Kumaha Alat Pelindung Surge (SPD) jalan
Kamampuh SPD pikeun ngawatesan overvoltages dina jaringan distribusi listrik ku jalan ngalirkeun arus gelombang mangrupikeun fungsi tina komponén-komponén surge-protection, struktur mékanis SPD, sareng sambungan kana jaringan distribusi listrik. SPD dimaksudkeun pikeun ngawatesan overvoltages samentawis sareng ngalihkeun arus gelombang, atanapi duanana. Éta ngandung sahanteuna hiji komponén nonlinear. Dina istilah anu paling saderhana, SPD dimaksudkeun pikeun ngawatesan overvoltages samentawis kalayan tujuan nyegah karusakan peralatan sareng downtime kusabab gelombang voltase sementara anu naék kana alat anu dijagaan.
Salaku conto, pertimbangkeun ngagiling cai anu dijagaan ku klep relief tekanan. Klep relief tekanan teu nanaon dugi ka tekanan-tekanan langkung seueur dina pasokan cai. Nalika éta kajantenan, klepna muka sareng ngajauhan tekanan tambahan kumisan, supados henteu ngahontal roda cai.
Upami klep relief henteu aya, tekanan anu ageung tiasa ngarusak roda cai, atanapi panginten hubungan pikeun ragaji. Sanaos klep relief parantos aya sareng tiasa dianggo leres, sababaraha sésa-sésa denyut tekanan masih bakal ngahontal roda. Tapi tekanan bakal dikirangan cekap teu ngarusak roda cai atanapi ngaganggu operasina. Ieu ngajelaskeun tindakan SPDs. Aranjeunna ngirangan transisi ka tingkat anu moal ngaruksak atanapi ngaganggu operasi pakakas éléktronik sénsitip.
Téknologi Dipaké
Naon téknologi anu dianggo dina SPD?
Ti IEEE Std. C62.72: Sababaraha komponén lonjakan-pelindung umum anu dianggo dina pembuatan SPDs nyaéta logam oksida varistors (MOVs), dioda ngarecahna longsoran (ABDs - baheulana kawanoh salaku dioda longsor silikon atanapi SADs), sareng tabung debit gas (GDTs). MOVs mangrupikeun téknologi anu paling sering dianggo pikeun panangtayungan sirkuit listrik AC. Peunteun gelombang ayeuna tina MOV aya hubunganana sareng daérah kerang sareng komposisina. Sacara umum, langkung ageung daérah cross-sectional, langkung luhur peunteun arus parangkat. MOVs umumna mangrupikeun géométri buleud atanapi segi opat tapi datangna dina ukuran dimensi standar mimitian ti 7 mm (0.28 inci) dugi ka 80 mm (3.15 inci). Peunteun arus surge komponén pelindung surge ieu sacara lega-béda sareng gumantung kana pabrikna. Sakumaha anu dibahas tadi dina klausa ieu, ku ngahubungkeun MOVs dina susunan paralel, nilai arus lonjong tiasa diitung ku ngan saukur nambihan peringkat arus lonjakan masing-masing MOVs sasarengan pikeun kéngingkeun peringkat arus gelombang tina susunan ieu. Dina ngalakukeun éta, tinimbangan kedah masihan kana koordinasi karakteristik operasi tina MOVs anu dipilih.
Aya seueur hipotésis ngeunaan komponén naon, topologi naon, sareng penyebaran téknologi khusus ngahasilkeun SPD pangsaéna pikeun ngalihkeun arus gelombang. Daripada nampilkeun sadaya pilihan, langkung saé diskusi ngeunaan peringkat peringkat arus, Nominal Discharge Rating Ayeuna, atanapi kamampuan arus lonjong ngurilingan data uji kinerja. Paduli komponén anu dianggo dina desain, atanapi struktur mékanis khusus anu dikaluarkeun, anu penting nyaéta SPD ngagaduhan peunteun arus lonjakan atanapi Nominal Discharge Rating Ayeuna anu cocog pikeun aplikasi.
