Một số vấn đề nóng trong thiết bị chống sét lan truyền hiện tại SPD

Một số vấn đề nóng trong thiết bị chống sét lan truyền hiện tại SPD

1. Phân loại các dạng sóng thử nghiệm

Đối với thử nghiệm SPD của thiết bị chống sét lan truyền, có sự tranh luận gay gắt trong và ngoài nước về các hạng mục thử nghiệm Loại I (Loại B, Loại 1), chủ yếu về phương pháp mô phỏng phóng xung sét trực tiếp, tranh chấp giữa các ủy ban IEC và IEEE :

(1) IEC 61643-1, trong thử nghiệm dòng điện đột biến Cấp I (Loại B, Loại 1) của thiết bị chống sét lan truyền, dạng sóng 10 / 350µs là dạng sóng thử nghiệm.

(2) IEEE C62.45 'IEEE Thiết bị chống sét lan truyền điện áp thấp - Phần 11 Thiết bị chống sét lan truyền được kết nối với hệ thống điện hạ áp - Yêu cầu và phương pháp thử nghiệm' xác định dạng sóng 8 / 20µs là dạng sóng thử nghiệm.

Những người phê duyệt dạng sóng 10 / 350µs tin rằng để đảm bảo 100% được bảo vệ khi sét đánh, các thông số sét nghiêm trọng nhất phải được sử dụng để kiểm tra thiết bị chống sét. Sử dụng dạng sóng 10 / 350µs để phát hiện LPS (Hệ thống chống sét) để đảm bảo rằng nó không bị hư hại vật lý bởi sét. Và những người ủng hộ dạng sóng 8 / 20µs tin rằng sau hơn 50 năm sử dụng, dạng sóng cho thấy tỷ lệ thành công rất cao.

Vào tháng 2006 năm XNUMX, các đại diện liên quan của IEC và IEEE đã phối hợp và liệt kê một số chủ đề để nghiên cứu.

Bộ nguồn GB18802.1 SPD có các dạng sóng thử nghiệm thuộc phân loại Class I, II và III, xem Bảng 1.

Bảng 1: Các hạng mục kiểm tra cấp I, II và III

Hoa Kỳ đã xem xét hai tình huống trong ba tiêu chuẩn mới nhất sau:
IEEE C62.41. 1 'Hướng dẫn IEEE về Môi trường xung đột trong mạch điện xoay chiều điện áp thấp (1000V trở xuống)', 2002
IEEE C62.41. 2 'IEEE về Đặc tính thực hành được khuyến nghị của các xung đột biến trong mạch điện xoay chiều điện áp thấp (1000V trở xuống)', 2002
IEEE C62.41. 2 'IEEE về Thực hành Khuyến nghị về Kiểm tra Xung kích cho Thiết bị Kết nối với Mạch Nguồn AC Điện áp thấp (1000V trở xuống)', 2002

Tình huống 1: Sét không chiếu trực tiếp vào công trình.
Tình huống 2: Hiếm khi xảy ra: sét đánh thẳng vào tòa nhà hoặc xuống đất cạnh tòa nhà bị sét đánh.

Bảng 2 đề xuất các dạng sóng đại diện có thể áp dụng và Bảng 3 đưa ra các giá trị cường độ tương ứng với từng loại.
Bảng 2: Vị trí AB C (Trường hợp 1) Dạng sóng thử nghiệm tác động bổ sung và tiêu chuẩn áp dụng và Tóm tắt tham số Trường hợp 2.

Bảng 3: Tình hình SPD ở lối ra 2 Nội dung kiểm tra ^{A, B}

Lưu ý:
A. Thử nghiệm này được giới hạn cho SPD được cài đặt ở lối ra, khác với các tiêu chuẩn và dạng sóng bổ sung được đề cập trong khuyến nghị này, ngoại trừ SPD.
B. Các giá trị trên áp dụng cho từng pha thử nghiệm của SPD nhiều pha.
C. Kinh nghiệm vận hành thành công tại hiện trường của SPD với C thấp hơn mức phơi nhiễm 1 cho thấy rằng các thông số thấp hơn có thể được chọn.

