ปัญหาและวิธีการแก้ไขสำหรับวงจรรองของหม้อแปลงแรงดัน

บทความนี้วิเคราะห์สถานการณ์ดังกล่าวอย่างลึกซึ้งและสรุปมาตรการทางเทคนิคในการแก้ไขปัญหา

1. ปัญหาหลักของผลิตภัณฑ์ SPD ในวงจรรองของหม้อแปลงแรงดัน

ปัจจุบันมี SPD แบบไม่มีกระแสไฟฟ้าคงที่ (สวิตช์แบบตัดฟ้า) ทั้งในและต่างประเทศ วงจรปล่อยประจุด้านในหลักใช้หลอดปล่อยประจุ/ช่องว่าง ซึ่งมีความจุกระแสปล่อยสูง (เกินกว่าตัวต้านทานออกไซด์สังกะสี) แต่มีข้อเสียร้ายแรง เช่น การจำกัดแรงดันไม่ดี แรงดันดึงอาร์ก และเวลาตอบสนองยาวนาน (ถึง 100 ns) ทำให้อุปกรณ์ในวงจรรองไม่ได้รับการป้องกันอย่างเหมาะสม นอกจากนี้ แรงดันดึงอาร์กยังทำให้แรงดันในวงจรรองของหม้อแปลงแรงดัน (100 V) ลดลงเหลือเพียงไม่กี่โวลต์ ทำให้ระบบวัดและควบคุมแสดงว่าแรงดันสายไฟสูงหายไป ดังนั้น สวิตช์แบบตัดฟ้าจึงไม่สามารถใช้งานได้

2. แนวทางแก้ไขและเนื้อหาหลัก

องค์ประกอบหลักของการปล่อยประจุใน SPD ที่พบในตลาด ได้แก่ หลอดปล่อยประจุ CDT ตัวต้านทานออกไซด์สังกะสี MOV และตัวระบายแรงดันชั่วขณะ TVD ตัว TVD มีการตอบสนองเร็วมาก (1 ns) จำกัดแรงดันได้ดี และมีกระแสไฟฟ้าคงที่น้อย (ต่ำกว่า 1 μA) หลังจากเสียหายจะไหม้และตัดออกโดยไม่เกิดวงจรป้อนกลับ แต่กระแสปล่อยต่ำ (1 kA) นอกจากนี้ CDT, GAP, และ TVD มีความสามารถในการทนแรงดันสูงจากการกระแทกมากกว่า MOV โดยทนแรงดันสูงถึง 10 kV ได้โดยไม่เสียโครงสร้าง

โดยการรวมประโยชน์ขององค์ประกอบเหล่านี้และใช้วงจรผสม ได้ออกแบบผลิตภัณฑ์ (MOV ต่ออนุกรมกับ CDT และ TVD ที่ต่อขนาน) ดังแสดงในภาพที่ 1

ภาพที่ 1: หลักการปล่อยประจุ

เมื่อมีกระแสฟ้าผ่าเข้ามาที่จุด A ตัว MOV จะไม่เป็นตัวนำในตอนแรก แต่กระแสไฟฟ้าคงที่ของ MOV จะทำให้ศักย์ระหว่างจุด A และ B เท่ากัน ณ จุดนี้ TVS จะทำงานภายใน 1 ns สร้างทางตรงระหว่างจุด B และ C ดังนั้น แรงดันฟ้าผ่าทั้งหมดจะถูกนำไปที่ MOV ระหว่างจุด A และ B เนื่องจากแรงดันการทำงานของ MOV Um เป็นเพียง 50% ของแรงดันการทำงานของวงจรผสม Uc แรงดันสูงจะเร่งการทำงานของ MOV ลดเวลาตอบสนองปกติจาก 25 ns ลงเหลือประมาณ 12.5 ns ในช่วงเวลานี้ ขณะที่กระแสปล่อยกำลังสะสม ทางตรงจาก A ไป B จะทำให้แรงดันฟ้าผ่าส่วนใหญ่ตกที่จุด B และ C (ที่ TVD มีความจุกระแสสูงสุด ~1 kA)

จากมุมมองการออกแบบ แรงดันการทำงานของ CDT ต่ำกว่า Uc 50% นอกจากนี้ ความต้านทานภายใน RL ของ MOV ที่เป็นตัวนำบางส่วนจะสร้างแรงดันตกทำให้แรงดันที่จุด B สูงกว่าแรงดันฟ้าผ่าเริ่มต้น การทดสอบแสดงว่านี่ลดเวลาทำงานของ CDT จาก 100 ns ลงเหลือ 15 ns ทำให้วงจรทั้งหมดสามารถทำการนำไฟฟ้าได้ภายใน 25 ns ซึ่งเท่ากับเวลาตอบสนองของ MOV แบบเดี่ยว

