SPD-problem och lösningar för sekundära kretsar i spänningsomvandlare

Detta dokument analyserar den ovan nämnda situationen i detalj och sammanfattar tekniska åtgärder för att lösa problemen.

1. Huvudproblem med SPD-produkter i sekundära spänningsomvandlarkretsar

För närvarande finns det restströmsfria SPD:er (växlingsbrytande blixtskydd) hemma och utomlands. Deras huvudsakliga interna avslöpningskretsar använder avslöpningsrör/gap, med hög avslöpningströskel (överzinkoxidvaristor). De har dock dödliga brister: dålig spänningsbegränsning, bågepullningsspänning och lång svarstid (upp till 100 ns). Detta hindrar sekundära kretsutrustningar från att få rätt skydd. Värre är att bågepullningsspänning ofta drar ner sekundära spänningsomvandlarkretsens spänning (100 V) till flera volt, vilket gör att mät- och styrsystemet visar förlust av högspänningslinjespänning. Därför är växlingsbrytande blixtskydd oanvändbara.

2. Lösningar och huvudinnehåll

Vanliga SPD-kärnavslöpningskomponenter på marknaden inkluderar avslöpningsrör CDT, zinkoxidvaristor MOV och transient spänningsdämpare TVD. TVD har extremt snabb svarstid (1 ns), god spänningsbegränsning och liten restström (under 1 μA); den brinner upp och kopplas ur efter skada utan kortslutning. Men dess avslöpningsström är låg (1 kA). Dessutom har CDT, GAP och TVD starkare motståndskraft mot högspänningsimpulser än MOV, de kan uthärda 10 kV impulser utan strukturell skada.

Genom att kombinera dessa komponenters fördelar och använda en kombinerad krets, har ett produkt (MOV i serie med parallella CDT och TVD) designats, som visas i figur 1.

Figur 1: Avslöpningssprincip

När blixtström intränger vid punkt A, förblir MOV ursprungligen ickeledande. Restströmmen i MOV jämnar ut potentialen mellan punkterna A och B. I detta ögonblick aktiveras TVS inom 1 ns, skapar en direkt väg mellan punkterna B och C. Därför appliceras hela blixtspänningen över MOV mellan punkterna A och B. Eftersom MOV:s aktiveringsvolt (U_m) är endast 50% av den kombinerade kretsens aktiveringsvolt (U_c), accelererar högspänningen MOV:s aktivering, minskar dess typiska 25 ns svarstid till cirka 12,5 ns. Under denna period, medan avslöpningsströmmen fortfarande byggs upp, tvingar den direkta vägen från A till B majoriteten av blixtspänningen mellan punkterna B och C (där TVD:s maximala strömkapacitet är ~1 kA).

Ur ett designperspektiv är CDT:s aktiveringsvolt 50% lägre än U_c. Dessutom skapar den delvis ledande MOV:ns interna resistans (R_L) en spänningsnedgång som höjer spänningen vid punkt B över den ursprungliga blixtspänningen. Testerna visar att detta minskar CDT:s aktiveringstid från 100 ns till 15 ns, vilket möjliggör fullständig genomledning av hela kretsen inom 25 ns - motsvarande svarstiden för en enskild MOV.

Efter avslöpning elimineras MOV:s restströmsproblem tack vare TVD:s försumbar restström och CDT:s fullständiga avkoppling, vilket förhindrar potentiella risker. För spänningsbegränsningsprestanda säkerställer TVD:s exakta aktivering (där aktiveringsvolt är lika med begränsningsvolt) en låg begränsningströskel. Givet U_m = 0,5U_c, är MOV:s begränsningsvolt inom kretsen 1,5U_c, vilket resulterar i en total kombinerad krets begränsningsvolt av 2U_c - signifikant bättre än 3×-förhållandet för enskilda MOV-moduler.

En ytterligare övervakningskrets integreras för att upptäcka komponentfel. När interna element degenererar, går övervakningsnoden från öppen till stängd, signalerar SPD-fel. Tabell 1 jämför prestandan för enskilda MOV-moduler mot den kombinerade avslöpningskrets SPD under identiska villkor.

Denna nya typ av SPD har restström, men kan kontrollera över-spänningen på ett mycket lågt nivå (under 10 μA). Dessutom kan den behålla restströmsparametrarna oförändrade och snabbt koppla ur efter att över-spänningen försvunnit. Det är ett idealiskt produkt som är lämpligt för sekundära spänningsomvandlarkretsar.

SPD antar en kombinerad avslöpningskrets för att ersätta den enskilda zinkoxidvaristor-modulen, vilket ger över-spänningsskyddstekniska åtgärder för sekundära spänningsomvandlarkretsar. Det kan undvika problemet med ökad åldrad restström efter att SPD-kretsen påverkats av blixt eller driftsöver-spänning flera gånger. Samtidigt, när sönderfall och fel uppstår, kommer det inte att finnas något kortslutningfenomen. Om SPD har felfrågor som sönderfall och kortslutning, kan drift- och underhållspersonal påminnas genom SPD:ns larmkontakt, vilket undviker problem med skyddsfel eller funktionsbrist.

3. Slutsats

Under faktisk användning har SPD med kombinerad krets restströmsvärdet i princip oförändrat från start till misslyckande (efter skada, kopplas det direkt ur), och kan hållas under 3 μA. Dessutom kan SPD bekvämt erbjuda en felförmäringkontakt genom den kombinerade kretsen, vilket är enkelt för drift- och underhållspersonal att övervaka.

Genom att anta över-spänningssuppressiv teknik för sekundära spänningsomvandlarkretsar, undviks risken för skyddssäkerhet fel eller funktionsbrist orsakad av jordningshot från SPD i sekundära spänningsomvandlarkretsar. Det verkligen realiserar skydd mot blixt och driftsöver-spänning i sekundära spänningsomvandlarkretsar, vilket garanterar säker drift av elsekundära utrustningar i svåra väderförhållanden och olycksfall.