Surge Qoruyucu Cihaz (SPD) necə işləyir
Bir SPD-nin dalğalanma cərəyanlarını yönləndirərək elektrik paylama şəbəkəsindəki həddindən artıq gərginliyi məhdudlaşdırma qabiliyyəti, dalğalanma qoruyucu komponentlərin, SPD-nin mexaniki quruluşunun və elektrik paylama şəbəkəsinə qoşulmanın funksiyasıdır. Bir SPD, keçici aşırı gərginliyi məhdudlaşdırmaq və dalğalanma cərəyanını və ya hər ikisini yönləndirmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Ən azı bir xətti olmayan komponentdən ibarətdir. Ən sadə sözlə, SPD -lər, qoruduqları cihazlara çatan keçici gərginlik dalğalanmaları səbəbindən avadanlıqların zədələnməsini və dayanma müddətini qarşısını almaq məqsədi ilə keçici aşırı gərginliyi məhdudlaşdırmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Məsələn, bir təzyiq boşaltma klapanı ilə qorunan bir su dəyirmanını düşünün. Su təchizatında həddindən artıq təzyiq nəbzi meydana gəlməyənə qədər təzyiq boşaltma valfi heç nə etmir. Bu baş verdikdə, valf açılır və əlavə təzyiqi kənara çəkir ki, su təkərinə çatmasın.
Boşaltma valfi olmasaydı, həddindən artıq təzyiq su təkərinə və ya bəlkə də mişar bağlantısına zərər verə bilər. Boşaltma klapanı yerində və düzgün işləsə də, təzyiq nəbzinin bəzi qalıqları yenə də sükana çatacaq. Ancaq təzyiq, su təkərinə zərər verməmək və ya işini pozmamaq üçün kifayət qədər aşağı salınmış olacaq. Bu SPD -lərin hərəkətini təsvir edir. Keçidləri həssas elektron cihazların işinə zərər verməyəcək və ya pozmayacaq səviyyəyə endirirlər.
Texnologiyalar istifadə olunur
SPD -lərdə hansı texnologiyalardan istifadə olunur?
IEEE Std. C62.72: SPD istehsalında istifadə olunan bir neçə ümumi dalğalanma qoruyucu komponentlər metal oksid varistorları (MOV), uçqun parçalanma diodları (ABŞ-lar-əvvəllər silikon uçqun diodları və ya SAD-lar kimi tanınırdı) və qaz boşaltma borularıdır (GDTs). MOV -lar, AC elektrik dövrələrinin qorunması üçün ən çox istifadə olunan texnologiyadır. MOV-un dalğalanma cari reytinqi kəsik sahəsi və tərkibi ilə bağlıdır. Ümumiyyətlə, kəsişmə sahəsi nə qədər böyükdürsə, cihazın cərəyan cərəyanı o qədər yüksəkdir. MOV -lar ümumiyyətlə yuvarlaq və ya düzbucaqlı həndəsədir, lakin 7 mm (0.28 düym) ilə 80 mm (3.15 düym) arasında dəyişən bir çox standart ölçüdə olur. Bu dalğalanma qoruyucu komponentlərin dalğalanma cari dərəcələri çox müxtəlifdir və istehsalçıdan asılıdır. Bu bənddə daha əvvəl müzakirə edildiyi kimi, MOV -ları paralel bir sıra ilə birləşdirərək, serialın dalğalanma cərəyanını əldə etmək üçün ayrı -ayrı MOV -ların artım cərəyanlarını əlavə etməklə cərəyan cərəyanı hesablana bilər. Bunu edərkən, seçilmiş MOV -lərin iş xüsusiyyətlərinin əlaqələndirilməsi nəzərə alınmalıdır.
Hansı komponentin, hansı topologiyanın və spesifik texnologiyanın tətbiqi dalğalanma cərəyanının yönləndirilməsi üçün ən yaxşı SPD istehsal etdiyi ilə bağlı bir çox fərziyyə var. Bütün variantları təqdim etmək əvəzinə, dalğalanma cari reytinqi, Nominal Boşalma Cari Reytinqi və ya dalğalanma cari qabiliyyətlərinin müzakirəsi performans test məlumatları ətrafında getməlidir. Dizaynda istifadə olunan komponentlərdən və ya tətbiq olunan xüsusi mexaniki quruluşdan asılı olmayaraq, SPD -nin tətbiq üçün uyğun bir dalğalanma cərəyanı və ya Nominal Boşalma Cərəyanı Reytinqinə sahib olması vacibdir.
