Diversi problemi scottanti nell'attuale dispositivo di protezione da sovratensioni SPD

Diversi problemi scottanti nell'attuale dispositivo di protezione da sovratensioni SPD

1. Classificazione delle forme d'onda di prova

Per il test SPD del dispositivo di protezione contro le sovratensioni, c'è un acceso dibattito in patria e all'estero sulle categorie di test di Classe I (Classe B, Tipo 1), principalmente sul metodo di simulazione della scarica impulsiva diretta da fulmine, controversia tra i comitati IEC e IEEE :

(1) IEC 61643-1, nel test della corrente di sovratensione di Classe I (Classe B, Tipo 1) del dispositivo di protezione contro le sovratensioni, la forma d'onda 10 / 350µs è una forma d'onda di prova.

(2) IEEE C62.45 "Dispositivi di protezione contro le sovratensioni a bassa tensione IEEE - Parte 11 Dispositivi di protezione contro le sovratensioni collegati a sistemi di alimentazione a bassa tensione - Requisiti e metodi di prova" definisce la forma d'onda 8 / 20µs come forma d'onda di prova.

Gli approvatori della forma d'onda 10 / 350µs ritengono che per garantire una protezione del 100% durante i fulmini, per testare le apparecchiature di protezione dai fulmini devono essere utilizzati i parametri più severi. Utilizzare una forma d'onda di 10 / 350µs per rilevare LPS (Lightning Protection System) per garantire che non sia fisicamente danneggiato dai fulmini. E i sostenitori della forma d'onda 8 / 20µs ritengono che dopo oltre 50 anni di utilizzo, la forma d'onda mostri un tasso di successo molto alto.

Nell'ottobre 2006, i rappresentanti rilevanti di IEC e IEEE hanno coordinato ed elencato diversi argomenti di ricerca.

L'SPD di alimentazione GB18802.1 ha forme d'onda di prova delle classificazioni di Classe I, II e III, vedere la Tabella 1.

Tabella 1: categorie di test di livello I, II e III

Gli Stati Uniti hanno considerato due situazioni nei seguenti tre standard più recenti:
IEEE C62.41. 1 "Guida IEEE sull'ambiente di sovratensione nei circuiti di alimentazione CA a bassa tensione (1000 V e meno)", 2002
IEEE C62.41. 2 "IEEE sulla caratterizzazione pratica raccomandata delle sovratensioni nei circuiti di alimentazione CA a bassa tensione (1000 V e meno)", 2002
IEEE C62.41. 2 "IEEE sulla pratica raccomandata sui test di sovratensione per apparecchiature collegate a circuiti di alimentazione CA a bassa tensione (1000 V e meno)", 2002

Situazione 1: il fulmine non colpisce direttamente l'edificio.
Situazione 2: è un evento raro: un fulmine colpisce direttamente un edificio o il terreno vicino a un edificio viene colpito da un fulmine.

La Tabella 2 raccomanda forme d'onda rappresentative applicabili e la Tabella 3 fornisce i valori di intensità corrispondenti a ciascuna categoria.
Tabella 2: Posizione AB C (Caso 1) Forme d'onda del test di impatto aggiuntivo e standard applicabile e riepilogo dei parametri del caso 2.

Tabella 3: situazione SPD all'uscita 2 Contenuto del test ^{A, B}

Nota:
R. Questo test è limitato all'SPD installato all'uscita, che è diverso dagli standard e dalle forme d'onda aggiuntive menzionate in questa raccomandazione, ad eccezione dell'SPD.
B. I valori sopra si applicano a ciascuna prova di fase di SPD multifase.
C. L'esperienza di funzionamento sul campo di successo di SPD con C inferiore al livello di esposizione 1 indica che è possibile selezionare parametri inferiori.

