Kilka ważnych problemów w obecnym ograniczniku przepięć SPD

Kilka ważnych problemów w obecnym ograniczniku przepięć SPD

1. Klasyfikacja przebiegów testowych

W przypadku testu SPD ogranicznika przepięć toczy się ostra debata w kraju i za granicą na temat kategorii testów klasy I (klasa B, typ 1), głównie na temat metody symulacji bezpośredniego wyładowania udarowego pioruna, sporu między komisjami IEC i IEEE :

(1) IEC 61643-1, w teście prądu udarowego klasy I (klasa B, typ 1) ogranicznika przepięć, przebieg 10/350 µs jest przebiegiem testowym.

(2) IEEE C62.45 „Niskonapięciowe urządzenia chroniące przed przepięciami IEEE - Część 11 Urządzenia chroniące przed przepięciami podłączone do systemów niskonapięciowych - Wymagania i metody badań” definiuje przebieg 8/20 µs jako przebieg testowy.

Zwolennicy przebiegu 10/350 µs uważają, że aby zapewnić 100% ochronę podczas uderzeń piorunów, do testowania urządzeń ochrony odgromowej należy stosować najsurowsze parametry piorunowe. Użyj przebiegu 10/350 µs do wykrycia LPS (Lightning Protection System), aby upewnić się, że nie zostanie fizycznie uszkodzony przez piorun. Zwolennicy kształtu fali 8/20 µs uważają, że po ponad 50 latach użytkowania, przebieg wykazuje bardzo wysoką skuteczność.

W październiku 2006 r. Właściwi przedstawiciele IEC i IEEE koordynowali i wymieniali kilka tematów badawczych.

Zasilacz GB18802.1 SPD ma przebiegi testowe klas I, II i III, patrz Tabela 1.

Tabela 1: Kategorie testów na poziomie I, II i III

Stany Zjednoczone rozważyły ​​dwie sytuacje w następujących trzech najnowszych standardach:
IEEE C62.41. 1 `` Przewodnik IEEE dotyczący środowiska chirurgicznego w obwodach niskiego napięcia (1000 V i mniej) AC '', 2002
IEEE C62.41. 2 `` IEEE w sprawie zalecanej praktyki charakteryzowania udarów w obwodach niskiego napięcia (1000 V i mniej) prądu przemiennego '', 2002
IEEE C62.41. 2 `` IEEE w sprawie zalecanych praktyk w zakresie testowania przepięć dla urządzeń podłączonych do obwodów niskiego napięcia (1000 V i mniej) prądu przemiennego '', 2002

Sytuacja 1: Piorun nie uderza bezpośrednio w budynek.
Sytuacja 2: Występuje rzadko: piorun uderza bezpośrednio w budynek lub w ziemię obok budynku.

Tabela 2 zaleca odpowiednie reprezentatywne przebiegi, a Tabela 3 podaje wartości natężenia odpowiadające każdej kategorii.
Tabela 2: Lokalizacja AB C (przypadek 1) Obowiązujące przebiegi standardowe i dodatkowe przebiegi próby udarności oraz zestawienie parametrów dla przypadku 2.

Tabela 3: Sytuacja SPD na wyjściu 2 Zawartość testu ^{A, B}

Uwaga:
A. Ten test jest ograniczony do SPD zainstalowanego na wyjściu, który różni się od standardów i dodatkowych przebiegów wymienionych w tej rekomendacji, z wyjątkiem SPD.
B. Powyższe wartości odnoszą się do każdego testu fazowego wielofazowego SPD.
C. Pomyślne doświadczenie w pracy w terenie z SPD z C poniżej poziomu ekspozycji 1 wskazuje, że można wybrać niższe parametry.

„Nie ma określonego przebiegu, który mógłby reprezentować wszystkie środowiska przepięć, więc złożony świat rzeczywisty musi zostać uproszczony do prostych w obsłudze standardowych przebiegów testowych. Aby to osiągnąć, środowiska przepięć są klasyfikowane tak, aby zapewniały napięcie i prąd udarowy. Przebieg i amplituda są dobierane tak, aby były odpowiednie do oceny różnych zdolności wytrzymałościowych sprzętu podłączonego do niskonapięciowego źródła zasilania prądem przemiennym oraz trwałości i środowisko nagłego wzrostu musi być odpowiednio skoordynowane ”.

