SPD Sorunları ve Gerilim Dönüşümçüsü İkincil Devreleri için Çözümler

Bu makale, yukarıdaki durumu derinlemesine analiz eder ve sorunları çözmek için teknik önlemleri özetler.

1. Gerilim Dönüştürücü İkincil Devrelerinde SPD Ürünlerinin Ana Sorunları

Şu anda, evde ve yurt dışında rezidü akımsız SPD'ler (anahtar tipi yıldırım tutucular) bulunmaktadır. Bu ürünlerin ana iç boşaltma devreleri, yüksek boşaltma akım kapasitesine (oksit cinci dirençlere göre daha fazla) sahip boşaltma tüpleri/araçıkları kullanır. Ancak, bu ürünlerin ölümcül kusurları vardır: zayıf gerilim sınırlama, ark çekme gerilimi ve uzun tepki süresi (100 ns'ye kadar). Bu nedenle, ikincil devre ekipmanları uygun korumadan yoksun kalır. Ayrıca, ark çekme gerilimi genellikle gerilim dönüştürücünün ikincil devre gerilimini (100 V) birkaç volta düşürerek, ölçüm ve kontrol sisteminin yüksek gerilim hatında gerilim kaybı göstermesine neden olur. Bu yüzden, anahtar tipi yıldırım tutucular kullanılamaz.

2. Çözümler ve Ana İçerikler

Pazardaki yaygın SPD çekirdek boşaltma elemanları arasında boşaltma tüpü CDT, oksit cinci direnci MOV ve geçici gerilim bastırıcı TVD bulunur. TVD, çok hızlı tepki süresine (1 ns), iyi gerilim sınırlamaya ve küçük rezidü akıma (1 μA'nın altına) sahiptir; hasar gördüğünde yanıp kopar ve kısa devre yapmaz. Ancak, boşaltma akımı düşük (1 kA'dır). Ayrıca, CDT, GAP ve TVD, MOV'den daha güçlü yüksek gerilim darbe dayanımına sahiptir ve yapısal hasarsız olarak 10 kV darbeleri atlatabilir.

Bu elemanların avantajlarını birleştirerek ve birleşik bir devre kullanarak, (CDT ve TVD ile paralel seri MOV) bir ürün tasarlanmıştır, Şekil 1'de gösterildiği gibi.

Şekil 1: Boşaltma Prensibi

Nokta A'da yıldırım akımı girdiğinde, başlangıçta MOV iletki olmaz. Ancak, MOV'nin rezidü akımı Noktalar A ve B arasındaki potansiyeli eşitler. Bu sırada, TVS 1 ns içinde etkinleşir ve Noktalar B ve C arasında doğrudan bir yol oluşturur. Sonuç olarak, tam yıldırım gerilimi Noktalar A ve B arasındaki MOV'ye uygulanır. MOV'nin etkinleşme gerilimi Um, bileşik devrenin etkinleşme geriliminin Uc sadece %50'si olduğundan, yüksek gerilim MOV'nin etkinleşmesini hızlandırır, tipik 25 ns tepki süresini yaklaşık 12.5 ns'ye indirir. Bu süre zarfında, boşaltma akımı hala artarken, Noktalar A ve B arasındaki doğrudan yol, yıldırım geriliminin çoğunluğunu Noktalar B ve C'ye (TVD'nin maksimum akım kapasitesi yaklaşık 1 kA) uygular.

Tasarım açısından, CDT'nin etkinleşme gerilimi, Uc'dan %50 daha düşüktür. Ayrıca, kısmen iletken olan MOV'nin iç direnci RL, Nokta B'deki gerilimi ilk yıldırım geriliminden yükseltir. Testler, CDT'nin etkinleşme süresinin 100 ns'den 15 ns'ye düşerek, tüm devrenin 25 ns içinde tamamen iletken hale gelmesini sağladığını göstermiştir—tek başına MOV'nin tepki süresiyle aynıdır.

Boşalma sonrası, TVD'nin ihmal edilebilir rezidü akımı ve CDT'nin tam kopması, MOV rezidü akımı sorunlarını ortadan kaldırır, potansiyel tehlikeleri önler. Gerilim sınırlama performansı açısından, TVD'nin hassas etkinleşmesi (etkinleşme geriliminin sınırlama gerilimine eşit olması) düşük bir sınırlama eşiği sağlar. Um = 0.5Uc olduğu düşünüldüğünde, devrede MOV'nin sınırlama gerilimi 1.5Uc olur, bu da toplam bileşik devre sınırlama geriliminin 2Uc olmasını sağlar—tek başına MOV modüllerinin 3 kat oranından çok daha iyidir.

Bileşen arızalarını tespit etmek için ek bir izleme devresi entegre edilmiştir. İç elemanlar bozulduğunda, izleme düğümü açık durumdan kapalı duruma geçer, SPD arızasını işaret eder. Tablo 1, benzer koşullarda tek başına MOV modülleri ile bileşik boşaltma devresi SPD'nin performansını karşılaştırır.

Bu yeni tip SPD, rezidü akıma sahip olmasına rağmen, aşırı gerilimi çok düşük bir seviyede (10 μA'nın altında) kontrol edebilir. Ayrıca, aşırı gerilim kaybolduktan sonra rezidü akım parametrelerini değiştirmeden hızlı bir şekilde kopar. Bu, gerilim dönüştürücülerin ikincil devreleri için ideal bir üründür.

SPD, tek oksit cinci direnç modülü yerine birleşik boşaltma devresi kullanarak, gerilim dönüştürücünün ikincil devresi için aşırı gerilim koruması teknik önlemler sağlar. Bu, SPD devresinin yıldırım veya işletimsel aşırı gerilim etkisine birden fazla maruz kaldığından sonra yaşlanma sonucu artan rezidü akım sorununu önler. Ayrıca, patlama ve arızalar oluştuğunda kısa devre olgusu meydana gelmez. SPD'nin arızalı noktaları, patlama ve kısa devre gibi durumlarda, SPD'nin alarm bağlantı noktasıyla operasyon ve bakım personeline uyarıda bulunulabilir, böylece koruma hatalı veya çalışmayan sorunlarının ortaya çıkmasını önler.

3. Sonuç

Gerçek kullanım sürecinde, birleşik devreyi kullanan SPD'nin rezidü akım değeri, başarısızlıktan (hasarlıktan sonra doğrudan kopar) itibaren neredeyse hiç değişmemektedir ve 3 μA'nın altında kontrol edilebilir. Ayrıca, SPD, birleşik devre aracılığıyla kolayca bir arıza izleme bağlantı noktası sağlayabilir, bu da operasyon ve bakım personelinin izlemesi için kolaylık sağlar.

Birleşik gerilim dönüştürücünün ikincil devresi için aşırı gerilim baskınlama teknolojisini kullanarak, gerilim dönüştürücünün ikincil devresinde SPD'nin yerel arızası nedeniyle oluşan koruma güvenliği hatalı veya çalışmayan riski önlenir. Gerçekten de, gerilim dönüştürücünün ikincil devresinde yıldırım ve işletimsel aşırı gerilime karşı koruma sağlanır, bu da elektrik ikincil ekipmanının kötü hava koşulları ve kazalar sırasında güvenli işlemesini sağlar.