Conas a oibríonn Gléas Cosanta borrtha (SPD)

Conas a oibríonn Gléas Cosanta borrtha (SPD)

Is feidhm de chuid na gcomhpháirteanna cosanta borrtha, struchtúr meicniúil an SPD, agus an nasc leis an líonra dáileacháin leictreachais é cumas SPD ró-voltais a theorannú ar an líonra dáileacháin leictreachais trí shruthanna borrtha a atreorú. Tá sé i gceist ag SPD ró-voltais neamhbhuana a theorannú agus sruth borrtha a atreorú, nó iad araon. Tá comhpháirt neamhlíneach amháin ar a laghad ann. Sna téarmaí is simplí, tá sé i gceist ag SPDanna ró-voltais neamhbhuana a theorannú agus é mar aidhm damáiste agus downtime trealaimh a chosc de bharr go dtiocfaidh borradh voltais neamhbhuan ar na gairis a chosnaíonn siad.

Mar shampla, smaoinigh ar mhuileann uisce atá cosanta ag comhla faoisimh brú. Ní dhéanann an comhla faoisimh brú aon rud go dtí go dtarlaíonn buille ró-bhrú sa soláthar uisce. Nuair a tharlaíonn sé sin, osclaíonn agus comhdaíonn an chomhla an brú breise ar leataobh, ionas nach sroichfidh sí an roth uisce.

Mura raibh an comhla faoisimh i láthair, d’fhéadfadh brú iomarcach dochar a dhéanamh don roth uisce, nó b’fhéidir an nasc don sábh. Cé go bhfuil an comhla faoisimh i bhfeidhm agus ag obair i gceart, sroichfidh fuílleach na bíge brú an roth. Ach beidh brú laghdaithe go leor gan damáiste a dhéanamh don roth uisce nó cur isteach ar a oibriú. Déanann sé seo cur síos ar ghníomh SPDanna. Laghdaíonn siad neamhbhuan go leibhéil nach ndéanfaidh damáiste nó cur isteach ar oibriú trealaimh leictreonaigh íogaire.

Teicneolaíochtaí a Úsáidtear

Cad iad na teicneolaíochtaí a úsáidtear i SPDanna?

Ó IEEE Std. C62.72: Is iad roinnt comhpháirteanna coitianta cosanta borrtha a úsáidtear i ndéantúsaíocht SPDanna ná athróga ocsaíd miotail (MOVanna), dé-óidí miondealaithe eitleoige (ABDanna - ar a dtugtaí dé-óidí eitleoige sileacain nó SADanna), agus feadáin scaoilte gáis (GDTanna). Is iad MOVanna an teicneolaíocht is coitianta a úsáidtear chun ciorcaid chumhachta AC a chosaint. Tá baint ag rátáil reatha borrtha MOV leis an limistéar trasghearrthach agus lena chomhdhéanamh. Go ginearálta, is mó an limistéar trasghearrthach, is airde rátáil reatha borrtha na feiste. De ghnáth bíonn geoiméadracht chruinn nó dhronuilleogach ag MOVanna ach tá raidhse toisí caighdeánacha iontu idir 7 mm (0.28 orlach) agus 80 mm (3.15 orlach). Tá difríochtaí móra idir rátálacha reatha borrtha na gcomhpháirteanna cosanta borrtha seo agus tá siad ag brath ar an monaróir. Mar a pléadh níos luaithe sa chlásal seo, trí na MOVanna a nascadh in eagar comhthreomhar, d’fhéadfaí luach reatha borrtha a ríomh trí rátálacha reatha borrtha na MOVanna aonair a chur le chéile chun rátáil reatha borrtha an eagair a fháil. Agus é sin á dhéanamh, ba cheart machnamh a dhéanamh ar shaintréithe oibríochta na MOVanna a roghnaíodh a chomhordú.