„Celem określenia przebiegów testów klasyfikacyjnych jest zapewnienie projektantom sprzętu i użytkownikom standardowych i dodatkowych przebiegów testowych przepięć oraz odpowiadających im poziomów środowiska udarowego. Zalecane wartości dla przebiegów standardowych są uproszczonymi wynikami uzyskanymi z analizy dużej ilości danych pomiarowych. Uproszczenie pozwoli na powtarzalne i efektywne określenie odporności na udary urządzeń podłączonych do niskonapięciowych zasilaczy AC. ”

Przebiegi napięć i prądów używane do próby napięcia granicznego impulsu SPD sieci telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4: Napięcie i prąd fali testu uderzenia (Tabela 3 z GB18802-1)

Uwaga: Uderzenie występuje między zaciskiem liniowym a zaciskiem wspólnym. To, czy testować między zaciskami linii, jest określane na podstawie ich przydatności. SPD do zasilania i SPD do sieci telekomunikacyjnych i sygnałowych powinny sformułować ujednolicony standardowy przebieg testowy, który może być dopasowany do napięcia wytrzymywanego sprzętu.

2. Typ wyłącznika napięcia i typ ograniczenia napięcia

W historii długoterminowej, typami przełączania i ograniczania napięcia są rozwój, konkurencja, uzupełnianie, innowacje i przebudowa. Typ szczeliny powietrznej typu wyłącznika napięciowego był szeroko stosowany w ostatnich dziesięcioleciach, ale ujawnia również kilka wad. Oni są:

(1) Pierwszy poziom (poziom B) wykorzystujący iskiernik 10/350 µs typu SPD spowodował dużą liczbę zapisów sprzętu komunikacyjnego stacji bazowej dotyczących ogromnych uszkodzeń piorunowych.

. urządzenia w uszkodzeniu urządzenia.

(3) Gdy stacja bazowa wykorzystuje dwupoziomowe zabezpieczenie B i C, długi czas odpowiedzi iskiernika SDP na wyładowania atmosferyczne może spowodować przejście wszystkich prądów piorunowych przez ogranicznik napięcia na poziomie C, powodując zadziałanie zabezpieczenia na poziomie C uszkodzony przez piorun.

(4) Może występować ślepy punkt wyładowania iskrowego między współpracą energetyczną między typem szczeliny a typem ograniczającym ciśnienie (ślepy punkt oznacza, że ​​nie ma wyładowania iskrowego w iskierniku wyładowczym), w wyniku czego iskiernik typu SPD nie działa, a ochraniacz drugiego poziomu (poziom C) musi wytrzymać wyżej. Prąd piorunowy spowodował uszkodzenie ochronnika poziomu C przez piorun (ograniczony przez obszar stacji bazowej, odległość odsprzęgania między dwoma biegunami SPD wymaga około 15 metrów). Dlatego nie jest możliwe, aby pierwszy poziom zaadoptował SPD typu luki, aby skutecznie współpracować z SPD poziomu C.

(5) Indukcyjność jest połączona szeregowo między dwoma poziomami ochrony, tworząc urządzenie odsprzęgające, aby rozwiązać problem odległości ochronnej między dwoma poziomami SPD. Między nimi może występować martwy punkt lub problem z odbiciem. Zgodnie ze wstępem: „Indukcyjność jest używana jako składnik zubożenia i przebieg. Kształt ma ścisły związek. W przypadku długich przebiegów o połówkowej wartości (np. 10/350 µs), efekt odsprzęgania cewki indukcyjnej nie jest zbyt skuteczny (typ iskiernika plus cewka indukcyjna nie mogą spełniać wymagań ochrony różnych widm wyładowań atmosferycznych podczas uderzenia pioruna). Podczas zużywania komponentów należy wziąć pod uwagę czas narastania i wartość szczytową napięcia udarowego. ” Co więcej, nawet jeśli dodamy indukcyjność, problem napięcia SPD typu szczelinowego do około 4kV nie może zostać rozwiązany, a praca w terenie pokazuje, że po połączeniu szeregowo typu SPD i kombinacji szczelin SPD, C- Moduł poziomu 40kA zainstalowany wewnątrz zasilacza impulsowego traci SPD Istnieje wiele zapisów o zniszczeniu przez piorun.

(6) Wartości di / dt i du / dt SPD typu gap są bardzo duże. Szczególnie zauważalny jest wpływ na elementy półprzewodnikowe wewnątrz chronionego sprzętu za SPD pierwszego poziomu.