Pedaran anu langkung jembar ngeunaan komponén ieu di handap. Komponén anu dianggo dina SPD beda-beda pisan. Ieu mangrupikeun conto tina komponén-komponén éta:
Logam oksida varistor (MOV)
Ilaharna, MOVs diwangun ku awak buleud atanapi segi opat bentuk séng oksida sinter kalayan aditif anu cocog. Jinis sanés anu dianggo kalebet bentuk tubular sareng struktur multilayer. Varistors gaduh éléktroda partikel logam anu diwangun ku alloy pérak atanapi logam sanés. Éléktroda panginten tiasa dilarapkeun kana awak ku nyaring sareng nyaring atanapi ku prosés anu sanésna gumantung kana logam anu dianggo. Varistors ogé sering ngagaduhan kawat atanapi tab lead atanapi sababaraha jinis penghentian anu sanés anu tiasa dipasang kana éléktroda.
Mékanisme konduksi dasar tina MOVs dihasilkeun tina simpang semikonduktor di wates bijil séng oksida anu dibentuk dina prosés sinter. Varistor tiasa dianggap alat multi-simpang sareng seueur séréal dina kombinasi séri-paralel antara terminal. Hiji pandangan skéma lintas-bagian tina varistor has nunjukkeun dina Gambar 1.
Varistors gaduh sipat ngajaga parobahan voltase anu relatif leutik di terminalna sedengkeun arus gelombang anu ngalir ngalangkungan aranjeunna bervariasi langkung ti sababaraha dasawarsa. Peta henteu linier ieu ngamungkinkeun aranjeunna ngalihkeun arus gelombang nalika nyambung dina shunt meuntas garis sareng ngawatesan tegangan ngalangkungan garis kana nilai-nilai anu ngajagi peralatan anu nyambung kana jalur éta.
Diode Ngarecah Avalanche (ADB)
Alat-alat ieu katelah ogé silikon longsor (SAD) atanapi suppressor voltase sementara (TVS). Dioda breakdown simpang PN, dina bentuk dasarna, mangrupikeun simpang PN tunggal anu diwangun ku anoda (P) sareng katoda (N). Tingali Gambar 2a. Dina aplikasi sirkuit DC, pelindungna bias dibalikkeun sapertos kamungkinan positip diterapkeun kana sisi katoda (N) alat. Tingali Gambar 2b.
Dioda longsoran gaduh tilu daérah operasi, 1) bias payun (low impedance), 2) off state (impedansi tinggi), sareng 3) breakdown bias mundur (impedansi anu kawilang rendah). Daérah-daérah ieu tiasa ditingali dina Gambar 3. Dina modeu bias payun sareng tegangan positip dina daérah P, dioda ngagaduhan impedansi anu lemah pisan saatos voltase ngalangkungan tegangan dioda bias payun, VFS. VFS biasana kirang ti 1 V sareng dihartikeun dihandap. Nagara pareum dugi ti 0 V dugi ka sahandapeun VBR positip di daérah N. Di daérah ieu, hiji-hijina aliran anu ngalir nyaéta arus kabocoran gumantung kana suhu sareng arus torowongan Zener pikeun dioda tegangan ngarecahna low. Daérah ngarusak bias tibalik dimimitian ku VBR positip di daérah N. Dina éléktron VBR nyebrang simpang cukup gancang ku lapangan luhur di daérah simpang anu tabrakan éléktron ngahasilkeun cascade, atanapi longsoran, éléktron sareng liang didamel. Hasilna nyaéta turunna seukeut dina résistansi dioda. Boh bias payun sareng daérah ngarusak bias mundur tiasa dianggo pikeun panangtayungan.
Karakteristik listrik dioda longsoran sacara intrinsik asimétri. Produk panyalindungan dioda longsor simétris anu diwangun ku simpang kana tonggong ogé didamel.
Tabung debit gas (GDT)
Tabung debit gas diwangun ku dua atanapi langkung éléktroda logam dipisahkeun ku celah alit sareng dicekel ku silinder keramik atanapi kaca. Silinder dieusian campuran gas mulia, anu narik kana kaluaran cahaya sareng tungtungna kaayaan busur nalika tegangan anu cukup diterapkeun kana éléktroda.