Tá go leor hipitéisí ann maidir le cén chomhpháirt, cén topology, agus úsáid na teicneolaíochta ar leith a tháirgeann an SPD is fearr chun sruth borrtha a atreorú. In áit na roghanna go léir a chur i láthair, b’fhearr go dtiocfadh an plé ar rátáil reatha borrtha, Rátáil Reatha Urscaoilte Ainmniúil, nó cumais reatha borrtha timpeall ar shonraí tástála feidhmíochta. Beag beann ar na comhpháirteanna a úsáidtear sa dearadh, nó an struchtúr meicniúil sonrach a úsáidtear, is é an rud is tábhachtaí ná go bhfuil rátáil reatha borrtha nó Rátáil Reatha Scaoilte Ainmniúil atá oiriúnach don fheidhmchlár ag an SPD.

Seo a leanas cur síos níos fairsinge ar na comhpháirteanna seo. Tá éagsúlacht mhór sna comhpháirteanna a úsáidtear i SPDanna. Seo sampláil de na comhpháirteanna sin:

• Athraitheoir ocsaíd miotail (MOV)

De ghnáth, is éard atá i MOVanna corp múnlaithe cruinn nó dronuilleogach d'ocsaíd since shintéirithe le breiseáin oiriúnacha. I measc na gcineálacha eile atá in úsáid tá cruthanna feadánacha agus struchtúir ilteangacha. Tá leictreoidí cáithníní miotail ag varistors arb éard iad cóimhiotal airgid nó miotal eile. B’fhéidir gur cuireadh na leictreoidí i bhfeidhm ar an gcorp trí scagadh agus shintéiriú nó trí phróisis eile ag brath ar an miotal a úsáidtear. Is minic go mbíonn sreanga nó cluaisíní cluaisíní nó cineál foirceanta eile a d’fhéadfadh a bheith sádráilte don leictreoid ag na hathraitheoirí.

Eascraíonn meicníocht bhunúsach seolta na MOVanna ó acomhail leathsheoltóra ag teorainn na ngrán ocsaíd since a cruthaíodh le linn próiseas shintéirithe. Is féidir an t-varistor a mheas mar fheiste il-acomhal le go leor grán ag gníomhú i gcomhcheangal sraithe-comhthreomhar idir na teirminéil. Taispeántar léargas trasghearrthach scéimeach ar ghnáth-varistor i bhFíor 1.

Is féidir le hathraitheoirí athrú voltais réasúnta beag a choinneáil ar fud a gcuid críochfort agus athraíonn an sruth borrtha atá ag sreabhadh tríothu thar roinnt blianta fada. Ligeann an gníomh neamhlíneach seo dóibh sruth borrtha a atreorú nuair a bhíonn sé ceangailte i shunt trasna na líne agus an voltas trasna na líne a theorannú go luachanna a chosnaíonn an trealamh atá ceangailte leis an líne sin.

• Dé-óid Miondealaithe Avalanche (ADB)

Tugtar dé-óid avalanche sileacain (SAD) nó suppressor voltas neamhbhuan (TVS) ar na gairis seo freisin. Is acomhal PN amháin é an dé-óid miondealaithe acomhal PN, ina bhunfhoirm, arb éard atá ann anóid (P) agus catóide (N). Féach Fíor 2a. In iarratais ar chiorcad DC, tá an cosantóir claonta droim ar ais sa chaoi go gcuirtear acmhainn dhearfach i bhfeidhm ar thaobh na catóide (N) den fheiste. Féach Fíor 2b.

Tá trí réigiún oibríochta ag an dé-óid eitleoige, 1) réamhchlaonadh (impedance íseal), 2) as stát (impedance ard), agus 3) miondealú claonta droim ar ais (impedance réasúnta íseal). Is féidir na réigiúin seo a fheiceáil i bhFíor 3. Sa mhodh claonta ar aghaidh le voltas dearfach ar an réigiún P, tá impedance an-íseal ag an dé-óid a luaithe a sháraíonn an voltas an voltas dé-óid claonta ar aghaidh, VFS. De ghnáth bíonn VFS níos lú ná 1 V agus sainmhínítear thíos é. Síneann an stát lasmuigh ó 0 V go díreach faoi bhun VBR dearfach ar réigiún N. Sa réigiún seo, is iad na sruthanna amháin a shreabhann sruthanna sceite atá spleách ar theocht agus sruthanna tolláin Zener le haghaidh dé-óidí voltais miondealaithe. Tosaíonn an réigiún miondealaithe claonta droim ar ais le VBR dearfach ar réigiún N. Ag VBR, luasghéaraítear leictreoin a thrasnaíonn an t-acomhal go leor leis an bpáirc ard sa réigiún acomhal go gcruthóidh imbhuailtí leictreon cascáid, nó eitleán, leictreoin agus poill. Is é an toradh ná titim ghéar i bhfriotaíocht an dé-óid. Is féidir na réigiúin réamhchlaonta claonta agus claonta droim ar ais araon a úsáid le haghaidh cosanta.

