Kiel funkcias Protekta Aparato (SPD)

Kiel funkcias Protekta Aparato (SPD)

La kapablo de SPD limigi supertensiojn sur la elektra distribua reto deturnante ondokurentojn estas funkcio de la kontraŭprotektaj komponentoj, la mekanika strukturo de la SPD, kaj la ligo al la elektra distribua reto. SPD celas limigi pasemajn supertensiojn kaj deturni supran kurenton, aŭ ambaŭ. Ĝi enhavas almenaŭ unu nelinian eron. En la plej simplaj terminoj, SPDs celas limigi pasemajn supertensiojn kun celo malhelpi ekipaĵajn damaĝojn kaj malfunkcion pro pasemaj tensiaj pliiĝoj atingantaj la aparatojn, kiujn ili protektas.

Ekzemple, konsideru akvomuelejon protektitan per prema savklapo. La premo-savklapo faras nenion ĝis troa premo-pulso okazas en la akvoprovizado. Kiam tio okazas, la valvo malfermiĝas kaj flankenlasas la ekstran premon, tiel ke ĝi ne atingos la akvan radon.

Se la savklapo ne ĉeestus, troa premo povus damaĝi la akvoradon, aŭ eble la ligilon por la segilo. Eĉ se la savklapo estas en loko kaj funkcias ĝuste, iu resto de la premo premas ankoraŭ atingos la radon. Sed premo estos sufiĉe reduktita por ne difekti la akvoradon aŭ interrompi ĝian funkciadon. Ĉi tio priskribas la agadon de SPDoj. Ili reduktas transientojn al niveloj, kiuj ne difektos aŭ interrompos la funkciadon de sentema elektronika ekipaĵo.

Teknologioj Uzitaj

Kiuj teknologioj estas uzataj en SPD-oj?

De IEEE Std. C62.72: Kelkaj komunaj kontraŭprotektaj komponantoj uzataj en fabrikado de SPD estas metalaj oksidaj varistoroj (MOVs), lavangaj kolapsaj diodoj (ABDs - antaŭe konataj kiel silicioj lavangaj diodoj aŭ SADs), kaj gasaj malŝarĝaj tuboj (GDTs). MOVoj estas la plej ofte uzata teknologio por protekto de alternativaj elektraj cirkvitoj. La ŝvela nuna takso de MOV rilatas al la transversa areo kaj ĝia konsisto. Ĝenerale, ju pli granda estas la sekca areo, des pli alta estas la alta kurenta takso de la aparato. MOVoj ĝenerale estas de ronda aŭ rektangula geometrio sed venas en abundo de norma grandeco intervalanta de 7 mm (0.28 coloj) ĝis 80 mm (3.15 coloj). La ŝvelaj aktualaj taksoj de ĉi tiuj ŝirmaj protektaj komponantoj varias vaste kaj dependas de la fabrikanto. Kiel diskutite pli frue en ĉi tiu klaŭzo, konektante la MOV-ojn en paralela tabelo, ŝvela kurenta valoro povus esti kalkulita simple aldonante la ŝvelajn aktualajn taksojn de la unuopaj MOV-oj kune por akiri la supran kurentan takson de la tabelo. Tiel farante konsideron pri kunordigo de la funkciantaj trajtoj de la elektitaj MOV-oj.

Estas multaj hipotezoj pri tio, kia komponanto, kia topologio kaj disvolviĝo de specifa teknologio produktas la plej bonan SPD por deturni supran kurenton. Anstataŭ prezenti ĉiujn eblojn, plej bone estas, ke la diskuto pri ŝvela nuna takso, Nominala Malŝarĝa Nuna Taksado aŭ ŝvelaj aktualaj kapabloj ĉirkaŭas rendimentajn testajn datumojn. Sendepende de la komponantoj uzataj en la projektado aŭ la specifa mekanika strukturo uzata, tio gravas, ke la SPD havas akcelan kurenton aŭ Nominalan Malŝarĝan Kurantan Taksadon taŭgan por la apliko.

Sekvas pli vasta priskribo de ĉi tiuj eroj. La komponantoj uzataj en SPD-oj varias konsiderinde. Jen specimeno de tiuj eroj:

• Varista metala oksido (MOV)

Tipe MOVoj konsistas el ronda aŭ rektangula forma korpo de sintrita zinkoksido kun taŭgaj aldonaĵoj. Aliaj uzataj tipoj inkluzivas tubformajn formojn kaj plurtavolajn strukturojn. Varistoroj havas metalajn partiklajn elektrodojn konsistantajn el arĝenta alojo aŭ alia metalo. La elektrodoj eble estis aplikitaj al la korpo per rastrumo kaj sintrado aŭ per aliaj procezoj depende de la metalo uzita. Varistors ankaŭ ofte havas draton aŭ klapetajn plumbojn aŭ iun alian specon de fino kiu eble estis lutita al la elektrodo.