Nalika tegangan anu naék lalaunan ngalangkungan jurang ngahontal nilai anu ditangtoskeun utamina ku jarak éléktroda, tekanan gas sareng campuran gas, prosés péngkolan ngamimitian dina voltase spark-over (breakdown). Sakali spark-over lumangsung, sagala rupa kaayaan operasi dimungkinkeun, gumantung kana sirkuit éksternal. Nagara-nagara ieu dipidangkeun dina Gambar 4. Dina arus anu kirang dibanding arus transisi glow-to-arc, aya wilayah cahaya. Dina arus anu handap di daérah cahaya, tegangan ampir konstan; dina arus cahaya anu luhur, sababaraha jinis tabung gas tiasa asup kana daérah cahaya anu teu normal dimana voltase naék. Saluareun daérah cahaya anu teu normal ieu impedansi tabung pelepasan gas turun di daérah transisi kana kaayaan busur tegangan-handap. Arus transisi arc-to-glow tiasa langkung handap tina transisi glow-to-arc. Karakteristik listrik GDT, ditéang sareng sirkuit éksternal, nangtoskeun kamampuan GDT pareum saatos liliwatan lonjakan, sareng ogé nangtoskeun énergi dibubarkeun dina arrester nalika lonjakan.
Upami voltase anu diterapkeun (mis. Samentawis) naék gancang, waktos anu diperyogikeun pikeun prosés pangionan / pembentukkan busur tiasa ngijinkeun voltase sementara pikeun ngaleungitkeun nilai anu diperyogikeun pikeun direcahna dina paragrap sateuacanna. Tegangan ieu dihartikeun salaku voltase breakdown impuls sareng umumna mangrupikeun fungsi positip tina laju naékna voltase anu diterapkeun (samentawis).
Hiji rohangan tunggal éléktroda GDT gaduh dua rongga dipisahkeun ku éléktroda ring tengah. Liang dina éléktroda tengah ngamungkinkeun plasma gas tina rongga konduktor pikeun ngamimitian konduksi dina rongga anu sanés, sanaos voltase rongga anu sanésna tiasa dihandapeun voltase spark-over.
Kusabab aksi peralihanna sareng konstruksi kasar, GDT tiasa ngaleuwihan komponén SPD sanés dina kamampuan ngalaksanakeun ayeuna. Seueur GDT telekomunikasi tiasa sacara gampang nyandak arus gelombang setinggi 10 kA (8/20 forms gelombang). Salajengna, gumantung kana desain sareng ukuran GDT, arus gelombang> 100 kA tiasa kahontal.
Pangwangunan tabung debit gas sapertos anu aranjeunna gaduh kapasitansi anu rendah pisan - umumna kirang ti 2 pF. Hal ieu ngamungkinkeun panggunaanna dina seueur aplikasi sirkuit frékuénsi luhur.
Nalika GDT beroperasi, aranjeunna tiasa ngahasilkeun radiasi frékuénsi luhur, anu tiasa mangaruhan éléktronika sénsitip. Maka wijaksana pikeun nempatkeun sirkuit GDT dina jarak anu tangtu tina éléktronika. Jarakna gumantung kana sensitipitas éléktronika sareng kumaha éléktronika dijagaan. Metoda sanés pikeun nyingkahan pangaruhna nyaéta nempatkeun GDT dina kurungan anu dijagaan.
Definisi pikeun GDT
Celah, atanapi sababaraha sela anu nganggo dua atanapi tilu éléktroda logam sacara sématis disegel sahingga campuran gas sareng tekanan dikendalikeun, didesain pikeun nangtayungan aparat atanapi tanaga, atanapi duanana, tina tegangan sementara anu luhur.
Or
Celah atanapi sela dina médium debit tertutup, lian ti hawa dina tekanan atmosfir, dirancang pikeun mayungan aparat atanapi tanaga, atanapi duanana, tina tegangan sementara anu luhur.
- Saringan LCR
Komponén ieu bénten-bénten dina:
- kamampuan énergi
- kasadiaan
- réliabilitas
- harga
- éféktivitas
Tina IEEE Std C62.72: Kamampuh SPD pikeun ngawatesan overvoltages dina jaringan distribusi listrik ku jalan ngalirkeun arus gelombang mangrupikeun fungsi tina komponén protéksi-lonjakan, struktur mékanis SPD, sareng sambungan kana jaringan distribusi listrik. Sababaraha komponén perlindungan-surge anu biasa dianggo dina pembuatan SPDs nyaéta MOVs, SASDs, sareng tabung debit gas, sareng MOVs ngagaduhan panggunaan pangageungna. Peunteun gelombang ayeuna tina MOV aya hubunganana sareng daérah kerang sareng komposisina. Sacara umum, langkung ageung daérah cross-sectional nyaéta, beuki luhur peunteun arus parangkat. MOVs umumna géométri buleud atanapi segi opat tapi datang dina réa dimensi standar mimitian ti 7 mm (0.28 in) dugi ka 80 mm (3.15 inci). Peunteun arus surge komponén pelindung surge ieu sacara lega-béda sareng gumantung kana pabrikna. Ku nyambungkeun MOVs dina susunan paralel, peringkat arus teoritis ayeuna tiasa diitung ku ngan saukur nambihan peringkat ayeuna tina MOVs sasarengan pikeun kéngingkeun peringkat arus surge tina susunan.
