Wéi funktionnéiert Surge Protective Device (SPD)
D'Kapazitéit vun enger SPD fir Iwwerspannungen am elektresche Verdeelungsnetz ze limitéieren andeems Iwwerschwemmungsstréim ofgelenkt ass eng Funktioun vun de Schutzschutzkomponenten, der mechanescher Struktur vun der SPD, an der Verbindung mam elektresche Verdeelungsnetz. Eng SPD ass virgesinn fir transient Iwwerspannungen ze limitéieren an Iwwerschossstroum ofzeginn, oder béid. Et enthält op d'mannst eng netlinear Komponent. Am einfachsten Begrëffer sinn SPDs virgesinn fir transient Iwwerspannungen ze limitéieren mam Zil fir Ausrüstungsschued an Ausfallzäit ze vermeiden wéinst transiente Spannungsschnouer, déi d'Apparater erreechen, déi se schützen.
Zum Beispill, betruecht eng Waassermillen geschützt vun engem Drockreliefventil. Den Drockreliefventil mécht näischt bis en Iwwerdrockpuls an der Waasserversuergung geschitt. Wann dat passéiert, mécht de Ventil op a shuntéiert den extra Drock op d'Säit, sou datt et net an d'Waasserrad kënnt.
Wann de Reliefventil net präsent war, kann en exzessiven Drock d'Waasserrad beschiedegen, oder vläicht d'Verbindung fir d'Saw. Och wann de Reliefventil op der Plaz ass a richteg funktionnéiert, wäert e Rescht vum Drockpuls nach ëmmer op d'Rad kommen. Awer den Drock wäert genuch reduzéiert gi fir d'Waasserrad net ze beschiedegen oder seng Operatioun ze stéieren. Dëst beschreift d'Aktioun vun SPDen. Si reduzéieren d'Transienten op Niveauen déi d'Operatioun vu sensiblen elektroneschen Ausrüstung net beschiedegen oder stéieren.
Technologien benotzt
Wéi eng Technologien ginn a SPDs benotzt?
Vun IEEE Std. C62.72: E puer üblech Iwwerschutzschutzkomponenten, déi bei der Fabrikatioun vun SPDs benotzt ginn, si Metalloxidvaristoren (MOVs), Lawinopbriechungsdioden (ABDs-fréier bekannt als Silicium Lawin Dioden oder SADs), a Gasentladungsréier (GDTs). MOVs sinn déi meescht benotzt Technologie fir de Schutz vun AC Stroumkreesser. D'Stroumstroumbewäertung vun engem MOV ass mat dem Querschnittsberäich a senger Zesummesetzung verbonnen. Am Allgemengen, wat méi grouss de Querschnittsberäich ass, wat méi héich ass d'Stroumstroumbewäertung vum Apparat. MOVs si meeschtens vu ronn oder rechteckeger Geometrie awer kommen an enger Onmass vu Standarddimensiounen, rangéiert vun 7 mm (0.28 Zoll) bis 80 mm (3.15 Zoll). D'Stroumstroumbewäertunge vun dëse Stroumschutzkomponenten variéiere wäit a si ofhängeg vum Hiersteller. Wéi virdru an dëser Klausel diskutéiert, duerch d'Verbindung vun de MOVs an enger Parallel Array, kéint e Stroumstroumwäert berechent ginn andeems Dir d'Stroumstroumbewäertunge vun den eenzelne MOVs zesumme bäidréit fir d'Stroumstrategie vun der Array ze kréien. Dobäi sollt d'Koordinatioun vun de Betribseigenschaften vun de gewielte MOVs berécksiichtegt ginn.
Et gi vill Hypothesen iwwer wéi eng Komponent, wéi eng Topologie, an den Asaz vu spezifescher Technologie déi bescht SPD produzéiert fir d'Stroumstroum ofzeleeden. Amplaz all d'Optiounen ze presentéieren, ass et am Beschten datt d'Diskussioun vu Stroumstroumbewäertung, Nominal Ausladungsstroum Bewäertung oder Stroumstroumfäegkeeten ëm d'Performance Testdaten dréinen. Onofhängeg vun de Komponenten, déi am Design benotzt goufen, oder déi spezifesch mechanesch Struktur ofgebaut, wat wichteg ass, ass datt d'SPD e Stroumstroumbewäertung oder Nominal Entladungsstroum Bewäertung huet, dee fir d'Applikatioun gëeegent ass.
