Vários problemas importantes no atual dispositivo de proteção contra sobretensão SPD

Vários problemas importantes no atual dispositivo de proteção contra sobretensão SPD

1. Classificação das formas de onda de teste

Para o teste SPD do dispositivo de proteção contra sobretensão, há um intenso debate em casa e no exterior sobre as categorias de teste da Classe I (Classe B, Tipo 1), principalmente sobre o método de simulação de descarga direta por impulso de raio, a disputa entre os comitês IEC e IEEE :

(1) IEC 61643-1, no teste de corrente de surto Classe I (Classe B, Tipo 1) do dispositivo de proteção contra surto, a forma de onda de 10/350 µs é uma forma de onda de teste.

(2) IEEE C62.45 'Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão IEEE - Parte 11 Dispositivos de proteção contra surtos conectados a sistemas de energia de baixa tensão - Requisitos e métodos de teste' define a forma de onda 8/20 μs como a forma de onda de teste.

Os aprovadores da forma de onda 10 / 350µs acreditam que, para garantir 100% de proteção durante quedas de raios, os parâmetros de raios mais severos devem ser usados ​​para testar o equipamento de proteção contra raios. Use a forma de onda de 10/350 µs para detectar LPS (Sistema de proteção contra raios) para garantir que não seja fisicamente danificado por raios. E os proponentes da forma de onda 8/20 µs acreditam que, após mais de 50 anos de uso, a forma de onda mostra uma taxa de sucesso muito alta.

Em outubro de 2006, representantes relevantes do IEC e do IEEE coordenaram e listaram vários tópicos para pesquisa.

O SPD da fonte de alimentação GB18802.1 tem formas de onda de teste das classificações de Classe I, II e III, consulte a Tabela 1.

Tabela 1: categorias de teste de nível I, II e III

Os Estados Unidos consideraram duas situações nos três padrões mais recentes a seguir:
IEEE C62.41. 1 'Guia IEEE sobre o ambiente de surtos em circuitos de alimentação CA de baixa tensão (1000V e menos)', 2002
IEEE C62.41. 2 'IEEE sobre a caracterização da prática recomendada de surtos em circuitos de alimentação CA de baixa tensão (1000 V e menos)', 2002
IEEE C62.41. 2 'IEEE sobre práticas recomendadas em testes de surto para equipamentos conectados a circuitos de alimentação CA de baixa tensão (1000 V e menos)', 2002

Situação 1: O raio não atinge diretamente o edifício.
Situação 2: é uma ocorrência rara: raios caem diretamente em um prédio ou o solo próximo a um prédio é atingido por um raio.

A Tabela 2 recomenda formas de onda representativas aplicáveis ​​e a Tabela 3 fornece os valores de intensidade correspondentes a cada categoria.
Tabela 2: Localização AB C (caso 1) Padrão aplicável e formas de onda de teste de impacto adicional e resumo de parâmetro do caso 2.

Tabela 3: Situação SPD na saída 2 Conteúdo do teste ^{A, B}

Observação:
A. Este teste é limitado ao SPD instalado na saída, que é diferente dos padrões e formas de onda adicionais mencionados nesta recomendação, exceto para SPD.
B. Os valores acima se aplicam a cada teste de fase do SPD multifásico.
C. A experiência de operação de campo bem-sucedida do SPD com C inferior ao nível de exposição 1 indica que parâmetros inferiores podem ser selecionados.