Bu komponentlərin daha geniş təsviri aşağıda verilmişdir. SPD -lərdə istifadə olunan komponentlər xeyli fərqlənir. Budur, bu komponentlərin bir nümunəsi:
Metal oksid varistoru (MOV)
Tipik olaraq, MOV -lar uyğun qatqılar olan yuvarlaq və ya düzbucaqlı formalı sinterlənmiş sink oksiddən ibarətdir. İstifadə olunan digər növlərə boru formaları və çox qatlı quruluşlar daxildir. Varistorlarda gümüş ərintisi və ya digər metaldan ibarət metal hissəcik elektrodları var. Elektrodlar bədənə tarama və sinterləmə yolu ilə və ya istifadə olunan metaldan asılı olaraq digər proseslərlə tətbiq oluna bilər. Varistorlarda da tez -tez elektroda lehimlənmiş ola biləcək tel və ya çıxıntılar və ya başqa bir növ sonlandırma var.
MOV -lərin əsas ötürmə mexanizmi, sinterləmə prosesində əmələ gələn sink oksid dənələrinin sərhədindəki yarımkeçirici qovşaqların nəticəsidir. Varistor, terminallar arasında seriyalı-paralel birləşmədə işləyən bir çox taxıl olan çox qovşaqlı bir cihaz hesab edilə bilər. Tipik bir varistorun şematik kəsik görünüşü Şəkil 1-də göstərilmişdir.
Varistorlar terminallarında nisbətən kiçik bir gərginlik dəyişikliyi saxlamaq xüsusiyyətinə malikdirlər, onlardan axan dalğalanma cərəyanı isə onilliklər boyu dəyişir. Bu qeyri -xətti hərəkət, xəttin şantına qoşulduqda bir dalğalanma cərəyanını başqa istiqamətə yönəltməyə və xəttin üzərindəki gərginliyi həmin xəttə bağlı olan avadanlıqları qoruyan dəyərlərlə məhdudlaşdırmağa imkan verir.
Uçqun Dağıma Diyotu (AİB)
Bu qurğular silikon uçqun diyotu (SAD) və ya keçici gərginlik bastırıcısı (TVS) olaraq da bilinir. PN qovşağının parçalanma diodu, əsas formada, anod (P) və katoddan (N) ibarət tək bir PN qovşağıdır. Bax Şəkil 2a. DC dövrə tətbiqlərində, qoruyucu cihazın katot (N) tərəfinə pozitiv bir potensial tətbiq ediləcəyi üçün əks istiqamətdədir. Bax Şəkil 2b.
Uçqun diodunun üç əməliyyat bölgəsi var: 1) irəli əyilmə (aşağı empedans), 2) söndürmə vəziyyəti (yüksək empedans) və 3) əks qərəz pozulması (nisbətən aşağı empedans). Bu bölgələr Şəkil 3 -də görülə bilər. P bölgəsində pozitiv gərginliyi olan irəli əyilmə rejimində, gərginlik irəli əyilməli diod gərginliyi VFS -dən artıq olduqda diod çox aşağı empedansa malikdir. VFS ümumiyyətlə 1 V -dan azdır və aşağıda təsvir edilmişdir. Söndürmə vəziyyəti 0 V -dan N bölgəsindəki müsbət VBR -dən bir qədər aşağıya doğru uzanır. Bu bölgədə axan yeganə cərəyanlar temperaturdan asılı olan sızma cərəyanları və aşağı dağılma gərginliyi diodları üçün Zener tunel cərəyanlarıdır. Əks qərəz bölgüsü, N bölgəsində müsbət VBR ilə başlayır. VBR -də, qovşağı keçən elektronlar, qovşağın bölgəsindəki yüksək sahə ilə kifayət qədər sürətlənir ki, elektron toqquşmaları elektronların və çuxurların meydana gəlməsinə səbəb olur. Nəticə, diodun müqavimətində kəskin bir azalmadır. Həm irəli, həm də tərs əyilmə bölgü bölgələri qorunmaq üçün istifadə edilə bilər.
