Varios problemas importantes no actual dispositivo de protección contra sobretensións SPD

Varios problemas importantes no actual dispositivo de protección contra sobretensións SPD

1. Clasificación das formas de onda de proba

Para a proba SPD do dispositivo de protección contra sobretensións, hai un forte debate no país e no estranxeiro sobre as categorías de probas da clase I (clase B, tipo 1), principalmente sobre o método de simulación de descarga directa de impulsos de raios, a disputa entre os comités IEC e IEEE :

(1) IEC 61643-1, en clase I (clase B, tipo 1) proba de intensidade de sobretensión do dispositivo de protección contra sobretensións, a forma de onda de 10 / 350µs é unha forma de onda de proba.

(2) IEEE C62.45 'IEEE Dispositivos de protección contra sobretensións - Parte 11 Dispositivos de protección contra sobretensións conectados a sistemas de enerxía de baixa tensión - Requisitos e métodos de proba' define a forma de onda de 8 / 20µs como forma de onda de proba.

Os aprobadores da forma de onda de 10 / 350µs cren que, para garantir un 100% de protección durante os raios, débense empregar os parámetros de raios máis severos para probar os equipos de protección contra raios. Use unha forma de onda de 10 / 350µs para detectar o LPS (Lightning Protection System) para asegurarse de que non sexa danado fisicamente polos raios. E os defensores da forma de onda de 8 / 20µs cren que despois de máis de 50 anos de uso, a forma de onda mostra unha taxa de éxito moi alta.

En outubro de 2006, representantes relevantes do IEC e do IEEE coordinaron e listaron varios temas para a investigación.

A fonte de alimentación GB18802.1 SPD ten formas de onda de proba das clasificacións de clase I, II e III, ver táboa 1.

Táboa 1: categorías de probas de nivel I, II e III

Os Estados Unidos consideraron dúas situacións nos tres últimos estándares seguintes:
IEEE C62.41. 1 "Guía IEEE sobre o contorno de sobretensións en circuítos de enerxía de baixa tensión (1000V e menos)", 2002
IEEE C62.41. 2 "IEEE sobre a caracterización práctica recomendada de sobretensións en circuítos de enerxía de baixa tensión (1000V e menos)", 2002
IEEE C62.41. 2 "IEEE sobre prácticas recomendadas en probas de sobretensión para equipos conectados a circuítos de alimentación de ca de baixa tensión (1000V e menos)", 2002

Situación 1: o raio non acaricia directamente o edificio.
Situación 2: é unha ocorrencia rara: un raio cae sobre un edificio directamente ou o chan xunto a un edificio é golpeado por un raio.

A táboa 2 recomenda as formas de onda representativas aplicables e a táboa 3 ofrece os valores de intensidade correspondentes a cada categoría.
Táboa 2: Localización AB C (caso 1) Formas de onda de proba de impacto estándar e adicionais aplicables e resumo de parámetros do caso 2.

Táboa 3: situación SPD na saída 2 Contido da proba ^{A, B}

Nota:
R. Esta proba limítase ao SPD instalado na saída, que é diferente dos estándares e das formas de onda adicionais mencionadas nesta recomendación, agás o SPD.
B. Os valores anteriores aplícanse a cada proba de fase de SPD multifásico.
C. A experiencia exitosa de operación de campo de SPD con C inferior ao nivel de exposición 1 indica que se poden seleccionar parámetros máis baixos.

"Non hai ningunha forma de onda específica que poida representar todos os entornos de onda, polo que o complexo mundo real debe simplificarse nalgunhas formas de onda de proba estándar fáciles de manexar. Para conseguilo, os entornos de sobretensión clasifícanse para proporcionar tensión e intensidade de sobretensión. A forma de onda e a amplitude selecciónanse para ser adecuadas para avaliar as diferentes capacidades de resistencia do equipo conectado á fonte de alimentación de CA de baixa tensión e a resistencia e o ambiente de oleaxes debe estar adecuadamente coordinado ".

