K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě IV. 26. května 2011 Měření a testování odolnosti přepěťových ochran RAYCAP nestandardními testy.

Prezentace na téma: "K aktuálním problémům zabezpečovací techniky v dopravě IV. 26. května 2011 Měření a testování odolnosti přepěťových ochran RAYCAP nestandardními testy."— Transkript prezentace:

1 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.

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

3 PARAMETRY VARISTORŮ Varistor = variable resistor -použití: ochrana proti přepětí (desítky až tisíce voltů) -polovodičová součástka (materiál ZnO, SiC) -granulkovitá vnitřní struktura:

4 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

5 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 1mA; – 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.

6 VARISTORY STRIKESORB

7 STRIKESORB 40-B Provozní napětí Vn240V Maximální trvalé provozní napětí300V Varistorové napětí (5mA) AC526V Varistorové napětí (5mA) DC506V Pracovní kmitočet25 - 500Hz Svodový proud (při Vn)400µA max. Maximální spínací napětí1200V Maximální opakovatelný proud140kA/7.5kA Provozní teplota-40 až +85°C -Katalogové hodnoty varistoru Strikesorb 40-B [4]:

8 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

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

10 STANDARDY PŘEPĚŤOVÝCH OCHRAN Vztah mezi špičkovými hodnotami: Špičkové napětí ±10%Špičkový proud ±10% 0,5 kV0,25 kA 1 kV0,5 kA 2 kV1 kA 4 kV2 kA Vnitřní odpor generátoru: 2Ω±10%

11 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

12 GENERÁTOR 1.2/50µs Náhradní schéma generátoru kombinované vlny 1.2/50µs –Napěťová vlna – RL=10MΩ –Proudová vlna – RL=1mΩ

13 GENERÁTOR 1.2/50µs Vazební impedance: –9µF+10Ω mezi vodiči L(N) a PE –18µF mezi vodiči L a N

14 GENERÁTOR 1.2/50µs Vazební kapacita 18µF, U = 4kV U: Měřění = 967,7V; simulace = 922,7V I: Měření = 1660A; simulace = 1547A

15 GENERÁTOR 1.2/50µs Vazební kapacita 9µF+10Ω, U = 4kV U: Měřění = 1017V; simulace = 792,6V I: Měření =277,5A; simulace = 274,1A

16 NESTANDARDNÍ TESTY VARISTORU Pro test vybrán Marxův generátor –Ideální parametry: Výstupní napěťová vlna 1.2/50µs Špičkové výstupní napětí až 600kV Energie až 4kJ –Standardní generátor pro vysokonapěťové zkoušky –Nestandardní pro měření varistorů Důvod testu: zničení varistoru Strikesorb

17 MARXŮV GENERÁTOR Výstupní vlna 1.2/50µs Maximální napětí: Celková kapacita: Celková energie: Náš generátor: 600kV, 22,5nF, 4kJ

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

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

20 MARXŮV GENERÁTOR V = 80kV, nepřímé spojení U: měření = 1068V; simulace = 830V I: simulace = 1241A

21 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 pro provoz v náročných drážních podmínkách

22 ZHODNOCENÍ Absorbované energie varistorem

23 ZHODNOCENÍ MěřeníSimulace Surge generátorSpínací U1017V792.67V 4kV, 9+10Špičkový I277.5A274.1A Surge generátorSpínací U967.7V922.71V 4kV, 18Špičkový I1660A1547A Marxův generátorSpínací U1068V830V 80kV nepřímoŠpičkový I-1801A Marxův generátorSpínací U848V881V 200kV přímoŠpičkový I-1240A Sjednocené výsledky spínacích napětí a proudů

24 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.

25 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 A11, 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:

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

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

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

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