Bir uçqun diodunun elektrik xüsusiyyətləri əslində asimmetrikdir. Arxa -arxa qovşaqlardan ibarət simmetrik uçqun diodlarından qoruyucu məhsullar da istehsal olunur.
Qaz boşaltma borusu (GDT)
Qaz boşaltma boruları kiçik bir boşluqla ayrılmış və bir keramika və ya şüşə silindrlə tutulan iki və ya daha çox metal elektroddan ibarətdir. Silindr nəcib bir qaz qarışığı ilə doldurulur, bu da parıltı axıdılmasına və nəhayət elektrodlara kifayət qədər gərginlik verildikdə bir qövs vəziyyətinə çevrilir.
Boşluq boyunca yavaş-yavaş yüksələn bir gərginlik, əsasən elektrod aralığı, qaz təzyiqi və qaz qarışığı ilə təyin olunan bir dəyərə çatdıqda, açılma prosesi qığılcım (parçalanma) gərginliyində başlayır. Qığılcım meydana gəldikdən sonra, xarici sxemdən asılı olaraq müxtəlif işləmə vəziyyətləri mümkündür. Bu hallar Şəkil 4-də göstərilmişdir. Parlaq bölgədəki aşağı cərəyanlarda, gərginlik demək olar ki, sabitdir; yüksək işıqlı cərəyanlarda, bəzi qaz boruları gərginliyin artdığı anormal bir parıltı bölgəsinə girə bilər. Bu anormal parıltı bölgəsinin xaricində, qaz boşaltma borusu empedansı aşağı gərginlikli qövs vəziyyətinə keçid bölgəsində azalır. Qövsdən parıltıya keçid cərəyanı parıltıdan qövsə keçiddən aşağı ola bilər. GDT elektrik xarakteristikası, xarici dövrə ilə birlikdə, GDT -nin bir dalğa keçdikdən sonra sönmə qabiliyyətini təyin edir, həmçinin dalğalanma zamanı tutucuda yayılan enerjini təyin edir.
Tətbiq olunan gərginlik (məsələn, keçici) sürətlə yüksəlirsə, ionlaşma/qövs formalaşması prosesi üçün ayrılan vaxt, keçici gərginliyin əvvəlki paraqrafda pozulma üçün lazım olan dəyəri aşmasına imkan verə bilər. Bu gərginlik impuls qırılma gərginliyi olaraq təyin olunur və ümumiyyətlə tətbiq olunan gərginliyin artım sürətinin müsbət bir funksiyasıdır (keçici).
Tək kameralı üç elektrodlu GDT, mərkəzi halqa elektrodla ayrılmış iki boşluğa malikdir. Orta elektroddakı çuxur, digər boşluq gərginliyi qığılcım gərginliyindən aşağı ola bilsə də, keçirici boşluqdan qaz plazmasının digər boşluqda keçirilməyə başlamasına imkan verir.
Keçid hərəkəti və möhkəm quruluşa görə GDT-lər cərəyan qabiliyyətinə görə digər SPD komponentlərini aşa bilər. Bir çox telekommunikasiya GDT -ləri 10 kA (8/20 μs dalğa forması) qədər yüksək dalğalanma cərəyanlarını asanlıqla daşıya bilir. Bundan əlavə, GDT -nin dizaynından və ölçüsündən asılı olaraq> 100 kA dalğalanma cərəyanları əldə edilə bilər.
Qaz axıdıcı boruların konstruksiyası çox aşağı tutuma malikdir - ümumiyyətlə 2 pF -dən azdır. Bu, bir çox yüksək tezlikli dövrə tətbiqində istifadəsinə imkan verir.