Tá tréithe leictreacha dé-óid eitleoige neamhshiméadrach go bunúsach. Déantar táirgí siméadracha cosanta dé-óid eitleoige a chuimsíonn acomhail ar ais.

• Feadán urscaoilte gáis (GDT)

Is éard atá i bhfeadáin scaoilte gáis dhá leictreoid miotail nó níos mó atá scartha le bearna bheag agus atá á gcoinneáil ag sorcóir ceirmeach nó gloine. Líontar an sorcóir le meascán gáis uasal, a spréálann isteach i scardadh glow agus ar deireadh riocht stua nuair a chuirtear voltas leordhóthanach ar na leictreoidí.

Nuair a shroicheann voltas atá ag ardú go mall trasna na bearna luach arna chinneadh go príomha ag an spásáil leictreoid, brú gáis agus meascán gáis, tosaíonn an próiseas cas ag an voltas spréach-os cionn (miondealú). Chomh luath agus a tharlaíonn spréach, is féidir stáit oibriúcháin éagsúla a dhéanamh, ag brath ar an gciorcadóireacht sheachtrach. Taispeántar na stáit seo i bhFíor 4. Ag sruthanna níos lú ná an sruth trasdula glow-to-arc, tá réigiún glow ann. Ag sruthanna ísle sa réigiún glow, tá an voltas beagnach seasmhach; ag sruthanna ard glow, féadfaidh roinnt cineálacha feadán gáis dul isteach i réigiún glow neamhghnácha ina méadaíonn an voltas. Taobh amuigh den réigiún glow neamhghnácha seo laghdaíonn impedance an fheadáin urscaoilte gáis sa réigiún trasdula isteach sa riocht stua ísealvoltais. Féadfaidh an sruth aistrithe stua-go-glow a bheith níos ísle ná an t-aistriú glow-to-arc. Cinneann tréith leictreach GDT, i gcomhar leis an gciorcadóireacht sheachtrach, cumas an GDT múchadh tar éis borradh a rith, agus cinneann sé freisin an fuinneamh a dhíscaoileann san arrester le linn an borrtha.

Má ardaíonn an voltas feidhmeach (m.sh. neamhbhuan) go gasta, féadfaidh an t-am a thógtar don phróiseas ianaithe / foirmithe stua ligean don voltas neamhbhuan dul thar an luach a theastaíonn le haghaidh miondealaithe sa mhír roimhe seo. Sainmhínítear an voltas seo mar an voltas miondealaithe impulse agus go ginearálta is feidhm dhearfach í de ráta ardú an voltais fheidhmeach (neamhbhuan).

Tá dhá chuas ag GDT trí-leictreoid seomra amháin atá scartha le leictreoid fáinne lár. Ligeann an poll san leictreoid sa lár do phlasma gáis ó chuas seolta seoladh a thionscnamh sa chuas eile, cé go bhféadfadh an voltas cuas eile a bheith faoi bhun an voltais spréach.

Mar gheall ar a ngníomh lasctha agus a dtógáil garbh, is féidir le GDTanna comhpháirteanna SPD eile a shárú i gcumas iompair reatha. Is féidir le go leor GDT teileachumarsáide sruthanna borrtha chomh hard le 10 kA (tonnform 8/20 µs) a iompar. Ina theannta sin, ag brath ar dhearadh agus ar mhéid an GDT, is féidir sruthanna borrtha> 100 kA a bhaint amach.

