CN107728016B - 一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，所述的方法包括：在浪涌保护器标准动作负载试验方法的基础上，用一组脉冲间隔为毫秒级的多波形多脉冲电流替代现行标准动作负载试验中的一组5个重复施加的8/20μs电流；所述的多波形多脉冲电流包括一个模拟雷电首次回击电流分量、一至四个模拟后续回击电流分量和一个模拟回击间长持续时间电流分量；测量并对比试验前后浪涌保护器的各项性能，评价其耐受多重雷电流冲击的能力。与现有技术相比，本发明能模拟考核浪涌保护器在运行中耐受包括首次回击电流分量、后续回击电流分量和回击间长持续时间电流分量的实际雷电流的能力，对试品的考核试验更加接近实际情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种浪涌保护器的试验技术，尤其是涉及一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法。
背景技术
浪涌保护器(SPD)作为保护室内电子设备免受雷电过电压侵害的重要措施，其限压元件主要是金属氧化物压敏电阻(MOV)。由于安装数量多、分布范围广等因素，SPD的寿命评估和试验方法对室内电子设备的安全、有效运行非常重要。特别是对于安装在建筑物入口处的I级SPD而言，它们极易遭受雷击而损坏，导致雷电过电压侵入电力电子系统，威胁敏感电子设备的安全有效运行。因此，SPD在实际雷电流冲击下的特性是评价其运行状态和保护效果所面临的关键问题。
国内外试验标准提出了动作负载试验来评价工作条件下的SPD遭受过电流后的性能，其试验过程中需对试品施加最大持续工作电压的交流电来模拟SPD的工作情况。比如，《IEC 61643-11Low-voltage surge protective devices-Part 11:Surge protectivedevices connected to low-voltage power systems-Requirements and test methods》中对动作负载试验的要求是对SPD(低压MOV)采用3组、每组五次标称放电电流幅值的8/20μs脉冲电流作为预备性试验，每次脉冲时间间隔为50～60s，每组间隔30min。若每次冲击和动作负载循环试验后，SPD能达到热稳定，则通过试验。此外，电压和电流示波图及目测检查试品应没有击穿或闪络现象，且在试验过程中不应发生机械损坏。另外，对于I级SPD，还要再加做额外的动作负载试验，即用10/350μs脉冲电流，分别施加0.1倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍及1倍幅值的最大脉冲放电电流在试品上，每次脉冲施加后检查试品的热稳定性，试验通过的判据同上。
动作负载试验作为SPD的型式试验之一，每个SPD样品需通过该试验后才能投入使用。然而，即使已经通过了标准规定的动作负载试验要求，实际运用中仍然存在SPD被雷击损坏的事件。总结其原因，可能是标准中的动作负载试验都是用单脉冲电流来模拟雷电流冲击，然而，国内外雷电观测表明，70％以上的云-地雷闪有多次回击，平均在4次左右，每次脉冲的平均间隔时间在30～40ms。自然雷电流主要包含两种短时间电流和两种长时间电流成分，即首次回击电流、后续回击电流、回击间长持续电流和长持续时间电流。标准动作负载试验采用的单脉冲8/20μs或10/350μs波形电流不能模拟含多种电流成分的实际雷击效果，且多次重复施加单脉冲电流的试验中，并没有考虑多脉冲电流造成的电动力和热效应累积。而相隔时间为ms级甚至μs级的多重冲击电流对MOV的影响具有累积效应，多脉冲电流冲击对避雷器产生的损伤效应显然要比单脉冲电流重复施加严酷得多，故一些已通过标准动作负载试验的SPD在实际使用中经常发生冲击老化破坏，达不到过电压保护的目的。因此，将多重雷电流引入到动作负载试验中，模拟更接近实际的雷击情况，研究工作条件下的SPD耐受自然雷击的性能，降低SPD的雷击故障概率是当前SPD发展与应用的重中之重。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，该试验方法能够模拟实际多重雷电流对SPD在工作条件下的影响，用以考核实际运行中的SPD对多重雷电流的耐受能力。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，用于模拟并检测浪涌保护器在多重雷电流冲击下的耐受性能，包括以下步骤：
1)记录实验室的环境参数，选择用于试验的低压MOV阀片；
2)测量试品的尺寸并记录其外观照片；
3)采用标准方法测量试品在标称放电电流下的残压和直流参考电流为1mA时的直流参考电压，确定试品的续流大小后，选择对应的工频电源；
4)确定对试品施加的最大持续工作电压，确定对试品施加的多波形多脉冲电流的各模拟回击电流分量的幅值、施加次数、顺序和时间间隔；
5)对试品分别施加三组多波形多脉冲电流以进行多重雷电流动作负载试验，判断试验后试品的热稳定性以及外形是否损坏；
6)采用标准方法测量试验后试品在标称放电电流下的残压和直流参考电流为1mA时的直流参考电压；
7)比较步骤3)与步骤6)获取的测量结果，对试品是否通过多重雷电流动作负载试验进行判定。
所述的步骤5)具体包括以下步骤，
51)分别施加三组多波形多脉冲电流在通以最大持续工作电压的试品上，每组间隔30min，在每次施加电流后记录试品通过电流和残压的幅值、波形、时间间隔，并检查试品的热稳定性及外形是否损坏；
52)若施加某组多重雷电流后，试品无法保持热稳定性或目测外形有明显损坏，则停止试验，并判定为试品未通过多重雷电流动作负载试验，否则，继续施加剩余的几组多重雷电流，直至施加三组多重雷电流；
