Surge Protective Device (SPD) qanday ishlaydi
Quvvat oqimlarini yo'naltirish orqali SPDning elektr taqsimlash tarmog'idagi haddan tashqari kuchlanishni cheklash qobiliyati kuchlanishdan himoya qiluvchi komponentlar, SPDning mexanik tuzilishi va elektr taqsimlash tarmog'iga ulanish vazifasidir. SPD vaqtinchalik haddan tashqari kuchlanishni cheklash va oqim oqimini yoki ikkalasini ham yo'naltirish uchun mo'ljallangan. U kamida bitta chiziqli bo'lmagan komponentni o'z ichiga oladi. Oddiy qilib aytganda, SPDlar vaqtincha haddan tashqari kuchlanishni cheklash uchun mo'ljallangan bo'lib, ular himoya qiladigan qurilmalarga o'tuvchi kuchlanishning keskin oshishi natijasida uskunaning shikastlanishi va ishlamay qolishining oldini oladi.
Masalan, bosim tushirish valfi bilan himoyalangan suv tegirmonini ko'rib chiqaylik. Bosim tushirish valfi suv ta'minotida ortiqcha bosim pulsi paydo bo'lmaguncha hech narsa qilmaydi. Bu sodir bo'lganda, vana ochiladi va qo'shimcha bosimni chetga suradi, shunda u suv g'ildiragiga etib bormaydi.
Agar bo'shatish valfi bo'lmasa, haddan tashqari bosim suv g'ildiragiga yoki arra bog'lanishiga zarar etkazishi mumkin. Rölyef valfi joyida va to'g'ri ishlayotganiga qaramay, bosim pulsining qolgan qismi g'ildirakka etib boraveradi. Ammo bosim suv g'ildiragiga zarar bermasligi yoki uning ishini buzmasligi uchun etarli darajada kamaygan bo'ladi. Bu SPDlarning harakatini tavsiflaydi. Ular sezgir elektron uskunalarga zarar bermaydigan yoki ishlashini buzmaydigan darajalarni kamaytiradi.
Amaldagi texnologiyalar
SPDda qanday texnologiyalar qo'llaniladi?
IEEE Std. C62.72: SPD ishlab chiqarishda ishlatiladigan bir nechta keng tarqalgan kuchlanishdan saqlovchi komponentlar metall oksidi varistorlari (MOV), ko'chkilarning parchalanish diodlari (AQSh-ilgari silikon ko'chki diodlari yoki SADlar) va gaz chiqarish quvurlari (GDT). MOV - AC quvvat davrlarini himoya qilishda eng ko'p ishlatiladigan texnologiya. MOV-ning tok oqimining bahosi kesma maydoni va uning tarkibi bilan bog'liq. Umuman olganda, tasavvurlar maydoni qanchalik katta bo'lsa, qurilmaning to'lqinlanish oqimi darajasi shuncha yuqori bo'ladi. MOVlar odatda yumaloq yoki to'rtburchaklar geometriyaga ega, lekin standart o'lchamlari ko'pligi 7 mm (0.28 dyuym) dan 80 mm (3.15 dyuym) gacha. Ushbu kuchlanishdan himoyalanuvchi komponentlarning tok kuchlanishi ko'rsatkichlari har xil va ishlab chiqaruvchiga bog'liq. Ushbu bandda ilgari muhokama qilinganidek, MOV -larni parallel qatorga ulash orqali, bir vaqtning o'zida MOV -larning to'lqinli oqim ko'rsatkichlarini qo'shib, massivning keskin oqim oqimini olish orqali to'lqin oqimining qiymatini hisoblash mumkin. Bunda tanlangan MOVlarning ishlash xususiyatlarini muvofiqlashtirishga e'tibor qaratish lozim.
Qaysi komponent, qanday topologiya va ma'lum texnologiya qo'llanilishi, tokni burish uchun eng yaxshi SPD ishlab chiqarishi haqida ko'plab farazlar mavjud. Hamma variantlarni taqdim etishning o'rniga, eng yaxshi joriy baho, Nominal zaryadsizlanishning joriy reytingi yoki joriy imkoniyatlar haqidagi munozaralar ishlash test ma'lumotlari atrofida bo'ladi. Dizaynda ishlatiladigan tarkibiy qismlar yoki joylashtirilgan mexanik tuzilishdan qat'i nazar, SPD -ning dasturiy ta'minotga mos keladigan oqim oqimining nominal oqimi yoki nominal oqimiga ega bo'lishi muhim.
