멀티의 효과

다중 버스트 플래시의 이야기는 ETH Zurich의 고전압 공학 교수인 Karl Berger로부터 시작됩니다. 그는 1943년부터 1972년까지 몬테 산 살바토레(Monte San Salvatore)의 번개 탐지소에서 선구적인 관찰을 하여 “번개 연구의 아버지”로 알려져 있습니다. 그의 연구는 초기에 번개가 첫 번째 폭발로 구성된다는 것을 보여 주었기 때문에 중요합니다. 예를 들어 그의 1967년 논문 [1]에 설명된 것처럼 스트로크와 여러 후속 스트로크가 모두 몇 밀리초 간격으로 간격을 두고 있습니다.

Karl의 연구 결과로 이제 번개 섬광의 구조가 잘 알려져 있으며, 이는 이제 다중 버스트 번개 테스트를 정기적으로 수행해야 함을 시사합니다. 그러나 다중 버스트 테스트를 수행할 장비를 구축한 연구실은 소수에 불과합니다(예: 호주의 Darveniza 및 동료, Georgia Tech의 Ray Hill 및 동료, 최근 중국의 Zhang 및 그의 동료). 그렇다면 번개를 시뮬레이션하기 위한 다중 버스트 테스트가 더 광범위하게 수행되지 않은 이유는 무엇입니까? 그리고 왜 표준에 포함되지 않았습니까?

한 가지 가능한 이유는 Bodle et al.의 관찰로 거슬러 올라갑니다. 1976년에 [2]

“통신 및 전력 산업 모두에서 플랜트 품목 및 관련 장비의 낙뢰 내구성에 대한 설계 테스트를 위해 단일 대형 임펄스가 사용됩니다. 이는 실제 테스트 고려 사항에 따라 결정되는 '동등성' 유형의 테스트입니다. 그러나 경험에 따르면 이는 여러 구성 요소 스트로크를 포함하는 실제 현장 노출에 대한 허용 가능한 시뮬레이션입니다."

따라서 Bodle과 그의 공동 저자는 여러 구성 요소 플래시에 대해 알고 있지만 단일 대규모 버스트 테스트가 충분히 잘 작동하기 때문에 다중 서지 테스트가 필요하지 않다고 말합니다. 1976년에 사용된 서지 보호 장치(SPD)의 주요 유형이었던 가스 튜브나 카본 블록을 테스트했다면 이는 아마도 사실일 것입니다.

두 번째 가능한 이유는 다중 버스트 테스트를 수행하는 장비가 상업적으로 이용 가능하지 않으며, 만약 가능하다면 비용이 많이 들 것이라는 점입니다. 어느 쪽이든 일반적으로 다중 버스트 테스트는 SPD에서 수행되지 않습니다.

그렇다면 단일의 큰 서지 또는 여러 개의 넓은 간격의 서지(일련의 단일 서지 테스트처럼 보임)로 테스트하면 무엇을 놓칠 수 있습니까? SPD(예: 가스 튜브 또는 사이리스터) 스위칭을 테스트하는 경우 문제가 없을 수 있습니다. 그러나 클램핑 SPD, 특히 MOV(금속 산화물 배리스터)는 긴 열 시간 상수를 가질 수 있기 때문에 클램핑 SPD에는 문제가 있을 수 있습니다. 열 시간 상수가 길면 다중 서지 버스트(지속 전류 포함)가 발생하는 SPD에 열 축적이 발생할 수 있습니다. 열 축적은 잠재적으로 파괴적인 온도 상승으로 이어질 수 있습니다. 이는 다중 서지 버스트 테스트가 단일 대형 서지 또는 넓은 간격으로 떨어져 있는 다중 서지로 대체될 때 우리가 놓친 것입니다.

그림 1은 열 축적이 발생할 것으로 예상되는 번개 섬광의 예를 보여줍니다.

그림 1: 다중 버스트 번개 섬광의 예(Rakov 이후, [3])

다중 서지 버스트 테스트가 필요하다는 견해는 Sargent 등의 논문에서 뒷받침됩니다. [4]. 해당 연구에서는 18mm MOV 샘플 절반 세트에 정격 전류에서 8/20 서지의 다중 서지 버스트가 적용되었습니다. 이들 샘플은 손상 징후를 보인 반면, 정격 전류에서 60초 이상의 간격으로 반복된 단일 8/20 서지로 테스트한 샘플의 나머지 절반에서는 손상이 나타나지 않았습니다. 또 다른 다중 서지 버스트 테스트에서는 Rousseau et al. [5] MOV에 60초 간격으로 60개의 20kA 8/20 서지를 가했지만 오류는 발생하지 않았습니다. 그러나 동일한 유형의 MOV가 50ms 간격으로 5개의 20kA 8/20 서지를 받게 되면 고장이 발생했습니다.

MOV의 열 시간 상수가 길기 때문에 대부분의 경우 SPD 클램핑에 대한 다중 버스트 플래시 작업이 MOV에서 수행되었습니다. 긴 시간 상수로 인해 밀집된 일련의 서지 중 하나에서 MOV에 축적된 에너지는 다음 서지가 도착하기 전에 소멸되지 않아 에너지가 축적될 수 있습니다. 실리콘 기반 장치의 경우에도 마찬가지이지만 실리콘 장치의 열 시간 상수가 MOV보다 짧기 때문에 그 정도는 더 적습니다. 따라서 우리는 MOV에 집중할 것입니다. 예시적인 예로는 원격 라디오 헤드에 대한 DC 피드 보호에 MOV를 적용하는 것입니다([6]에서 논의됨).