"O propósito de especificar as formas de onda de proba de clasificación é proporcionar aos deseñadores e usuarios de equipos formas de onda estándar e adicionais de proba de sobretensión e os niveis de ambiente de sobretensión correspondentes. Os valores recomendados para as formas de onda estándar son resultados simplificados obtidos da análise dunha gran cantidade de datos de medición. A simplificación permitirá unha especificación repetible e efectiva para a resistencia á sobretensión dos equipos conectados a fontes de alimentación de baixa tensión. "

As ondas de tensión e corrente empregadas para a proba de tensión límite de impulso SPD das redes de telecomunicacións e de sinal móstranse na táboa 4.

Táboa 4: proba de tensión e onda de impacto actual (táboa 3 de GB18802-1)

Nota: O impacto aplícase entre o terminal de liña e o terminal común. Se se proba entre os terminais de liña determínase segundo a idoneidade. O SPD para a alimentación eléctrica e o SPD para as redes de telecomunicacións e de sinal deberían formular unha forma de onda de proba estándar unificada que poida combinarse coa tensión de resistencia do equipo.

2. Tipo de interruptor de tensión e tipo de límite de tensión

Na historia a longo prazo, o tipo de conmutación de tensión e o tipo de limitación de tensión son o desenvolvemento, a competencia, a complementación, a innovación e a reurbanización. O tipo de fenda de aire do tipo de interruptor de tensión foi moi utilizado nas últimas décadas, pero tamén expón varios defectos. Eles son:

(1) O primeiro nivel (nivel B) que empregou SPD tipo spark gap de 10 / 350µs causou un gran número de rexistros de equipos de comunicacións da estación base de danos radiais masivos.

(2) Debido ao longo tempo de resposta da fenda SPD ao raio, cando a estación base só ten fenda SPD e non se usa outro SPD para a protección de segundo nivel (nivel C), a corrente de lóstrego pode provocar sensibilidade aos raios os dispositivos do dispositivo danan.

(3) Cando a estación base usa protección de dous niveis B e C, o tempo de resposta lento da fenda de chispa do SDP ao raio pode facer que todas as correntes de lóstrego pasen polo protector de limitación de tensión do nivel C, facendo que o protector de nivel C sexa danado por un raio.

(4) Pode haber un punto cego de descarga de faísca entre a cooperación enerxética entre o tipo de fenda e o tipo de limitación de presión (punto cego significa que non hai descarga de faísca na fenda de descarga), o que resulta no tipo de fenda de chispa SPD sen actuar e o protector de segundo nivel (nivel C) ten que soportar máis. A corrente de lóstrego provocou que o protector de nivel C fose danado por un raio (limitado pola área da estación base, a distancia de desacoplamiento entre os dous polos SPD require uns 15 metros). Polo tanto, é imposible que o primeiro nivel adopte SPD de tipo gap para cooperar efectivamente co SPD de nivel C.

(5) A inductancia está conectada en serie entre os dous niveis de protección para formar un dispositivo de desacoplamiento para resolver o problema da distancia de protección entre os dous niveis de SPD. Pode haber un punto cego ou un problema de reflexión entre ambos. Segundo a introdución: “A inductancia úsase como compoñente de esgotamento e forma de onda. A forma ten unha estreita relación. Para longas formas de onda de medio valor (como 10 / 350µs), o efecto de desacoplamiento do indutor non é moi efectivo (o tipo de fenda de chispa máis o indutor non poden cumprir os requisitos de protección de diferentes espectros de raios cando un raio). Ao consumir compoñentes, hai que considerar o tempo de subida e o valor máximo da tensión de sobretensión. " Ademais, aínda que se engada a inductancia, o problema da tensión SPD tipo gap ata uns 4kV non se pode solucionar e a operación de campo mostra que despois do SPD tipo gap e a combinación de gap SPD tipo están conectados en serie, o C- o módulo de nivel 40kA instalado dentro da fonte de alimentación de conmutación perde o SPD Hai moitos rexistros de ser destruído por un raio.