La baza kondukta mekanismo de MOV-oj rezultas el duonkonduktilaj kuniĝoj ĉe la limo de la zinkaj oksidaj grajnoj formitaj dum sintriga procezo. La varistoro povas esti konsiderata plurkrucuma aparato kun multaj grajnoj agantaj en serio-paralela kombinaĵo inter la fina stacioj. Skema transversa vido de tipa varistoro estas montrita en Figuro 1.

Varistors havas la posedaĵon konservi relative malgrandan tensioŝanĝon trans siaj terminaloj dum la ekmultiĝofluo fluanta tra ili varias dum pluraj jardekoj da magnitudo. Ĉi tiu nelinia ago permesas al ili deturni la kurenton de ekmultiĝo kiam konektite en ŝunto trans la linio kaj limigi la tension tra la linio al valoroj, kiuj protektas la ekipaĵon konektitan al tiu linio.

• Diodo de Avalanche Breakdown (ADB)

Ĉi tiuj aparatoj ankaŭ estas konataj kiel silicia lavangodiodo (MALĜOJA) aŭ pasema tensia subpremilo (TELEVIDOJ). La PN-krucvoja kolapsodiodo, en sia baza formo, estas ununura PN-krucvojo konsistanta el anodo (P) kaj katodo (N). Vidu Figuron 2a. En Dc-cirkvitaplikoj, la protektanto estas inversa partia tia ke pozitiva potencialo estas aplikita al la katoda (N) flanko de la aparato. Vidu Figuron 2b.

La lavangodiodo havas tri funkciigajn regionojn, 1) antaŭan antaŭjuĝon (malalta impedanco), 2) de ŝtato (alta impedanco), kaj 3) inversan antaŭjuĝan kolapson (relative malalta impedanco). Ĉi tiuj regionoj videblas en Figuro 3. En la antaŭa antaŭjuĝa reĝimo kun pozitiva tensio sur la regiono P, la diodo havas tre malaltan impedancon post kiam la tensio superas la antaŭan antaŭjuĝan diodan tension, VFS. VFS kutime estas malpli ol 1 V kaj estas difinita sube. La ekstera stato etendiĝas de 0 V al ĵus sub pozitiva VBR sur la N-regiono. En ĉi tiu regiono, la solaj fluoj fluantaj estas temperaturaj dependaj elfluaj fluoj kaj Zener-tunelaj fluoj por malaltaj kolapsaj tensiaj diodoj. La inversa antaŭjuĝa kolapso-regiono komenciĝas per pozitiva VBR sur la N-regiono. Ĉe VBR-elektronoj transirantaj la krucvojon estas sufiĉe akcelitaj per la alta kampo en la krucvoja regiono, ke elektronaj kolizioj rezultigas kaskadon, aŭ lavangon, de elektronoj kaj truoj kreiĝantaj. La rezulto estas akra falo en la rezisto de la diodo. Kaj la antaŭaj antaŭjuĝaj kaj inversaj antaŭjuĝaj kolapsaj regionoj povas esti uzataj por protekto.

La elektraj karakterizaĵoj de lavangodiodo estas interne malsimetriaj. Ankaŭ produktas simetriaj lavangaj diodaj protektaj produktoj konsistantaj el dors-malantaŭaj krucvojoj.

• Tubo de malŝarĝo de gaso (GDT)

Gasaj malŝarĝaj tuboj konsistas el du aŭ pli da metalaj elektrodoj apartigitaj per malgranda interspaco kaj tenitaj per ceramika aŭ vitra cilindro. La cilindro estas plenigita per nobla gasmiksaĵo, kiu ekfunkciigas en brilan malŝarĝon kaj finfine arkan kondiĉon kiam sufiĉa tensio estas aplikita al la elektrodoj.