“Não há forma de onda específica que possa representar todos os ambientes de pico, então o complexo mundo real precisa ser simplificado em algumas formas de onda de teste padrão fáceis de manusear. Para conseguir isso, os ambientes de surto são classificados para fornecer tensão e corrente de surto. A forma de onda e a amplitude são selecionadas de modo a serem adequadas para avaliar as diferentes capacidades de resistência do equipamento conectado à fonte de alimentação CA de baixa tensão, e a resistência e o ambiente de sobretensão precisa ser devidamente coordenado. ”

“O objetivo de especificar formas de onda de teste de classificação é fornecer aos projetistas e usuários de equipamentos formas de onda de teste de pico adicionais e padrão e os níveis de ambiente de pico correspondentes. Os valores recomendados para formas de onda padrão são resultados simplificados obtidos da análise de uma grande quantidade de dados de medição. A simplificação permitirá uma especificação repetível e eficaz para a resistência a surtos de equipamentos conectados a fontes de alimentação CA de baixa tensão. ”

As ondas de tensão e corrente usadas para o teste de tensão limite de impulso SPD de telecomunicações e redes de sinal são mostradas na Tabela 4.

Tabela 4: Teste de tensão e onda de impacto (Tabela 3 de GB18802-1)

Nota: O impacto é aplicado entre o terminal de linha e o terminal comum. O teste entre terminais de linha é determinado de acordo com a adequação. O SPD para fonte de alimentação e o SPD para redes de telecomunicações e sinal devem formular uma forma de onda de teste padrão unificada que possa ser combinada com a tensão suportável do equipamento.

2. Tipo de interruptor de tensão e tipo de limite de tensão

Na história de longo prazo, o tipo de comutação de tensão e tipo de limitação de tensão são desenvolvimento, competição, complementação, inovação e redesenvolvimento. O tipo de entreferro do tipo de interruptor de voltagem tem sido amplamente utilizado nas últimas décadas, mas também expõe vários defeitos. Eles são:

(1) O primeiro nível (nível B) usando o tipo SPD de centelha de 10 / 350µs causou um grande número de registros de equipamentos de comunicação de estação base de grandes danos por relâmpagos.

(2) Devido ao longo tempo de resposta do centelhador SPD ao relâmpago, quando a estação base tem apenas centelhador SPD e nenhum outro SPD é usado para o segundo nível (nível C) de proteção, a corrente elétrica pode causar relâmpagos sensíveis dispositivos no dispositivo de dano.

(3) Quando a estação base usa proteção de dois níveis B e C, o tempo de resposta lento do SDP de centelha para relâmpagos pode fazer com que todas as correntes de relâmpago passem pelo protetor de limitação de tensão de nível C, fazendo com que o protetor de nível C seja danificado por um raio.

(4) Pode haver um ponto cego de centelha de descarga entre a cooperação de energia entre o tipo de fenda e o tipo limitador de pressão (ponto cego significa que não há descarga de faísca na fenda de descarga), resultando no centelha de tipo SPD não está agindo, e o protetor de segundo nível (nível C) precisa resistir mais alto. A corrente elétrica fez com que o protetor de nível C fosse danificado por um raio (limitado pela área da estação base, a distância de desacoplamento entre os dois pólos SPD requer cerca de 15 metros). Portanto, é impossível para o primeiro nível adotar o SPD do tipo de lacuna para cooperar efetivamente com o SPD do nível C.

(5) A indutância é conectada em série entre os dois níveis de proteção para formar um dispositivo de desacoplamento para resolver o problema da distância de proteção entre os dois níveis de SPD. Pode haver um ponto cego ou problema de reflexão entre os dois. De acordo com a introdução: “A indutância é usada como um componente de depleção e forma de onda. A forma tem uma relação próxima. Para formas de onda de meio valor longas (como 10 / 350µs), o efeito de desacoplamento do indutor não é muito eficaz (o tipo de centelhador mais o indutor não pode atender aos requisitos de proteção de diferentes espectros de relâmpagos quando cai um raio). Ao consumir componentes, o tempo de subida e o valor de pico da tensão de surto devem ser considerados. ” Além disso, mesmo se a indutância for adicionada, o problema da tensão SPD do tipo gap até cerca de 4kV não pode ser resolvido, e a operação de campo mostra que após o tipo SPD de gap e a combinação de tipo SPD de gap serem conectados em série, o C- módulo de nível 40kA instalado dentro da fonte de alimentação chaveada perde o SPD Existem inúmeros registros de destruição por raio.

