현재 서지 보호 장치 SPD의 몇 가지 뜨거운 문제
1. 테스트 파형의 분류
서지 보호 장치 SPD 테스트의 경우, 직접 낙뢰 임펄스 방전을 시뮬레이션하는 방법, IEC와 IEEE위원회 간의 분쟁을 중심으로 Class I (Class B, Type 1)의 테스트 범주에 대해 국내외에서 치열한 논쟁이 있습니다. :
(1) IEC 61643-1, 서지 보호 장치의 Class I (Class B, Type 1) 서지 전류 테스트에서 10 / 350µs 파형은 테스트 파형입니다.
(2) IEEE C62.45 'IEEE 저전압 서지 보호 장치 – Part 11 저전압 전원 시스템에 연결된 서지 보호 장치 – 요구 사항 및 테스트 방법'은 8 / 20µs 파형을 테스트 파형으로 정의합니다.
10 / 350µs 파형의 승인자는 낙뢰시 100 % 보호를 보장하려면 낙뢰 보호 장비를 테스트하는 데 가장 심각한 낙뢰 매개 변수를 사용해야한다고 생각합니다. 10 / 350µs 파형을 사용하여 LPS (Lightning Protection System)를 감지하여 번개로 인해 물리적으로 손상되지 않도록합니다. 그리고 8 / 20µs 파형의 지지자들은 50 년 이상 사용 후 파형이 매우 높은 성공률을 보인다고 믿습니다.
2006 년 XNUMX 월, IEC 및 IEEE의 관련 대표는 연구를위한 몇 가지 주제를 조정하고 나열했습니다.
GB18802.1 전원 공급 장치 SPD에는 Class I, II 및 III 분류의 테스트 파형이 있습니다 (표 1 참조).
표 1 : 레벨 I, II 및 III 테스트 범주
| Test | 시범 프로젝트 | 테스트 매개 변수 |
| 클래스 I | I꼬마 도깨비 | I피크, Q, W / R |
| 클래스 II | I최대 | 8 / 20µs |
| 클래스 III | Uoc | 1.2 / 50µs -8 / 20µs |
미국은 다음 세 가지 최신 표준에서 두 가지 상황을 고려했습니다.
IEEE C62.41. 1 '저전압 (1000V 이하) AC 전원 회로의 서지 환경에 대한 IEEE 가이드', 2002
IEEE C62.41. 2 '저전압 (1000V 이하) AC 전원 회로에서 서지의 권장 실습 특성화에 관한 IEEE', 2002
IEEE C62.41. 2 '저전압 (1000V 이하) AC 전원 회로에 연결된 장비의 서지 테스트에 대한 권장 사례에 대한 IEEE', 2002
상황 1 : 번개가 건물을 직접 치는 것이 아닙니다.
상황 2 : 드물게 발생합니다. 건물에 직접 번개가 치거나 건물 옆의지면이 번개에 맞았습니다.
표 2는 적용 가능한 대표 파형을 권장하며 표 3은 각 범주에 해당하는 강도 값을 나타냅니다.
표 2 : 위치 AB C (케이스 1) 적용 가능한 표준 및 추가 충격 테스트 파형 및 케이스 2 매개 변수 요약.
| 상황 1 | 상황 2 | ||||||
| 위치 유형 | 100Khz 울리는 파 | 조합 파 | 전압 / 전류 분리 | EFT 임펄스 5 / 50ns | 10 / 1000µs 장파 | 유도 결합 | 직접 결합 |
| A | ㅁㄴㅇㄹ | ㅁㄴㅇㄹ | - | 추가 | 추가 | 유형 B의 링 웨이브 | 사례 별 평가 |
| B | ㅁㄴㅇㄹ | ㅁㄴㅇㄹ | - | 추가 | 추가 | ||
| C 낮음 | Optional | ㅁㄴㅇㄹ | - | Optional | 추가 | ||
| C 높음 | Optional | ㅁㄴㅇㄹ | Optional | - | |||
표 3 : 출구 2의 SPD 상황 테스트 내용 A, B
| 노출 수준 | 모든 유형의 SPD에 대해 10 / 350µs | 비선형 전압 제한 구성 요소 (MOV)가있는 SPD에 대해 8 / 20µs 선택 가능 C |
| 1 | 2 kA | 20 kA |
| 2 | 5 kA | 50 kA |
| 3 | 10 kA | 100 kA |
| X | 양 당사자는 더 낮거나 더 높은 매개 변수를 선택하기 위해 협상합니다. | |
참고 :
A.이 테스트는 출구에 설치된 SPD로 제한되며 SPD를 제외하고이 권장 사항에 언급 된 표준 및 추가 파형과 다릅니다.
