Varios temas candentes en el presente dispositivo de protección contra sobretensiones SPD

Varios temas candentes en el presente dispositivo de protección contra sobretensiones SPD

1. Clasificación de formas de onda de prueba

Para la prueba SPD del dispositivo de protección contra sobretensiones, existe un feroz debate en el país y en el extranjero sobre las categorías de prueba de Clase I (Clase B, Tipo 1), principalmente sobre el método de simulación de descarga directa de impulso de rayo, la disputa entre los comités IEC e IEEE :

(1) IEC 61643-1, en Clase I (Clase B, Tipo 1) prueba de sobrecorriente del dispositivo de protección contra sobretensiones, la forma de onda de 10 / 350µs es una forma de onda de prueba.

(2) IEEE C62.45 'Dispositivos de protección contra sobretensiones de bajo voltaje IEEE - Parte 11 Dispositivos de protección contra sobretensiones conectados a sistemas de energía de bajo voltaje - Requisitos y métodos de prueba' define la forma de onda de 8/20 µs como la forma de onda de prueba.

Los aprobadores de la forma de onda de 10/350 µs creen que para garantizar el 100% de protección durante los rayos, se deben utilizar los parámetros de rayos más severos para probar el equipo de protección contra rayos. Utilice una forma de onda de 10/350 µs para detectar LPS (sistema de protección contra rayos) para asegurarse de que no se dañe físicamente por los rayos. Y los defensores de la forma de onda de 8/20 µs creen que después de más de 50 años de uso, la forma de onda muestra una tasa de éxito muy alta.

En octubre de 2006, representantes relevantes de IEC e IEEE coordinaron y enumeraron varios temas de investigación.

La fuente de alimentación GB18802.1 SPD tiene formas de onda de prueba de clasificaciones de Clase I, II y III, consulte la Tabla 1.

Tabla 1: Categorías de prueba de nivel I, II y III

Estados Unidos ha considerado dos situaciones en los siguientes tres estándares más recientes:
IEEE C62.41. 1 'Guía IEEE sobre el entorno de sobretensiones en circuitos de alimentación de CA de bajo voltaje (1000 V y menos)', 2002
IEEE C62.41. 2 'IEEE sobre caracterización de prácticas recomendadas de sobretensiones en circuitos de alimentación de CA de bajo voltaje (1000 V y menos)', 2002
IEEE C62.41. 2 'IEEE sobre prácticas recomendadas sobre pruebas de sobretensión para equipos conectados a circuitos de alimentación de CA de bajo voltaje (1000 V y menos)', 2002

Situación 1: Un rayo no golpea directamente el edificio.
Situación 2: Es un caso poco común: un rayo cae directamente sobre un edificio o el suelo al lado de un edificio es alcanzado por un rayo.

La Tabla 2 recomienda formas de onda representativas aplicables y la Tabla 3 proporciona los valores de intensidad correspondientes a cada categoría.
Tabla 2: Ubicación AB C (Caso 1) Formas de onda de prueba de impacto estándar y adicionales aplicables y Resumen de parámetros del Caso 2.

Tabla 3: Situación del SPD a la salida 2 Contenido de la prueba ^{A, B}

Nota:
R. Esta prueba se limita al SPD instalado en la salida, que es diferente de los estándares y formas de onda adicionales mencionados en esta recomendación, excepto para el SPD.
B. Los valores anteriores se aplican a cada prueba de fase del SPD multifase.
C. La experiencia exitosa de operación de campo de SPD con C más bajo que el nivel de exposición 1 indica que se pueden seleccionar parámetros más bajos.

“No existe una forma de onda específica que pueda representar todos los entornos de sobretensión, por lo que el complejo mundo real debe simplificarse en algunas formas de onda de prueba estándar fáciles de manejar. Para lograr esto, los entornos de sobretensión se clasifican para proporcionar sobretensión y corriente.La forma de onda y la amplitud se seleccionan de manera que sean adecuadas para evaluar las diferentes capacidades de resistencia del equipo conectado a la fuente de alimentación de CA de bajo voltaje, y la resistencia y la resistencia del equipo. el entorno de sobretensión debe coordinarse adecuadamente ".

