現在のサージ保護デバイスSPDのいくつかのホットな問題

現在のサージ保護デバイスSPDのいくつかのホットな問題

1.テスト波形の分類

サージ保護デバイスのSPDテストについては、クラスI（クラスB、タイプ1）のテストカテゴリについて、主に直接雷インパルス放電のシミュレーション方法、IEC委員会とIEEE委員会の間の論争について、国内外で激しい議論が行われています。 ：

（1）IEC 61643-1、サージ保護デバイスのクラスI（クラスB、タイプ1）サージ電流テストでは、10 / 350µs波形がテスト波形です。

（2）IEEE C62.45「IEEE低電圧サージ保護デバイス–パート11低電圧電源システムに接続されたサージ保護デバイス–要件とテスト方法」では、8 / 20µs波形をテスト波形として定義しています。

10 / 350µs波形の承認者は、落雷時に100％の保護を確保するには、最も厳しい雷パラメータを使用して雷保護装置をテストする必要があると考えています。 10 / 350µsの波形を使用してLPS（Lightning Protection System）を検出し、雷によって物理的に損傷していないことを確認します。 そして、8 / 20µs波形の支持者は、50年以上使用した後、波形は非常に高い成功率を示すと信じています。

2006年XNUMX月、IECとIEEEの関連する代表者が調整し、研究のためのいくつかのトピックをリストしました。

GB18802.1電源装置SPDには、クラスI、II、およびIII分類のテスト波形があります。表1を参照してください。

表1：レベルI、II、IIIのテストカテゴリ

米国は、次のXNUMXつの最新基準でXNUMXつの状況を考慮しています。
IEEEC62.41。 1「低電圧（1000V以下）AC電源回路のサージ環境に関するIEEEガイド」、2002年
IEEEC62.41。 2「低電圧（1000V以下）AC電源回路のサージの推奨プラクティス特性評価に関するIEEE」、2002年
IEEEC62.41。 2「低電圧（1000V以下）AC電源回路に接続された機器のサージテストに関する推奨プラクティスに関するIEEE」、2002年

状況1：雷が建物を直接ストロークしていない。
状況2：まれに発生します。建物に直接落雷したり、建物の隣の地面に落雷が発生したりします。

表2は、該当する代表的な波形を推奨し、表3は、各カテゴリに対応する強度値を示しています。
表2：場所AB C（ケース1）適用可能な標準および追加の衝撃試験波形とケース2パラメーターの要約。

表3：出口2でのSPDの状況テストの内容 ^A、B

注：
A.このテストは、出口に設置されたSPDに限定されます。これは、SPDを除いて、この推奨事項に記載されている標準および追加の波形とは異なります。
B.上記の値は、多相SPDの各相試験に適用されます。
C.露出レベル1よりも低いCでのSPDのフィールド操作の成功経験は、より低いパラメーターを選択できることを示しています。

「すべてのサージ環境を表すことができる特定の波形はありません。そのため、複雑な実世界をいくつかの扱いやすい標準テスト波形に単純化する必要があります。 これを実現するために、サージ環境はサージ電圧と電流を提供するように分類されます。波形と振幅は、低電圧AC電源に接続された機器のさまざまな耐久性と機器の耐久性を評価するのに適したものとして選択されます。サージ環境は適切に調整する必要があります。」

「分類テスト波形を指定する目的は、機器の設計者とユーザーに、標準および追加のサージテスト波形と対応するサージ環境レベルを提供することです。 標準波形の推奨値は、大量の測定データの分析から得られた簡略化された結果です。 簡素化により、低電圧AC電源に接続された機器のサージ抵抗の再現性のある効果的な仕様が可能になります。」

電気通信および信号ネットワークのSPDインパルス制限電圧テストに使用される電圧および電流波を表4に示します。

表4：衝撃試験の電圧と電流波（GB3-18802の表1）

注：衝撃は、ライン端子と共通端子の間に適用されます。 ライン端子間でテストするかどうかは、適合性に応じて決定されます。 電源用のSPDと電気通信および信号ネットワーク用のSPDは、機器の耐電圧と一致させることができる統一された標準テスト波形を作成する必要があります。

2.電圧スイッチタイプと電圧制限タイプ

長期的な歴史において、電圧スイッチングタイプと電圧制限タイプは、開発、競争、補完、革新、および再開発です。 電圧スイッチタイプのエアギャップタイプは、過去数十年で広く使用されてきましたが、いくつかの欠陥もあります。 彼らです：

