בעיות ופתרונות עבור מעגלים משניים של מרתכי מתח

המאמר מנתח את המצב המוזכר בפרוטרוט ומסכם אמצעי טכנולוגיים לפתרון הבעיות.

1. בעיות עיקריות של מוצרים SPD במעגלים משניים של מומרות מתח

כיום קיימים ספדים חסרי זרם שאריות (SDP מהסוג המתנתק) במדינות שונות. המעגלים הפנימיים העיקריים שלהם משתמשים בשלט נגיף/רווח, עם יכולת זרם פליטה גבוהה (מעל למשטחי צינור אוקסיד). אך יש להם תכונות פגיעה: הגבלת מתח לקויה, מתח משיכת קשת ארוכה, וזמן תגובה ארוך (עד 100 ננושניות). אלו מונעים מהציוד המשני לקבל הגנה מתאימה. יותר גרוע, מתח משיכת הקשת לעתים קרובות מוריד את מתח המעגל המשני של מומרת המתח (100 וולט) לכמה וולט, מה שגורם למערכת המדידה והבקרה להראות אובדן מתח קו מתח גבוה. לכן, מצננות ברק מהסוג המתנתק לא ניתנות לשימוש.

2. פתרונות ותוכן עיקרי

יסודות הפריקה הנפוצים של SPDS בשוק כוללים גוף פריקה CDT, משטח אוקסיד צינור MOV, ומדכא מתח רגעתי TVD. TVD מגיב במהירות רבה (1 ננושניה), מגביל מתח טוב וזרם שאריות קטן (מטה מ-1 μA); הוא נשרף ומפסיק לאחר נזק, ללא קצר. אבל זרם הפריקתו נמוך (1 kA). בנוסף, CDT, GAP ו-TVD הם בעלי יכולת התנגדות חזקה יותר לסטיות מתח גבוהים מאשר MOV, מסוגל לעמוד במתחים עד 10 kV מבלי להיפגע מבנית.

על ידי הצירוף של יתרונות אלה ושימוש במעגל משולב, תוכנן מוצר (MOV בטור עם CDT ו-TVD מקבילים), כפי שמוצג בתמונה 1.

תמונה 1: עקרון הפריקה

כאשר זרם ברק חודר בנקודה A, ה-MOV נשאר לא מוליך בהתחלה. עם זאת, הזרם השאריות של ה-MOV מאזן את הפוטנציאל בין נקודה A ל-B. ברגע זה, ה-TVDS מופעל תוך 1 ננושניה, יוצר דרך ישירה בין נקודה B ל-C. כתוצאה מכך, כל מתח הברק מוחל בין נקודה A ל-B על ה-MOV. מכיוון שהמתח ההפעלה של ה-MOV Um הוא רק 50% ממתח ההפעלה של המעגל המשולב Uc, המתח הגבוה מואץ את ההפעלה של ה-MOV, מפחית את זמן התגובה הממוצע של 25 ננושניות לבערך 12.5 ננושניות. במהלך התקופה הזו, בזמן שעדיין מתחבר זרם הפריקה, הדרך הישירה מ-A ל-B מחייבת את רוב מתח הברק בין נקודה B ל-C (כאשר היכולת המקסימלית של ה-TVDS היא כ-1 kA).

מבחינת העיצוב, מתח ההפעלה של ה-CDT הוא 50% נמוך מ-Uc. בנוסף, ההתנגדות הפנימית RL של ה-MOV חלקית מוליך יוצרת נפילת מתח שמערימה את המתח בנקודה B מעל למתח הברק הראשוני. בדיקות מראות שזה מפחית את זמן ההפעלה של ה-CDT מ-100 ננושניות ל-15 ננושניות, מאפשר לכל המעגל להתנגן באופן מלא תוך 25 ננושניות - התואם את זמן התגובה של ה-MOV עצמאי.

לאחר הפריקה, הזרם השאריות הזניח של ה-TVDS והנתק המלא של ה-CDT מחלישים את בעיות הזרם השאריות של ה-MOV, למנוע סיכונים אפשריים.至于电压箝位性能，TVS 的精确激活（其中激活电压等于箝位电压）确保了低箝位阈值。鉴于 \(U_m = 0.5U_c\)，电路中的MOV的箝位电压为 \(1.5U_c\)，导致整个组合电路的箝位电压为 \(2U_c\)——这比单独使用MOV模块时的3倍比率要好得多。

已集成一个额外的监控电路以检测组件故障。当内部元件退化时，监控节点从开路变为闭合，表明SPD故障。表1比较了在相同条件下单独使用MOV模块与组合放电电路SPD的性能。

这种新型SPD具有残余电流，但可以将过电压控制在非常低的水平（低于10 μA）。此外，它可以在过电压消失后保持残余电流参数不变，并快速断开。它是适用于电压互感器二次回路的理想产品。

该SPD采用组合放电电路代替单个氧化锌压敏电阻模块，为电压互感器二次回路提供过电压保护技术措施。它可以避免SPD电路多次受到雷击或操作过电压冲击后残余电流增大的问题。同时，在发生击穿和故障时，不会出现短路现象。如果SPD出现如击穿和短路等故障点，可以通过SPD的报警触点提醒运维人员，避免保护误动或拒动问题的发生。