“Non esiste una forma d'onda specifica che possa rappresentare tutti gli ambienti di sovratensione, quindi il complesso mondo reale deve essere semplificato in alcune forme d'onda di prova standard facili da gestire. Per ottenere ciò, gli ambienti di sovratensione sono classificati per fornire sovratensione e corrente La forma d'onda e l'ampiezza sono selezionate in modo da essere adatte per valutare le diverse capacità di resistenza dell'apparecchiatura collegata all'alimentazione CA a bassa tensione, e la durata dell'apparecchiatura e l'ambiente delle sovratensioni deve essere adeguatamente coordinato. "

“Lo scopo di specificare le forme d'onda del test di classificazione è fornire ai progettisti di apparecchiature e agli utenti forme d'onda standard e aggiuntive per i test di sovratensione e corrispondenti livelli ambientali di sovratensione. I valori consigliati per le forme d'onda standard sono risultati semplificati ottenuti dall'analisi di una grande quantità di dati di misurazione. La semplificazione consentirà una specifica ripetibile ed efficace per la resistenza alle sovratensioni delle apparecchiature collegate ad alimentatori CA a bassa tensione ".

Le onde di tensione e corrente utilizzate per il test di tensione limite di impulso SPD delle reti di telecomunicazione e di segnale sono mostrate nella Tabella 4.

Tabella 4: Tensione e onda di corrente del test di impatto (Tabella 3 di GB18802-1)

Nota: l'impatto viene applicato tra il terminale di linea e il terminale comune. Se testare tra i terminali di linea è determinato in base all'idoneità. L'SPD per l'alimentazione e l'SPD per le telecomunicazioni e le reti di segnale dovrebbero formulare una forma d'onda di prova standard unificata che possa essere abbinata alla tensione di tenuta dell'apparecchiatura.

2.Tipo di interruttore di tensione e tipo di limite di tensione

Nella storia a lungo termine, il tipo di commutazione della tensione e il tipo di limitazione della tensione sono sviluppo, concorrenza, integrazione, innovazione e riqualificazione. Il tipo di traferro del tipo a interruttore di tensione è stato ampiamente utilizzato negli ultimi decenni, ma espone anche diversi difetti. Loro sono:

(1) Il primo livello (livello B) che utilizzava SPD di tipo a spinterometro da 10 / 350µs ha causato un gran numero di registrazioni di apparecchiature di comunicazione della stazione base di enormi danni da fulmine.

(2) A causa del lungo tempo di risposta dell'SPD dello spinterometro ai fulmini, quando la stazione base ha solo SPD dello spinterometro e nessun altro SPD viene utilizzato per la protezione di secondo livello (livello C), la corrente da fulmine può causare sensibilità ai fulmini dispositivi nel dispositivo danneggiati.

(3) Quando la stazione base utilizza la protezione a due livelli B e C, il tempo di risposta lento dell'SDP dello spinterometro ai fulmini può far passare tutte le correnti da fulmine attraverso la protezione di limitazione della tensione di livello C, provocando la protezione del livello C danneggiato da fulmini.

(4) Potrebbe esserci un punto cieco di scarica della scintilla tra la cooperazione energetica tra il tipo a distanza e il tipo a limitazione di pressione (punto cieco significa che non c'è scarica di scintilla nello spinterometro di scarica), con conseguente SPD di tipo a spinterometro non agisce e il protettore di secondo livello (livello C) deve resistere più in alto. La corrente di fulmine ha causato il danneggiamento del protettore di livello C a causa dei fulmini (limitata dall'area della stazione base, la distanza di disaccoppiamento tra i due poli SPD richiede circa 15 metri). Pertanto, è impossibile per il primo livello adottare SPD di tipo gap per cooperare efficacemente con l'SPD di livello C.

(5) L'induttanza è collegata in serie tra i due livelli di protezione per formare un dispositivo di disaccoppiamento per risolvere il problema della distanza di protezione tra i due livelli di SPD. Potrebbe esserci un punto cieco o un problema di riflessione tra i due. Secondo l'introduzione: “L'induttanza è usata come componente di esaurimento e forma d'onda. La forma ha una stretta relazione. Per forme d'onda lunghe a metà valore (come 10 / 350µs), l'effetto di disaccoppiamento dell'induttore non è molto efficace (il tipo di spinterometro più l'induttore non può soddisfare i requisiti di protezione di diversi spettri di fulmini in caso di fulmini). Quando si consumano componenti, è necessario considerare il tempo di salita e il valore di picco della sovratensione. " Inoltre, anche se viene aggiunta l'induttanza, il problema della tensione SPD di tipo gap fino a circa 4kV non può essere risolto, e l'operazione sul campo mostra che dopo che il tipo di gap SPD e la combinazione di gap tipo SPD sono collegati in serie, il C- Il modulo di livello 40kA installato all'interno dell'alimentatore switching perde l'SPD Ci sono numerose registrazioni di essere stato distrutto da un fulmine.

