SPD-problemer og løsninger for sekundære strømkredsløb af spændingsomformer

Denne artikel analyserer situationen i dybden og sammenfatter tekniske foranstaltninger til løsning af problemet.

1. Hovedproblemer med SPD-produkter i sekundære spændingsomformer-kredsløb

I øjeblikket findes der hjemme og udlandet fri-residualstrøm-SPD'er (kontaktslagtype lynbeskyttelse). De bruger hovedsageligt udladningsrør/kabler som deres primære interne udladningskredsløb, med høj udladningsstrøm kapacitet (overskrider zincoxid-varistorer). Men de har fatale fejl: dårlig spændinggrænsing, bueudtrækningsspænding og lang respons tid (op til 100 ns). Dette forhindrer sekundær kredsløbsudstyr i at få passende beskyttelse. Det er endnu værre, da bueudtrækningsspænding ofte reducerer sekundær kredsløbs-spændingen (100 V) til flere volts, hvilket gør, at måling- og kontrolsystemet viser tab af højspændingsledningsspænding. Derfor kan kontaktslagtype lynbeskyttere ikke bruges.

2. Løsninger og hovedindhold

Almindelige SPD kerneudladningselementer på markedet inkluderer udladningsrør CDT, zincoxid varistor MOV, og overgangsspændingsdæmper TVD. TVD har ekstremt hurtig respons (1 ns), god spændinggrænsing, og lille residualstrøm (under 1 μA); den brænder ud og afbryder efter skade uden kortslutning. Men dets udladningsstrøm er lav (1 kA). Desuden har CDT, GAP, og TVD stærkere modstandskraft mod højspændingspuls end MOV, og kan tåle 10 kV-pulser uden strukturel skade.

Ved at kombinere disse elementers fordele og ved hjælp af en kombineret kredsløb, er et produkt (MOV i serie med parallel CDT og TVD) designet, som vist på figur 1.

Figur 1: Udladningsprincip

Når lynstrøm indtrænger ved punkt A, forbliver MOV initialt ikkeledende. Imidlertid ligeudbygger MOV's residualstrøm potentialet mellem punkt A og B. I dette øjeblik aktiverer TVS inden for 1 ns, skaber en direkte vej mellem punkt B og C. Som følge heraf anvendes den fulde lynspænding på MOV mellem punkt A og B. Da MOV's aktiveringsspænding Um kun er 50% af den kombinerede kredsløbs aktiveringsspænding Uc, accelererer højspændingen MOV's aktivering, reducerer dets typiske 25 ns responstid til ca. 12.5 ns. Under denne periode, mens udladningsstrømmen stadig opbygges, tvinger den direkte vej fra A til B det meste af lynspændingen på punkt B og C (hvor TVD's maksimal strømkapacitet er ~1 kA).

Fra et designperspektiv er CDT's aktiveringsspænding 50% lavere end Uc. Desuden skaber den partielt ledede MOV's interne modstand RL en spændingsfald, der hæver spændingen ved punkt B over den initielle lynspænding. Test viser, at dette reducerer CDT's aktiveringstid fra 100 ns til 15 ns, hvilket gør, at hele kredsløbet kan blive fuldstændigt ledende inden for 25 ns - svarende til en separat MOV's responstid.

Efter udladning eliminerer TVD's ubetydelige residualstrøm og CDT's fuldstændige afbrydelse MOV's residualstrøm problemer, forhindrer potentielle farer. For spændingsgrænsning præstation, sikrer TVD's præcis aktivering (hvor aktiveringsspænding er lig med grænsspænding) en lav grænsetærskel. Givet Um = 0.5Uc, er MOV's grænsspænding i kredsløbet 1.5Uc, hvilket resulterer i en samlet kombineret kredsløbs grænsspænding på 2Uc - betydeligt bedre end 3x forholdet for separate MOV-moduler.

En yderligere overvågningskredsløb er integreret for at opdage komponentfejl. Når interne elementer forringes, går overvågningsknuden fra åben til lukket, signalerer SPD-fejl. Tabel 1 sammenligner præstationen for separate MOV-moduler imod den kombinerede udladningskredsløb SPD under identiske forhold.

Denne nye type SPD har residualstrøm, men kan kontrollere overspændingen på et meget lavt niveau (under 10 μA). Desuden kan den holde residualstrøm parametrene uændrede, og hurtigt afbryde, når overspændingen forsvinder. Det er et ideelt produkt, der er anvendeligt i sekundære spændingsomformer-kredsløb.

SPD anvender en kombineret udladningskredsløb til at erstatte den enkelte zincoxid-varistor module, giver overspændingsbeskyttelses tekniske foranstaltninger for sekundær kredsløb i spændingsomformer. Den kan undgå problemet med forøget aldersrelateret residualstrøm, efter at SPD-kredsløbet er påvirket af lyn eller driftsoverspænding flere gange. Samtidig vil der ikke være kortslutningfenomen, når nedbrydning og fejl opstår. Hvis SPD har fejlsteder som nedbrydning og kortslutning, kan drift- og vedligeholdelsespersonale advares gennem SPD's alarmkontaktpunkt, undgår forekomsten af beskyttelsesfejl eller manglende funktionalitet.

3. Konklusion

I den faktiske brug har SPD, der anvender kombineret kredsløb, en residualstrøm værdi, der i princippet er uændret fra start til fejl (efter skade, er det direkte afbrudt), og kan kontrolleres under mindre end 3 μA. Desuden kan SPD bekvemt give et fejl overvågningskontaktpunkt gennem kombineret kredsløb, hvilket er nemt for drift- og vedligeholdelsespersonale at overvåge.

Ved at anvende overspændingsundertrykkelsesteknologi for sekundære kredsløb i kombineret spændingsomformer, undgås risikoen for beskyttelsessikkerhed fejl eller manglende funktionalitet, forårsaget af jordforbindelsesrisiko af SPD i sekundære kredsløb i spændingsomformer. Det realiserer virkelig beskyttelse mod lyn og driftsoverspænding i sekundære kredsløb i spændingsomformer, sikrer sikkert drift af elektrisk sekundærudstyr i ekstreme vejrforhold og ulykkesituationer.