B. 위의 값은 다상 SPD의 각 단계 테스트에 적용됩니다.
C. C가 노출 레벨 1보다 낮은 SPD의 성공적인 현장 작동 경험은 더 낮은 매개 변수를 선택할 수 있음을 나타냅니다.
“모든 서지 환경을 나타낼 수있는 특정 파형이 없기 때문에 복잡한 현실 세계를 다루기 쉬운 표준 테스트 파형으로 단순화해야합니다. 이를 위해 서지 환경은 서지 전압과 전류를 제공하도록 분류됩니다. 파형과 진폭은 저전압 AC 전원 공급 장치에 연결된 장비의 서로 다른 내구성 기능을 평가하는 데 적합하도록 선택되고 장비 내구성 및 서지 환경은 적절하게 조정되어야합니다.”
“분류 테스트 파형을 지정하는 목적은 장비 설계자와 사용자에게 표준 및 추가 서지 테스트 파형과 해당 서지 환경 레벨을 제공하는 것입니다. 표준 파형에 대한 권장 값은 많은 양의 측정 데이터를 분석하여 얻은 단순화 된 결과입니다. 단순화는 저전압 AC 전원 공급 장치에 연결된 장비의 서지 저항에 대해 반복 가능하고 효과적인 사양을 허용 할 것입니다.”
통신 및 신호 네트워크의 SPD 임펄스 제한 전압 테스트에 사용 된 전압 및 전류 파는 표 4에 나와 있습니다.
표 4 : 충격 테스트의 전압 및 전류 파동 (GB3-18802의 표 1)
| 카테고리 번호 | 테스트 유형 | 개방 회로 전압 UOC | 단락 전류 Isc | 응용 프로그램 수 |
A1 A2 | 매우 느린 상승 AC | ≥1kV (0.1-100) kV / S (표 5에서 선택) | 10A, (0.1-2) A / µs ≥1000µS (폭) (표 5에서 선택) | - 단일 사이클 |
B1 B2 B3 | 천천히 상승 | 1kV, 10/1000 1kV 또는 4kV, 10/700 ≥1kV, 100V / µs | 100A, 10/100 25A 또는 100A, 5/300 (10, 25, 100) A, 10/1000 | 300 300 300 |
세 C1 C2 C3 | 빠른 상승 | 0.5kV 또는 1kV, 1.2 / 50 (2,4,10) kV, 1.2 / 50 ≥1kV, 1kV / µs | 0.25kA 또는 0.5kA, 8/20 (1,2,5) kA, 8/20 (10,25,100) A, 10/1000 | 300 10 300 |
D1 D2 | 고 에너지 | ≥1kV ≥1kV | (0.5,1,2.5) kA, 10/350 1kA 또는 2.5kA, 10/250 | 2 5 |
참고 : 충격은 라인 터미널과 공통 터미널 사이에 적용됩니다. 라인 터미널 간의 테스트 여부는 적합성에 따라 결정됩니다. 전원 공급 장치 용 SPD와 통신 및 신호 네트워크 용 SPD는 장비의 내전압과 일치 할 수있는 통합 표준 테스트 파형을 형성해야합니다.
2. 전압 스위치 유형 및 전압 제한 유형
장기 역사에서 전압 스위칭 유형과 전압 제한 유형은 개발, 경쟁, 보완, 혁신 및 재개발입니다. 전압 스위치 타입의 에어 갭 타입은 지난 수십 년 동안 널리 사용되어 왔지만 몇 가지 결함이 있습니다. 그들은:
(1) 10 / 350µs 스파크 갭 유형 SPD를 사용하는 첫 번째 레벨 (레벨 B)은 많은 수의 기지국 통신 장비에서 막대한 번개 피해 기록을 일으켰습니다.
(2) 번개에 대한 스파크 갭 SPD의 긴 응답 시간으로 인해 기지국에 스파크 갭 SPD 만 있고 다른 SPD가 두 번째 레벨 (레벨 C) 보호에 사용되지 않을 때 번개 전류로 인해 번개에 민감 할 수 있습니다. 장치 손상에 장치.
(3) 기지국이 B 및 C XNUMX 레벨 보호를 사용하는 경우, 번개에 대한 스파크 갭 SDP의 느린 응답 시간으로 인해 모든 번개 전류가 C 레벨 전압 제한 보호기를 통과하여 C 레벨 보호기가 작동하지 않을 수 있습니다. 번개에 의해 손상되었습니다.