Eng méi extensiv Beschreiwung vun dëse Komponenten follegt. D'Komponente benotzt a SPDs variéiere bedeitend. Hei ass eng Probe vun dëse Komponenten:
Metalloxidvaristor (MOV)
Typesch bestinn MOVs aus engem ronnen oder rechteckleche geformte Kierper aus gesintertem Zinkoxid mat passenden Zousätz. Aner Aart a Gebrauch enthalen tubulär Formen a Multilayer Strukturen. Varistoren hunn Metallpartikelelektroden, déi aus enger Sëlwerlegierung oder engem anere Metall besteet. D'Elektroden hu vläicht um Kierper ugewannt duerch Screening a Sinterung oder duerch aner Prozesser ofhängeg vum benotzte Metal. Varistoren hunn och dacks Drot- oder Tabuléierungen oder eng aner Zort Ofschloss, déi un d'Elektrode solde gelooss goufen.
De Basisleitungsmechanismus vu MOVs resultéiert aus Halbleiterverbindungen op der Grenz vun den Zinkoxidkären, déi wärend engem Sinterprozess geformt ginn. De Varistor kann als e Multi-Kräizungsapparat ugesi ginn mat ville Kären, déi a serieparalleller Kombinatioun tëscht den Terminaler handelen. Eng schematesch Querschnittsvisioun vun engem typesche Varistor gëtt a Figur 1 gewisen.
Varistoren hunn d'Propriétéit fir eng relativ kleng Spannungsännerung iwwer hir Terminaler z'erhalen, wärend de Stroumstroum duerch si variéiert iwwer e puer Joerzéngte vu Gréisst. Dës netlinear Handlung erlaabt hinnen de Stroum vun engem Iwwerschoss ofgeleet wa se a Shunt iwwer d'Linn ugeschloss sinn an d'Spannung iwwer d'Linn op Wäerter limitéieren déi d'Ausrüstung mat där Linn schützen.
Avalanche Breakdown Diode (ADB)
Dës Apparater sinn och bekannt als Silizium Lawin Diode (SAD) oder transient Spannungssuppressor (TVS). D'PN Kräizung Decompte Diode, a senger Basisform, ass eng eenzeg PN Kräizung besteet aus enger Anode (P) an enger Kathode (N). Gesinn Figur 2a. Bei DC Circuit Uwendungen ass de Protecteur ëmgedréit virgesi sou datt e positivt Potenzial op d'Kathode (N) Säit vum Apparat ugewannt gëtt. Gesinn Figur 2b.
D'Avalanche Diode huet dräi Betribsregiounen, 1) Forward Bias (niddereg Impedanz), 2) Off State (héich Impedanz), an 3) Reverse Bias Decompte (relativ niddereg Impedanz). Dës Regiounen kënnen a Figur 3. Am Forward Bias Modus mat enger positiver Spannung op der P Regioun gesi ginn, huet d'Diode ganz niddereg Impedanz eemol d'Spannung déi Forward Bias Diode Spannung, VFS iwwerschreift. VFS ass normalerweis manner wéi 1 V an ass hei ënnen definéiert. Den Off -Staat geet vun 0 V op just ënner engem positiven VBR an der N Regioun. An dëser Regioun sinn déi eenzeg Stréim, déi fléissen, Temperatur ofhängeg Leckstréim an Zener Tunnelstréimunge fir niddereg Pannspannungsdioden. Déi ëmgedréit Bias Ofbauregioun fänkt mat engem positiven VBR op der N Regioun un. Beim VBR Elektronen, déi d'Kräizung iwwerschreiden, gi genuch vum héije Feld an der Kräizungsregioun beschleunegt datt Elektronekollisiounen zu enger Kaskade, oder enger Lawin, vun Elektronen a Lächer entstinn. D'Resultat ass e schaarfe Réckgang an der Resistenz vun der Diode. Béid Forward Bias a Reverse Bias Breakdown Regiounen kënne fir de Schutz benotzt ginn.
