Gerilim sınırlayıcıların arıza modları SPD s (varistörler)

Gerilim sınırlamasının temel bir bileşeni olarak SPD Varistör (MOV) arıza modları, öncelikle malzemenin fiziksel özelliklerinden ve elektriksel stresten kaynaklanır. Birincil arıza modu, kısa devre arızası ve buna bağlı termal bozulmadır. Toleranslarını aşan ani akımlara (tek bir büyük enerji olayı veya birden fazla kümülatif enerji olayı) veya güç frekansı aşırı gerilim (TOV) stresine uzun süre maruz kaldığında, varistörün tane sınırı yapısı geri döndürülemez bir bozulmaya uğrar. Bu durum şu şekilde ortaya çıkabilir:

Kaçak akım önemli ölçüde artar : Tane sınırı bariyeri tahrip olur, bunun sonucunda nominal çalışma geriliminde kaçak akımda ani bir artış olur ve önemli Joule ısı üretimi meydana gelir.

Termal bozulma: Artan kaçak akım, cihaz sıcaklığının artmaya devam etmesine neden olur ve sıcaklık artışı tane sınırı direncini daha da azaltarak kaçak akımın artmasına ve kısır bir pozitif geri besleme döngüsü oluşmasına neden olur. Bu süreç, nihayetinde varistörün sıcaklığının malzemenin erime veya ayrışma noktasına kadar keskin bir şekilde yükselmesine neden olur.

Kısa devre arızası : Termal arıza sırasında veya sonunda, varistörün iç malzemesi erir, karbonlaşır veya iletken bir yol oluşturarak direncinin aniden kısa devreye yakın bir duruma düşmesine neden olur. Bu noktada, SPD'nin dahili termal koruma cihazı (termal sigorta veya yaylı serbest bırakma mekanizması gibi) varistörü şebekeden hızlı ve güvenilir bir şekilde ayıramazsa, arızalı varistörden sürekli bir güç frekanslı kısa devre akımı geçer.

Yangın riski Kısa devre arıza noktasından sürekli yüksek frekanslı akım geçmesi, aşırı ısı oluşturarak varistörün veya çevresindeki malzemelerin şiddetli bir şekilde yanmasına, ark yapmasına ve hatta patlamasına neden olarak önemli bir yangın tehlikesi oluşturur. Bu, voltaj sınırlayıcı bir SPD arızalandıktan sonraki en tehlikeli durumdur, bu nedenle güvenilir bir dahili termal tetikleme mekanizması hayati önem taşır.

Anahtarlama SPD'lerinin (grafit boşluğu) arıza modları

Anahtarlamalı SPD'lerin (genellikle kıvılcım aralıkları) bir temsilcisi olarak grafit aralıkları, varistörlerden temelde farklı arıza modları gösterir ve öncelikle "açık devre arızası" veya "performans düşüşü" olarak kendini gösterir. Arıza, öncelikle deşarj sırasında elektrot aşınması ve güç frekansı sürekli akım kesintisi tarafından tetiklenir.

Elektrot erozyonu ve bozulması : Her ani akım deşarjında, elektrotlar (özellikle grafit elektrotlar) yüksek sıcaklıktaki arkın etkisiyle aşınır (süblimleşir, oksitlenir ve erir). İşlem sayısı arttıkça elektrot boşluğu da artar ve bu da deşarj ateşleme voltajının (DC arıza voltajı, darbe arıza voltajı) kademeli olarak artmasına neden olur. Bu durum, SPD'nin koruma seviyesini (kalıntı voltajı) düşürebilir ve etkinliğini azaltabilir. Artan elektrot yüzey pürüzlülüğü, deşarj kararlılığını ve tutarlılığını etkileyebilir. Ciddi elektrot malzemesi kaybı ve aşınması, elektrot incelmesine ve hatta delinmesine yol açabilir.

Güç frekansı sürekli akımının kesilmemesi : Bu, anahtarlama tipi SPD'nin temel arıza riskidir. Ani yükselmeden sonra, sistem voltajı tarafından korunan güç frekanslı sürekli akım boşlukta oluşabilir. Boşluk, ilk akım sıfır geçiş noktasında boşluğu güvenilir bir şekilde kesmelidir. Ciddi elektrot aşınması, zayıf ısı dağılımına ve düşük dağılım kapasitesine yol açar; sistem kısa devre kapasitesi çok büyük ve sürekli akım genliği çok yüksektir; boşluk tasarımı veya üretim hataları (zayıf sızdırmazlık, gaz bileşimindeki değişiklikler gibi), sürekli akımın beklenen süre içinde kesilememesiyle sonuçlanır ve boşluk güç frekanslı akımı iletmeye devam ederek fiili bir kısa devre oluşturur.

Açık devre arızası Güç frekanslı sürekli akım kesintisi başarısız olduktan sonra, SPD'nin yedek koruma cihazı (sigorta veya devre kesici gibi) düzgün çalışırsa, güç frekanslı sürekli akımı keser, ancak aynı zamanda tüm SPD'yi (veya aralık kolunu) sistemden ayırarak kalıcı bir açık devre durumuna ve koruma kaybına neden olur. Son derece şiddetli ablasyon veya fiziksel hasar (elektrot delinmesi veya muhafaza çatlaması gibi) da aralığın artık etkili bir deşarj sağlayamamasına ve açık devre durumuna neden olabilir.

Yangın riski nispeten düşüktür (kısa devre arızasına kıyasla) : Bir kesinti arızası meydana gelse bile, yedek koruma cihazı güç frekans akımını kesmek için derhal çalıştığı sürece, genellikle kısa devre arızasında bir varistörde oluşan kalıcı yüksek enerjili ısınma noktasını üretmez. Arızadan sonraki açık devre durumu, arıza noktasından artık akım geçmediği anlamına da gelir. Başlıca fiziksel risk, kesinti arızası sırasında oluşabilecek güçlü ark ve gaz fışkırmasıdır, ancak süresi genellikle kısadır (yedek koruma çalışma süresine bağlı olarak) ve genel yangın riski, kalıcı kısa devre durumundaki bir varistörünkinden daha düşüktür.