Προβλήματα SPD και Λύσεις για Δευτερεύουσες Κύκλωσεις Μετατροπέα Τάσης

Αυτό το έγγραφο αναλύει εξεταστικά την παραπάνω κατάσταση και συνοψίζει τα τεχνικά μέτρα για την επίλυση των προβλημάτων.

1. Κύρια Προβλήματα των Προϊόντων SPD στους Δευτερεύοντες Κύκλους Μετατροπέα Τάσης

Σήμερα, υπάρχουν οικειοθελείς και εξωτερικοί SPDs (αντικεραυνικοί διακόπτες) χωρίς υπολείμματα ρεύματος. Οι κύριες εσωτερικές διακρατικές διαδρομές τους χρησιμοποιούν διακρατικά σωλήνια/διαστάσεις, με υψηλή διακρατική ικανότητα ρεύματος (που υπερβαίνει τους βαριστόριοι οξειδίου του ημισταχίου). Ωστόσο, έχουν θανάτια ελλείψεις: κακή περιοριστική τάση, τάση άντλησης φλογός και μεγάλο χρόνο αντίδρασης (έως 100 ns). Αυτά εμποδίζουν την κατάλληλη προστασία των εξοπλισμών του δευτερεύοντος κυκλώματος. Επιπλέον, η τάση άντλησης φλογός συχνά μειώνει την τάση του δευτερεύοντος κυκλώματος του μετατροπέα τάσης (100 V) σε λίγα βολτ, οπότε το σύστημα μέτρησης και ελέγχου δείχνει χαμή τάσης στην υψηλή τάση. Συνεπώς, οι αντικεραυνικοί διακόπτες δεν είναι εφαρμόσιμοι.

2. Λύσεις και Κύρια Περιεχόμενα

Οι κοινές κύριες διακρατικές συστατικές των SPD στην αγορά περιλαμβάνουν το διακρατικό σωλήνιο CDT, τον βαριστόριο MOV και τον επιτραπεζιακό διακόπτη TVD. Ο TVD έχει υπερταχύ χρόνο αντίδρασης (1 ns), καλή περιοριστική τάση και μικρό υπόλοιπο ρεύμα (κάτω από 1 μA); καίεται και αποσυνδέεται μετά την βλάβη, χωρίς καμία σύνδεση. Ωστόσο, το διακρατικό ρεύμα του είναι χαμηλό (1 kA). Επίσης, το CDT, GAP και TVD έχουν ισχυρότερη αντοχή σε υψηλή τάση, αντιμετωπίζοντας 10 kV ωθήσεις χωρίς δομική βλάβη.

Με την ενσωμάτωση των πλεονεκτημάτων αυτών των συστατικών και τη χρήση συνδυασμένου κυκλώματος, σχεδιάστηκε ένα προϊόν (MOV σε σειρά με παράλληλο CDT και TVD), όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.

Σχήμα 1: Αρχή Διάφορης Φυλασίας

Όταν το ρεύμα κεραυνού εισέρχεται στο Σημείο A, ο MOV παραμένει ανεξάρτητος. Ωστόσο, το υπόλοιπο ρεύμα του MOV ισορροπεί την δυναμική μεταξύ των Σημείων A και B. Σε αυτή τη στιγμή, ο TVS ενεργοποιείται εντός 1 ns, δημιουργώντας άμεση διαδρομή μεταξύ των Σημείων B και C. Συνεπώς, η πλήρης τάση κεραυνού εφαρμόζεται στο MOV μεταξύ των Σημείων A και B. Επειδή η ενεργοποιητική τάση του MOV Um είναι μόνο 50% της ενεργοποιητικής τάσης του συνδυασμένου κυκλώματος Uc, η υψηλή τάση επιταχύνει την ενεργοποίηση του MOV, μειώνοντας το τυπικό χρόνο αντίδρασης 25 ns σε περίπου 12.5 ns. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ενώ το διακρατικό ρεύμα συνεχίζει να αυξάνεται, η άμεση διαδρομή από το A στο B εξαναγκάζει το μεγαλύτερο μέρος της τάσης κεραυνού μεταξύ των Σημείων B και C (όπου η μέγιστη ικανότητα ρεύματος του TVD είναι ~1 kA).

Από σχεδιαστικής άποψης, η ενεργοποιητική τάση του CDT είναι 50% χαμηλότερη από το Uc. Επιπλέον, η εσωτερική αντίσταση RL του μερικώς συνδεδεμένου MOV δημιουργεί μια πτώση τάσης που αυξάνει την τάση στο Σημείο B πάνω από την αρχική τάση κεραυνού. Οι δοκιμές δείχνουν ότι αυτό μειώνει τον χρόνο ενεργοποίησης του CDT από 100 ns σε 15 ns, επιτρέποντας στο σύνολο του κυκλώματος να ενεργοποιηθεί εντός 25 ns - συμβαδίζοντας με τον χρόνο αντίδρασης ενός αυτόνομου MOV.