Déi elektresch Charakteristike vun enger Lawin Diode sinn intrinsesch asymmetresch. Symmetresch Lawin Diode Schutzprodukter besteet aus Réck zu Réck Kräizungen ginn och hiergestallt.
Gas Offlossquantitéit (GDT)
Gasentladungsréier besteet aus zwee oder méi Metallelektroden, déi duerch e klenge Spalt getrennt sinn an duerch e Keramik- oder Glascylinder gehal ginn. Den Zylinder ass gefëllt mat enger Edelgasmëschung, déi an eng Glühentladung fonkelneit a schlussendlech e Bogenzoustand wann genuch Spannung op d'Elektroden ugewannt gëtt.
Wann eng lues eropgaang Spannung iwwer de Spalt e Wäert erreecht haaptsächlech bestëmmt vum Elektrodenabstand, Gasdrock a Gasmëschung, start den Uschlossprozess bei der Spark-Over (Decompte) Spannung. Wann e Spark-Over geschitt, si verschidde Betribsstate méiglech, ofhängeg vum externen Circuit. Dës Staaten ginn an der Figur gewise 4. Bei Stréim manner wéi de Glüh-zu-Bogen Iwwergangsstroum existéiert eng Glühregioun. Bei nidderegen Stréimungen an der Glühregioun ass d'Spannung bal konstant; bei héije Glühstréim kënnen e puer Aarte vu Gasréier an eng anormal Glühregioun erakommen an där d'Spannung eropgeet. Iwwert dës anormal Glühregioun fällt d'Gasausladungsröhreimpedanz an der Iwwergangsregioun an den Nidderspannungsbogenzoustand erof. Den Arc-to-Glow Iwwergangsstroum kann méi niddereg sinn wéi de Glow-to-Arc Iwwergang. D'GDT elektresch Charakteristik, a Verbindung mat der externer Schaltung, bestëmmt d'Fäegkeet vum GDT fir no Passage vun engem Iwwerschoss ze läschen, a bestëmmt och d'Energie, déi am Arrester wärend dem Stroum verschwonnen ass.
Wann déi ugewandte Spannung (zB transient) séier eropgeet, kann d'Zäit déi fir den Ioniséierung/Bogenbildungsprozess gedauert huet erlaabt datt déi transient Spannung de Wäert iwwerschreit dee fir den Decompte am fréiere Paragraf néideg ass. Dës Spannung ass definéiert als d'Impulsspannungsspannung an ass allgemeng eng positiv Funktioun vum Taux vum Opstig vun der ugewandter Spannung (transient).
Eng eenzeg Kammer dräi-Elektrode GDT huet zwee Huelraim getrennt vun enger Zentrumringelektrode. D'Lach an der Mëttelektrode erméiglecht Gasplasma aus enger Leedungskavitéit fir d'Leedung an déi aner Kavitéit unzefänken, och wann déi aner Kavitéitsspannung ënner der Spark-Iwwerspannung läit.
Wéinst hirer Schaltaktioun a robuste Konstruktioun kënnen GDTs aner SPD Komponenten an der aktueller Droenfäegkeet iwwerschreiden. Vill Telekommunikatioun GDTs kënnen einfach Iwwerschwemmungsstréim droen sou héich wéi 10 kA (8/20 µs Welleform). Weider, ofhängeg vum Design a Gréisst vum GDT, kënne Stroumstroum vun> 100 kA erreecht ginn.
D'Konstruktioun vu Gasentladungsréier ass sou datt se eng ganz niddereg Kapazitanz hunn - allgemeng manner wéi 2 pF. Dëst erlaabt hir Notzung a ville Héichfrequenz Circuit Uwendungen.