3. 结论

在实际使用过程中，采用组合电路的SPD从开始到失效（损坏后直接断开）的残余电流值基本不变，并且可以控制在小于3 μA以下。此外，通过组合电路，SPD可以方便地提供故障监控触点，便于运维人员监测。

通过采用组合电压互感器二次回路的过电压抑制技术，避免了由于SPD在电压互感器二次回路中接地隐患导致的保护安全误动或拒动的风险。真正实现了对电压互感器二次回路的防雷和操作过电压保护，确保电力二次设备在恶劣天气环境和事故情况下的安全运行。

בנוסף, הזרם השאריות הזניח של ה-TVDS והנתק המלא של ה-CDT מחלישים את בעיות הזרם השאריות של ה-MOV, למנוע סיכונים אפשריים. מבחינת הביצועים של הגבלת מתח, ההפעלה המדויקת של ה-TVDS (בה מתח ההפעלה שווה למתח הגבלה) מבטיחה סף הגבלה נמוך. בהתחשב ב-Um = 0.5Uc, מתח הגבלה של ה-MOV בתוך המעגל הוא 1.5Uc, מה שמביא למתח הגבלה כולל של 2Uc עבור המעגל המשולב – הרבה יותר טוב מיחס של 3 עבור מודולים של MOV עצמאיים.

הוספת מעגל 监控被集成进来以检测组件故障。当内部元件退化时，监控节点从开路变为闭合，表明SPD故障。表1比较了在相同条件下单独使用MOV模块与组合放电电路SPD的性能。 请允许我继续完成翻译遗漏的部分：

הוספת מעגל 监控被集成进来以检测组件故障。当内部元件退化时，监控节点从开路变为闭合，表明SPD故障。表1比较了在相同条件下单独使用MOV模块与组合放电电路SPD的性能。 请允许我继续完成翻译遗漏的部分：

הוספת מעגל ניטור נוספת כדי לזהות תקלות ברכיבים. כאשר הרכיבים הפנימיים מתנוונים, נקודת הניטור עוברת ממצב פתוח למצב סגור, מציינת תקלה ב-SPD. טבלה 1 משווה את הביצועים של מודולים של MOV עצמאיים לעומת מעגל הפריקה המשולב SPD בתנאים זהים.

ה-SPD החדשני הזה יש לו זרם שאריות, אך הוא יכול לשלוט במתח עודף ברמה מאוד נמוכה (מטה מ-10 μA). בנוסף, הוא יכול לשמור על פרמטרי הזרם השאריות ללא שינוי, ולנתק במהירות לאחר שנעלם המתח עודף. זהו מוצר אידיאלי המתאים למעגל המשני של מומרות מתח.

ה-SPD אומץ מעגל הפריקה המשולב כדי להחליף את מודול המשטח האוקסיד הצינורי היחיד, מספק אמצעי טכנולוגיים להגנה על מתח עודף עבור המעגל המשני של מומרת המתח. הוא יכול להימנע מהבעיה של זרם שאריות עולה לאחר שהמעגל של ה-SPD נתון להשפעת ברק או מתח פעולה מספר פעמים. בנוסף, כאשר מתרחשות פגיעות וכשלונות, לא תהיה תופעה של קצר. אם יש ל-SPD נקודות כשל כמו פגיעות וקצר, אנשי התפעול והתחזוקה יכולים לקבל התראה דרך נקודת ההצמדה של ה-SPD, כדי להימנע מהתרחשות בעיות של תפעול מגן שגוי או אי-פעולה.

3. מסקנה

בשימוש rzeczywisty, dla SPD z obwodem hybrydowym wartość prądu resztkowego pozostaje praktycznie niezmieniona od początku do uszkodzenia (po uszkodzeniu jest bezpośrednio rozłączony) i może być kontrolowana poniżej 3 μA. Ponadto, za pomocą obwodu hybrydowego, SPD może łatwo dostarczyć punkt monitorowania awarii, co ułatwia personelowi operacyjnemu i konserwacyjnemu monitorowanie. 对不起，我注意到最后一部分翻译出现了混淆。以下是完整的希伯来语翻译：

בשימוש rzeczywisty, עבור SPD המשתמש במעגל משולב, ערך הזרם השאריות נשאר כמעט קבוע מההתחלה ועד לתקלה (אחרי התקלה, הוא ננתק ישירות) וניתן לשלוט בו מתחת ל-3 μA. בנוסף, באמצעות המעגל המשולב, ניתן לספק נקודת ניטור תקלות בצורה נוחה, מה שמאפשר לנוהלים וצוותי תחזוקה לפקח בקלות.

באמצעות הטכנולוגיה לדיכוי מתח עודף עבור המעגל המשני של מומרת המתח המשולבת, מונע הסיכון לתפעול מגן שגוי או אי-פעולה עקב סכנה של חיבור אדמה של ה-SPD במעגל המשני של מומרת המתח. זה מאפשר הגנה אמיתית כנגד ברקים ומתח פעולה במעגל המשני של מומרת המתח, ובכך מבטיח את הפעילות הבטוחה של הציוד המשני של החשמל בסביבות מזג אוויר קשים וביום שבו מתרחשות תאונות.