“El propósito de especificar formas de onda de prueba de clasificación es proporcionar a los diseñadores y usuarios de equipos formas de onda de prueba de sobretensión estándar y adicionales y los niveles ambientales de sobretensión correspondientes. Los valores recomendados para formas de onda estándar son resultados simplificados obtenidos del análisis de una gran cantidad de datos de medición. La simplificación permitirá una especificación repetible y eficaz para la resistencia a sobretensiones de los equipos conectados a fuentes de alimentación de CA de bajo voltaje ".

Las ondas de voltaje y corriente utilizadas para la prueba de voltaje límite de impulso SPD de redes de telecomunicaciones y señales se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4: Tensión y onda de corriente de prueba de impacto (Tabla 3 de GB18802-1)

Nota: El impacto se aplica entre el terminal de línea y el terminal común. La prueba entre terminales de línea se determina según la idoneidad. El SPD para suministro de energía y el SPD para telecomunicaciones y redes de señales deben formular una forma de onda de prueba estándar unificada que pueda coincidir con el voltaje soportado del equipo.

2.Tipo de interruptor de voltaje y tipo de límite de voltaje

En la historia a largo plazo, el tipo de conmutación de voltaje y el tipo de limitación de voltaje son desarrollo, competencia, complementación, innovación y reurbanización. El tipo de espacio de aire del tipo de interruptor de voltaje se ha utilizado ampliamente en las últimas décadas, pero también expone varios defectos. Son:

(1) El primer nivel (nivel B) que utiliza un SPD de tipo chispa de 10/350 µs provocó un gran número de registros de daños masivos por rayos en equipos de comunicaciones de la estación base.

(2) Debido al largo tiempo de respuesta del SPD de descarga de chispas a los rayos, cuando la estación base solo tiene SPD de descarga de chispas y no se usa ningún otro SPD para el segundo nivel (nivel C) de protección, la corriente del rayo puede causar rayos sensibles dispositivos en el dispositivo daño.

(3) Cuando la estación base usa protección de dos niveles B y C, el tiempo de respuesta lento del SDP de la chispa a los rayos puede hacer que todas las corrientes de rayos pasen a través del protector limitador de voltaje de nivel C, lo que hace que el protector de nivel C se dañado por un rayo.

(4) Puede haber un punto ciego de descarga de chispa entre la cooperación de energía entre el tipo de espacio y el tipo de limitación de presión (punto ciego significa que no hay descarga de chispa en el espacio de descarga de chispa), lo que da como resultado el tipo SPD no actúa, y el protector de segundo nivel (nivel C) debe soportar más. La corriente del rayo provocó que el protector de nivel C fuera dañado por un rayo (limitado por el área de la estación base, la distancia de desacoplamiento entre los dos polos SPD requiere unos 15 metros). Por lo tanto, es imposible que el primer nivel adopte un SPD de tipo gap para cooperar efectivamente con el SPD de nivel C.

(5) La inductancia se conecta en serie entre los dos niveles de protección para formar un dispositivo de desacoplamiento para resolver el problema de la distancia de protección entre los dos niveles de SPD. Puede haber un problema de punto ciego o de reflexión entre los dos. Según la introducción: “La inductancia se utiliza como componente de agotamiento y forma de onda. La forma tiene una estrecha relación. Para formas de onda largas de valor medio (como 10 / 350µs), el efecto de desacoplamiento del inductor no es muy efectivo (el tipo de chispa más el inductor no puede cumplir con los requisitos de protección de diferentes espectros de rayos cuando cae un rayo). Al consumir componentes, se deben considerar el tiempo de subida y el valor máximo de la sobretensión ". Además, incluso si se agrega la inductancia, no se puede resolver el problema del voltaje SPD tipo gap hasta aproximadamente 4kV, y la operación de campo muestra que después de que el SPD tipo gap y el tipo de combinación SPD se conectan en serie, el C- El módulo de nivel 40kA instalado dentro de la fuente de alimentación conmutada pierde el SPD Existen numerosos registros de destrucción por rayo.

