Эффект мульти

История многократной вспышки начинается с Карла Бергера, профессора техники высокого напряжения в ETH Zurich. Он был известен как «отец исследования молний» за свои новаторские наблюдения на станции обнаружения молний на Монте-Сан-Сальваторе с 1943 по 1972 год. Его работа важна, поскольку на раннем этапе она показала, что вспышка молнии состоит из вспышки первой молнии. за ударом следовали несколько последующих ударов, все с интервалом в несколько миллисекунд, как показано, например, в его статье 1967 года [1].

Благодаря работе Карла структура вспышки молнии теперь хорошо известна, что позволяет предположить, что теперь следует регулярно проводить испытания на многократные разряды молний. Но лишь несколько лабораторий создали оборудование для проведения многократных испытаний (например, Дарвениза и его коллеги в Австралии, Рэй Хилл и коллеги из Технологического института Джорджии, а недавно Чжан и его коллеги в Китае). Так почему же испытания с несколькими импульсами для имитации молнии не получили более широкого распространения? И почему это не вошло в стандарты?

Одна из возможных причин восходит к наблюдению Бодла и др. в 1976 году [2] что,

«Для расчетных испытаний на устойчивость к молниям объектов электростанций и сопутствующего оборудования, как в сфере связи, так и в энергетике, используется один большой импульс. Это тип теста «эквивалентности», продиктованный практическими соображениями. Однако опыт показал, что это приемлемая имитация фактического воздействия поля, включающая в себя множественные удары компонентов».

Итак, Бодл и его соавторы говорят, что да, мы знаем о множественных вспышках компонентов, но тестирование с несколькими импульсами не требуется, поскольку тестирование с одним большим пакетом работает достаточно хорошо. Вероятно, это было бы правдой, если бы они тестировали газовые трубки или угольные блоки, которые были основными типами устройств защиты от перенапряжения (УЗП), использовавшихся в 1976 году.

Вторая возможная причина заключается в том, что оборудование для проведения многократных испытаний коммерчески недоступно и, вероятно, было бы дорогим, если бы оно было. В любом случае, многопакетное тестирование на SPD обычно не проводится.

Так что же мы упускаем, тестируя один большой скачок напряжения или несколько, но расположенных на большом расстоянии друг от друга скачков напряжения (что выглядит как серия испытаний с одиночным скачком напряжения)? Если мы тестируем импульсные УЗИП (например, газовые трубки или тиристоры), то проблем может не возникнуть. Но это возможно и с фиксирующими УЗИП, поскольку фиксирующие УЗИП, особенно металлооксидные варисторы (MOV), могут иметь большую тепловую постоянную времени. Длинные тепловые постоянные времени могут вызвать накопление тепла в УЗИП, подвергающемся множественным всплескам (возможно, включая постоянный ток). Накопление тепла может привести к потенциально разрушительному повышению температуры, и именно это мы упускаем, когда испытание с несколькими импульсами заменяется одним большим импульсом или несколькими импульсами, расположенными на большом расстоянии друг от друга.

На рисунке 1 показан пример вспышки молнии, при которой можно ожидать накопления тепла.

Рисунок 1: Пример многократной вспышки молнии (По Ракову, [3])

Мнение о необходимости проведения многократных импульсных испытаний поддерживается в статье Сарджента и др. [4]. В их исследовании половина набора образцов MOV диаметром 18 мм была подвергнута многократному всплеску импульсов 8/20 при номинальном токе. Эти образцы имели признаки повреждения, тогда как другая половина образцов, протестированных с помощью одиночного импульса 8/20 при номинальном токе, повторяемого с интервалом 60 секунд или более, не выявила повреждений. В другом испытании на многократный выброс Rousseau et al. [5] подвергли MOV шестидесяти скачкам тока 20 кА 8/20 с интервалом 60 секунд без каких-либо сбоев. Но когда один и тот же тип MOV подвергся всего лишь пяти скачкам тока 20 кА 8/20 с интервалом 50 мс, произошел сбой.

По большей части работа по многократным вспышкам для ограничения SPD выполнялась на MOV, поскольку MOV имеют большую тепловую постоянную времени. Из-за большой постоянной времени энергия, поступившая в MOV от одного из серии близко расположенных всплесков, может не рассеяться до прихода следующего всплеска, позволяя энергии накапливаться. То же самое верно и для устройств на основе кремния, но в меньшей степени, поскольку тепловые постоянные времени у кремниевых устройств короче, чем у MOV. Итак, мы сосредоточимся на MOV; и в качестве иллюстративного примера можно привести применение MOV для защиты источников постоянного тока удаленных радиоголовок (как описано в [6]).