Wann GDTs funktionnéieren, kënne se Héichfrequenz Stralung generéieren, déi sensibel Elektronik beaflosse kann. Et ass dofir ubruecht GDT Circuiten op enger gewësser Distanz vun der Elektronik ze placéieren. D'Distanz hänkt vun der Empfindlechkeet vun der Elektronik of a wéi gutt d'Elektronik geschützt ass. Eng aner Method fir den Effekt ze vermeiden ass de GDT an engem ofgesécherten Ëmfeld ze placéieren.
Definitioune fir GDT
E Spalt, oder e puer Lücken mat zwee oder dräi Metallelektroden hermetesch versiegelt sou datt d'Gasmëschung an den Drock ënner Kontroll sinn, entwéckelt fir Apparater oder Personal, oder béid, géint héich transient Spannungen ze schützen.
Or
E Spalt oder Lücken an engem zouenen Auslaafmedium, anescht wéi Loft beim Atmosphärendrock, entwéckelt fir Apparater oder Personal, oder béid, ze schützen géint héich transient Spannungen.
- LCR Filteren
Dës Komponente variéieren an hirer:
- Energie Kapazitéit
- Disponibilitéit
- Zouverlässegkeet
- kascht
- Effizienz
Vum IEEE Std C62.72: D'Kapazitéit vun enger SPD fir Iwwerspannungen am elektresche Verdeelungsnetz ze limitéieren andeems Iwwerschwemmungsstréim ofgelenkt ass eng Funktioun vun den Iwwerschutzschutzkomponenten, der mechanescher Struktur vun der SPD, an der Verbindung mam elektresche Verdeelungsnetz. E puer üblech Iwwerschutzschutzkomponenten, déi bei der Fabrikatioun vun SPDs benotzt ginn, si MOVs, SASDs, a Gasentladungsréier, mat MOVs déi de gréisste Gebrauch hunn. D'Stroumstroumbewäertung vun engem MOV ass mat dem Querschnittsberäich a senger Zesummesetzung verbonnen. Am Allgemengen, wat méi grouss de Querschnittsberäich ass, wat méi héich ass de Stroumstroumbewäertung vum Apparat. MOVs si meeschtens vu ronn oder rechteckeger Geometrie awer kommen an enger Onmass vu Standarddimensiounen, rangéiert vun 7 mm (0.28 in) bis 80 mm (3.15 in). D'Stroumstroumbewäertunge vun dëse Stroumschutzkomponenten variéiere wäit a si ofhängeg vum Hiersteller. Duerch d'Verbindung vun de MOVs an enger Parallel Array, kéint eng theoretesch Iwwerschossstroum Bewäertung berechent ginn andeems Dir einfach déi aktuell Bewäertunge vun den eenzelne MOVs derbäigesat fir d'Surge Stroum Bewäertung vun der Array ze kréien.
Et gi vill Hypothesen iwwer wéi eng Komponent, wéi eng Topologie, an den Asaz vu spezifescher Technologie déi bescht SPD produzéiert fir d'Stroumstroum ofzeleeden. Amplaz all dës Argumenter virzestellen an de Lieser dës Themen ze entschlësselen, ass et am Beschten datt d'Diskussioun vu Stroumstroumbewäertung, Nominal Ausladungsstroum Bewäertung oder Stroumstroumfäegkeeten ëm d'Performance Testdaten dréinen. Onofhängeg vun de Komponenten, déi am Design benotzt goufen, oder der spezifescher mechanescher Struktur ofgesat, wat wichteg ass, ass datt d'SPD eng Iwwerschossstroum Bewäertung oder Nominell Auslaaf Stroum Bewäertung huet, déi gëeegent ass fir d'Applikatioun an, wahrscheinlech am wichtegsten, datt d'SPD d'Transient limitéiert Iwwerspannungen op Niveauen déi Schued un der Ausrüstung schützen déi dem erwaarten Iwwerschwemmungsëmfeld verhënnert gëtt.