（1）10 / 350µsスパークギャップタイプSPDを使用した第XNUMXレベル（レベルB）は、多数の基地局通信機器に大規模な落雷の記録をもたらしました。

（2）雷に対するスパークギャップSPDの応答時間が長いため、基地局にスパークギャップSPDのみがあり、他のSPDが第XNUMXレベル（レベルC）の保護に使用されていない場合、雷電流によって雷に敏感になる可能性があります。デバイス内のデバイスが損傷しています。

（3）基地局がBおよびCのXNUMXレベル保護を使用する場合、スパークギャップSDPの雷に対する応答時間が遅いと、すべての雷電流がCレベルの電圧制限プロテクターを通過し、Cレベルのプロテクターが雷による損傷。

（4）ギャップタイプと圧力制限タイプのエネルギー協調の間にスパーク放電の死角があり（ブラインドポイントは放電スパークギャップにスパーク放電がないことを意味します）、スパークギャップタイプSPDになります。動作せず、15番目のレベル（レベルC）のプロテクターはより高いレベルに耐える必要があります。 雷電流により、Cレベルプロテクターが雷によって損傷しました（基地局の面積によって制限され、XNUMXつの極SPD間のデカップリング距離には約XNUMXメートルが必要です）。 したがって、第XNUMXレベルがギャップタイプSPDを採用して、CレベルSPDと効果的に連携することは不可能です。

（5）インダクタンスは、10つのレベルの保護の間に直列に接続され、350つのレベルのSPD間の保護距離の問題を解決するためのデカップリングデバイスを形成します。 4つの間に死角または反射の問題がある可能性があります。 はじめに：「インダクタンスは空乏成分と波形として使用されます形状は密接な関係があります。 長い半値波形（40 / XNUMXµsなど）の場合、インダクタのデカップリング効果はあまり効果的ではありません（スパークギャップタイプとインダクタは、落雷時にさまざまな雷スペクトルの保護要件を満たすことができません）。 コンポーネントを消費するときは、サージ電圧の立ち上がり時間とピーク値を考慮する必要があります。」 また、インダクタンスを加えても約XNUMXkVまでのギャップ型SPD電圧の問題は解決できず、フィールド動作ではギャップ型SPDとギャップコンビネーション型SPDを直列に接続した後、C-スイッチング電源の内部に取り付けられたレベルXNUMXkAモジュールはSPDを失います雷によって破壊されたという多くの記録があります。

（6）ギャップタイプSPDのdi / dt値とdu / dt値は非常に大きいです。 第XNUMXレベルのSPDの背後にある保護された機器内の半導体コンポーネントへの影響は特に顕著です。

（7）劣化表示機能のないスパークギャップSPD

（8）スパークギャップタイプSPDは、損傷警報および障害リモート信号の機能を実現できません（現在、補助回路の動作状態を示すLEDによってのみ実現可能であり、雷サージの劣化および損傷を反映していません。プロテクター）なので、無人基地局の場合、断続的なSPDを効果的に適用することはできません。

要約すると、パラメータ、インジケータ、および残留圧力、デカップリング距離、スパークガス、応答時間、損傷アラームなし、障害のないリモートシグナリングなどの機能的要因の観点から、基地局でのスパークギャップSPDの使用は脅威になります。通信システムの安全な運用問題。

しかし、技術の継続的な開発により、スパークギャップタイプのSPDはそれ自体の欠点を克服し続けており、このタイプのSPDの使用はより大きな利点も浮き彫りにします。 過去15年間で、エアギャップタイプについて多くの研究開発が行われてきました（表5を参照）。

性能面では、新世代の製品には、残留電圧が低く、流量が大きく、サイズが小さいという利点があります。 マイクロギャップトリガー技術の適用により、圧力制限SPDおよび圧力制限SPDの組み合わせとの「0」距離マッチングを実現できます。 また、応答性の欠如を補い、雷保護システムの確立を大幅に最適化します。 機能面では、新世代の製品は、トリガー回路の動作を監視することにより、製品全体の安全な動作を保証できます。 外殻の燃焼を防ぐために、製品の内部に熱解放装置が取り付けられています。 ゼロ交差後の連続的な流れを避けるために、電極セットには大きな開口距離技術が採用されています。 同時に、同等のサイズの雷パルスを選択し、耐用年数を延ばすためのリモート信号アラーム機能を提供することもできます。