Kiam malrapide kreskanta tensio trans la interspaco atingas valoron determinitan ĉefe per la elektroda interspaco, gaspremo kaj gasmiksaĵo, la enŝaltprocezo komenciĝas ĉe la fajrero (kolapso) tensio. Post kiam ekfunkciigo okazas, diversaj funkciigaj statoj eblas, depende de la ekstera cirkvito. Ĉi tiuj statoj estas montritaj en Figuro 4. Ĉe fluoj malpli ol la brila-al-arka transira kurento, brila regiono ekzistas. Ĉe malaltaj fluoj en la brila regiono, la tensio estas preskaŭ konstanta; ĉe altaj brilaj fluoj, iuj specoj de gasaj tuboj povas eniri eksternorman brilan regionon, en kiu la tensio pliiĝas. Preter ĉi tiu nenormala brila regiono la gasa malŝarĝa tubo-impedanco malpliiĝas en la transira regiono en la malalttensian arkon. La arka al brila transira fluo povas esti pli malalta ol la brila arka transiro. La GDT-elektra karakterizaĵo, kune kun la ekstera cirkvito, determinas la kapablon de la GDT estingiĝi post trairo de ondado, kaj ankaŭ determinas la energion disipitan en la arestilo dum la ondado.

Se la aplikata tensio (ekz. Pasema) kreskas rapide, la tempo bezonata por la joniga / arka formadprocezo povas permesi al la pasanta tensio superi la valoron postulatan por paneado en la antaŭa paragrafo. Ĉi tiu tensio estas difinita kiel la impulsa kolapso-tensio kaj ĝenerale estas pozitiva funkcio de la kresko de la aplikata tensio (transira).

Unuĉambra tri-elektroda GDT havas du kavojn apartigitajn per centra ringelektrodo. La truo en la centra elektrodo permesas al gasplasmo de kondukanta kavaĵo iniciati kondukadon en la alia kavaĵo, eĉ se la alia kava tensio povas esti sub la fajrera tensio.

Pro ilia ŝanĝa agado kaj fortika konstruado, GDToj povas superi aliajn SPD-erojn en aktuala kapablo. Multaj telekomunikadaj GDT-oj povas facile porti ondajn kurentojn ĝis 10 kA (8/20 µs-ondformo). Plue, depende de projektado kaj grandeco de la GDT, ekflugoj de> 100 kA povas esti atingitaj.

La konstruado de gasaj malŝarĝaj tuboj estas tia, ke ili havas tre malaltan kapaciton - ĝenerale malpli ol 2 pF. Ĉi tio permesas ilian uzon en multaj altfrekvencaj cirkvitaj aplikoj.

Kiam GDToj funkcias, ili povas generi altfrekvencan radiadon, kiu povas influi senteman elektronikon. Tial estas saĝe meti GDT-cirkvitojn al certa distanco de la elektroniko. La distanco dependas de la sentemo de la elektroniko kaj de kiel bone la elektroniko estas ŝirmita. Alia metodo por eviti la efikon estas meti la GDT en ŝirmitan ĉemetaĵon.

Difinoj por GDT

Interspaco, aŭ pluraj interspacoj kun du aŭ tri metalaj elektrodoj hermetike sigelitaj tiel ke gasmiksaĵo kaj premo estas sub kontrolo, dizajnitaj por protekti aparaton aŭ personaron, aŭ ambaŭ, de altaj pasemaj tensioj.

Or

Interspaco aŭ interspacoj en enfermita senŝargiĝmedio, krom aero ĉe atmosfera premo, dizajnitaj por protekti aparataron aŭ personaron, aŭ ambaŭ, de altaj pasemaj tensioj.

• LCR-filtriloj

Ĉi tiuj eroj varias laŭ siaj:

• energio-kapablo
• havebleco
• fidindeco
• kosto
• efikeco

De IEEE Std C62.72: La kapablo de SPD limigi supertensiojn sur la elektra distribua reto deturnante ondokurentojn estas funkcio de la kontraŭprotektaj komponentoj, la mekanika strukturo de la SPD, kaj la ligo al la elektra distribua reto. Kelkaj komunaj kontraŭprotektaj eroj uzataj en fabrikado de SPD-oj estas MOV-oj, SASD-oj kaj gasaj malŝarĝaj tuboj, kun MOV-oj kun la plej granda uzado. La ŝvela kurenta takso de MOV rilatas al la transversa areo kaj ĝia konsisto. Ĝenerale, ju pli granda estas la sekca areo, des pli alta estas la alta kurenta takso de la aparato. MOVoj ĝenerale estas de ronda aŭ rektangula geometrio sed venas en abundo de norma grandeco intervalanta de 7 mm (0.28 in) ĝis 80 mm (3.15 in). La ŝvelaj aktualaj taksoj de ĉi tiuj ŝirmaj protektaj komponantoj varias vaste kaj dependas de la fabrikanto. Kunligante la MOV-ojn en paralela tabelo, teoria onda kurento-takso povus esti kalkulita simple aldonante la aktualajn taktojn de la unuopaj MOV-oj por akiri la supran kurentan takson de la tabelo.