GDT-lər işləyərkən həssas elektronikaya təsir edə bilən yüksək tezlikli radiasiya yarada bilərlər. Buna görə GDT sxemlərini elektronikadan müəyyən bir məsafədə yerləşdirmək ağıllıdır. Məsafə, elektronikanın həssaslığından və elektronikanın nə qədər yaxşı qorunduğundan asılıdır. Təsirin qarşısını almağın başqa bir yolu GDT -ni ekranlı bir mühitə yerləşdirməkdir.
GDT üçün təriflər
Cihazın və ya işçilərin və ya hər ikisinin yüksək keçici gərginliklərdən qorunması üçün nəzərdə tutulmuş qaz qarışığı və təzyiqi nəzarət altında olması üçün hermetik şəkildə möhürlənmiş iki və ya üç metal elektrodlu bir boşluq və ya bir neçə boşluq.
Or
Cihazı və ya işçiləri və ya hər ikisini yüksək keçici gərginliklərdən qorumaq üçün nəzərdə tutulmuş, atmosfer təzyiqi altında olan havadan başqa qapalı boşaltma mühitindəki boşluq və ya boşluqlar.
- LCR filtrləri
Bu komponentlər öz xüsusiyyətlərinə görə fərqlənir:
- enerji qabiliyyəti
- mövcudluğu
- etibarlılıq
- qiymət
- effektivlik
IEEE Std C62.72-dən: SPD-nin dalğalanma cərəyanlarını yönləndirməklə elektrik paylama şəbəkəsindəki həddindən artıq gərginliyi məhdudlaşdırma qabiliyyəti, dalğalanma qoruyucu komponentlərin, SPD-nin mexaniki quruluşunun və elektrik paylama şəbəkəsinə qoşulmanın funksiyasıdır. SPD-lərin istehsalında istifadə olunan bir neçə ümumi dalğalanmadan qoruyan komponentlər MOV-lar, SASD-lər və qaz axıdıcı borulardır, MOV-lar ən böyük istifadəyə malikdir. MOV-un dalğalanma cari reytinqi kəsik sahəsi və tərkibi ilə əlaqədardır. Ümumiyyətlə, kəsişmə sahəsi nə qədər böyükdürsə, cihazın cərəyan cərəyanı o qədər yüksəkdir. MOV -lar ümumiyyətlə yuvarlaq və ya düzbucaqlı həndəsədir, lakin 7 mm (0.28 düym) ilə 80 mm (3.15 düym) arasında dəyişən standart ölçülərə malikdir. Bu dalğalanma qoruyucu komponentlərin dalğalanma cari dərəcələri çox müxtəlifdir və istehsalçıdan asılıdır. MOV -ları paralel bir cərgəyə bağlayaraq, serialın dalğalanma cari reytinqini əldə etmək üçün fərdi MOV -ların cari reytinqlərini əlavə etməklə nəzəri bir dalğalanma cərəyanı hesablana bilər.
Hansı komponentin, hansı topologiyanın və spesifik texnologiyanın yerləşdirilməsinin dalğalanma cərəyanının yönləndirilməsi üçün ən yaxşı SPD istehsal etdiyi ilə bağlı bir çox fərziyyə var. Bütün bu arqumentləri təqdim etmək və oxucunun bu mövzuları deşifr etməsinə icazə vermək əvəzinə, ən yaxşı haldır ki, dalğalanma cari reytinqi, Nominal Boşalma Cari Reytinqi və ya dalğalanma cari qabiliyyətləri performans testi məlumatları ətrafında cərəyan etsin. Dizaynda istifadə olunan komponentlərdən və ya tətbiq olunan xüsusi mexaniki quruluşdan asılı olmayaraq, SPD -nin tətbiq üçün uyğun bir dalğalanma cərəyanına və ya Nominal Deşarj Akım Reytinqinə sahib olması və ehtimal ki, ən əsası SPD -nin keçidi məhdudlaşdırmasıdır. gözlənilən dalğalanma mühiti nəzərə alınmaqla qorunan avadanlıqların zədələnməsinin qarşısını alan səviyyələrə həddindən artıq gərginlik.
Əsas İş rejimi
Əksər SPD -lərin üç əsas iş rejimi var:
- Gözləyirəm
- Yönləndirmə
Hər bir rejimdə cərəyan SPD -dən axır. Ancaq başa düşülməyən şey, hər bir rejimdə fərqli bir növ cərəyanın mövcud ola bilməsidir.