表5：スパークギャップの典型的な進展

S / N	年	主な特徴	備考
1	1993	小さなものから大きなものへと変化する「V」字型のギャップを確立し、1993年に電極と空間構造および材料特性を使用して、低い動作電圧を取得し、ギャップまで放電するのに役立つ絶縁として、谷の端に沿って薄い放電絶縁体を設定します。アークを外側に導き、断続的な状態を形成し、アークを消します。 初期のギャップタイプの放電器は、高い絶縁破壊電圧と大きな分散を持っていました。
2	1998	電子トリガー回路の使用、特にトランスの使用は、補助トリガー機能を実現します。 これは、パッシブトリガー放電ギャップのアップグレードであるアクティブトリガー放電ギャップに属します。 絶縁破壊電圧を効果的に低減します。 それはパルストリガーに属し、十分に安定していません。
3	1999	ギャップ放電はスパークピース（トランスによってアクティブにトリガーされる）によって刺激され、構造はセミクローズ構造として設計され、ホーン型の円形またはアーク型のギャップが小さいものから大きいものに変更され、エアガイドが側面には引き抜きや引き延ばしを容易にするための溝が設けられており、電気アークが消滅し、閉じた構造物にアーク消火ガスを充填することができます。 初期放電ギャップ電極の開発です。 従来の閉じた放電ギャップと比較して、円弧状または円形の溝はスペースと電極を最適化し、これにより体積が小さくなります。 電極ギャップが小さく、間欠能力が不足している、
4	2004	マイクロギャップトリガー技術と協力し、長距離電極設定とスパイラルチャネル冷却アーク消火技術を採用し、 トリガー技術と断続的な能力を大幅に改善し、エネルギートリガー技術の使用はより安定していて信頼性があります。
5	2004	避雷装置を最適化して、クラスBおよびクラスCの保護の要件を満たす複合サージプロテクタデバイスを形成します。 放電ギャップで作られたモジュール、電圧制限要素で作られたモジュール、ベース、劣化デバイスは、さまざまな方法で組み合わされて、過電圧保護デバイスを形成します

開発トラックマップ

3.電気通信SPDと電源SPDの類似点と相違点

表6：通信SPDと電源SPDの類似点と相違点

表7：通信SPDの一般的な動作電圧

4.外部過電流保護とSPD間の連携

断路器の過電流保護（回路ブレーカーまたはヒューズ）の要件：

（1）GB / T18802.12：2006「サージ保護装置（SPD）パート12：低電圧配電システムの選択と使用のガイドライン」、「SPDと過電流保護装置が連携する場合、公称過放電電流」に準拠します。では、過電流プロテクタを作動させないことをお勧めします。 電流がInより大きい場合、過電流プロテクターが動作できます。 回路ブレーカーなどのリセット可能な過電流保護装置の場合、このサージによって損傷しないようにする必要があります。」

（2）過電流保護装置の定格電流値は、SPDの設置時に発生する可能性のある最大短絡電流およびSPDの短絡電流耐性（SPDメーカーが提供）に応じて選択する必要があります。 ）、つまり、「SPDとそれに接続された過電流保護。 デバイスの短絡電流（SPDに障害が発生したときに生成される）は、設置時に予想される最大短絡電流以上です。」

（3）過電流保護装置F1と電源入口のSPD外部断路器F2の間で選択的な関係が満たされている必要があります。 テストの配線図は次のとおりです。

調査結果は以下のとおりです。
（a）回路ブレーカーとヒューズの電圧
U（サーキットブレーカ）≥1.1U（ヒューズ）
U（SPD +過電流プロテクター）は、U1（過電流プロテクター）とU2（SPD）のベクトル和です。

（b）ヒューズまたはサーキットブレーカが耐えることができるサージ電流容量

過電流保護装置が動作しない状態で、定格電流の異なるヒューズとサーキットブレーカが耐えられる最大サージ電流を求めます。 テスト回路は上図のようになります。 試験方法は次のとおりです。突入電流がIで、ヒューズまたはサーキットブレーカが作動していません。 突入電流Iの1.1倍を印加すると作動します。 実験を通じて、過電流プロテクターが突入電流（8 / 20µs波電流または10 / 350µs波電流）で動作しないために必要ないくつかの最小定格電流値が見つかりました。 表を参照してください：

表8：8 / 20µsの波形の突入電流下でのヒューズとサーキットブレーカの最小値

表9：ヒューズとサーキットブレーカの最小値は、10 / 350µsのサージ電流では動作しません