(6) Os valores di / dt e du / dt do SPD tipo gap son moi grandes. O impacto sobre os compoñentes de semicondutores no interior do equipo protexido detrás do SPD de primeiro nivel é especialmente notable.

(7) SPD de brecha de chispa sen función de indicación de deterioro

(8) O SPD tipo spark gap non pode realizar as funcións de alarma de danos e sinalización remota de fallos (actualmente só pode realizarse mediante LED para indicar o estado de traballo do seu circuíto auxiliar e non reflicte o deterioro e o dano da onda de raio protector), polo que é para estacións base desatendidas, o SPD intermitente non se pode aplicar efectivamente.

En resumo: desde a perspectiva de parámetros, indicadores e factores funcionais como a presión residual, a distancia de desacoplamiento, o gas de chispa, o tempo de resposta, sen alarma de dano e a sinalización remota sen fallos, o uso de fenda de chispa SPD na estación base ameaza o funcionamento seguro do sistema de comunicación Problemas.

Non obstante, co desenvolvemento continuo da tecnoloxía, o SPD tipo spark gap segue superando as súas propias deficiencias, o uso deste tipo de SPD tamén destaca as maiores vantaxes. Nos últimos 15 anos leváronse a cabo moitas investigacións e desenvolvemento sobre o tipo de fenda aérea (ver táboa 5):

En termos de rendemento, a nova xeración de produtos ten as vantaxes de baixa tensión residual, gran capacidade de fluxo e pequeno tamaño. Mediante a aplicación da tecnoloxía de disparo micro-gap, pode realizar a coincidencia de distancia "0" co SPD limitador de presión e a combinación do SPD limitador de presión. Tamén compensa a súa falta de capacidade de resposta e optimiza moito o establecemento de sistemas de protección contra raios. En termos de función, a nova xeración de produtos pode garantir o funcionamento seguro de todo o produto mediante o control do funcionamento do circuíto de disparo. Un dispositivo de desconexión térmica está instalado dentro do produto para evitar a queima da carcasa exterior; adopta unha tecnoloxía de gran distancia de apertura no conxunto de electrodos para evitar o fluxo continuo despois de cruzar cero. Ao mesmo tempo, tamén pode proporcionar unha función de alarma de sinal remota para seleccionar o tamaño equivalente dos pulsos de raio e ampliar a vida útil.

Táboa 5: desenvolvemento típico da fenda de faísca

S / N	anos	características	Observacións
1	1993	Establece un oco en forma de "V" que cambie de pequeno a grande e crea un illante fino de descarga ao longo do val como illamento para axudar a obter unha baixa tensión de funcionamento e descarga ata o oco, usando electrodos e estrutura do espazo e propiedades do material en 1993 Conduza o arco cara ao exterior formando unha condición intermitente e apagándoo. Os descargadores tipo gap inicial tiñan unha alta tensión de avaría e unha gran dispersión.
2	1998	O uso dun circuíto de disparo electrónico, especialmente o uso dun transformador, realiza a función de disparo auxiliar. Pertence á brecha de descarga activada activada, que é unha actualización da brecha de descarga activada pasiva. Reduce efectivamente a tensión de avaría. Pertence ao disparador de pulso e non é o suficientemente estable.
3	1999	A descarga do espazo é estimulada por unha peza chispeante (activada activamente por un transformador), a estrutura está deseñada como unha estrutura semipechada e o espazo circular ou arco en forma de trompa cambia de pequeno a grande e a guía do aire fornécese unha ranura no lateral para facilitar o debuxo e o alargamento. O arco eléctrico extínguese e a estrutura pechada pódese encher con gas de extinción do arco. É o desenvolvemento do electrodo do espazo de descarga precoz. En comparación co oco de descarga pechado tradicional, a ranura en forma de arco ou circular optimiza o espazo e o electrodo, o que favorece un volume menor. O oco do electrodo é pequeno, a capacidade intermitente é insuficiente,
4	2004	Cooperar coa tecnoloxía de activación de micro-brechas, adoptar a configuración de electrodos a gran distancia e a tecnoloxía de extinción do arco de refrixeración da canle en espiral, Mellora moito a tecnoloxía de disparo e a capacidade intermitente, o uso da tecnoloxía de disparo de enerxía é máis estable e fiable.
5	2004	Optimice o dispositivo de protección contra raios para formar un dispositivo de protección contra sobretensións composto que cumpra os requisitos da protección de clase B e clase C. Os módulos feitos de ocos de descarga, os módulos feitos con elementos limitantes de tensión, bases e dispositivos de deterioro combínanse de varias maneiras para formar dispositivos de protección contra sobretensión