Aya seueur hipotésis ngeunaan komponén naon, topologi naon, sareng penyebaran téknologi khusus ngahasilkeun SPD pangsaéna pikeun ngalihkeun arus gelombang. Daripada nampilkeun sadayana arguméntasi ieu sareng ngantep anu maca ngébréhkeun topik ieu, langkung saé diskusi ngeunaan peringkat arus lonjakan, Nominal Discharge Rating Ayeuna, atanapi kamampuan arus lonjong ngurilingan data uji kinerja. Paduli komponén anu dianggo dina desain, atanapi struktur mékanis spésifik anu dikaluarkeun, anu penting nyaéta SPD ngagaduhan peunteun arus lonjakan atanapi Nominal Discharge Rating Ayeuna anu cocog pikeun panerapan sareng, sigana anu paling penting, yén SPD ngawatesan samentawis overvoltages kana tingkat anu nyegah karuksakan alat-alat anu dijagaan nunjukkeun lingkungan gelombang anu diarepkeun.
Modeu Operasi Dasar
Kaseueuran SPD gaduh tilu modeu operasi dasar:
- Ngantosan
- Ngalihkeun
Dina unggal modeu, arus ngalir ngalangkungan SPD. Nanging, naon anu teu tiasa dipikaharti nyaéta anu béda-béda jenis ayeuna tiasa aya dina unggal modeu.
Modeu Ngantosan
Dina kaayaan kakuatan normal nalika "kakuatan bersih" disayogikeun dina sistem distribusi listrik, SPD ngalakukeun fungsi minimal. Dina modeu ngantosan, SPD ngantosan overvoltage pikeun lumangsung sareng nyéépkeun sakedik atanapi henteu aya kakuatan ac; utamina anu dianggo ku sirkuit monitoring.
Mode Ngalihkeun
Saatos ngaraoskeun kajadian overvoltage samentawis, SPD robih kana Mode Mindahkeun. Tujuan tina SPD nyaéta ngalihkeun arus dorongan anu ngarusak jauh tina beban kritis, bari sakaligus ngirangan kakuatan voltase anu dihasilkeun kana tingkat anu rendah, henteu bahaya.
Sakumaha didefinisikeun ku ANSI / IEEE C62.41.1-2002, anu sakedap saat ayeuna ngan ukur ngan ukur sakedik siklus (mikrosetik), sapotong waktos upami dibandingkeun sareng aliran kontinyu tina sinyal sinusoidal 60Hz.
Gedéna arus gelombang gumantung kana sumberna. Serangan kilat, contona, anu tiasa dina kajadian langka ngandung gedena ayeuna ngaleuwihan sababaraha ratus rébu amp. Dina fasilitas, sanaos, kajadian sementara anu dihasilkeun internal bakal ngahasilkeun gedena arus anu langkung handap (kirang ti sababaraha rébu atanapi ratus amp).
Kusabab kaseueuran SPD didesain pikeun nanganan arus lonjakan ageung, hiji patokan performa nyaéta uji coba Nominal Discharge Rating Ayeuna (Di) produk. Sering lieur sareng arus lepat, tapi teu aya hubunganana, gedena arus anu ageung ieu mangrupikeun indikasi produk anu diuji tahan tahan tahan.
Ti IEEE Std. C62.72: Rating Nominal Discharge Current ngalaksanakeun kamampuan SPD pikeun kena arus gelombang anu berulang (15 total lonjakan) tina nilai anu dipilih tanpa karusakan, dégradasi atanapi parobihan anu diukur ngawatesan kinerja voltase SPD. Ujian Nominal Discharge Ayeuna kalebet sakumna SPD kalebet sadayana komponén pelindung surge sareng panyambung SPD internal atanapi éksternal. Salami tés, teu aya komponén atanapi konektor anu diijinkeun gagal, muka sirkuit, janten rusak atanapi ngarusak. Dina raraga ngahontal peunteun tinangtu, tingkat kinerja voltase ngawatesan anu diukur dina SPD kedah dijaga antara pre-test sareng perbandingan post-test. Tujuan tés ieu pikeun nunjukkeun kamampuan sareng kinerja SPD salaku réspon tina lonjakan yén dina sababaraha kasus parah tapi panginten di peralatan jasa, dina fasilitas atanapi di lokasi pamasangan.