(7) Iskrownik SPD bez funkcji wskaźnika zużycia

(8) Iskiernik typu SPD nie może realizować funkcji alarmu uszkodzenia i zdalnej sygnalizacji awarii (obecnie może to być realizowane tylko za pomocą diody LED do wskazywania stanu pracy jego obwodu pomocniczego i nie odzwierciedla pogorszenia i uszkodzenia przepięcia piorunowego) protector), tak jest. W przypadku nienadzorowanych stacji bazowych nie można skutecznie zastosować przerywanego SPD.

Podsumowując: z punktu widzenia parametrów, wskaźników i czynników funkcjonalnych, takich jak ciśnienie resztkowe, odległość odsprzęgania, gaz iskrowy, czas reakcji, brak alarmu uszkodzenia i zdalna sygnalizacja bez usterek, zastosowanie iskiernika SPD w stacji bazowej grozi bezpieczna obsługa systemu komunikacyjnego Zagadnienia.

Jednak wraz z ciągłym rozwojem technologii, SPD typu iskiernika nadal przezwycięża swoje własne wady, zastosowanie tego typu SPD podkreśla również większe zalety. W ciągu ostatnich 15 lat przeprowadzono wiele badań i rozwoju w zakresie typu szczeliny powietrznej (patrz tabela 5):

Pod względem wydajności nowa generacja produktów ma zalety niskiego napięcia resztkowego, dużej przepustowości i niewielkich rozmiarów. Dzięki zastosowaniu technologii wyzwalania mikro-szczelinowego, może realizować dopasowanie odległości „0” z ogranicznikiem ciśnienia SPD i kombinacją ogranicznika ciśnienia SPD. Kompensuje również brak reakcji i znacznie optymalizuje tworzenie systemów ochrony odgromowej. Pod względem funkcji nowa generacja produktów może zagwarantować bezpieczne działanie całego produktu poprzez monitorowanie działania obwodu wyzwalającego. W produkcie zainstalowano termiczne urządzenie odłączające, aby uniknąć spalenia zewnętrznej powłoki; W zestawie elektrod zastosowano technologię dużej odległości otwarcia, aby uniknąć ciągłego przepływu po przejściu przez zero. Jednocześnie może również zapewnić funkcję alarmu zdalnego, aby wybrać równoważną wielkość impulsów piorunowych i przedłużyć żywotność.

Tabela 5: Typowy rozwój iskiernika

S / N	Lat	Główne cechy	Uwagi
1	1993	Ustanowić szczelinę w kształcie litery „V”, która zmienia się z małej na dużą, i ustawić cienki izolator wyładowań wzdłuż końca doliny jako izolację, aby pomóc uzyskać niskie napięcie robocze i wyładowanie aż do szczeliny, wykorzystując elektrody, strukturę przestrzenną i właściwości materiału w 1993 Wyprowadź łuk na zewnątrz, tworząc stan przerywany i wygaszając łuk. Wczesne wyładowania szczelinowe miały wysokie napięcie przebicia i dużą dyspersję.
2	1998	Zastosowanie elektronicznego obwodu wyzwalającego, zwłaszcza transformatora, realizuje pomocniczą funkcję wyzwalania. Należy do aktywnej szczeliny wyładowczej, która jest ulepszeniem pasywnej szczeliny wyładowczej wyzwalanej. Skutecznie zmniejsza napięcie przebicia. Należy do wyzwalacza impulsowego i nie jest wystarczająco stabilny.
3	1999	Wyładowanie szczeliny jest stymulowane przez element iskrzący (aktywnie wyzwalany przez transformator), konstrukcja jest zaprojektowana jako struktura półzamknięta, a okrągła lub łukowa szczelina w kształcie rogu zmienia się z małej na dużą, a prowadnica powietrza rowek znajduje się z boku w celu ułatwienia wyciągania i wydłużania. Łuk elektryczny gaśnie, a zamkniętą konstrukcję można wypełnić gazem gaszącym łuk. Jest to rozwój elektrody szczelinowej wczesnego wyładowania. W porównaniu z tradycyjną zamkniętą szczeliną wyładowczą, łukowaty lub okrągły rowek optymalizuje przestrzeń i elektrodę, co sprzyja mniejszej objętości. Szczelina między elektrodami jest mała, przerywana zdolność jest niewystarczająca,
4	2004	Współpracuj z technologią wyzwalania mikro-szczeliny, zastosuj ustawienie elektrody na dużą odległość i technologię gaszenia łuku chłodzącego kanał spiralny, Znacznie popraw technologię wyzwalania i przerywaną zdolność, użycie technologii wyzwalania energii jest bardziej stabilne i niezawodne.
5	2004	Zoptymalizuj urządzenie do ochrony odgromowej, aby utworzyć kompozytowe urządzenie przeciwprzepięciowe, które spełnia wymagania ochrony klasy B i C. Moduły wykonane ze szczelin wyładowczych, moduły z elementów ograniczających napięcie, podstawy i urządzenia pogarszające są łączone na różne sposoby, tworząc zabezpieczenia przeciwprzepięciowe