Bu komponentlarning batafsil tavsifi quyida keltirilgan. SPDda ishlatiladigan komponentlar sezilarli darajada farq qiladi. Mana bu komponentlarning namunasi:
Metall oksidi varistori (MOV)
Odatda, MOVlar tegishli qo'shimchalar bilan dumaloq yoki to'rtburchaklar shaklidagi sinterlangan sink oksidli korpusdan iborat. Qo'llaniladigan boshqa turlarga quvurli shakllar va ko'p qatlamli tuzilmalar kiradi. Varistorlar kumush qotishma yoki boshqa metalldan tashkil topgan metall zarracha elektrodlariga ega. Elektrodlar tanaga skrining va sinterlash yoki ishlatilgan metalga qarab boshqa jarayonlar orqali qo'llanilgan bo'lishi mumkin. Varistorlar, shuningdek, ko'pincha elektrodga lehimli bo'lishi mumkin bo'lgan simli yoki simli simlarga yoki boshqa turdagi tugatishga ega.
MOV -larning asosiy o'tkazuvchanlik mexanizmi sinterlash jarayonida hosil bo'lgan sink oksidi donalari chegarasidagi yarimo'tkazgich birikmalaridan kelib chiqadi. Varistorni terminallar orasidagi ketma-ket parallel kombinatsiyada ishlaydigan ko'plab donali ko'p tarmoqli qurilma deb hisoblash mumkin. Oddiy varistorning sxematik tasavvurlar ko'rinishi 1-rasmda ko'rsatilgan.
Varistorlar terminallaridagi kuchlanishning nisbatan kichik o'zgarishini saqlab turish xususiyatiga ega, shu bilan birga ular orqali oqayotgan tok kuchi bir necha o'n yillar davomida o'zgarib turadi. Bu chiziqli bo'lmagan harakat ularga chiziq bo'ylab shunt bilan ulanganda oqim oqimini boshqa tomonga yo'naltirishga va chiziqdagi kuchlanishni shu chiziqqa ulangan uskunani himoya qiladigan qiymatlarga cheklashga imkon beradi.
Ko'chki buzilishi diodi (OTB)
Ushbu qurilmalar, shuningdek, kremniy ko'chki diodi (SAD) yoki vaqtinchalik kuchlanishni bostiruvchi (TVS) sifatida ham tanilgan. PN birikmasining parchalanish diodi, asosiy shaklida, anod (P) va katod (N) dan tashkil topgan yagona PN birikmasi. 2a -rasmga qarang. DC davrali dasturlarda himoyachi teskari yo'naltirilgan bo'lib, qurilmaning katot (N) tomoniga ijobiy potentsial qo'llaniladi. 2b -rasmga qarang.
Ko'chki diodasi uchta operatsion hududga ega: 1) oldinga siljish (past empedans), 2) yopiq holat (yuqori impedans) va 3) teskari yo'nalish buzilishi (nisbatan past empedans). Bu hududlarni 3 -rasmda ko'rish mumkin. P hududida musbat kuchlanishli oldinga siljish holatida, kuchlanish oldinga yo'naltirilgan diodli kuchlanish VFSdan oshib ketganda, diod juda past empedansga ega. VFS odatda 1 V dan past bo'ladi va quyida tavsiflanadi. O'chirish holati 0 V dan N mintaqasidagi ijobiy VBRdan pastgacha cho'ziladi. Bu mintaqada faqat oqimlar haroratga bog'liq bo'lgan oqish oqimlari va past kuchlanishli diodlar uchun Zener tunnelli oqimlari. Qarama -qarshilikni buzish mintaqasi N mintaqasida ijobiy VBR bilan boshlanadi. VBR -da elektronlar birlashma hududidagi yuqori maydon bilan tezlashib ketadi, shuning uchun elektron to'qnashuvi elektronlar va teshiklarning kaskadiga yoki ko'chkiga olib keladi. Natijada diod qarshiligining keskin pasayishi kuzatiladi. Himoya qilish uchun oldinga siljish va teskari burilish zonalari ishlatilishi mumkin.