“Không có dạng sóng cụ thể nào có thể đại diện cho tất cả các môi trường tăng sóng, vì vậy thế giới thực phức tạp cần được đơn giản hóa thành một số dạng sóng thử nghiệm tiêu chuẩn dễ xử lý. Để đạt được điều này, môi trường tăng đột biến được phân loại để cung cấp điện áp và dòng điện tăng. Dạng sóng và biên độ được lựa chọn sao cho phù hợp để đánh giá các khả năng chịu đựng khác nhau của thiết bị được kết nối với nguồn điện xoay chiều điện áp thấp, và độ bền của thiết bị và môi trường tăng vọt cần được điều phối đúng cách. ”

“Mục đích của việc chỉ định các dạng sóng thử nghiệm phân loại là cung cấp cho các nhà thiết kế và người sử dụng thiết bị các dạng sóng thử nghiệm xung tiêu chuẩn và bổ sung và các mức môi trường xung đột tương ứng. Các giá trị khuyến nghị cho dạng sóng chuẩn là kết quả đơn giản hóa thu được từ việc phân tích một lượng lớn dữ liệu đo. Việc đơn giản hóa sẽ cho phép một thông số kỹ thuật hiệu quả và lặp lại cho khả năng chống đột biến của thiết bị kết nối với nguồn điện xoay chiều điện áp thấp. ”

Các sóng điện áp và dòng điện được sử dụng cho thử nghiệm điện áp giới hạn xung SPD của mạng viễn thông và mạng tín hiệu được trình bày trong Bảng 4.

Bảng 4: Điện áp và làn sóng hiện tại của thử nghiệm va đập (Bảng 3 của GB18802-1)

Lưu ý: Tác động được áp dụng giữa đầu cuối đường dây và đầu cuối chung. Việc thử nghiệm giữa các đầu cuối đường dây được xác định tùy theo sự phù hợp. SPD cho cung cấp điện và SPD cho mạng viễn thông và tín hiệu phải tạo thành dạng sóng thử nghiệm tiêu chuẩn thống nhất có thể phù hợp với điện áp chịu đựng của thiết bị.

2. loại công tắc điện áp và loại giới hạn điện áp

Trong lịch sử lâu dài, kiểu chuyển mạch điện áp và kiểu giới hạn điện áp là sự phát triển, cạnh tranh, bổ sung, đổi mới và tái phát triển. Loại khe hở không khí của loại công tắc điện áp đã được sử dụng rộng rãi trong những thập kỷ qua, nhưng nó cũng bộc lộ một số khiếm khuyết. Họ đang:

(1) Mức đầu tiên (mức B) sử dụng SPD loại khe hở tia lửa 10 / 350µs đã gây ra một số lượng lớn hồ sơ thiết bị liên lạc của trạm gốc về thiệt hại sét lớn.

(2) Do thời gian đáp ứng của khe hở tia lửa SPD đối với sét lâu, khi trạm gốc chỉ có SPD khe hở tia lửa và không có SPD nào khác được sử dụng cho bảo vệ cấp thứ hai (cấp C), dòng điện sét có thể gây ra nhạy cảm với sét các thiết bị trong thiết bị hư hỏng.

(3) Khi trạm gốc sử dụng bảo vệ hai cấp B và C, thời gian phản hồi chậm của khe hở tia lửa SDP đối với sét có thể làm cho tất cả các dòng sét đi qua bộ bảo vệ giới hạn điện áp cấp C, làm cho bộ bảo vệ cấp C bị hư hỏng do sét đánh.

(4) Có thể có điểm mù phóng tia lửa điện giữa sự hợp tác năng lượng giữa loại khe hở và loại giới hạn áp suất (điểm mù có nghĩa là không có phóng tia lửa trong khe phóng tia lửa điện), dẫn đến loại khe hở tia lửa SPD không hoạt động, và bộ bảo vệ cấp thứ hai (cấp C) cần phải chịu được cao hơn. Dòng sét làm cho bảo vệ mức C bị sét đánh hỏng (bị giới hạn bởi diện tích của trạm gốc, khoảng cách tách giữa hai cực SPD yêu cầu khoảng 15 mét). Do đó, cấp đầu tiên không thể áp dụng SPD kiểu lỗ hổng để hợp tác hiệu quả với SPD cấp C.

(5) Phần cảm được mắc nối tiếp giữa hai mức bảo vệ để tạo thành thiết bị tách để giải quyết vấn đề về khoảng cách bảo vệ giữa hai mức SPD. Có thể có một điểm mù hoặc vấn đề phản chiếu giữa cả hai. Theo lời giới thiệu: “Điện cảm được sử dụng như một thành phần suy giảm và dạng sóng Hình dạng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Đối với các dạng sóng dài nửa giá trị (chẳng hạn như 10 / 350µs), hiệu ứng tách cuộn cảm không hiệu quả lắm (loại khe hở tia lửa cộng với cuộn cảm không thể đáp ứng các yêu cầu bảo vệ của các phổ sét khác nhau khi sét đánh). Khi tiêu thụ các thành phần, thời gian tăng và giá trị đỉnh của điện áp tăng phải được xem xét. ” Hơn nữa, ngay cả khi thêm điện cảm, vấn đề của điện áp SPD loại khe hở lên đến khoảng 4kV không thể giải quyết được và hoạt động hiện trường cho thấy rằng sau khi SPD loại khe hở và SPD loại kết hợp khe hở được kết nối nối tiếp, C- mô-đun cấp 40kA được lắp bên trong nguồn điện chuyển mạch làm mất SPD Có rất nhiều hồ sơ về việc bị sét đánh phá hủy.