(6) Los valores di / dt y du / dt del SPD de tipo gap son muy grandes. El impacto en los componentes semiconductores dentro del equipo protegido detrás del SPD de primer nivel es particularmente notable.

(7) SPD de chispa sin función de indicación de deterioro

(8) El tipo SPD de chispa no puede realizar las funciones de alarma de daños y señalización remota de fallas (actualmente solo se puede realizar mediante LED para indicar el estado de funcionamiento de su circuito auxiliar, y no refleja el deterioro y daño de la oleada de rayos protector), por lo que es Para estaciones base desatendidas, SPD intermitente no se puede aplicar de manera efectiva.

En resumen: desde la perspectiva de los parámetros, indicadores y factores funcionales como la presión residual, la distancia de desacoplamiento, el gas de chispa, el tiempo de respuesta, la alarma de no daño y la señalización remota sin fallas, el uso de SPD de descarga de chispas en la estación base amenaza el funcionamiento seguro del sistema de comunicación Problemas.

Sin embargo, con el continuo desarrollo de la tecnología, el SPD tipo spark gap sigue superando sus propias deficiencias, el uso de este tipo de SPD también destaca las mayores ventajas. En los últimos 15 años, se ha llevado a cabo una gran cantidad de investigación y desarrollo sobre el tipo de espacio de aire (ver Tabla 5):

En términos de rendimiento, la nueva generación de productos tiene las ventajas de un voltaje residual bajo, una gran capacidad de flujo y un tamaño pequeño. Mediante la aplicación de la tecnología de gatillo de micro-gap, puede realizar la coincidencia de distancia “0” con el SPD limitador de presión y la combinación del SPD limitador de presión. También compensa su falta de capacidad de respuesta y optimiza en gran medida el establecimiento de sistemas de protección contra rayos. En términos de función, la nueva generación de productos puede garantizar el funcionamiento seguro de todo el producto al monitorear el funcionamiento del circuito de activación. Se instala un dispositivo de desconexión térmica dentro del producto para evitar que se queme la carcasa exterior; Se adopta una tecnología de gran distancia de apertura en el juego de electrodos para evitar el flujo continuo después de los pasos por cero. Al mismo tiempo, también puede proporcionar una función de alarma de señal remota para seleccionar el tamaño equivalente de los pulsos de rayos y extender la vida útil.

Tabla 5: Desarrollo típico de descarga de chispas

S / N	Años	Principales características	observaciones
1	1993	Establezca un espacio en forma de "V" que cambie de pequeño a grande, y coloque un aislante de descarga delgado a lo largo del extremo del valle como aislamiento para ayudar a obtener un voltaje de funcionamiento bajo y una descarga hasta el espacio, utilizando electrodos y la estructura espacial y las propiedades del material en 1993 Conducir el arco hacia el exterior, formando una condición intermitente y extinguiendo el arco. Los primeros descargadores del tipo gap tenían un alto voltaje de ruptura y una gran dispersión.
2	1998	El uso de un circuito de disparo electrónico, especialmente el uso de un transformador, realiza la función de disparo auxiliar. Pertenece a la brecha de descarga activada activa, que es una actualización de la brecha de descarga activada pasiva. Reduce efectivamente la tensión de ruptura. Pertenece al disparador de pulso y no es lo suficientemente estable.
3	1999	La descarga de la brecha es estimulada por una pieza de chispa (activada activamente por un transformador), la estructura está diseñada como una estructura semicerrada y la brecha circular en forma de cuerno o en forma de arco se cambia de pequeña a grande, y la guía de aire Se proporciona una ranura en el lateral para facilitar el estiramiento y el alargamiento. El arco eléctrico se extingue y la estructura cerrada se puede llenar con gas extintor de arco. Es el desarrollo del electrodo de brecha de descarga temprana. En comparación con el espacio de descarga cerrado tradicional, la ranura circular o en forma de arco optimiza el espacio y el electrodo, lo que conduce a un volumen más pequeño. El espacio del electrodo es pequeño, la capacidad intermitente es insuficiente,
4	2004	Coopere con la tecnología de activación de micro-gap, adopte la configuración del electrodo de gran distancia y la tecnología de extinción de arco de enfriamiento de canal en espiral, Mejora enormemente la tecnología de activación y la capacidad intermitente, el uso de la tecnología de activación de energía es más estable y confiable.
5	2004	Optimice el dispositivo de protección contra rayos para formar un dispositivo protector contra sobretensiones compuesto que cumpla con los requisitos de protección de Clase B y Clase C. Los módulos hechos de huecos de descarga, los módulos hechos de elementos limitadores de voltaje, las bases y los dispositivos de deterioro se combinan de varias maneras para formar dispositivos de protección contra sobretensiones