Ko'chki diodining elektr xarakteristikalari o'ziga xos assimetrikdir. Shuningdek, simmetrik ko'chkidan dioddan himoyalanish vositalari orqa tarafdan birikmalardan iborat.
Gaz chiqarish trubkasi (GDT)
Gaz chiqarish quvurlari kichik bo'shliq bilan ajratilgan va keramika yoki shisha tsilindr bilan tutilgan ikki yoki undan ortiq metall elektrodlardan iborat. Tsilindr gazli gaz aralashmasi bilan to'ldirilgan bo'lib, u uchqun oqishiga va nihoyat, elektrodlarga etarli kuchlanish qo'llanilganda, yoy holatiga o'tadi.
Bo'shliq bo'ylab asta-sekin ko'tariladigan kuchlanish, birinchi navbatda, elektrodlar oralig'i, gaz bosimi va gaz aralashmasi bilan aniqlanadigan qiymatga yetganda, yoqish jarayoni uchqun (parchalanish) kuchlanishidan boshlanadi. Uchqun paydo bo'lganda, tashqi sxemaga qarab, turli xil ish holatlari mumkin. Bu holatlar 4-rasmda ko'rsatilgan. Yorug'likdan boshqaga o'tish oqimidan past bo'lgan oqimlarda porlash hududi mavjud. Yorug'lik mintaqasidagi past oqimlarda kuchlanish deyarli o'zgarmaydi; yuqori nurli oqimlarda gaz quvurlarining ayrim turlari g'ayritabiiy porlash hududiga kirishi mumkin, bu erda kuchlanish kuchayadi. Bu g'ayritabiiy porlash hududidan tashqari, past kuchlanishli yoy holatiga o'tish zonasida gaz chiqarish trubkasi impedansi kamayadi. Yog'ochdan nurga o'tish oqimi nurdan o'tishga nisbatan past bo'lishi mumkin. GDT elektr xarakteristikasi, tashqi sxemalar bilan birgalikda, GDT ning kuchlanishdan keyin o'chish qobiliyatini aniqlaydi, shuningdek, to'lqin paytida to'xtatuvchida tarqalgan energiyani aniqlaydi.
Agar qo'llaniladigan kuchlanish (masalan, vaqtinchalik) tez ko'tarilsa, ionlanish/yoy hosil qilish jarayoniga ajratilgan vaqt o'tuvchi kuchlanish oldingi paragrafda buzilish uchun zarur bo'lgan qiymatdan oshib ketishiga imkon berishi mumkin. Bu kuchlanish impulsning parchalanish kuchlanishi sifatida tavsiflanadi va odatda qo'llaniladigan kuchlanishning (tezlik) ko'tarilish tezligining ijobiy funktsiyasidir.
Bitta kamerali uch elektrodli GDT markaziy halqa elektrod bilan ajratilgan ikkita bo'shliqqa ega. Markaziy elektroddagi teshik, o'tkazuvchan bo'shliqdan gaz plazmasining boshqa bo'shliqda o'tkazuvchanlikni boshlashiga imkon beradi, garchi boshqa bo'shliq voltaji uchqun kuchlanishidan past bo'lsa ham.
O'zgartirish harakati va mustahkam konstruktsiyasi tufayli GDTlar oqim o'tkazuvchanligi jihatidan boshqa SPD komponentlaridan oshib ketishi mumkin. Ko'pgina GDT telekommunikatsiya tarmoqlari 10 kA (8/20 ms to'lqin shakli) ga teng bo'lgan toklarni osonlikcha o'tkaza oladi. Bundan tashqari, GDT dizayniga va hajmiga qarab,> 100 kA kuchlanish oqimiga erishish mumkin.
Gaz chiqarish quvurlarining konstruktsiyasi shundaki, ular sig'imi juda past - odatda 2 pF dan kam. Bu ularni ko'plab yuqori chastotali elektron dasturlarda ishlatishga imkon beradi.