Μετά τη διάφορη φυλασία, το ασήμαντο υπόλοιπο ρεύμα του TVD και η πλήρης αποσύνδεση του CDT εξαλείφουν τα προβλήματα υπόλοιπου ρεύματος του MOV, αποτρέποντας πιθανά κίνδυνα. Για την απόδοση περιορισμού τάσης, η ακριβής ενεργοποίηση του TVD (όπου η ενεργοποιητική τάση ισοδυναμεί με την τάση περιορισμού) εξασφαλίζει χαμηλή θερμοκρασία περιορισμού. Λόγω του Um = 0.5Uc, η τάση περιορισμού του MOV μέσα στο κύκλωμα είναι 1.5Uc, οπότε η συνολική τάση περιορισμού του συνδυασμένου κυκλώματος είναι 2Uc - σημαντικά καλύτερη από το 3x λόγο των αυτόνομων μονάδων MOV.

Ένα πρόσθετο κύκλωμα παρακολούθησης ενσωματώνεται για την ανίχνευση αποτυχιών συστατικών. Όταν τα εσωτερικά συστατικά φθάνουν σε κατάσταση αποσύνθεσης, η κόμβος παρακολούθησης μεταβάλλεται από ανοιχτή σε κλειστή, σηματοδοτώντας την αποτυχία του SPD. Η Πίνακας 1 συγκρίνει την απόδοση των αυτόνομων μονάδων MOV με το συνδυασμένο κύκλωμα SPD υπό ίδιες συνθήκες.

Αυτός ο νέος τύπος SPD έχει υπόλοιπο ρεύμα, αλλά μπορεί να ελέγχει την υπερτάση σε πολύ χαμηλό επίπεδο (κάτω από 10 μA). Επιπλέον, μπορεί να διατηρεί αμετάβλητα τα παράμετρα υπόλοιπου ρεύματος και να αποσυνδέεται γρήγορα μετά την εξαφάνιση της υπερτάσης. Είναι ένα ιδανικό προϊόν που είναι εφαρμόσιμο στο δευτερεύον κύκλωμα των μετατροπέων τάσης.

Ο SPD χρησιμοποιεί συνδυασμένο κύκλωμα διάφορης φυλασίας για να αντικαταστήσει την μοναδική μονάδα βαριστόριου οξειδίου του ημισταχίου, παρέχοντας τεχνικά μέτρα προστασίας από υπερτάση για το δευτερεύον κύκλωμα του μετατροπέα τάσης. Μπορεί να αποφύγει το πρόβλημα της αύξησης του υπόλοιπου ρεύματος μετά από πολλές επιθέσεις κεραυνού ή υπερτάσεις λειτουργίας. Επίσης, όταν συμβαίνει κατάρρευση και αποτυχία, δεν υπάρχει φαινόμενο σύνδεσης. Εάν ο SPD έχει σημεία αποτυχίας, όπως κατάρρευση ή σύνδεση, το προσωπικό λειτουργίας και συντήρησης μπορεί να ειδοποιηθεί μέσω του σημείου επαφής ειδοποίησης του SPD, αποφεύγοντας την εμφάνιση προβλημάτων μη ή λανθασμένης λειτουργίας προστασίας.

3. Συμπέρασμα

Κατά την πραγματική χρήση, ο SPD που χρησιμοποιεί συνδυασμένο κύκλωμα έχει την τιμή του υπόλοιπου ρεύματος σχεδόν αμετάβλητη από την αρχή έως την αποτυχία (μετά την βλάβη, αποσυνδέεται άμεσα), και μπορεί να ελεγχθεί κάτω από 3 μA. Επιπλέον, ο SPD μπορεί να παρέχει εύκολα ένα σημείο επαφής παρακολούθησης αποτυχίας μέσω του συνδυασμένου κυκλώματος, το οποίο είναι εύκολο για το προσωπικό λειτουργίας και συντήρησης να παρακολουθεί.

Με την χρήση της τεχνολογίας καταστολής υπερτάσεων για το δευτερεύον κύκλωμα του συνδυασμένου μετατροπέα τάσης, αποφεύγεται το πρόβλημα της ασφάλειας προστασίας λανθασμένης ή μη λειτουργίας λόγω της κρυμμένης αποδίκης του SPD στο δευτερεύον κύκλωμα του μετατροπέα τάσης. Πραγματοποιείται πραγματικά η προστασία από κεραυνό και υπερτάσεις λειτουργίας στο δευτερεύον κύκλωμα του μετατροπέα τάσης, εξασφαλίζοντας την ασφαλή λειτουργία των δευτερεύοντων εξοπλισμών ρεύματος σε αυστηρές κλιματικές συνθήκες και σε περιπτώσεις ατυχημάτων.