(4) 갭 유형과 압력 제한 유형 사이의 에너지 협력 사이에 스파크 방전의 사각 지대가있을 수 있습니다 (블라인드 포인트는 방전 스파크 갭에 스파크 방전이 없음을 의미 함), 결과적으로 스파크 갭 유형 SPD 작동하지 않고 두 번째 수준 (수준 C) 보호 장치는 더 높은 수준을 견뎌야합니다. 번개 전류로 인해 C 레벨 보호기가 번개에 의해 손상되었습니다 (기지국 영역에 의해 제한되며 두 극 SPD 사이의 디커플링 거리에는 약 15m가 필요합니다). 따라서 첫 번째 레벨이 C 레벨 SPD와 효과적으로 협력하기 위해 갭 유형 SPD를 채택하는 것은 불가능합니다.
(5) 인덕턴스는 두 보호 수준 사이에 직렬로 연결되어 두 수준의 SPD 사이의 보호 거리 문제를 해결하기 위해 디커플링 장치를 형성합니다. 둘 사이에 사각 지대 또는 반사 문제가있을 수 있습니다. 소개에 따르면“인덕턴스는 공핍 성분과 파형으로 사용됩니다. 모양은 밀접한 관계가 있습니다. 긴 반값 파형 (예 : 10 / 350µs)의 경우 인덕터 디커플링 효과는 그다지 효과적이지 않습니다 (스파크 갭 유형과 인덕터는 낙뢰시 다른 번개 스펙트럼의 보호 요구 사항을 충족 할 수 없음). 부품을 소비 할 때 서지 전압의 상승 시간과 피크 값을 고려해야합니다.” 또한 인덕턴스를 추가하더라도 최대 약 4kV의 갭 타입 SPD 전압 문제를 해결할 수 없으며, 필드 오퍼레이션은 갭 타입 SPD와 갭 조합 타입 SPD를 직렬로 연결 한 후 C- 스위칭 전원 공급 장치 내부에 설치된 레벨 40kA 모듈이 SPD를 잃어 버림 번개에 의해 파괴 된 기록이 많이 있습니다.
(6) 갭 타입 SPD의 di / dt 및 du / dt 값이 매우 큽니다. XNUMX 단계 SPD 뒤에있는 보호 장비 내부의 반도체 부품에 미치는 영향은 특히 두드러집니다.
(7) 열화 표시 기능이없는 스파크 갭 SPD
(8) 스파크 갭 타입 SPD는 손상 경보 및 오류 원격 신호 기능을 실현할 수 없습니다 (현재 보조 회로의 작동 상태를 표시하기 위해 LED로만 구현할 수 있으며 낙뢰 서지의 열화 및 손상을 반영하지 않습니다. 무인 기지국의 경우 간헐적 SPD를 효과적으로 적용 할 수 없습니다.
요약 : 매개 변수, 표시기 및 잔류 압력, 디커플링 거리, 스파크 가스, 응답 시간, 무 손상 경보 및 무 결함 원격 신호와 같은 기능적 요인의 관점에서 기지국에서 스파크 갭 SPD를 사용하면 위협이됩니다. 통신 시스템의 안전한 운영 문제.
그러나 기술의 지속적인 발전으로 스파크 갭 유형 SPD는 자체 단점을 계속 극복하고 있으며 이러한 유형의 SPD를 사용하면 더 큰 이점이 강조됩니다. 지난 15 년 동안 에어 갭 유형에 대해 많은 연구 개발이 수행되었습니다 (표 5 참조).
성능면에서 차세대 제품은 낮은 잔류 전압, 큰 유량 및 작은 크기의 장점을 가지고 있습니다. 마이크로 갭 트리거 기술의 적용을 통해 압력 제한 SPD와 압력 제한 SPD의 조합과 일치하는 "0"거리를 실현할 수 있습니다. 또한 응답 성 부족을 보완하고 낙뢰 보호 시스템의 구축을 크게 최적화합니다. 기능면에서 차세대 제품은 트리거 회로의 작동을 모니터링하여 전체 제품의 안전한 작동을 보장 할 수 있습니다. 열 분리 장치가 제품 내부에 설치되어 외부 쉘이 타는 것을 방지합니다. 제로 크로싱 후 연속적인 흐름을 피하기 위해 전극 세트에 큰 개방 거리 기술이 채택되었습니다. 동시에, 번개 펄스의 동등한 크기를 선택하고 서비스 수명을 연장하는 원격 신호 경보 기능도 제공 할 수 있습니다.