Mapa de seguimento de desenvolvemento

3. Semellanzas e diferenzas entre SPD de telecomunicacións e SPD de alimentación

Táboa 6: Semellanzas e diferenzas entre o SPD de telecomunicacións e o SPD de alimentación

Táboa 7: Tensión de traballo común de SPD de comunicación

4. Cooperación entre protección externa contra sobrecorrente e SPD

Requisitos para a protección contra sobrecorriente (interruptor ou fusible) no secador:

(1) Cumprir GB / T18802.12: 2006 "Dispositivo de protección contra sobretensións (SPD) Parte 12: Pautas de selección e uso do sistema de distribución de baixa tensión", "Cando o SPD e o dispositivo de protección contra sobrecorriente cooperan, o valor nominal baixo a corrente de descarga En, recoméndase que o protector de sobreintensidade non funcione; cando a intensidade é maior que In, o protector de sobreintensidade pode funcionar. Para un protector de sobrecorriente reajustable, como un interruptor automático, non debería danarse por esta sobretensión. "

(2) O valor de corrente nominal do dispositivo de protección contra sobrecorriente debe seleccionarse segundo a intensidade máxima de curtocircuíto que se poida xerar na instalación SPD e a capacidade de resistencia de corrente de curtocircuíto do SPD (proporcionada polo fabricante do SPD ), é dicir, "SPD e a protección contra sobrecorriente conectada a el. A corrente de curtocircuíto (producida cando falla o SPD) do dispositivo é igual ou superior á corrente máxima de curtocircuíto que se espera na instalación. "

(3) A relación selectiva debe cumprirse entre o dispositivo de protección contra sobrecorriente F1 e o seccionador externo SPD F2 na entrada de alimentación. O diagrama de cableado da proba é o seguinte:

Os resultados da investigación son os seguintes:
(a) A tensión nos interruptores e fusibles
U (interruptor automático) ≥ 1.1 U (fusible)
U (SPD + protector de sobreintensidade) é a suma vectorial de U1 (protector de sobreintensidade) e U2 (SPD).

(b) A capacidade de corrente de sobretensión que pode soportar o fusible ou o interruptor

Baixo a condición de que o protector de sobreintensidade non funcione, busque a intensidade máxima de sobrecarga que poden soportar o fusible e o interruptor automático con diferentes correntes nominales. O circuíto de proba é o que se mostra na figura anterior. O método de proba é o seguinte: a corrente de entrada aplicada é I e o fusible ou o interruptor non funcionan. Cando se aplica 1.1 veces a corrente de entrada I, funciona. A través de experimentos, atopamos algúns valores mínimos de corrente nominal requiridos para que os protectores de sobrecorriente non funcionen baixo corrente de entrada (corrente de onda de 8 / 20µs ou corrente de onda de 10 / 350µs). Ver táboa:

Táboa 8: o valor mínimo do fusible e do interruptor baixo a corrente de entrada cunha forma de onda de 8 / 20µs

Táboa 9: o valor mínimo do fusible e do interruptor non funciona baixo a intensidade de sobretensión de 10 / 350µs