GDTlar ishlaganda, ular yuqori chastotali nurlanishni ishlab chiqarishi mumkin, bu esa sezgir elektronikaga ta'sir qilishi mumkin. Shuning uchun GDT sxemalarini elektronikadan ma'lum masofada joylashtirish oqilona bo'ladi. Masofa elektronikaning sezgirligiga va elektronikaning qanchalik yaxshi himoyalanganligiga bog'liq. Ta'sirni oldini olishning yana bir usuli - GDTni himoyalangan korpusga joylashtirish.
GDT uchun ta'riflar
Bo'shliq yoki ikki yoki uchta metall elektrodli germetik muhrlangan bir nechta bo'shliqlar, shuning uchun gaz aralashmasi va bosimi nazorat ostida bo'ladi, ular apparatni yoki xodimlarni yoki ikkalasini ham yuqori o'tuvchi kuchlanishlardan himoya qilish uchun mo'ljallangan.
Or
Atmosfera bosimidagi havodan tashqari, yopiq tushirish muhitidagi bo'shliq yoki bo'shliqlar, asboblarni yoki xodimlarni yoki ikkalasini ham yuqori o'tkinchi kuchlanishdan himoya qilish uchun mo'ljallangan.
- LCR filtrlari
Bu komponentlar har xil:
- energiya qobiliyati
- Mavjudligi
- Ishonchliligi
- qiymati
- samaradorligi
IEEE Std C62.72 dan: SPDning elektr tokini taqsimlash tarmog'idagi haddan tashqari kuchlanishni cheklash qobiliyati kuchlanishdan himoya qiluvchi komponentlar, SPDning mexanik tuzilishi va elektr taqsimlash tarmog'iga ulanish vazifasidir. SPD ishlab chiqarishda ishlatiladigan bir nechta umumiy kuchlanishdan himoya qiluvchi komponentlar MOV, SASD va gaz chiqarish quvurlari bo'lib, MOVlar eng ko'p ishlatiladi. MOV-ning tok oqimining bahosi kesma maydoni va uning tarkibi bilan bog'liq. Umuman olganda, tasavvurlar maydoni qanchalik katta bo'lsa, qurilmaning oqim tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. MOVlar odatda yumaloq yoki to'rtburchaklar geometriyadir, lekin standart o'lchamlari ko'pligi 7 mm (0.28 dyuym) dan 80 mm (3.15 dyuym) gacha bo'ladi. Ushbu kuchlanishdan himoyalanuvchi komponentlarning tok kuchlanishi ko'rsatkichlari har xil va ishlab chiqaruvchiga bog'liq. MOV -larni parallel qatorga ulab, oqimning nazariy to'lqinini individual MOV -larning joriy reytinglarini qo'shish orqali hisoblash mumkin.
Qaysi komponent, qanday topologiya va qanday aniq texnologiya qo'llanilishi tokni burish uchun eng yaxshi SPD ishlab chiqarishi haqida ko'p farazlar mavjud. Bu dalillarning barchasini taqdim etish va o'quvchiga bu mavzularni tushunishga ruxsat berishning o'rniga, eng yaxshi joriy baho, Nominal zaryadsizlanish oqimi reytingi yoki hozirgi imkoniyatlarning tezligi ishlash test ma'lumotlari atrofida bo'ladi. Dizaynda ishlatiladigan tarkibiy qismlardan yoki joylashtirilgan mexanik tuzilishdan qat'i nazar, muhim bo'lgan narsa shundaki, SPD -da oqim uchun nominal oqim yoki nominal zaryad oqimi mavjud, va, ehtimol, eng muhimi, SPD o'tishni cheklaydi. kutilayotgan keskinlik sharoitida himoyalanayotgan uskunaning shikastlanishiga yo'l qo'ymaydigan darajadagi haddan tashqari kuchlanish.