표 5 : 스파크 갭의 일반적인 개발
| S / N | 연령 | 주요 기능 | 비고 |
| 1 | 1993 | 1993 년에 전극과 공간 구조 및 재료 특성을 사용하여 작은 것에서 큰 것으로 변화하는 "V"모양의 갭을 설정하고 밸리 끝을 따라 얇은 방전 절연체를 절연으로 설정하여 낮은 작동 전압을 얻고 갭까지 방전 할 수 있도록 돕습니다. . 아크를 외부로 유도하여 간헐적 인 상태를 형성하고 아크를 끄십시오. 초기 갭 타입 방전기는 높은 항복 전압과 큰 분산을 가졌습니다. |  |
| 2 | 1998 | 전자 트리거 회로의 사용, 특히 변압기 사용은 보조 트리거 기능을 실현합니다. 이는 수동 트리거 방전 갭의 업그레이드 인 활성 트리거 방전 갭에 속합니다. 항복 전압을 효과적으로 줄입니다. 펄스 트리거에 속하며 충분히 안정적이지 않습니다. |  |
| 3 | 1999 | 갭 방전은 스파크 피스 (트랜스포머에 의해 능동적으로 트리거 됨)에 의해 자극되고, 구조는 반 폐쇄 구조로 설계되고, 뿔 모양의 원형 또는 호 모양의 갭이 작은 것에서 큰 것으로 변경되고 에어 가이드가 인발 및 연신이 용이하도록 측면에 홈이 제공되어 전기 아크를 소거하고 폐쇄 구조를 소호 가스로 채울 수 있습니다. 초기 방전 갭 전극의 개발입니다. 기존의 폐쇄 형 방전 갭과 비교할 때, 원 호형 또는 원형 홈은 공간과 전극을 최적화하여 더 작은 부피에 도움이됩니다. 전극 간격이 작고 간헐적 능력이 부족하며 |  |
| 4 | 2004 | 마이크로 갭 트리거링 기술과 협력하여 장거리 전극 설정 및 나선형 채널 냉각 아크 소화 기술을 채택하고, 방아쇠 기술과 간헐적 능력을 크게 향상시키고 에너지 방아쇠 기술의 사용이 더 안정적이고 신뢰할 수 있습니다. |  |
| 5 | 2004 | 낙뢰 보호 장치를 최적화하여 클래스 B 및 클래스 C 보호 요구 사항을 충족하는 복합 서지 보호 장치를 형성합니다. 방전 갭으로 만들어진 모듈, 전압 제한 요소로 만들어진 모듈,베이스 및 열화 장치가 다양한 방식으로 결합되어 과전압 보호 장치를 형성합니다. |  |
개발 트랙 맵
3. 통신 SPD와 전원 공급 장치 SPD의 유사점 및 차이점
표 6 : 통신 SPD와 전원 공급 장치 SPD의 유사점 및 차이점
| 프로젝트 | 파워 SPD | 텔레콤 SPD |
| 전송 | 에너지 | 정보, 아날로그 또는 디지털. |
| 전력 카테고리 | 전원 주파수 AC 또는 DC | DC에서 UHF까지 다양한 작동 주파수 |
| 작동 전압 | 높은 | 낮음 (아래 표 참조) |
| 보호 원리 | 절연 조정 SPD 보호 수준 ≤ 장비 공차 수준 | 전자기 호환성 서지 내성 SPD 보호 수준 ≤ 장비 허용 수준은 신호 전송에 영향을 미치지 않습니다. |
| ㅁㄴㅇㄹ | GB / T16935.1 / IEC664-1 | GB / T1762.5 IEC61000-4-5 |
| 테스트 파형 | 1.2 / 50µs 또는 8 / 20µs | 1.2 / 50µs -8 / 20µs |
| 회로 임피던스 | 낮은 | 높은 |
| 분리기 | 있다 | 아니 |
| 주요 구성 요소 | MOV 및 스위치 유형 | GDT, ABD, TSS |
표 7 : 통신 SPD의 공통 작동 전압
| 그렇지 않습니다. | 통신선 유형 | 정격 작동 전압 (V) | SPD 최대 작동 전압 (V) | 정상 요금 (B / S) | 인터페이스 유형 |
| 1 | DDN / Xo25 / 프레임 릴레이 | <6, 또는 40-60 | 18 또는 80 | 2M 이하 | RJ / ASP |
| 2 | xDSL | <6 | 18 | 8M 이하 | RJ / ASP |
| 3 | 2M 디지털 릴레이 | <5 | 6.5 | 2 M | 동축 BNC |
| 4 | ISDN | 40 | 80 | 2 M | RJ |
| 5 | 아날로그 전화선 | <110 | 180 | 64 K | RJ |
| 6 | 100M 이더넷 | <5 | 6.5 | 100 M | RJ |
| 7 | 동축 이더넷 | <5 | 6.5 | 10 M | 동축 BNC 동축 N |
| 8 | RS232 | <12 | 18 | SD | |
| 9 | RS422 / 485 | <5 | 6 | 2 M | ASP / SD |
| 10 | 비디오 케이블 | <6 | 6.5 | 동축 BNC | |
| 11 | 동축 BNC | <24 | 27 | ASP |
4. 외부 과전류 보호와 SPD 간의 협력
단로기의 과전류 보호 (회로 차단기 또는 퓨즈)에 대한 요구 사항 :
(1) GB / T18802.12 : 2006“서지 보호 장치 (SPD) 파트 12 : 저전압 분배 시스템의 선택 및 사용 지침”,“SPD와 과전류 보호 장치가 협력 할 때 공칭 방전 전류 미만 에서는 과전류 보호기가 작동하지 않는 것이 좋습니다. 전류가 In보다 크면 과전류 보호기가 작동 할 수 있습니다. 회로 차단기와 같은 재설정 가능한 과전류 보호기의 경우이 서지로 인해 손상되지 않아야합니다.”