Salaku conto, SPD kalayan kapasitas arus debit nominal kapasitas 10,000 atanapi 20,000 amp per mode hartosna produk kedah tiasa tahan aman saheulaanan arus 10,000 atanapi 20,000 amp minimal 15 kali, dina masing-masing modeu panyalindungan.
Skenario Akhir Kehidupan
Tina IEEE Std C62.72: Anceman pangageungna pikeun reliabiliti jangka panjang SPD henteu janten lonjakan, tapi overvoltage sakedap atanapi samentawis (TOVs atanapi "ngabareuhan") anu tiasa lumangsung dina PDS. SPDs sareng MCOV - anu precariously caket kana voltase sistem nominal langkung rentan ka overvoltages sapertos anu tiasa ngakibatkeun sepuh SPD prématur atanapi awal-of-hirup prématur. Aturan jempol anu sering dianggo nyaéta pikeun nangtoskeun naha MCOV tina SPD sahenteuna 115% tina voltase sistem nominal pikeun masing-masing modeu panyalindungan khusus. Ieu bakal ngamungkinkeun SPD teu kapangaruhan ku variasi voltase normal PDS.
Nanging, sajaba ti kajadian anu langkung ageung, SPD tiasa yuswa, atanapi ngarugikeun, atanapi ngahontal kaayaan tungtung-of-jasa na waktos-waktos kusabab lonjakan anu ngalangkungan peringkat SPD pikeun arus gelombang, tingkat kajadian kajadian lonjakan, durasi lonjakan , atanapi gabungan tina kajadian ieu. Kajadian surge anu berulang amplitudo anu signifikan dina sababaraha waktos tiasa overheat komponén SPD sareng nyababkeun komponén pelindung surge janten sepuh. Salajengna, lonjakan repetitive tiasa nyababkeun panyambung SPD anu sacara termal diaktipkeun kanggo operasi sateuacanna kusabab pemanasan komponén pelindung gelombang. Karakteristik SPD tiasa robih nalika ngahontal kaayaan tungtung-of-service na - contona, voltase watesan anu diukur tiasa ningkat atanapi turun.
Dina upaya nyingkahan degradasi kusabab lonjakan, seueur pabrik SPD mendesain SPD kalayan kamampuan arus anu luhur boh ku ngagunakeun komponén anu langkung ageung atanapi ku nyambungkeun sababaraha komponén dina paralel. Hal ieu dilakukeun pikeun nyingkahan kamungkinan yén peunteun SPD salaku majelis dilangkungan kecuali dina kasus anu jarang sareng luar biasa. Kasuksésan metode ieu dirojong ku umur jasa anu panjang sareng riwayat dipasang SPDs anu aya anu parantos dirarancang dina modeu ieu.
Ngeunaan koordinasi SPD sareng, sakumaha nyatakeun ngeunaan peringkat arus lonjong, logis pikeun ngagaduhan SPD kalayan peringkat arus gelombang anu langkung luhur ayana di alat jasa dimana PDS paling kakeunaan lonjakan pikeun ngabantosan pencegahan sepuh dini; samentawis éta, SPD langkung turun-turun tina alat jasa anu henteu kakeunaan sumber éksternal tina lonjakan mungkin gaduh peringkat anu kirang. Kalayan desain sistem pelindung surge anu saé sareng koordinasi, sepuh SPD anu dini tiasa dihindari.
Panyabab sanésna kagagalan SPD kalebet:
- Kasalahan pamasangan
- Nyalahgunakeun produk pikeun rating voltase na
- Kajadian anu langkung ageung tegangan
Nalika komponén suprési gagal, éta sering dilakukeun salaku pondok, nyababkeun arus mimiti ngalir ngalangkungan komponén anu gagal. Jumlah arus anu aya pikeun ngalirkeun komponén anu gagal ieu mangrupikeun fungsi tina arus kasalahan anu sayogi sareng didorong ku sistem kakuatan. Kanggo langkung seueur inpormasi ngeunaan Fault Current buka Inpormasi Terkait Kaamanan SPD.