(6) I valori di / dt e du / dt dell'SPD di tipo gap sono molto grandi. L'impatto sui componenti semiconduttori all'interno dell'apparecchiatura protetta dietro l'SPD di primo livello è particolarmente evidente.

(7) SPD spinterometro senza funzione di indicazione di deterioramento

(8) Lo SPD di tipo spinterometro non può realizzare le funzioni di allarme di danno e segnalazione a distanza di guasto (attualmente può essere realizzato solo da LED per indicare lo stato di funzionamento del suo circuito ausiliario e non riflette il deterioramento e il danneggiamento della sovratensione del fulmine protector), quindi è Per le stazioni base non presidiate, l'SPD intermittente non può essere applicato in modo efficace.

In sintesi: dal punto di vista di parametri, indicatori e fattori funzionali come pressione residua, distanza di disaccoppiamento, gas della scintilla, tempo di risposta, allarme senza danni e segnalazione a distanza senza guasti, l'uso di SPD a spinterometro nella stazione base minaccia il funzionamento sicuro del sistema di comunicazione Problemi.

Tuttavia, con il continuo sviluppo della tecnologia, l'SPD di tipo spinterometro continua a superare i propri difetti, l'uso di questo tipo di SPD evidenzia anche i maggiori vantaggi. Negli ultimi 15 anni sono state condotte molte attività di ricerca e sviluppo sul tipo di intercapedine d'aria (vedi Tabella 5):

In termini di prestazioni, la nuova generazione di prodotti presenta i vantaggi di una bassa tensione residua, grande capacità di flusso e dimensioni ridotte. Attraverso l'applicazione della tecnologia micro-gap trigger, può realizzare la corrispondenza della distanza “0” con l'SPD limitatore di pressione e la combinazione dell'SPD limitatore di pressione. Inoltre compensa la sua mancanza di reattività e ottimizza notevolmente la creazione di sistemi di protezione contro i fulmini. In termini di funzionalità, la nuova generazione di prodotti può garantire il funzionamento sicuro dell'intero prodotto monitorando il funzionamento del circuito di trigger. All'interno del prodotto è installato un dispositivo di disinnesto termico per evitare la bruciatura del guscio esterno; una tecnologia ad ampia distanza di apertura è adottata nel set di elettrodi per evitare il flusso continuo dopo lo zero crossing. Allo stesso tempo, può anche fornire una funzione di allarme del segnale remoto per selezionare la dimensione equivalente degli impulsi di fulmine e prolungare la durata.

Tabella 5: Sviluppo tipico dello spinterometro

S / N	Anni	Caratteristiche principali	Commento
1	1993	Stabilire uno spazio a forma di "V" che cambia da piccolo a grande e impostare un sottile isolante di scarica lungo l'estremità della valle come isolamento per aiutare a ottenere una bassa tensione di esercizio e scaricare fino all'intervallo, utilizzando elettrodi e struttura spaziale e proprietà del materiale nel 1993 Condurre l'arco verso l'esterno, formando una condizione intermittente e spegnendo l'arco. I primi scaricatori di tipo gap avevano un'elevata tensione di rottura e una grande dispersione.
2	1998	L'uso di un circuito di trigger elettronico, in particolare l'uso di un trasformatore, realizza la funzione di trigger ausiliario. Appartiene al gap di scarica attivato attivato, che è un aggiornamento del gap di scarico attivato passivo. Riduce efficacemente la tensione di rottura. Appartiene al trigger dell'impulso e non è abbastanza stabile.
3	1999	La scarica dello spazio è stimolata da un pezzo scintillante (attivato attivamente da un trasformatore), la struttura è progettata come una struttura semichiusa e lo spazio circolare o ad arco a forma di corno viene modificato da piccolo a grande e la guida dell'aria sul lato è prevista una scanalatura per facilitare l'estrazione e l'allungamento L'arco elettrico si spegne e la struttura chiusa può essere riempita con gas estinguente. È lo sviluppo dell'elettrodo con gap di scarica precoce. Rispetto alla tradizionale fessura di scarica chiusa, la scanalatura ad arco o circolare ottimizza lo spazio e l'elettrodo, favorendo un volume più piccolo. La distanza tra gli elettrodi è piccola, la capacità intermittente è insufficiente,
4	2004	Cooperare con la tecnologia di attivazione del micro-gap, adottare l'impostazione dell'elettrodo a grande distanza e la tecnologia di estinzione dell'arco di raffreddamento del canale a spirale, Migliora notevolmente la tecnologia di trigger e l'abilità intermittente, l'uso della tecnologia di trigger di energia è più stabile e affidabile.
5	2004	Ottimizza il dispositivo di protezione contro i fulmini per formare un dispositivo composito di protezione contro le sovratensioni che soddisfi i requisiti di protezione di Classe B e Classe C. Moduli costituiti da spazi di scarica, moduli costituiti da elementi limitatori di tensione, basi e dispositivi di deterioramento si combinano in vari modi per formare dispositivi di protezione da sovratensione