(2) 과전류 보호 기기의 정격 전류 값은 SPD 설치시 발생할 수있는 최대 단락 전류 및 SPD의 단락 전류 내력 (SPD 제조업체 제공)에 따라 선택해야합니다. ) 즉,“SPD와 과전류 보호가 연결되어 있습니다. 장치의 단락 전류 (SPD가 실패 할 때 생성됨)는 설치시 예상되는 최대 단락 전류보다 크거나 같습니다.”
(3) 과전류 보호 장치 F1과 전원 입력부에서 SPD 외부 단로기 F2 사이의 선택적 관계가 충족되어야합니다. 테스트의 배선도는 다음과 같습니다.
연구 결과는 다음과 같습니다.
(a) 회로 차단기 및 퓨즈의 전압
U (회로 차단기) ≥ 1.1U (퓨즈)
U (SPD + 과전류 보호기)는 U1 (과전류 보호기)과 U2 (SPD)의 벡터 합입니다.
(b) 퓨즈 또는 회로 차단기가 견딜 수있는 서지 전류 용량
과전류 보호기가 작동하지 않는 상태에서 정격 전류가 다른 퓨즈 및 회로 차단기가 견딜 수있는 최대 서지 전류를 찾으십시오. 테스트 회로는 위 그림과 같습니다. 테스트 방법은 다음과 같습니다.인가 된 돌입 전류가 I이고 퓨즈 또는 회로 차단기가 작동하지 않습니다. 1.1 배의 돌입 전류 I가인가되면 동작합니다. 실험을 통해 과전류 보호기가 돌입 전류 (8 / 20µs 웨이브 전류 또는 10 / 350µs 웨이브 전류)에서 작동하지 않는 데 필요한 최소 정격 전류 값을 발견했습니다. 표 참조 :
표 8 : 8 / 20µs 파형의 돌입 전류에서 퓨즈 및 회로 차단기의 최소값
| 서지 전류 (8 / 20µs) kA | 과전류 보호기 최소 | |
| 퓨즈 정격 전류 A | 회로 차단기 정격 전류 A | |
| 5 | 16gG | 6 타입 C |
| 10 | 32gG | 10 타입 C |
| 15 | 40gG | 10 타입 C |
| 20 | 50gG | 16 타입 C |
| 30 | 63gG | 25 타입 C |
| 40 | 100gG | 40 타입 C |
| 50 | 125gG | 80 타입 C |
| 60 | 160gG | 100 타입 C |
| 70 | 160gG | 125 타입 C |
| 80 | 200gG | - |
표 9 : 퓨즈 및 회로 차단기의 최소값은 10 / 350µs의 서지 전류에서 작동하지 않습니다.
| 돌입 전류 (10 / 350µs) kA | 과전류 보호기 최소 | |
| 퓨즈 정격 전류 A | 회로 차단기 정격 전류 A | |
| 15 | 125gG | 몰드 케이스 회로 차단기 (MCCB) 선택 권장 |
| 25 | 250gG | |
| 35 | 315gG | |
위의 표에서 10 / 350µs 퓨즈 및 회로 차단기의 비 작동에 대한 최소값이 매우 크기 때문에 특별한 백업 보호 장치 개발을 고려해야합니다.
기능 및 성능면에서 내 충격성이 크고 우수한 회로 차단기 또는 퓨즈와 일치해야합니다.