Gözləmə rejimi
Elektrik paylama sistemində "təmiz güc" verildikdə normal güc vəziyyətlərində SPD minimal funksiyanı yerinə yetirir. Gözləmə rejimində, SPD həddindən artıq bir gərginliyin meydana gəlməsini gözləyir və çox az ac enerjisi istehlak edir; ilk növbədə monitorinq sxemlərində istifadə olunur.
Yönləndirmə rejimi
Keçici bir həddindən artıq gərginlik hadisəsini hiss etdikdən sonra SPD Yönlendirme Moduna keçir. Bir SPD -nin məqsədi, zərər verən impuls cərəyanını kritik yüklərdən uzaqlaşdırmaq və eyni zamanda meydana gələn gərginlik böyüklüyünü aşağı, zərərsiz bir səviyyəyə endirməkdir.
ANSI/IEEE C62.41.1-2002 tərəfindən təyin edildiyi kimi, tipik bir cari keçici, bir dövrənin yalnız bir hissəsinə (mikrosaniyə) davam edir, 60Hz, sinusoidal siqnalın davamlı axını ilə müqayisədə zaman parçasıdır.
Dalğalanma cərəyanının böyüklüyü onun mənbəyindən asılıdır. Məsələn, nadir hallarda bir neçə yüz min amperi aşan cərəyan böyüklüyünü ehtiva edə bilən ildırım vurur. Bir quruluşda olsa da, daxili olaraq yaradılan keçici hadisələr daha aşağı cərəyanlara səbəb olacaq (bir neçə min və ya yüz amperdən az).
Əksər SPD -lər böyük dalğalanma cərəyanlarını idarə etmək üçün nəzərdə tutulduğundan, bir performans meyarı məhsulun sınaqdan keçirilmiş Nominal Boşalma Cərəyanıdır (In). Tez -tez arızalı cərəyanla qarışdırılır, lakin əlaqəsi yoxdur, bu böyük cərəyan böyüklüyü məhsulun sınaqdan keçirilmiş təkrar müqavimət qabiliyyətinin göstəricisidir.
IEEE Std. C62.72: Nominal Boşalma Cərəyanı Qiymətləndirilməsi, SPD -nin seçilmiş dəyərdə təkrarlanan cərəyan artımlarına (15 ümumi dalğalanma) məruz qalma qabiliyyətini zədələnmədən, pozulmadan və ya SPD -nin ölçülən məhdudlaşdırıcı gərginlik performansında dəyişiklik etmədən həyata keçirir. Nominal Boşalma Cərəyanı testi, bütün dalğalanma qoruyucu komponentləri və daxili və ya xarici SPD ayırıcıları daxil olmaqla bütün SPD -ni əhatə edir. Test zamanı heç bir komponentin və ya ayırıcının işləməməsinə, dövrə açılmasına, zədələnməsinə və ya aşınmasına icazə verilmir. Xüsusi bir reytinq əldə etmək üçün SPD-nin ölçülmüş məhdudlaşdırıcı gərginlik performans səviyyəsi testdən əvvəlki və sonrakı müqayisə arasında saxlanılmalıdır. Bu testlərin məqsədi, bəzi hallarda şiddətli, lakin xidmət avadanlıqlarında, bir obyektin içərisində və ya quraşdırma yerində gözlənilən dalğalanmalara cavab olaraq SPD -nin qabiliyyətini və performansını nümayiş etdirməkdir.
Məsələn, rejim başına 10,000 və ya 20,000 amper nominal boşalma cərəyanı olan bir SPD, məhsulun qorunma rejimlərinin hər birində minimum 10,000 dəfə 20,000 və ya 15 amperlik bir keçici cərəyana etibarlı şəkildə tab gətirə bilməsi deməkdir.