Tá feadáin scaoilte gáis á dtógáil sa chaoi is go bhfuil toilleas an-íseal acu - níos lú ná 2 pF go ginearálta. Ligeann sé seo iad a úsáid i go leor feidhmchlár ciorcad ardmhinicíochta.

Nuair a oibríonn GDTanna, féadfaidh siad radaíocht ardmhinicíochta a ghiniúint, a fhéadfaidh tionchar a imirt ar leictreonaic íogair. Tá sé ciallmhar mar sin ciorcaid GDT a chur ag achar áirithe ón leictreonaic. Braitheann an fad ar íogaireacht an leictreonaic agus cé chomh maith agus a dhéantar sciath ar an leictreonaic. Modh eile chun an éifeacht a sheachaint is ea an GDT a chur in imfhálú sciath.

Sainmhínithe ar GDT

Bearna, nó roinnt bearnaí le dhá nó trí leictreoid miotail séalaithe go heirméiteach ionas go mbeidh meascán agus brú gáis faoi smacht, deartha chun gaireas nó pearsanra, nó iad araon, a chosaint ar voltais neamhbhuana ard.

Or

Bearna nó bearnaí i meán scaoilte iata, seachas aer ag brú an atmaisféir, atá deartha chun gaireas nó pearsanra, nó iad araon, a chosaint ar voltais neamhbhuana ard.

• Scagairí LCR

Tá éagsúlacht sna comhpháirteanna seo:

• cumas fuinnimh
• infhaighteacht
• iontaofacht
• costas
• éifeachtacht

Ó IEEE Std C62.72: Is feidhm de chuid na gcomhpháirteanna cosanta borrtha, struchtúr meicniúil an SPD, agus an nasc leis an líonra dáileacháin leictreachais é cumas SPD ró-voltais a theorannú ar an líonra dáileacháin leictreachais trí shruthanna borrtha a atreorú. Is iad roinnt comhpháirteanna coitianta cosanta borrtha a úsáidtear i ndéantúsaíocht SPDanna ná MOVanna, SASDanna, agus feadáin scaoilte gáis, agus is é MOVanna an úsáid is mó. Tá baint ag rátáil reatha borrtha MOV leis an limistéar trasghearrthach agus lena chomhdhéanamh. Go ginearálta, is mó an limistéar trasghearrthach, is airde rátáil reatha borrtha na feiste. De ghnáth bíonn geoiméadracht chruinn nó dhronuilleogach ag MOVanna ach tagann siad le raidhse toisí caighdeánacha idir 7 mm (0.28 in) agus 80 mm (3.15 in). Tá difríochtaí móra idir rátálacha reatha borrtha na gcomhpháirteanna cosanta borrtha seo agus tá siad ag brath ar an monaróir. Trí na MOVanna a nascadh in eagar comhthreomhar, d’fhéadfaí rátáil reatha borrtha teoiriciúil a ríomh trí rátálacha reatha na MOVanna aonair a chur le chéile chun rátáil reatha borrtha an eagair a fháil.

Tá go leor hipitéisí ann maidir le cén chomhpháirt, cén topology, agus úsáid na teicneolaíochta ar leith a tháirgeann an SPD is fearr chun sruth borrtha a atreorú. In áit na hargóintí seo go léir a chur i láthair agus ligean don léitheoir na hábhair seo a dhíspreagadh, is fearr an plé ar rátáil reatha borrtha, Rátáil Reatha Urscaoilte Ainmniúil, nó cumais reatha borrtha a athrú timpeall ar shonraí tástála feidhmíochta. Beag beann ar na comhpháirteanna a úsáidtear sa dearadh, nó an struchtúr meicniúil sonrach a úsáidtear, is é an rud is tábhachtaí ná go bhfuil rátáil reatha borrtha nó Rátáil Reatha Urscaoilte Ainmniúil ag an SPD atá oiriúnach don iarratas agus, is dócha, is tábhachtaí, go gcuireann an SPD teorainn leis an neamhbhuan ró-voltais go leibhéil a choisceann damáiste don trealamh a chosaint i bhfianaise na timpeallachta borrtha a bhfuil súil leis.