Mapa de seguimiento de desarrollo

3. Similitudes y diferencias entre el SPD de telecomunicaciones y el SPD de suministro de energía

Tabla 6: Similitudes y diferencias entre SPD de telecomunicaciones y SPD de fuente de alimentación

Tabla 7: Voltaje de funcionamiento común del SPD de comunicación

4. Cooperación entre protección externa contra sobrecorriente y SPD

Requisitos para la protección contra sobrecorriente (disyuntor o fusible) en el seccionador:

(1) Cumplir con GB / T18802.12: 2006 "Dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD) Parte 12: Directrices de selección y uso del sistema de distribución de bajo voltaje", "Cuando el SPD y el dispositivo de protección contra sobrecorriente cooperan, el valor nominal Bajo la corriente de descarga En, se recomienda que el protector de sobrecorriente no funcione; cuando la corriente es mayor que In, el protector de sobrecorriente puede funcionar. En el caso de un protector de sobrecorriente reiniciable, como un disyuntor, no debería dañarse con esta sobretensión ".

(2) El valor de corriente nominal del dispositivo de protección contra sobrecorriente debe seleccionarse de acuerdo con la corriente máxima de cortocircuito que se puede generar en la instalación del SPD y la capacidad de resistencia de corriente de cortocircuito del SPD (proporcionada por el fabricante del SPD ), es decir, “SPD y la protección contra sobrecorriente conectada a él. La corriente de cortocircuito (que se produce cuando falla el SPD) del dispositivo es igual o mayor que la corriente de cortocircuito máxima esperada en la instalación ”.

(3) Debe satisfacerse la relación selectiva entre el dispositivo de protección contra sobrecorriente F1 y el seccionador externo SPD F2 en la entrada de energía. El diagrama de cableado de la prueba es el siguiente:

Los resultados de la investigación son los siguientes:
(a) El voltaje en los disyuntores y fusibles
U (disyuntor) ≥ 1.1U (fusible)
U (SPD + protector de sobrecorriente) es la suma vectorial de U1 (protector de sobrecorriente) y U2 (SPD).

(b) La capacidad de sobrecorriente que el fusible o disyuntor puede soportar.

Bajo la condición de que el protector de sobrecorriente no funcione, encuentre la sobrecorriente máxima que el fusible y el disyuntor con diferentes corrientes nominales pueden soportar. El circuito de prueba es como se muestra en la figura anterior. El método de prueba es el siguiente: la corriente de irrupción aplicada es I y el fusible o disyuntor no funciona. Cuando se aplica 1.1 veces la corriente de entrada I, funciona. A través de experimentos, encontramos algunos valores de corriente nominal mínimos requeridos para que los protectores de sobrecorriente no funcionen bajo corriente de irrupción (corriente de onda de 8/20 µs o corriente de onda de 10/350 µs). Ver tabla:

Tabla 8: El valor mínimo del fusible y el disyuntor bajo la corriente de irrupción con una forma de onda de 8/20 µs

Tabla 9: El valor mínimo del fusible y el disyuntor no funciona bajo la sobrecorriente de 10 / 350µs