หลังจากปล่อยประจุ กระแสไฟฟ้าคงที่เล็กน้อยของ TVD และการตัดขาดของ CDT ทำให้ปัญหากระแสไฟฟ้าคงที่ของ MOV หมดไป ป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้น สำหรับประสิทธิภาพในการควบคุมแรงดัน ความแม่นยำในการทำงานของ TVD (ที่แรงดันทำงานเท่ากับแรงดันควบคุม) ทำให้มีแรงดันควบคุมต่ำ เมื่อ Um = 0.5Uc แรงดันควบคุมของ MOV ในวงจรเป็น 1.5Uc ทำให้แรงดันควบคุมรวมของวงจรผสมเป็น 2Uc ซึ่งดีกว่าอัตราส่วน 3 เท่าของโมดูล MOV แบบเดี่ยว

วงจรตรวจสอบเพิ่มเติมได้ถูกผสานรวมเพื่อตรวจจับความเสียหายขององค์ประกอบ เมื่อองค์ประกอบภายในเสื่อมสภาพ จุดตรวจสอบจะเปลี่ยนจากเปิดเป็นปิด เพื่อส่งสัญญาณว่า SPD เสียหาย ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของโมดูล MOV แบบเดี่ยวกับ SPD วงจรปล่อยประจุผสมภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

SPD ชนิดใหม่นี้มีกระแสไฟฟ้าคงที่ แต่สามารถควบคุมแรงดันเกินที่ระดับต่ำมาก (ต่ำกว่า 10 μA) นอกจากนี้ยังสามารถรักษาพารามิเตอร์กระแสไฟฟ้าคงที่ไม่เปลี่ยนแปลง และตัดออกอย่างรวดเร็วหลังจากแรงดันเกินหายไป เป็นผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสำหรับวงจรรองของหม้อแปลงแรงดัน

SPD ใช้วงจรปล่อยประจุผสมแทนโมดูลตัวต้านทานออกไซด์สังกะสีเดี่ยว เพื่อให้มาตรการป้องกันแรงดันเกินสำหรับวงจรรองของหม้อแปลงแรงดัน สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าคงที่หลังจากวงจร SPD ถูกกระทบโดยฟ้าผ่าหรือแรงดันเกินจากการทำงานหลายครั้ง นอกจากนี้ เมื่อเกิดการแตกและเสียหาย จะไม่มีปรากฏการณ์วงจรป้อนกลับ หาก SPD มีจุดเสียหาย เช่น การแตกและวงจรป้อนกลับ บุคลากรปฏิบัติงานและบำรุงรักษาสามารถได้รับแจ้งผ่านจุดติดต่อเตือนของ SPD หลีกเลี่ยงปัญหาการป้องกันทำงานผิดพลาดหรือไม่ทำงาน

3. สรุป

ในการใช้งานจริง SPD ที่ใช้วงจรปล่อยประจุผสมมีค่ากระแสไฟฟ้าคงที่แทบไม่เปลี่ยนแปลงตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงเสียหาย (หลังจากเสียหายจะถูกตัดออกโดยตรง) และสามารถควบคุมไว้ต่ำกว่า 3 μA นอกจากนี้ SPD ยังสามารถให้จุดติดต่อตรวจสอบความเสียหายได้อย่างสะดวก ทำให้บุคลากรปฏิบัติงานและบำรุงรักษาสามารถตรวจสอบได้ง่าย

โดยการใช้เทคโนโลยียับยั้งแรงดันเกินสำหรับวงจรรองของหม้อแปลงแรงดัน สามารถหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของการทำงานผิดพลาดหรือไม่ทำงานของระบบป้องกันที่เกิดจากปัญหาการต่อกราวด์ของ SPD ในวงจรรองของหม้อแปลงแรงดัน ทำให้สามารถป้องกันแรงดันเกินจากการฟ้าผ่าและการทำงานในวงจรรองของหม้อแปลงแรงดัน รับประกันการดำเนินงานอย่างปลอดภัยของอุปกรณ์ไฟฟ้ารองในสภาพอากาศรุนแรงและการเกิดอุบัติเหตุ