Mapa ścieżki rozwoju

3. Podobieństwa i różnice między SPD telekomunikacyjnymi a SPD zasilającymi

Tabela 6: Podobieństwa i różnice między SPD telekomunikacyjnymi a SPD zasilającymi

Tabela 7: Wspólne napięcie robocze komunikacji SPD

4. Współpraca pomiędzy zewnętrznym zabezpieczeniem nadprądowym a SPD

Wymagania dotyczące zabezpieczenia nadprądowego (wyłącznik lub bezpiecznik) w odłączniku:

(1) Przestrzegać GB / T18802.12: 2006 „Urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD), część 12: Wytyczne doboru i stosowania systemu dystrybucji niskiego napięcia”, „Gdy SPD i urządzenie zabezpieczające nadprądowe współpracują, wartość znamionowa pod prądem rozładowania W r. Zaleca się, aby zabezpieczenie nadprądowe nie działało; gdy prąd jest większy niż In, zabezpieczenie nadprądowe może działać. W przypadku resetowalnego zabezpieczenia nadprądowego, takiego jak wyłącznik automatyczny, nie powinien on zostać uszkodzony przez to przepięcie. ”

(2) Wartość prądu znamionowego urządzenia zabezpieczającego nadprądowo należy dobrać zgodnie z maksymalnym prądem zwarciowym, jaki może być generowany w instalacji SPD oraz jego wytrzymałością na prąd zwarciowy (dostarczony przez producenta SPD ), czyli „SPD i podłączone do niego zabezpieczenie nadprądowe. Prąd zwarciowy (powstający w przypadku awarii SPD) urządzenia jest równy lub większy niż maksymalny prąd zwarciowy oczekiwany w instalacji. ”

(3) Selektywna zależność musi być zachowana między urządzeniem zabezpieczającym przed przetężeniem F1 a zewnętrznym odłącznikiem SPD F2 na wejściu zasilania. Schemat okablowania testu jest następujący:

Wyniki badań przedstawiają się następująco:
(a) Napięcie na wyłącznikach automatycznych i bezpiecznikach
U (wyłącznik automatyczny) ≥ 1.1U (bezpiecznik)
U (SPD + zabezpieczenie nadprądowe) jest sumą wektorów U1 (zabezpieczenie nadprądowe) i U2 (SPD).

(b) Obciążalność prądowa udarowa, którą bezpiecznik lub wyłącznik automatyczny może wytrzymać

Pod warunkiem, że zabezpieczenie nadprądowe nie działa, znajdź maksymalny prąd udarowy, który może wytrzymać bezpiecznik i wyłącznik automatyczny o różnych prądach znamionowych. Obwód testowy jest taki, jak pokazano na powyższym rysunku. Metoda testowania jest następująca: zastosowany prąd rozruchowy wynosi I, a bezpiecznik lub wyłącznik automatyczny nie działają. Działa, gdy zostanie zastosowany 1.1-krotność prądu rozruchowego I. W wyniku eksperymentów ustaliliśmy pewne minimalne wartości prądu znamionowego wymagane, aby zabezpieczenia nadprądowe nie działały pod prądem rozruchowym (prąd falowy 8/20 µs lub prąd falowy 10/350 µs). Zobacz tabelę:

Tabela 8: Minimalna wartość bezpiecznika i wyłącznika przy prądzie rozruchowym przy przebiegu 8 / 20µs

Tabela 9: Minimalna wartość bezpiecznika i wyłącznika nie zadziała przy prądzie udarowym 10 / 350µs