Həyatın Sonu Ssenariləri
IEEE Std C62.72-dən: SPD-lərin uzunmüddətli etibarlılığı üçün ən böyük təhlükə dalğalanmalar ola bilməz, lakin PDS-də baş verə biləcək təkrarlanan ani və ya müvəqqəti həddindən artıq gərginliklər (TOV və ya "şişkinliklər") ola bilər. MCOV olan SPD-lər, nominal sistem gərginliyinə olduqca yaxındırlar, SPD-nin vaxtından əvvəl qocalmasına və ya ömrünün erkən bitməsinə səbəb ola biləcək həddindən artıq gərginliyə daha çox həssasdırlar. Tez -tez istifadə olunan əsas qayda, SPD -nin MCOV -nin hər bir xüsusi qorunma rejimi üçün nominal sistem gərginliyinin ən azı 115% -i olub olmadığını müəyyən etməkdir. Bu, SPD -nin PDS -in normal gərginlik dəyişikliklərindən təsirlənməməsinə imkan verəcəkdir.
Bununla birlikdə, davamlı həddindən artıq gərginlik hadisələri xaricində, SPD-lər, dalğalanma cərəyanı, dalğalanma hadisələrinin baş vermə sürəti, dalğalanma müddəti üçün SPD dərəcələrini aşan dalğalanmalar səbəbindən zaman keçdikcə yaşlana bilər, ya da korlana bilər və ya istismar müddətinə çata bilər. və ya bu hadisələrin birləşməsi. Bir müddət ərzində əhəmiyyətli amplituda olan təkrarlanan dalğalanma hadisələri SPD komponentlərini həddindən artıq istiləşdirə və dalğalanma qoruyucu komponentlərinin yaşlanmasına səbəb ola bilər. Bundan əlavə, təkrarlanan dalğalanmalar, dalğalanma qoruyucu komponentlərinin istiləşməsi səbəbindən termal aktivləşdirilmiş SPD ayırıcılarının vaxtından əvvəl işləməsinə səbəb ola bilər. İstismar müddəti başa çatdıqda bir SPD-nin xüsusiyyətləri dəyişə bilər-məsələn, ölçülmüş məhdudlaşdırıcı gərginliklər arta və ya azalda bilər.
Dalğalanmalar səbəbiylə deqradasiyanın qarşısını almaq üçün, bir çox SPD istehsalçısı ya fiziki olaraq daha böyük komponentlərdən istifadə etməklə, ya da birdən çox komponenti paralel olaraq bağlayaraq yüksək dalğalanma cərəyanı olan SPD -lər dizayn edir. Bu, çox nadir və müstəsna hallar istisna olmaqla, SPD -nin bir məclis kimi reytinqlərinin aşılması ehtimalının qarşısını almaq üçün edilir. Bu metodun müvəffəqiyyəti, bu şəkildə dizayn edilmiş mövcud SPD -lərin uzun xidmət müddəti və tarixi ilə dəstəklənir.
SPD koordinasiyasına və cari reytinqlərə görə qeyd edildiyi kimi, erkən yaşlanmanın qarşısını almağa kömək etmək üçün PDS -in dalğalanmalara ən çox məruz qaldığı xidmət avadanlığında yerləşən daha yüksək dalğalanma cərəyanı olan bir SPD -nin olması məntiqlidir; Eyni zamanda, xarici dalğalanmalara məruz qalmayan xidmət avadanlıqlarından daha aşağı səviyyədə olan SPD-lərin reytinqi daha aşağı ola bilər. Yaxşı dalğalanma qoruyucu sistem dizaynı və koordinasiyası ilə SPD -nin erkən yaşlanmasının qarşısını almaq olar.
SPD çatışmazlığının digər səbəbləri bunlardır:
- Quraşdırma səhvləri
- Məhsulun gərginlik dərəcəsi üçün yanlış tətbiq edilməsi
- Davamlı həddindən artıq gərginlik hadisələri
Bir söndürmə komponenti uğursuz olduqda, çox vaxt bunu qısaldır və uğursuz komponentdən cərəyanın axmasına səbəb olur. Bu uğursuz komponentdən axmaq üçün mövcud olan cərəyan miqdarı, mövcud arızalı cərəyanın funksiyasıdır və güc sistemi tərəfindən idarə olunur. Arızalı cərəyanlar haqqında daha çox məlumat üçün SPD Təhlükəsizliyi ilə əlaqədar Məlumatlara baxın.