(6) Các giá trị di / dt và du / dt của SPD kiểu khe hở là rất lớn. Tác động lên các thành phần bán dẫn bên trong thiết bị được bảo vệ đằng sau SPD cấp một là đặc biệt đáng chú ý.

(7) Khe hở tia lửa SPD không có chức năng chỉ báo suy giảm

(8) SPD loại khe hở tia lửa không thể nhận ra các chức năng báo động hư hỏng và báo hiệu lỗi từ xa (hiện tại nó chỉ có thể được nhận ra bằng đèn LED để chỉ ra trạng thái làm việc của mạch phụ trợ của nó và không phản ánh sự suy giảm và hư hỏng của tia sét bảo vệ), vì vậy đối với các trạm gốc không có người giám sát, SPD gián đoạn không thể được áp dụng một cách hiệu quả.

Tóm lại: từ quan điểm của các thông số, chỉ số và các yếu tố chức năng như áp suất dư, khoảng cách tách, khí tia lửa, thời gian phản hồi, không có báo động hư hỏng và tín hiệu từ xa không có lỗi, việc sử dụng khe hở tia lửa SPD trong trạm gốc đe dọa sự vận hành an toàn của hệ thống thông tin liên lạc Các vấn đề.

Tuy nhiên với sự phát triển không ngừng của công nghệ thì SPD kiểu tia lửa điện tiếp tục khắc phục được những khuyết điểm của chính mình, việc sử dụng SPD kiểu này cũng nêu lên những ưu điểm lớn hơn. Trong 15 năm qua, rất nhiều nghiên cứu và phát triển đã được thực hiện về kiểu khe hở không khí (xem Bảng 5):

Về hiệu suất, thế hệ sản phẩm mới có ưu điểm là điện áp dư thấp, công suất dòng lớn, kích thước nhỏ. Thông qua việc áp dụng công nghệ kích hoạt khe hở vi mô, nó có thể nhận ra sự phù hợp khoảng cách “0” với SPD giới hạn áp suất và sự kết hợp của SPD giới hạn áp suất. Nó cũng bù đắp cho việc thiếu khả năng đáp ứng và tối ưu hóa đáng kể việc thiết lập hệ thống chống sét. Về chức năng, thế hệ sản phẩm mới có thể đảm bảo hoạt động an toàn của toàn bộ sản phẩm bằng cách giám sát hoạt động của mạch kích hoạt. Thiết bị ngắt nhiệt được lắp bên trong sản phẩm để tránh vỏ ngoài bị cháy; một công nghệ khoảng cách mở lớn được áp dụng trong bộ điện cực để tránh dòng chảy liên tục sau khi cắt ngang bằng không. Đồng thời, nó cũng có thể cung cấp chức năng cảnh báo tín hiệu từ xa để lựa chọn kích thước xung sét tương đương, và kéo dài tuổi thọ.

Bảng 5: Sự phát triển điển hình của khe hở tia lửa

S / N	Năm	Các tính năng chính	Chi tiết
1	1993	Thiết lập một khe hở hình chữ “V” thay đổi từ nhỏ đến lớn và thiết lập một chất cách điện phóng điện mỏng dọc theo phần cuối của thung lũng làm cách ly để giúp thu được điện áp hoạt động thấp và phóng điện cho đến khe hở, sử dụng điện cực và cấu trúc không gian và tính chất vật liệu vào năm 1993 .Dẫn hồ quang ra bên ngoài, tạo thành tình trạng ngắt quãng và dập tắt hồ quang. Bộ phóng điện kiểu khe hở ban đầu có điện áp đánh thủng cao và độ phân tán lớn.
2	1998	Việc sử dụng mạch kích hoạt điện tử, đặc biệt là sử dụng máy biến áp, thực hiện chức năng kích hoạt phụ. Nó thuộc về khe hở phóng điện được kích hoạt chủ động, là sự nâng cấp của khe hở phóng điện được kích hoạt thụ động. Có hiệu quả làm giảm điện áp đánh thủng. Nó thuộc về bộ kích hoạt xung và không đủ ổn định.
3	1999	Sự phóng điện khe hở được kích thích bởi một mảnh phát tia lửa (được kích hoạt bởi một máy biến áp), cấu trúc được thiết kế như một cấu trúc nửa kín, và khe hở hình tròn hoặc hình vòng cung hình sừng được thay đổi từ nhỏ đến lớn, và bộ dẫn khí rãnh được cung cấp ở bên cạnh để dễ vẽ và được kéo dài Hồ quang điện được dập tắt và cấu trúc kín có thể được lấp đầy bằng khí chữa cháy hồ quang. Đó là sự phát triển của điện cực khoảng cách phóng điện sớm. So với khe hở phóng điện kín truyền thống, rãnh hình vòng cung hoặc hình tròn tối ưu hóa không gian và điện cực, dẫn đến thể tích nhỏ hơn. Khoảng cách điện cực nhỏ, khả năng ngắt quãng không đủ,
4	2004	Hợp tác với công nghệ kích hoạt khe hở vi mô, áp dụng cài đặt điện cực khoảng cách lớn và công nghệ dập tắt hồ quang làm mát kênh xoắn ốc, Cải thiện đáng kể công nghệ kích hoạt và khả năng ngắt quãng, việc sử dụng công nghệ kích hoạt năng lượng ổn định và đáng tin cậy hơn.
5	2004	Tối ưu hóa thiết bị chống sét để tạo thành thiết bị chống sét lan truyền tổng hợp đáp ứng các yêu cầu của bảo vệ loại B và C. Các mô-đun làm từ các khe hở phóng điện, các mô-đun làm bằng các phần tử giới hạn điện áp, đế và các thiết bị suy giảm được kết hợp theo nhiều cách khác nhau để tạo thành các thiết bị bảo vệ quá áp

