K aktulnm problmm zabezpeovac techniky v doprav IV

K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě IV. 26. května 2011 Měření a testování odolnosti přepěťových ochran RAYCAP nestandardními testy ve zkušebně vvn KEE ZČU Plzeň Ing. Zdeněk Kubík, Doc. Ing. Jiří Skála Ph. D.

OBSAH PREZENTACE • • • Parametry varistorů Varistory Strikesorb Normalizace přepěťových ochran Standardní testy varistorů Nestandardní testy varistorů Zhodnocení výsledků

PARAMETRY VARISTORŮ Varistor = variable resistor - použití: ochrana proti přepětí (desítky až tisíce voltů) - polovodičová součástka (materiál Zn. O, Si. C) - granulkovitá vnitřní struktura:

PARAMETRY VARISTORŮ VA charakteristika varistoru - popsána rovnicí: kde I je proud varistorem k je konstanta typu varistoru U je napětí na varistoru α je stupeň nelinearity vodivosti - rozdělení na tři oblasti: - svodová oblast - pracovní oblast - zkratová oblast

PARAMETRY VARISTORŮ Základní parametry varistorů: – maximální trvalé pracovní napětí – je to maximální napětí, které může být připojeno trvale na elektrody varistoru; – varistorové napětí – je napětí na elektrodách varistoru, pokud jím protéká proud 1 m. A; – maximální spínací napětí – je napětí, které je na elektrodách varistoru při použití proudové vlny; – maximální neopakovatelný proud – je proud definovaný proudovou vlnou 8/20μs; – absorbovaná energie – je dána vztahem: kde u je napětí na varistoru, i je proud varistorem.

VARISTORY STRIKESORB

STRIKESORB 40 -B - Katalogové hodnoty varistoru Strikesorb 40 -B [4]: Provozní napětí Vn 240 V Maximální trvalé provozní napětí 300 V Varistorové napětí (5 m. A) AC 526 V Varistorové napětí (5 m. A) DC 506 V Pracovní kmitočet 25 - 500 Hz Svodový proud (při Vn) 400µA max. Maximální spínací napětí 1200 V Maximální opakovatelný proud 140 k. A/7. 5 k. A Provozní teplota -40 až +85°C

STANDARDY PŘEPĚŤOVÝCH OCHRAN - Všeobecná norma: - ČSN EN 61643 -11: - Část 11: Přepěťová ochranná zařízení Ochrany před přepětím nízkého napětí zapojená v sítích nízkého napětí - Požadavky a zkoušky [2] - Pro přepěťové ochrany třídy III: - ČSN EN 61000 -4 -5: Elektromagnetická kompatibilita (EMC) - Část 4 -5: Zkušební a měřicí technika - Rázový impulz - Zkouška odolnosti [3] - Definice generátoru kombinované vlny - Špičkové amplitudy napětí naprázdno a proudu nakrátko

STANDARDY PŘEPĚŤOVÝCH OCHRAN Napěťová vlna (obvod naprázdno): Proudová vlna (obvod nakrátko):

STANDARDY PŘEPĚŤOVÝCH OCHRAN Vztah mezi špičkovými hodnotami: Špičkové napětí ± 10% Špičkový proud ± 10% 0, 5 k. V 0, 25 k. A 1 k. V 0, 5 k. A 2 k. V 1 k. A 4 k. V 2 k. A Vnitřní odpor generátoru: 2Ω± 10%

STANDARDNÍ TESTY VARISTORU • Dle ČSN EN 61634 -11: – Třída ochrany III: • Rázový generátor kombinované vlny 1. 2/50µs + 8/20µs dle ČSN EN 61000 -4 -5 – Třída ochrany II: • Rázový generátor proudové vlny 8/20µs – Třída ochrany I: • Rázový generátor proudové vlny 10/350µs

GENERÁTOR 1. 2/50µs • Náhradní schéma generátoru kombinované vlny 1. 2/50µs – Napěťová vlna – RL=10 MΩ – Proudová vlna – RL=1 mΩ

GENERÁTOR 1. 2/50µs • Vazební impedance: – 9µF+10Ω mezi vodiči L(N) a PE – 18µF mezi vodiči L a N

GENERÁTOR 1. 2/50µs • Vazební kapacita 18µF, U = 4 k. V • U: Měřění = 967, 7 V; simulace = 922, 7 V • I: Měření = 1660 A; simulace = 1547 A