Asosiy ish rejimlari
Ko'pgina SPDlar uchta asosiy ish rejimiga ega:
- Kutmoqdaman
- Boshqa yo'nalishda
Har bir rejimda oqim SPD orqali o'tadi. Tushunmaslik mumkin bo'lgan narsa shundaki, har bir rejimda har xil turdagi oqim bo'lishi mumkin.
Kutish rejimi
Oddiy quvvat sharoitida, elektr taqsimlash tizimida "toza quvvat" ta'minlanganda, SPD minimal funktsiyani bajaradi. Kutish rejimida SPD haddan tashqari kuchlanish paydo bo'lishini kutadi va kam quvvat sarflaydi yoki umuman iste'mol qilmaydi; birinchi navbatda, kuzatuv sxemalarida ishlatiladi.
O'tish rejimi
Vaqtinchalik haddan tashqari kuchlanish hodisasini sezgach, SPD yo'nalish rejimiga o'tadi. SPDning maqsadi - shikastlanadigan impuls oqimini muhim yuklardan uzoqlashtirish va shu bilan birga uning kuchlanish kuchlanishini past, zararsiz darajaga tushirish.
ANSI/IEEE C62.41.1-2002 tomonidan ta'riflanganidek, odatdagi tok o'tishi tsiklning bir qismini (mikrosaniyalarni) davom ettiradi, bu 60 gts uzluksiz sinusoidal signalning uzluksiz oqimi bilan taqqoslaganda.
Quvvat oqimining kattaligi uning manbasiga bog'liq. Masalan, kamdan -kam hollarda bir necha yuz ming amperdan oshadigan oqim kattaliklarini o'z ichiga oladigan chaqmoq chaqishi. Biroq, ichki sharoitda sodir bo'ladigan vaqtinchalik hodisalar tok kuchini pastroq qiladi (bir necha ming yoki yuz amperdan kam).
Ko'pgina SPD'lar katta oqimlarni boshqarish uchun mo'ljallanganligi sababli, ishlash ko'rsatkichlaridan biri mahsulotning sinovdan o'tgan nominal chiqish oqimi (In) hisoblanadi. Ko'pincha noto'g'ri oqim bilan chalkashib ketadi, lekin aloqasi yo'q, bu katta oqim kattaligi mahsulotning sinovdan o'tkazilgan qayta bardoshlik qobiliyatining ko'rsatkichidir.
IEEE Std. C62.72: Nominal zaryadsizlanish oqimi reytingi SPD -ning tanlangan qiymatdagi takrorlanuvchi tok to'lqinlariga (15 ta umumiy to'lqinlar) ta'sir qilish qobiliyatini mashq qiladi, SPDning shikastlangan, degradatsiyalanmagan yoki chegaralangan kuchlanish ko'rsatkichlarini o'zgartirmaydi. Nominal zaryadsizlanish oqimi testi barcha SPDni o'z ichiga oladi, shu jumladan barcha kuchlanishdan himoya qiluvchi komponentlar va ichki yoki tashqi SPD ajratgichlari. Sinov paytida hech qanday komponent yoki ajratgichning ishdan chiqishiga, kontaktlarning zanglashiga olib kelishiga, shikastlanishiga yoki buzilishiga yo'l qo'yilmaydi. Muayyan reytingga erishish uchun sinovdan oldingi va keyingi taqqoslash o'rtasida SPDning o'lchangan cheklangan kuchlanish ko'rsatkichi saqlanishi kerak. Ushbu testlarning maqsadi, ba'zi hollarda jiddiy, lekin xizmat ko'rsatish uskunasida, ob'ekt ichida yoki o'rnatish joyida kutilishi mumkin bo'lgan kuchlanishlarga javoban SPDning qobiliyati va ishlashini ko'rsatishdir.
Masalan, har bir rejim uchun nominal oqim quvvati 10,000 20,000 yoki 10,000 20,000 amper bo'lgan SPD, mahsulot har bir himoya rejimida kamida 15 marta XNUMX XNUMX yoki XNUMX XNUMX amperlik vaqtinchalik tok kuchiga bardoshli bo'lishi kerak.