Modhanna Oibriúcháin Bunúsacha

Tá trí mhodh oibríochta bhunúsacha ag formhór na SPDanna:

• Ag feitheamh
• Atreorú

I ngach modh, sreabhann an sruth tríd an SPD. Rud nach dtuigtear, áfach, ná go bhféadfadh cineál difriúil srutha a bheith ann i ngach modh.

An Mód Ag feitheamh

Faoi ghnáthchásanna cumhachta nuair a sholáthraítear “cumhacht ghlan” laistigh de chóras dáilte leictreachais, is beag feidhm a fheidhmíonn an SPD. Sa mhodh atá ag fanacht, tá an SPD ag fanacht go dtarlóidh ró-voltas agus ag caitheamh beagán nó gan aon chumhacht ac; go príomha an méid a úsáideann na ciorcaid monatóireachta.

An Mód Atreoraithe

Nuair a bhraitheann sé teagmhas ró-voltais neamhbhuan, athraíonn an SPD isteach sa Mhód Atreoraithe. Is é cuspóir SPD an sruth neamhchlaonta díobhálach a atreorú ó ualaí criticiúla, agus a mhéid voltais mar thoradh air a laghdú go leibhéal íseal neamhdhíobhálach.

Mar a shainmhínítear le ANSI / IEEE C62.41.1-2002, ní mhaireann trasnaí srutha tipiciúil ach codán de thimthriall (micrea-chumhachtaí), blúire ama i gcomparáid le sreabhadh leanúnach comhartha sinusóideach 60Hz.

Tá méid an tsrutha borrtha ag brath ar a fhoinse. Mar shampla, is féidir le stailceanna tintrí méideanna reatha a bheith níos mó ná cúpla míle míle aimpéar. Laistigh d’áis, áfach, táirgfidh imeachtaí neamhbhuana a ghintear go hinmheánach méideanna reatha níos ísle (níos lú ná cúpla míle nó céad aimpéar).

Ó tharla go bhfuil an chuid is mó de na SPDanna deartha chun sruthanna borrtha móra a láimhseáil, is é tagarmharc feidhmíochta amháin an Rátáil Reatha Urscaoilte Ainmniúil (In) a ndearnadh tástáil air. Is minic a mhearbhalltar leis an sruth locht, ach nach mbaineann le chéile, is léiriú é an méid mór srutha seo ar chumas an táirge a thástáil arís agus arís eile.

Ó IEEE Std. C62.72: Cleachtaíonn an Rátáil Reatha Urscaoilte Ainmniúil cumas SPD a bheith faoi réir borradh reatha athchleachtach (15 borradh iomlán) de luach roghnaithe gan damáiste, díghrádú nó athrú ar fheidhmíocht voltais teorannaithe tomhaiste SPD. Cuimsíonn an tástáil Reatha Scaoilte Ainmniúil an SPD iomlán lena n-áirítear na comhpháirteanna cosanta borrtha go léir agus na dícheangail SPD inmheánacha nó seachtracha. Le linn na tástála, ní cheadaítear d’aon chomhpháirt nó dícheanglóir cliseadh, an ciorcad a oscailt, damáiste nó díghrádú a dhéanamh. D’fhonn rátáil áirithe a bhaint amach, caithfear leibhéal feidhmíochta voltais teorannaithe tomhaiste an SPD a choinneáil idir an chomparáid réamhthástála agus iar-thástáil. Is é cuspóir na dtástálacha seo cumas agus feidhmíocht SPD a léiriú mar fhreagairt ar bhorradh atá trom i roinnt cásanna ach a mbeifí ag súil leis ag an trealamh seirbhíse, laistigh de shaoráid nó ag an suíomh suiteála.

Mar shampla, ciallaíonn SPD a bhfuil acmhainn reatha urscaoilte ainmniúil de 10,000 nó 20,000 amp in aghaidh an mhodha gur chóir go mbeadh an táirge in ann méid srutha neamhbhuan 10,000 nó 20,000 amp a sheasamh 15 uair ar a laghad, i ngach ceann de na modhanna cosanta.