GENERÁTOR 1. 2/50µs • Vazební kapacita 9µF+10Ω, U = 4 k. V • U: Měřění = 1017 V; simulace = 792, 6 V • I: Měření =277, 5 A; simulace = 274, 1 A

NESTANDARDNÍ TESTY VARISTORU • Pro test vybrán Marxův generátor – Ideální parametry: • Výstupní napěťová vlna 1. 2/50µs • Špičkové výstupní napětí až 600 k. V • Energie až 4 k. J – Standardní generátor pro vysokonapěťové zkoušky – Nestandardní pro měření varistorů • Důvod testu: zničení varistoru Strikesorb

MARXŮV GENERÁTOR • Výstupní vlna 1. 2/50µs • Maximální napětí: • Celková kapacita: • Celková energie: • Náš generátor: 600 k. V, 22, 5 n. F, 4 k. J

MARXŮV GENERÁTOR • Napěťová vlna naprázdno • Proudová vlna nakrátko (pouze simulace)

MARXŮV GENERÁTOR • V = 200 k. V, přímé spojení • U: měření = 848 V; simulace = 881 V / 46 k. V • I: simulace = 1241 A

MARXŮV GENERÁTOR • V = 80 k. V, nepřímé spojení • U: měření = 1068 V; simulace = 830 V • I: simulace = 1241 A

ZHODNOCENÍ • Varistory Strikesobr – velmi odolná konstrukce s výborným odvodem tepla • Pro daná měření vytvořeny počítačové simulace • Výsledky standardních testů – po dlouhodobém testování se neprojevily žádné výrazné změny v chování varistoru (měřením VA charakteristiky a svodového proudu) • Výsledky nestandardních testů – žádné změny v chování varistoru (měřením svodového proudu) • ZÁVĚR: předpoklad provoz v náročných drážních podmínkách

ZHODNOCENÍ • Absorbované energie varistorem

ZHODNOCENÍ • Sjednocené výsledky spínacích napětí a proudů Měření Simulace Surge generátor Spínací U 1017 V 792. 67 V 4 k. V, 9+10 Špičkový I 277. 5 A 274. 1 A Surge generátor Spínací U 967. 7 V 922. 71 V 4 k. V, 18 Špičkový I 1660 A 1547 A Marxův generátor Spínací U 1068 V 830 V 80 k. V nepřímo Špičkový I - 1801 A Marxův generátor Spínací U 848 V 881 V 200 k. V přímo Špičkový I - 1240 A

PODĚKOVÁNÍ Tímto bychom rádi poděkovali společnosti Raycom s. r. o. za zapůjčení vzorků varistorů Strikesorb a také kolegům z katedry elektroenergetiky ZČU, především panu Ing. Miroslavovi Hromádkovi za vstřícný přístup a pomoc při měření v laboratoři velmi vysokého napětí.

POUŽITÁ LITERATURA [1] EPCOS: SIOV metal oxide varistor - General technical information, 2007 [2] ČSN EN 61634 -11: Ochrany před přepětím nízkého napětí - Část 11: Přepěťová ochranná zařízení zapojená v sítích nízkého napětí - Požadavky a zkoušky. Změna A 11, Praha: ČNI, 2007 [3] ČSN EN 61000 -4 -5: Elektromagnetická kompatibilita (EMC) - Část 4 -5: Zkušební a měřicí technika - Rázový impulz - Zkouška odolnosti, Praha: ČNI, 2007 [4] Strikesorb Product Information [online], [cit. 19. dubna 2011], dostupné na Internetu: <http: //www. raycapinc. com/docs/strikesorb_ds_en. pdf>

K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě IV. 26. května 2011 Děkuji za pozornost.

GENERÁTOR 8/20µs • HAKELGUN 240 • Generátor proudových zkušebních impulsů s provozní kapacitou do Imax = 240 k. A http: //www. relko. cz/katalogy%2 Fha kel%2 Fzkusebna_cz. pdf

GENERÁTOR 10/350µs • HAKELGUN 200 BB Generátor impulsů bleskového proudu s provozní kapacitou do 210 k. A http: //www. relko. cz/katalog y%2 Fhakel%2 Fzkuseb na_cz. pdf