Estas multaj hipotezoj pri kia ero, kia topologio kaj la disvolviĝo de specifa teknologio produktas la plej bonan SPD por deturni ondokurenton. Anstataŭ prezenti ĉiujn ĉi tiujn argumentojn kaj lasi la leganton deĉifri ĉi tiujn temojn, plej bone estas, ke la diskuto pri ŝvela nuna takso, Nominala Malŝarĝa Nuna Taksado aŭ ŝvelaj aktualaj kapabloj ĉirkaŭas rendimentajn testajn datumojn. Sendepende de la komponantoj uzataj en la projektado aŭ la specifa mekanika strukturo deplojita, kio gravas estas, ke la SPD havas akcelan kurenton aŭ Nominalan Malŝarĝan Nuntempan Taksadon taŭgan por la apliko kaj, probable plej grave, ke la SPD limigas la pasemajn supertensioj al niveloj, kiuj malebligas damaĝon al la ekipaĵo protektita pro la atendata ŝprucmedio.

Bazaj Funkciaj Modoj

Plej multaj SPDoj havas tri bazajn operaciajn reĝimojn:

• Atendante
• Deturnante

En ĉiu reĝimo, fluo fluas tra la SPD. Kio eble ne kompreniĝas, tamen estas, ke malsama speco de fluo povas ekzisti en ĉiu reĝimo.

La Atendanta Reĝimo

Sub normalaj potencaj situacioj, kiam "pura potenco" estas provizita ene de elektra distribua sistemo, la SPD plenumas minimuman funkcion. En la atendanta reĝimo, la SPD atendas ke supertensio okazu kaj konsumas malmultan aŭ neniun alternativan elektran elektran energion; ĉefe tiu uzata de la kontrolaj cirkvitoj.

La Devia Reĝimo

Sentinte paseman supertensian eventon, la SPD ŝanĝiĝas al la Deturniĝa Reĝimo. La celo de SPD estas deturni la damaĝan impulsan kurenton for de kritikaj ŝarĝoj, samtempe reduktante ĝian rezultan tensian grandon al malalta, sendanĝera nivelo.

Kiel difinite de ANSI / IEEE C62.41.1-2002, tipa kurenta nedaŭro daŭras nur frakcion de ciklo (mikrosekundoj), fragmento de tempo kompare kun la kontinua fluo de 60Hz, sinusoidala signalo.

La amplekso de la ondokurento dependas de ĝia fonto. Fulmoj, ekzemple, kiuj en maloftaj okazoj povas enhavi nunajn grandojn superantajn kelkcent mil amperojn. Tamen ene de instalaĵo, interne generitaj pasemaj eventoj produktos pli malaltajn nunajn grandojn (malpli ol kelkaj mil aŭ cent amperoj).

Ĉar plej multaj SPD-oj estas desegnitaj por trakti grandajn ondajn kurentojn, unu agado-referenco estas la provita Nominal-Malŝarĝa Nuna Taksado de la produkto (En). Ofte konfuzita kun faŭlta kurento, sed senrilata, ĉi tiu granda aktuala grando estas indiko de la provita ripetita rezista kapablo de la produkto.

De IEEE Std. C62.72: La Nuna Malŝarĝa Nuna Taksado ekzercas la kapablon de SPD esti submetita al ripetaj aktualaj ekmultiĝoj (15 totalaj ekmultiĝoj) de elektita valoro sen difekto, degenero aŭ ŝanĝo en mezurita limiga tensia agado de SPD. La Nuna Malŝarĝa Nuna testo inkluzivas la tutan SPD inkluzive de ĉiuj ŝirmaj protektaj komponantoj kaj internaj aŭ eksteraj SPD-malkonektiloj. Dum la testo, neniu komponanto aŭ malkonektilo rajtas malsukcesi, malfermi la cirkviton, difekti aŭ degradi. Por atingi apartan takson, la mezurita limiga tensia agado-nivelo de la SPD devas esti konservata inter la antaŭ-testa kaj post-testa komparo. La celo de ĉi tiuj testoj estas pruvi la kapablon kaj agadon de SPD en respondo al ondoj, kiuj en iuj kazoj estas severaj, sed povus esti atenditaj ĉe la serva ekipaĵo, ene de instalaĵo aŭ ĉe la instalado.