53)若三组多重雷电流施加完毕后，试品仍能保持热稳定性且无明显外形损坏，则对II、III级SPD停止试验，进入下一步，对于I级SPD，还需额外的动作负载试验，即采用10/350s的脉冲电流，分别对其施加0.1倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍及1倍幅值的最大脉冲放电电流，施加结束检查试品的热稳定性后，使其冷却到室温，若试品仍能保持热稳定性且无明显外形损坏，则进入下一步，否则，判定该试品未通过多重雷电流动作负载试验。
所述的多波形多脉冲电流是每组脉冲间隔为毫秒级的多波形多脉冲电流。
所述的多波形多脉冲电流包括一个模拟雷电首次回击电流分量、一至四个模拟后续回击电流分量和一个模拟回击间长持续时间电流分量。
所述的多波形多脉冲电流的各脉冲分量时序可调，且脉冲时间间隔可在1～100ms间调节。
所述的模拟雷电首次回击电流分量的波形为10/350s冲击电流波或8/20s冲击电流波。
所述的模拟后续回击电流分量的波形是波头时间为0.25～4s的冲击电流波。
所述的模拟回击间长持续时间电流分量的波形采用持续时间2～5ms的矩形波。
所述的模拟雷电首次回击电流分量的幅值可达试品的冲击电流，模拟后续回击电流分量的幅值可达样品的标称放电电流或最大放电电流，模拟回击间长持续时间电流分量的幅值可达2kA。
所述的步骤7)的判定标准为，若试验前后试品标称放电电流下的残压变化超过10％，或试验后试品在直流参考电流为1mA时的电压变化超过试验前相应直流参考电压的5％，或低压MOV阀片具有明显的外形损坏，则判定为低压MOV阀片未通过多重雷电流动作负载试验。
与现有技术相比，本发明提出的浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法能够模拟SPD在工作情况下，遭受实际雷击包括首次回击电流、后续回击电流、回击间长持续时间电流作用下的SPD耐受性能，试验方法切实可行，对试品的考察试验更加接近实际情况。
附图说明
图1为浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法实施例流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明方法作详细说明，本实施例按本发明技术方案实施，给出了详细的实施方式和具体过程，但本发明的保护范围不限于此实施例。
实施例
根据图1内容，本发明浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：记录实验室环境气压为102kPa，温度为25℃、相对湿度为45％，选择20片用于I级浪涌保护器的低压MOV阀片作为试品，型号为LS40K275QE7PK2，其8/20μs冲击电流波标称放电电流为20kA，10/350μs最大脉冲放电电流(Iimp)为6500A，长为37.5mm，宽为39mm，高为11.6mm，最大连续工作电压为275V。
步骤2：采用《IEC 61643-11Low-voltage surge protective devices-Part 11:Surge protective devices connected to low-voltage power systems-Requirementsand test methods》标准中测量低压MOV阀片在标称放电电流下的残压和直流参考电压的方法，测量阀片标称放电电流下的残压(Ur)为1090V，直流参考电流为1mA时的直流参考电压(UDC1mA)为418V，续流峰值小于500A，记录阀片的外观照片。
步骤3：采用多重冲击电流发生器，确定施加多重雷电流冲击的各个分量的施加顺序为一次模拟首次回击电流→一次模拟后续回击电流→一次模拟回击间长持续时间电流→一次模拟后续回击电流，模拟首次回击电流波形为10/350μs冲击电流波，幅值为6.5kA；模拟后续回击电流波形为1/10μs冲击电流波，幅值为20kA；模拟回击间长持续时间电流波形为5ms矩形波，幅值为500A，各冲击电流的时间间隔为35ms。
步骤4：采用额定电流至少5A的工频电源，对阀片通以275V的交流电压后，施加3组多重雷电流冲击，每组间隔30min。每组多重雷电流冲击后，检查阀片的热稳定性，记录阀片通过电流和残压的幅值、波形、时间间隔，检查阀片有无外形损坏。
步骤5：待3组多重雷电流施加完毕后，若阀片能够保持热稳定性且没有明显的外形损坏，继续对该I级SPD阀片施加0.1倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍及1倍Iimp(6.5kA)的10/350μs冲击电流，每次施加后检查阀片的热稳定性，冷却到室温。
步骤6：采用《IEC 61643-11Low-voltage surge protective devices-Part 11:Surge protective devices connected to low-voltage power systems-Requirementsand test methods》标准中测量低压MOV阀片在标称放电电流下的残压和直流参考电压的方法，测量经过多重雷电流冲击试验的阀片标称放电电流下的残压和直流参考电流为1mA时的直流参考电压，检查阀片有无外形损坏。
步骤7：比较多重雷电流冲击试验前后阀片标称放电电流下的残压、直流参考电流为1mA的直流参考电压和阀片的外观特性，分析多重雷电流冲击对阀片的影响。
步骤8：更换同型号的新阀片，重复进行步骤2至步骤7，统计20片阀片的试验结果，评价该类型阀片在工作条件下耐受多重雷电流冲击的能力。