(6) Os valores di / dt e du / dt do SPD do tipo gap são muito grandes. O impacto sobre os componentes semicondutores dentro do equipamento protegido por trás do SPD de primeiro nível é particularmente perceptível.

(7) Spark gap SPD sem função de indicação de deterioração

(8) O centelhador tipo SPD não pode realizar as funções de alarme de danos e sinalização remota de falha (atualmente só pode ser realizado por LED para indicar o estado de funcionamento de seu circuito auxiliar, e não reflete a deterioração e danos do surto de raio protetor), então é Para estações base autônomas, o SPD intermitente não pode ser aplicado com eficácia.

Em resumo: do ponto de vista dos parâmetros, indicadores e fatores funcionais, como pressão residual, distância de desacoplamento, gás de ignição, tempo de resposta, nenhum alarme de dano e sinalização remota sem falha, o uso de centelhador SPD na estação base ameaça a operação segura do sistema de comunicação Problemas.

No entanto, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia, o SPD do tipo spark gap continua a superar suas próprias deficiências, o uso deste tipo de SPD também destaca as maiores vantagens. Nos últimos 15 anos, muita pesquisa e desenvolvimento foram realizados no tipo de entreferro (ver Tabela 5):

Em termos de desempenho, a nova geração de produtos tem as vantagens de baixa tensão residual, grande capacidade de fluxo e tamanho reduzido. Através da aplicação da tecnologia de gatilho de micro-gap, ele pode realizar a distância “0” combinando com o SPD limitador de pressão e a combinação do SPD limitador de pressão. Ele também compensa sua falta de capacidade de resposta e otimiza muito o estabelecimento de sistemas de proteção contra raios. Em termos de função, a nova geração de produtos pode garantir o funcionamento seguro de todo o produto monitorando o funcionamento do circuito de disparo. Um dispositivo de desengate térmico é instalado dentro do produto para evitar a queima da casca externa; uma tecnologia de grande distância de abertura é adotada no conjunto de eletrodos para evitar o fluxo contínuo após os cruzamentos de zero. Ao mesmo tempo, ele também pode fornecer uma função de alarme de sinal remoto para selecionar o tamanho equivalente dos pulsos de raio e estender a vida útil.

Tabela 5: Desenvolvimento típico de centelhador

S / N	Anos	Principais características	Observações
1	1993	Estabeleça uma lacuna em forma de “V” que muda de pequeno para grande e instale um isolador de descarga fino ao longo da extremidade do vale como isolamento para ajudar a obter uma baixa tensão de operação e descarregue até a lacuna, usando eletrodos e estrutura espacial e propriedades do material em 1993 .Leve o arco para fora, formando uma condição intermitente e extinguindo o arco. Os primeiros descarregadores do tipo gap tinham alta tensão de ruptura e grande dispersão.
2	1998	O uso de um circuito de disparo eletrônico, especialmente o uso de um transformador, realiza a função de disparo auxiliar. Ele pertence à lacuna de descarga acionada ativa, que é uma atualização da lacuna de descarga acionada passiva. Reduz efetivamente a tensão de ruptura. Ele pertence ao gatilho de pulso e não é estável o suficiente.
3	1999	A descarga da lacuna é estimulada por uma peça faiscante (ativamente acionada por um transformador), a estrutura é projetada como uma estrutura semifechada e a lacuna circular em forma de chifre ou em forma de arco é alterada de pequena para grande, e o guia de ar uma ranhura é fornecida na lateral para facilitar o estiramento e o alongamento. O arco elétrico é extinto e a estrutura fechada pode ser preenchida com gás de extinção de arco. É o desenvolvimento do eletrodo de gap de descarga precoce. Comparado com a lacuna de descarga fechada tradicional, a ranhura em forma de arco ou circular otimiza o espaço e o eletrodo, o que leva a um volume menor. A lacuna do eletrodo é pequena, a capacidade intermitente é insuficiente,
4	2004	Coopere com a tecnologia de disparo de micro-gap, adote a configuração de eletrodo de grande distância e a tecnologia de extinção de arco de refrigeração de canal espiral, Melhorar muito a tecnologia de gatilho e capacidade intermitente, o uso da tecnologia de gatilho de energia é mais estável e confiável.
5	2004	Otimize o dispositivo de proteção contra raios para formar um dispositivo protetor de sobretensão composto que atenda aos requisitos de proteção de Classe B e Classe C. Módulos feitos de lacunas de descarga, módulos feitos de elementos limitadores de tensão, bases e dispositivos de deterioração são combinados de várias maneiras para formar dispositivos de proteção contra sobretensão