Ekzemple, SPD kun nominala malŝarĝa kurenta kapacito de 10,000 aŭ 20,000 amperoj por reĝimo signifas, ke la produkto devas sekure elteni paseman nunan grandon de 10,000 aŭ 20,000 amperoj minimume 15 fojojn, en ĉiu el la modoj de protekto.

Fino De Vivscenaroj

De IEEE Std C62.72: La plej granda minaco al la longdaŭra fidindeco de SPD-oj eble ne estas akceloj, sed la ripetaj momentaj aŭ portempaj supertensioj (TOVoj aŭ "ŝvelaĵoj"), kiuj povas okazi sur la PDS. SPD-oj kun MCOV - kiuj estas malfirme proksimaj al la nominala sistemo-tensio estas pli sentemaj al tiaj supertensioj, kiuj povas konduki al antaŭtempa SPD-maljuniĝo aŭ antaŭtempa fino de vivo. Regula dikfingro ofte uzata estas determini ĉu la MCOV de la SPD estas almenaŭ 115% de la nominala sistemo-tensio por ĉiu specifa reĝimo de protekto. Ĉi tio permesos al la SPD esti tuŝita de la normalaj tensiaj variadoj de la PDS.

Tamen, krom daŭraj supertensiaj eventoj, SPDoj povas maljuniĝi, aŭ degradi, aŭ atingi sian finfunkcian kondiĉon laŭlonge de la tempo pro ekmultiĝoj, kiuj superas la SPD-rangojn por ekmultiĝa kurento, la rapideco de apero de ekmultiĝaj eventoj, daŭro de la ekmultiĝo. , aŭ la kombinaĵo de ĉi tiuj eventoj. Ripetaj ekmultiĝaj eventoj kun signifa amplekso dum tempodaŭro povas trovarmigi la SPD-komponentojn kaj igi la ekmultiĝajn protektajn komponentojn maljuniĝi. Plue, ripetaj pliiĝoj povas kaŭzi SPD-malkonektilojn, kiuj estas termike aktivigitaj, funkcii antaŭtempe pro la hejtado de la ŝirmaj protektaj komponantoj. La karakterizaĵoj de SPD povas ŝanĝiĝi kiam ĝi atingas sian finfunkcian kondiĉon - ekzemple, la mezuritaj limigaj tensioj povas pliiĝi aŭ malpliiĝi.

Por eviti degeneron pro ekmultiĝoj, multaj SPD-fabrikantoj projektas SPD-ojn kun altaj ondaj aktualaj kapabloj aŭ uzante fizike pli grandajn erojn aŭ konektante plurajn erojn paralele. Ĉi tio estas farita por eviti la verŝajnecon, ke la taksoj de la SPD kiel asembleo superas krom en tre maloftaj kaj esceptaj kazoj. La sukceso de ĉi tiu metodo subtenas la longan servan vivon kaj historion de ekzistantaj SPD-oj instalitaj, kiuj estis tiel projektitaj.

Koncerne al SPD-kunordigo kaj, kiel dirite pri akcelaj aktualaj taksoj, estas logike havi SPD kun pli altaj kurentaj rangoj situantaj ĉe la serva ekipaĵo, kie la PDS estas plej elmetita al ondoj por helpi en la antaŭzorgo de antaŭtempa maljuniĝo; dume, SPD-oj pli malproksimaj de la serva ekipaĵo, kiuj ne estas elmetitaj al eksteraj fontoj de kreskoj, povus havi malpli altajn taksojn. Kun bona projekto kaj kunordigo de ŝirmprotektado, oni povas eviti antaŭtempan SPD-maljuniĝon.

Aliaj kaŭzoj de SPD-fiasko inkluzivas:

• Instalaj eraroj
• Misapliko de produkto por ĝia tensia takso
• Daŭraj supertensiaj eventoj

Kiam foriga ero malsukcesas, ĝi plej ofte faras ĝin kiel fuŝkontakton, igante fluon komenci flui tra la malsukcesa ero. La kvanto de fluo disponebla por flui tra ĉi tiu malsukcesa komponanto estas funkcio de la disponebla faŭlta kurento kaj estas pelata de la potenca sistemo. Por pliaj informoj pri Kulpaj Fluoj iru al SPD-Sekurecaj Informoj.