Basis Betribsmodi
Déi meescht SPDs hunn dräi Basis Betribsmodi:
- Waarden
- Oflenken
An all Modus fléisst de Stroum duerch d'SPD. Wat awer net verständlech ass ass datt eng aner Aart Stroum an all Modus existéiere kann.
Den Awaiting Mode
Ënner normale Stroum Situatiounen wann "propper Kraaft" an engem elektresche Verdeelungssystem geliwwert gëtt, fiert d'SPD minimal Funktioun. Am Erwaardungsmodus waart d'SPD op eng Iwwerspannung déi optrieden a verbraucht wéineg oder guer keng Stroumkraaft; haaptsächlech dat benotzt vun den Iwwerwaachungskreesser.
D'Oflehnungsmodus
Beim Empfänke vun engem transienten Iwwerspannungsevent ännert d'SPD an den Ofleedungsmodus. Den Zweck vun enger SPD ass de schiedlechen Impulsstroum ewech vu kritesche Lasten ofzeleeden, gläichzäiteg seng resultéierend Spannungsgréisst op en nidderegen, harmlosen Niveau ze reduzéieren.
Wéi definéiert vum ANSI/IEEE C62.41.1-2002, dauert en typesche Stroumtransient nëmmen eng Fraktioun vun engem Zyklus (Mikrosekonnen), e Fragment vun der Zäit am Verglach mam kontinuéierleche Flux vun engem 60Hz, sinusfërmege Signal.
D'Gréisst vum Stroumstroum ass ofhängeg vun hirer Quell. Blëtzschlag, zum Beispill, dat an seltenen Optriede kann aktuell Magnituden enthalen, déi méi wéi honnertdausend Amps iwwerschreiden. Bannent enger Ariichtung produzéiere intern generéiert transient Eventer awer manner Stroumgréissten (manner wéi e puer dausend oder honnert Ampere).
Well déi meescht SPDs sinn entwéckelt fir grouss Iwwerschwemmungsstréim ze handhaben, ass e Performance Benchmark dem Produkt getest Nominal Ausladungsstroum Bewäertung (In). Oft duerchernee mam Feelerstroum, awer net verbonne, ass dës grouss Stroumgréisst eng Indikatioun fir d'Produkt getest widderholl Widderstandskapazitéit.
Vun IEEE Std. C62.72: Den Nominale Entladungsstroum Bewäertung übt eng SPD Fäegkeet fir repetitive Stroumstéiss (15 Gesamtschwankungen) vun engem ausgewielte Wäert ausgesat ze ginn ouni Schued, Degradatioun oder eng Verännerung vun der gemoosster Limitéierter Spannungsleeschtung vun enger SPD. Den Nominal Entladungsstroum Test enthält de ganze SPD inklusiv all Iwwerschutzschutzkomponenten an internen oder externen SPD Disconnectors. Wärend dem Test ass kee Komponent oder Disconnector erlaabt ze falen, de Circuit opmaachen, beschiedegt ginn oder degradéieren. Fir eng bestëmmte Bewäertung z'erreechen, muss de gemoossene Limitéierende Spannungsleistungsniveau vun der SPD tëscht dem Pre-Test an dem Post-Test Verglach behalen ginn. Den Zweck vun dësen Tester ass d'Kapazitéit an d'Leeschtung vun enger SPD ze demonstréieren an Äntwert op Iwwerschoss, déi an e puer Fäll schwéier sinn awer op der Serviceausrüstung, an enger Ariichtung oder op der Installatiounsplaz erwaart kënne ginn.
Zum Beispill, eng SPD mat enger nomineller Auslaafstroumkapazitéit vun 10,000 oder 20,000 Ampere pro Modus heescht datt de Produit sécher eng transient Stroumgréisst vun 10,000 oder 20,000 Ampere minimum 15 Mol, a jidderee vun de Schutzmodi, widderstoe soll.
