SPD problémák és megoldások feszültségátalakító másodlagos áramkörökhez

Ez a tanulmány részletesen elemezi a fent említett helyzetet, és összefoglalja a problémák megoldására szolgáló technikai intézkedéseket.

1. Az SPD termékek főbb problémái a feszültségátalakító másodlagos körben

Jelenleg hazai és nemzetközi szinten léteznek maradékárammentes SPD-k (kapcsoló típusú villámvédelmi berendezések). Főbb belső levezető áramkörökük a levezető csövek/részek, amelyek nagy levezető áramerővel rendelkeznek (a cink-oxid varisztoroknál magasabb). Ugyanakkor vannak halálos hibái: rossz feszültségkorlátozás, ív-vonási feszültség és hosszú válaszidő (100 ns-ig). Ezek megakadályozzák a másodlagos körbeli eszközök megfelelő védelmét. Sosebb, az ív-vonási feszültség gyakran csökkenti a feszültségátalakító másodlagos körbeli feszültségét (100 V) néhány voltos értékre, ezzel a mérő- és ellenőrző rendszert magasfeszültségi vonalkivonódást mutatva. Így a kapcsoló típusú villámvédelmi berendezések nem használhatók.

2. Megoldások és fő tartalmak

A piaci SPD alapvető levezető elemek közé tartoznak a CDT levezetőcsöv, a MOV cink-oxid varisztor és a TVD ideiglenes feszültségkizáró. A TVD rendkívül gyors válaszidővel (1 ns), jó feszültségkorlátozással és kis maradékárammal (1 μA alatt) rendelkezik; sérülés után felgyullad és kitörik, anélkül hogy rövidzárt lenne. Viszont alacsony a levezető árama (1 kA). A CDT, GAP és TVD erősebb magasfeszültségi határozott impulzus-ellenállással rendelkeznek, mint a MOV, 10 kV impulzusokkal bírva anélkül, hogy szerkezeti károsodást szenvedne.

Az ezek elemek előnyeinek kombinálásával és egy kombinált áramkör használatával terveztek egy terméket (MOV sorban párhuzamos CDT és TVD-val), ahogy az Ábra 1-ben látható.

Ábra 1: Levezetési elv

Amikor villámáram jut be az A pontba, a MOV kezdetben nem vezet áramot. Azonban a MOV maradékárama kiegyenlítette az A és B pontok közötti potenciált. Ebben a pillanatban a TVS 1 ns alatt aktiválódik, közvetlen útvonalat hoz létre a B és C pontok között. Ennek eredményeként a teljes villámfeszültség a MOV-en kerül az A és B pontok között. Mivel a MOV aktiválási feszültsége Um csak 50%-a a kombinált áramkör aktiválási feszültségének Uc, a magas feszültség gyorsítja a MOV aktiválódását, csökkentve a tipikus 25 ns válaszidőt kb. 12,5 ns-ra. Ezalatt idő alatt, amíg a levezető áram tovább növekszik, az A-B közti közvetlen útvonal a villámfeszültség nagy részét a B-C pontok között terheli (ahol a TVD maximális áramerője ~1 kA).

Tervezési szempontból a CDT aktiválási feszültsége 50%-kal alacsonyabb, mint Uc. Továbbá a részben vezető MOV belső ellenállása RL feszültség-lehullást okoz, ami a B pont feszültségét meghaladja a kezdeti villámfeszültséget. A tesztelések azt mutatják, hogy ez a CDT aktiválási idejét 100 ns-ről 15 ns-re csökkenti, lehetővé téve, hogy az egész áramkör 25 ns alatt teljesen vezessen áramot - ami egyezik a különálló MOV válaszidőjével.

A levezetés után a TVD negligeálható maradékáram és a CDT teljes kitörikedése kizárja a MOV maradékáram problémáit, megelőzve a potenciális veszélyeket. A feszültségkorlátozás teljesítményére nézve a TVD pontos aktiválása (ahol az aktiválási feszültség egyenlő a korlátozó feszültséggel) biztosít alacsony korlátozó küszöböt. Figyelembe véve, hogy Um = 0.5Uc, a MOV korlátozó feszültsége az áramkörben 1.5Uc, ami egy teljes kombinált áramkör korlátozó feszültségét 2Uc-re hozza - jelentősen jobb, mint a különálló MOV modulok 3-s aránya.

Egy további figyelőáramkört integráltak a komponensszerű hibák detektálásához. Amikor a belső elemek romlanak, a figyelő csomópont nyitott állapotból zárt állapotba tér, jelezve a SPD hibáját. A Táblázat 1 összehasonlítja a különálló MOV modulok és a kombinált levezetési áramkör SPD teljesítményét azonos feltételek mellett.

Ez az új típusú SPD maradékárammal rendelkezik, de nagyon alacsony szinten (10 μA alatt) tudja ellenőrizni a túlfeszültséget. Ezenkívül a túlfeszültség eltűnését követően gyorsan kitörik, és a maradékáram paramétereit változatlanul tartja. Ez egy ideális termék a feszültségátalakító másodlagos köréhez.

Az SPD kombinált levezetési áramkört alkalmaz a cink-oxid varisztor modul helyettesítésére, amely túlfeszültség elleni védelmi intézkedéseket biztosít a feszültségátalakító másodlagos körének. Ez megelőzi a SPD áramkörben többszori villám- vagy működési túlfeszültség miatti idősebb maradékáram növekedési problémáját. Ugyanakkor, ha történik átmeneti károsodás vagy hiba, nincs rövidzárt jelenség. Ha a SPD-nél hibajelenségek, például átmeneti károsodás vagy rövidzárt fordul elő, a működési és karbantartási személyzetet a SPD riasztási csatlakozópontja figyelmeztetheti, elkerülve a védelem hibás vagy nem megfelelő működési problémáit.

3. Következtetés

A valós használat során az SPD kombinált áramkörrel a maradékáram értéke alapján változatlan marad a hiba (sérülés) bekövetkezéséig (sérülés után közvetlenül kitörik), és 3 μA alatt tartható. Továbbá az SPD kényelmesen adható ki a hibafigyelő csatlakozópontja a kombinált áramkör révén, ami könnyen figyelhető a működési és karbantartási személyzet számára.

A kombinált feszültségátalakító másodlagos körbeni túlfeszültség-ellenőrzési technológia alkalmazásával elkerülhető a SPD másodlagos körbeni földelési rejtett veszélye miatti védelem biztonsági hibás vagy nem megfelelő működési kockázata. Valóban megvalósítja a villám és működési túlfeszültség elleni védelmet a feszültségátalakító másodlagos körében, biztosítva a távfűtő másodlagos eszközök biztonságos működését súlyos időjárási körülmények és balesetek közben.