Mapa da trilha de desenvolvimento

3. Semelhanças e diferenças entre o SPD de telecomunicação e o SPD de fonte de alimentação

Tabela 6: Semelhanças e diferenças entre SPD de telecomunicações e SPD de fonte de alimentação

Tabela 7: Tensão de trabalho comum de comunicação SPD

4. Cooperação entre proteção externa de sobrecorrente e SPD

Requisitos para proteção de sobrecorrente (disjuntor ou fusível) no seccionador:

(1) Em conformidade com GB / T18802.12: 2006 “Dispositivo de proteção contra surto (SPD) Parte 12: Seleção e diretrizes de uso do sistema de distribuição de baixa tensão”, “Quando o SPD e o dispositivo de proteção de sobrecorrente cooperam, o valor nominal sob a corrente de descarga Em, recomenda-se que o protetor de sobrecorrente não funcione; quando a corrente é maior que In, o protetor de sobrecorrente pode operar. Para um protetor de sobrecorrente reinicializável, como um disjuntor, ele não deve ser danificado por esse surto. ”

(2) O valor da corrente nominal do dispositivo de proteção de sobrecorrente deve ser selecionado de acordo com a corrente máxima de curto-circuito que pode ser gerada na instalação do SPD e a capacidade de suportar a corrente de curto-circuito do SPD (fornecida pelo fabricante do SPD ), isto é, “SPD e a proteção de sobrecorrente conectada a ele. A corrente de curto-circuito (produzida quando o SPD falha) do dispositivo é igual ou maior do que a corrente máxima de curto-circuito esperada na instalação. ”

(3) A relação seletiva deve ser satisfeita entre o dispositivo de proteção de sobrecorrente F1 e o disjuntor externo F2 do SPD na entrada de energia. O diagrama de fiação do teste é o seguinte:

Os resultados da pesquisa são os seguintes:
(a) A tensão nos disjuntores e fusíveis
U (disjuntor) ≥ 1.1U (fusível)
U (SPD + protetor de sobrecorrente) é a soma vetorial de U1 (protetor de sobrecorrente) e U2 (SPD).

(b) A capacidade de corrente de surto que o fusível ou disjuntor pode suportar

Sob a condição de que o protetor de sobrecorrente não opere, encontre a corrente de surto máxima que o fusível e o disjuntor com diferentes correntes nominais podem suportar. O circuito de teste é mostrado na figura acima. O método de teste é o seguinte: a corrente de inrush aplicada é I e o fusível ou disjuntor não opera. Quando 1.1 vez a corrente de inrush I é aplicada, ele opera. Por meio de experimentos, descobrimos alguns valores mínimos de corrente nominal necessários para que os protetores de sobrecorrente não operem sob corrente de inrush (corrente de onda de 8/20 µs ou corrente de onda de 10/350 µs). Veja a tabela:

Tabela 8: O valor mínimo do fusível e disjuntor sob a corrente de inrush com uma forma de onda de 8 / 20µs

Tabela 9: O valor mínimo do fusível e disjuntor não opera sob a corrente de surto de 10 / 350µs