所述步骤4至步骤7中，采用《IEC 61643-11Low-voltage surge protectivedevices-Part 11:Surge protective devices connected to low-voltage powersystems-Requirements and test methods》标准中测量避雷器阀片在标称放电电流下的残压和直流参考电压的方法，测量试验后阀片标称放电电流下的残压变化超过试验前阀片残压的10％，或者试验后阀片直流参考电流为1mA时的直流参考电压变化超过试验前阀片相应直流参考电压的5％，或者每组多脉冲试验后阀片不能保持热稳定性，或者阀片发生明显的外观损伤，则认为阀片失效。
按照步骤1至步骤8的过程，对20片已通过标准动作负载试验的LS40K275QE7PK2进行多重雷电流动作负载试验。结果表明，有10片阀片在多重雷电流动作负载试验后发生穿孔，5片在试验后发生炸裂，另有5片阀片在试验后测量其直流1mA参考电压较试验前变化超过5％。因此，该20片LS40K275QE7PK2均未通过多重雷电流动作负载试验。
应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，用于检测浪涌保护器在多重雷电流冲击下的耐受性能，其特征在于，所述的试验方法包括以下步骤：
1)记录实验室的环境参数，选择用于试验的低压MOV阀片；
2)测量试品的尺寸并记录其外观照片；
3)采用标准方法测量试品在标称放电电流下的残压和直流参考电流为1mA时的直流参考电压，确定试品的续流大小后，选择对应的工频电源；
4)确定对试品施加的最大持续工作电压，确定对试品施加的多波形多脉冲电流的各模拟回击电流分量的幅值、施加次数、顺序和时间间隔；
5)对试品分别施加三组多波形多脉冲电流以进行多重雷电流动作负载试验，判断试验后试品的热稳定性以及外形是否损坏；
6)采用标准方法测量试验后试品在标称放电电流下的残压和直流参考电流为1mA时的直流参考电压；
7)比较步骤3)与步骤6)获取的测量结果，对试品是否通过多重雷电流动作负载试验进行判定；
所述的步骤5)具体包括以下步骤，
51)分别施加三组多波形多脉冲电流在通以最大持续工作电压的试品上，每组间隔30min，在每次施加电流后记录试品通过电流和残压的幅值、波形、时间间隔，并检查试品的热稳定性及外形是否损坏；
52)若施加某组多重雷电流后，试品无法保持热稳定性或目测外形有明显损坏，则停止试验，并判定为试品未通过多重雷电流动作负载试验，否则，继续施加剩余的几组多重雷电流，直至施加三组多重雷电流；
53)若三组多重雷电流施加完毕后，试品仍能保持热稳定性且无明显外形损坏，则对II、III级SPD停止试验，进入下一步，对于I级SPD，还需额外的动作负载试验，即采用10/350μs的脉冲电流，分别对其施加0.1倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍及1倍幅值的最大脉冲放电电流，施加结束检查试品的热稳定性后，使其冷却到室温，若试品仍能保持热稳定性且无明显外形损坏，则进入下一步，否则，判定该试品未通过多重雷电流动作负载试验。
2.根据权利要求1所述的一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，其特征在于，所述的多波形多脉冲电流是每组脉冲间隔为毫秒级的多波形多脉冲电流。
3.根据权利要求2所述的一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，其特征在于，所述的多波形多脉冲电流包括一个模拟雷电首次回击电流分量、一至四个模拟后续回击电流分量和一个模拟回击间长持续时间电流分量。
4.根据权利要求3所述的一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，其特征在于，所述的多波形多脉冲电流的各脉冲分量时序可调，且脉冲时间间隔可在1～100ms间调节。
5.根据权利要求3所述的一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，其特征在于，所述的模拟雷电首次回击电流分量的波形为10/350μs冲击电流波或8/20μs冲击电流波。
6.根据权利要求3所述的一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，其特征在于，所述的模拟后续回击电流分量的波形是波头时间为0.25～4μs的冲击电流波。
7.根据权利要求3所述的一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，其特征在于，所述的模拟回击间长持续时间电流分量的波形采用持续时间2～5ms的矩形波。
8.根据权利要求3所述的一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，其特征在于，所述的模拟雷电首次回击电流分量的幅值可达到试品的冲击电流幅值，模拟后续回击电流分量的幅值可达到试品的标称放电电流幅值或最大放电电流幅值，模拟回击间长持续时间电流分量的幅值可达到2kA。
9.根据权利要求1所述的一种浪涌保护器多重雷电流动作负载试验方法，其特征在于，所述的步骤7)的判定标准为，若试验前后试品标称放电电流下的残压变化超过10％，或试验后试品在直流参考电流为1mA时的电压变化超过试验前相应直流参考电压的5％，或低压MOV阀片具有明显的外形损坏，则判定为低压MOV阀片未通过多重雷电流动作负载试验。
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