Mappa del percorso di sviluppo

3. Somiglianze e differenze tra SPD di telecomunicazione e SPD di alimentazione

Tabella 6: Somiglianze e differenze tra SPD per telecomunicazioni e SPD di alimentazione

Tabella 7: Tensione di lavoro comune dell'SPD di comunicazione

4. Cooperazione tra protezione da sovracorrente esterna e SPD

Requisiti per la protezione da sovracorrente (interruttore o fusibile) nel sezionatore:

(1) Conforme a GB / T18802.12: 2006 "Dispositivo di protezione da sovratensioni (SPD) Parte 12: Linee guida per la selezione e l'uso del sistema di distribuzione a bassa tensione", "Quando l'SPD e il dispositivo di protezione da sovracorrente cooperano, il valore nominale Sotto la corrente di scarica In, si raccomanda che il dispositivo di protezione da sovracorrente non funzioni; quando la corrente è maggiore di In, il protettore di sovracorrente può funzionare. Per un dispositivo di protezione da sovracorrente ripristinabile, come un interruttore automatico, non dovrebbe essere danneggiato da questa sovratensione. "

(2) Il valore della corrente nominale del dispositivo di protezione da sovracorrente deve essere selezionato in base alla corrente di cortocircuito massima che può essere generata nell'installazione dell'SPD e alla capacità di tenuta alla corrente di cortocircuito dell'SPD (fornita dal produttore dell'SPD ), ovvero “SPD e la protezione da sovracorrente ad esso collegata. La corrente di cortocircuito (prodotta in caso di guasto dell'SPD) del dispositivo è uguale o superiore alla corrente di cortocircuito massima prevista nell'installazione. "

(3) Deve essere soddisfatta la relazione selettiva tra il dispositivo di protezione da sovracorrente F1 e il sezionatore esterno SPD F2 all'ingresso di alimentazione. Lo schema elettrico del test è il seguente:

I risultati della ricerca sono i seguenti:
(a) La tensione su interruttori automatici e fusibili
U (interruttore automatico) ≥ 1.1U (fusibile)
U (SPD + protezione da sovracorrente) è la somma vettoriale di U1 (protezione da sovracorrente) e U2 (SPD).

(b) La capacità di sovracorrente che il fusibile o l'interruttore di circuito può sopportare

A condizione che il dispositivo di protezione da sovracorrente non funzioni, individuare la massima corrente di picco che il fusibile e l'interruttore di circuito con correnti nominali diverse possono sopportare. Il circuito di prova è come mostrato nella figura sopra. Il metodo di prova è il seguente: la corrente di spunto applicata è I e il fusibile o l'interruttore automatico non funziona. Quando viene applicata 1.1 volte la corrente di spunto I, funziona. Attraverso gli esperimenti, abbiamo trovato alcuni valori di corrente nominale minimi richiesti affinché i dispositivi di protezione da sovracorrente non funzionino con corrente di picco (corrente d'onda 8 / 20µs o corrente d'onda 10 / 350µs). Vedi la tabella:

Tabella 8: Il valore minimo del fusibile e dell'interruttore sotto la corrente di spunto con una forma d'onda di 8 / 20µs

Tabella 9: Il valore minimo del fusibile e dell'interruttore automatico non funziona sotto la corrente di picco di 10 / 350µs