Hayotning oxiri ssenariylari
IEEE Std C62.72-dan: SPD-larning uzoq muddatli ishonchliligiga eng katta tahdid ko'tarilishlar bo'lmasligi mumkin, lekin PDSda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan takroriy vaqtinchalik yoki vaqtinchalik haddan tashqari kuchlanish (TOV yoki "shish"). MCOV-ga ega bo'lgan SPD-lar, tizimning nominal zo'riqishiga juda yaqin, bunday haddan tashqari kuchlanishlarga ko'proq moyil bo'ladi, bu SPDning erta qarishi yoki umrining erta tugashiga olib kelishi mumkin. Qoida tariqasida, SPD MCOV har bir maxsus himoya usuli uchun nominal tizim kuchlanishining kamida 115% ni tashkil qiladi. Bu SPDga PDS ning normal kuchlanish o'zgarishiga ta'sir qilmaslikka imkon beradi.
Biroq, haddan tashqari kuchlanish hodisalaridan tashqari, SPDlar to'lqin oqimi, to'lqinlanish hodisalarining paydo bo'lish tezligi, to'lqin davomiyligi uchun SPD ko'rsatkichlaridan oshib ketishi tufayli vaqt o'tishi bilan qarishi yoki buzilishi yoki xizmat muddati tugashi mumkin. yoki bu hodisalarning kombinatsiyasi. Vaqti -vaqti bilan sezilarli amplitudali takrorlanuvchi to'lqinli hodisalar SPD komponentlarini haddan tashqari qizib ketishiga va kuchlanishdan himoya komponentlarining qarishiga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, takroriy to'lqinlar, haddan tashqari kuchlanishdan himoya qiluvchi komponentlarning qizishi tufayli termal faollashtirilgan SPD ajratgichlarining muddatidan oldin ishlashiga olib kelishi mumkin. SPD xarakteristikalari xizmat ko'rsatish muddati tugagandan so'ng o'zgarishi mumkin-masalan, o'lchangan chegara kuchlanishlari oshishi yoki kamayishi mumkin.
Dalgalanishlar oqibatida degradatsiyani oldini olish maqsadida, ko'plab SPD ishlab chiqaruvchilari yuqori kuchlanishga ega bo'lgan SPD -larni jismoniy jihatdan katta komponentlar yordamida yoki bir nechta komponentlarni parallel ulash orqali loyihalashtiradilar. Bu juda kamdan -kam uchraydigan holatlar bundan mustasno, SPD yig'ilishlari reytingidan oshib ketish ehtimolini oldini olish uchun qilingan. Ushbu usulning muvaffaqiyati, bu usulda yaratilgan, o'rnatilgan SPD -larning uzoq xizmat muddati va tarixi bilan tasdiqlanadi.
SPDni muvofiqlashtirish masalasida va joriy ko'rsatkichlar bo'yicha aytilganidek, erta qarishning oldini olishga yordam berish uchun PDS tez -tez to'lqinlarga duchor bo'ladigan xizmat ko'rsatish uskunasida yuqori kuchlanishli SPDga ega bo'lish mantiqan to'g'ri; Shu bilan birga, tashqi kuchlanish manbalariga ta'sir qilmaydigan xizmat ko'rsatuvchi uskunalardan past bo'lgan SPDlar past ko'rsatkichlarga ega bo'lishi mumkin. Himoyalash tizimining yaxshi tuzilishi va muvofiqlashtirilishi bilan SPDning erta qarishini oldini olish mumkin.
SPD etishmovchiligining boshqa sabablari:
- O'rnatishdagi xatolar
- Mahsulotning kuchlanish darajasi uchun noto'g'ri qo'llanilishi
- Haddan tashqari kuchlanish hodisalari
Bostirish komponenti ishlamay qolganda, u ko'pincha buni qisqa qilib bajaradi, bu esa ishlamay qolgan komponent orqali oqimning oqishini boshlaydi. Ushbu muvaffaqiyatsiz komponent orqali o'tishi mumkin bo'lgan oqim miqdori mavjud bo'lgan nosozlik oqimining funktsiyasidir va quvvat tizimi tomonidan boshqariladi. Xato oqimlari haqida qo'shimcha ma'lumot olish uchun SPD xavfsizligi bilan bog'liq ma'lumotlarga o'ting.