Cásanna Deireadh Saoil

Ó IEEE Std C62.72: B’fhéidir nach é an bagairt is mó ar iontaofacht fhadtéarmach SPDanna ná borradh, ach na ró-voltais nóiméadacha nó sealadacha (TOVanna nó “at”) a tharlaíonn ar an PDS. Tá SPDanna le MCOV - atá gar do voltas an chórais ainmniúil go réamhchúramach níos so-ghabhálach i leith ró-voltais den sórt sin a d’fhéadfadh dul in aois roimh am SPD nó deireadh saoil roimh am. Riail ordóige a úsáidtear go minic is ea a chinneadh an bhfuil MCOV an SPD 115% ar a laghad de voltas an chórais ainmniúil do gach modh cosanta ar leith. Fágfaidh sé sin nach mbeidh aon tionchar ag gnáth-athruithe voltais an PDS ar an SPD.

Mar sin féin, seachas imeachtaí leanúnacha ró-voltais, is féidir le SPDanna dul in aois, nó díghrádú, nó a riocht deireadh seirbhíse a bhaint amach le himeacht ama mar gheall ar bhorradh a sháraíonn rátálacha SPDanna do shruth borrtha, ráta tarlú imeachtaí borrtha, fad an borrtha , nó an teaglaim de na himeachtaí seo. Féadann imeachtaí borrtha athchleachtacha aimplitiúid shuntasach thar thréimhse ama ró-théamh a dhéanamh ar na comhpháirteanna SPD agus aois na gcomhpháirteanna cosanta borrtha a chur in aois. Ina theannta sin, is féidir le borradh athchleachtach a bheith ina chúis le dícheangail SPD a ghníomhachtaítear go teirmeach oibriú roimh am mar gheall ar théamh na gcomhpháirteanna cosanta borrtha. Is féidir le tréithe SPD athrú de réir mar a shroicheann sé a riocht deireadh seirbhíse - mar shampla, is féidir leis na voltais teorannaithe tomhaiste méadú nó laghdú.

In iarracht díghrádú a sheachaint mar gheall ar borradh, déanann go leor déantúsóirí SPD dearadh SPDanna a bhfuil cumais reatha ard-borrtha acu trí chomhpháirteanna níos mó go fisiciúil a úsáid nó trí chomhpháirteanna iolracha a nascadh go comhthreomhar. Déantar é seo chun an dóchúlacht go sárófar rátálacha an SPD mar thionól a sheachaint ach amháin i gcásanna fíor-annamh agus eisceachtúla. Faigheann rath an mhodha seo tacaíocht ó shaol seirbhíse fada agus stair na SPDanna atá ann cheana atá suiteáilte agus a dearadh ar an mbealach seo.

Maidir le comhordú SPD agus, mar a dúradh maidir le rátálacha reatha borrtha, tá sé loighciúil go mbeadh SPD le rátálacha reatha borrtha níos airde lonnaithe ag an trealamh seirbhíse ina bhfuil an PDS nochtaithe do borradh is mó chun cuidiú le haosú roimh am a chosc; Idir an dá linn, d’fhéadfadh go mbeadh rátálacha níos lú ag SPDanna atá níos faide síos ón trealamh seirbhíse nach bhfuil nochtaithe d’fhoinsí seachtracha borrtha. Le dearadh agus comhordú maith an chórais chosanta borrtha, is féidir dul in aois roimh am SPD a sheachaint.

I measc na gcúiseanna eile a bhaineann le teip SPD tá:

• Earráidí suiteála
• Mí-táirge a mhí-oiriúnú dá rátáil voltais
• Imeachtaí ró-voltais marthanacha

Nuair a theipeann ar chomhpháirt choiscthe, is minic a dhéanann sé amhlaidh mar ghearr, rud a fhágann go dtosaíonn sruth ag sreabhadh tríd an gcomhpháirt ar theip air. Is feidhm de chuid an tsruth locht atá ar fáil an méid srutha atá ar fáil le sreabhadh tríd an gcomhpháirt theipthe seo agus tá sé á thiomáint ag an gcóras cumhachta. Le haghaidh tuilleadh faisnéise ar Farents Currents téigh chuig Faisnéis a Bhaineann le Sábháilteacht SPD.