Bản đồ theo dõi phát triển

3. Điểm giống và khác nhau giữa SPD viễn thông và SPD cung cấp điện

Bảng 6: Điểm giống và khác nhau giữa SPD viễn thông và SPD cung cấp điện

Bảng 7: Điện áp làm việc chung của SPD truyền thông

4. Hợp tác giữa bảo vệ quá dòng bên ngoài và SPD

Yêu cầu đối với bảo vệ quá dòng (cầu dao hoặc cầu chì) trong bộ ngắt kết nối:

(1) Tuân thủ GB / T18802.12: 2006 “Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền (SPD) Phần 12: Hướng dẫn lựa chọn và sử dụng của hệ thống phân phối điện áp thấp”, “Khi SPD và thiết bị bảo vệ quá dòng hợp tác, danh định dưới dòng phóng Trong đó, khuyến cáo rằng bộ bảo vệ quá dòng không hoạt động; khi dòng lớn hơn In, bộ bảo vệ quá dòng có thể hoạt động. Đối với bộ bảo vệ quá dòng có thể đặt lại được, chẳng hạn như bộ ngắt mạch, nó sẽ không bị hỏng do sự tăng vọt này ”.

(2) Giá trị dòng điện danh định của thiết bị bảo vệ quá dòng phải được chọn theo dòng ngắn mạch tối đa có thể được tạo ra khi lắp đặt SPD và khả năng chịu dòng ngắn mạch của SPD (do nhà sản xuất SPD cung cấp ), nghĩa là, “SPD và bảo vệ quá dòng được kết nối với nó. Dòng ngắn mạch (được tạo ra khi SPD bị lỗi) của thiết bị bằng hoặc lớn hơn dòng ngắn mạch tối đa dự kiến ​​lúc lắp đặt. ”

(3) Mối quan hệ chọn lọc phải được thỏa mãn giữa thiết bị bảo vệ quá dòng F1 và bộ ngắt kết nối bên ngoài SPD F2 ở đầu vào nguồn. Sơ đồ đấu dây của thử nghiệm như sau:

Kết quả nghiên cứu như sau:
(a) Điện áp trên cầu dao và cầu chì
U (cầu dao) ≥ 1.1U (cầu chì)
U (SPD + bộ bảo vệ quá dòng) là tổng vectơ của U1 (bộ bảo vệ quá dòng) và U2 (SPD).

(b) Công suất dòng điện tăng mà cầu chì hoặc bộ ngắt mạch có thể chịu được

Trong điều kiện bộ bảo vệ quá dòng không hoạt động, hãy tìm dòng điện tăng tối đa mà cầu chì và bộ ngắt mạch có dòng điện danh định khác nhau có thể chịu được. Mạch thử nghiệm như trong hình trên. Phương pháp thử nghiệm như sau: dòng điện khởi động áp dụng là I, và cầu chì hoặc bộ ngắt mạch không hoạt động. Khi áp dụng 1.1 lần dòng khởi động I, nó sẽ hoạt động. Thông qua các thí nghiệm, chúng tôi đã tìm thấy một số giá trị dòng điện danh định tối thiểu cần thiết để bộ bảo vệ quá dòng không hoạt động dưới dòng khởi động (dòng sóng 8 / 20µs hoặc dòng sóng 10 / 350µs). Xem bảng:

Bảng 8: Giá trị nhỏ nhất của cầu chì và cầu dao dưới dòng điện khởi động có dạng sóng 8 / 20µs

Bảng 9: Giá trị nhỏ nhất của cầu chì và bộ ngắt mạch không hoạt động dưới dòng điện tăng 10 / 350µs