Enn vum Liewen Szenarien
Vum IEEE Std C62.72: Déi gréisste Bedrohung fir déi laangfristeg Zouverlässegkeet vu SPDs si vläicht net Iwwerschoss, awer déi widderholl momentan oder temporär Iwwerspannungen (TOVs oder "Schwellen") déi op de PDS optriede kënnen. SPDs mat engem MCOV-déi prekär no bei der Nominalsystemspannung sinn, si méi ufälleg fir sou Iwwerspannungen, déi zu virzäitegen SPD Alterung oder virzäitegen Enn vum Liewen féieren. Eng Daumenregel déi dacks benotzt gëtt ass ze bestëmmen ob de MCOV vun der SPD op d'mannst 115% vun der nomineller Systemspannung fir all spezifesche Schutzmodus ass. Dëst erlaabt datt d'SPD net beaflosst gëtt vun den normalen Spannungsvariatioune vum PDS.
Wéi och ëmmer, ofgesi vun nohaltegen Iwwerspannungsevenementer, kënnen SPDs altern, oder degradéieren, oder erreechen hiren End-of-Service Zoustand iwwer Zäit wéinst Iwwerschoss, déi d'SPDs Bewäertunge fir Iwwerschossstroum iwwerschreiden, den Taux vun der Optriede vu Stroumevenementer, Dauer vum Opschwong , oder d'Kombinatioun vun dësen Eventer. Widderhuelend Iwwerschwemmungsevenementer mat bedeitender Amplitude iwwer eng Zäit kënnen d'SPD Komponenten iwwerhëtzen an d'Spannungsschutzkomponenten am Alter verursaachen. Weider kënne repetitiv Iwwerspannunge veruersaachen datt SPD Disconnectoren déi thermesch ageschalt sinn ze fréi funktionnéieren wéinst der Heizung vun de Spannungsschutzkomponenten. D'Charakteristike vun enger SPD kënne sech änneren wéi se säin Enn-vum-Service Zoustand erreecht-zum Beispill kënnen déi gemoossene Limitatiounsspannungen eropgoen oder erofgoen.
An engem Effort fir Degradatioun wéinst Iwwerschoss ze vermeiden, designen vill SPD Hiersteller SPDs mat héije Stroumstroumfäegkeeten entweder mat kierperlech gréissere Komponenten oder duerch d'Verbindung vu multiple Komponenten parallel. Dëst gëtt gemaach fir d'Wahrscheinlechkeet ze vermeiden datt d'Bewäertunge vun der SPD als Versammlung iwwerschratt sinn ausser a ganz seelen an aussergewéinleche Fäll. Den Erfolleg vun dëser Method gëtt ënnerstëtzt vum laange Liewensdauer an der Geschicht vun existéierende SPDs installéiert déi op dës Manéier designt goufen.
Wat d'SPD Koordinatioun ugeet, a wéi gesot iwwer Stroumstroumbewäertungen, ass et logesch eng SPD mat méi héije Stroumstroumbewäertungen ze hunn an der Serviceausrüstung wou de PDS am meeschte u Belaaschtunge ausgesat ass fir ze hëllefen bei der Verhënnerung vu virzäitegen Alterung; mëttlerweil kënnen SPDs méi niddereg vun der Serviceausrüstung sinn, déi net un extern Quelle vun Iwwerschoss ausgesat sinn, manner Bewäertunge kënnen hunn. Mat guddem Iwwerschutzschutzsystem Design a Koordinatioun kann virzäiteg SPD Alterung vermeit ginn.
Aner Ursaachen vum SPD Echec enthalen:
- Installatioun Feeler
- Falsch Uwendung vun engem Produkt fir seng Spannungsbewäertung
- Nohalteg Iwwerspannungsevenementer
Wann eng Ënnerdréckungskomponent net klappt, mécht et dat meeschtens als kuerz, sou datt de Stroum ufänkt duerch déi gescheitert Komponent ze fléissen. De Betrag vum Stroum verfügbar fir duerch dës gescheitert Komponent ze fléissen ass eng Funktioun vum verfügbare Feelerstroum a gëtt vum Kraaftsystem ugedriwwen. Fir méi Informatioun iwwer Feelerstréim gitt op SPD Sécherheetsrelatéiert Informatioun.
