V460上。 在施加十五个脉冲电流之后，测试的MOV上的UDC1mA和Ur的变化显示在表IV中。 ΣE/ V表示所施加的脉冲的E / V的总和。
从表IV可以看出，在应用具有10Iimp峰值的十五个350 / 0.75 ms电流后，V230可以通过测试，而V1的UDC275mA的变化偏差超过5％。 V275的塑料封装上也出现了膨胀和轻微裂纹。 带有轻微裂缝的V275照片如图4所示。
对于V460型MOV，在应用10A峰值的第八个350 / 4500 ms脉冲后，MOV破裂，测得的电压和电流波形异常。 为了比较，在V10上的第七和第八350 / 460毫秒脉冲下测得的电压和电流波形如图5所示。
图5。 在460 / 10毫秒脉冲下测量的V350上的电压和电流波形
对于V230和V275，ΣE/ V是十五个脉冲的E / V的总和。 对于V460，ΣE/ V是八个脉冲的E / V的总和。 可以观察到，尽管V460的Ea / V高于V230和V275，但V460的总ΣE/ V最低。 但是，V460经历了最严重的伤害。 这意味着对于MOV的单位体积，10 / 350 ms电流下的MOV故障与总吸收能量（ΣE/ V）无关，但可能与单脉冲下的吸收能量更相关（Ea / V） ）。 可以得出结论，在10 / 350 ms脉冲电流下，V230可以承受比V460型MOV更多的脉冲。 这意味着具有较低限制电压的MOV在10 / 350 ms电流下具有更好的耐受能力，这与8 / 20 ms脉冲电流下的结论相反。
4.2 10 / 350毫秒脉冲电流下的结果，峰值为Iimp
当10 / 350 ms电流的幅度增加到Iimp时，所有测试的MOV都不能通过十五个脉冲。 在幅度为Iimp的10 / 350 ms脉冲电流下的结果示于表V中，其中“耐受脉冲数”表示MOV在裂缝之前可承受的脉冲量。
从表V可以看出，230 J / cm122.09的Ea / V的V3可以承受8个10 / 350 ms脉冲，而460 J / cm161.09的EX / V的V3只能通过3个脉冲，尽管采用的峰值电流V230（6500 A）高于V460（6000 A）。 这证实了在10 / 350 ms电流下具有高限制电压的MOV更容易损坏的结论。 这种现象可以解释为：10 / 350 ms电流携带的大量能量将被MOV吸收。 对于在10 / 350 ms电流下具有高限制电压的MOV，MOV的单位体积中吸收的能量比具有低限制电压的MOV中的能量大得多，并且过度的能量吸收将导致MOV故障。 但是，8 / 20 ms下的故障机制需要更多的调查。
目视检查表明，在10 / 350 ms电流下，在三种类型的MOV上观察到相同的损伤形式。 MOV塑料封装的一侧和矩形电极板剥离。 ZnO材料的烧蚀出现在电极片附近，这是由MOV电极和ZnO表面之间的闪络引起的。 损坏的V230的照片如图6所示。
5。 结论
SPD需要在脉冲放电电流下进行测试，主要是波形为8 / 20 ms和10 / 350 ms。 为了研究和比较8 / 20 ms和10 / 350 ms脉冲电流下SPD的耐受能力，进行了几次实验，8 / 20 ms（Imax）和10 / 350 ms（Iimp）波形的最大放电电流，以及0.75Imax和0.75Iimp的幅度。 采用三类典型MOV用于I类SPD进行分析。 可以得出一些结论。
（1）具有较高限制电压的MOV在8 / 20ms脉冲电流下具有更好的耐受能力。 V230和V275型MOV无法承受具有Imax峰值的十五个8 / 20ms脉冲，而V460型MOV可以通过二十个脉冲。
（2）具有较低限制电压的MOV在10 / 350 ms电流下具有更好的承受能力。 V230型MOV可以承受8个10 / 350毫秒脉冲，具有Iimp峰值，而V460只能通过三个脉冲。
（3）考虑到在10 / 350 ms电流下MOV的单位体积，单脉冲下的吸收能量可能与MOV故障有关，而不是所有施加的脉冲下吸收能量的总和。
（4）在10 / 350 ms电流下，在三种类型的MOV上观察到相同的损伤形式。 MOV塑料封装的一侧和矩形电极板剥离。 由电极板和ZnO表面之间的闪络引起的ZnO材料的烧蚀出现在MOV电极附近。