マルチの効果

マルチバーストフラッシュの物語は、チューリッヒ工科大学の高電圧工学教授であるカール・バーガー氏から始まります。 彼は、1943 年から 1972 年にかけてモンテ・サン・サルヴァトーレの雷探知基地で先駆的な観測を行ったことで「雷研究の父」として知られていました。彼の研究は重要です。なぜなら、稲妻が最初のバーストから構成されていることが初期に示されたからです。たとえば彼の 1967 年の論文 [1] に示されているように、ストロークとそれに続くいくつかのストロークはすべて数ミリ秒の間隔で行われます。

カールの研究の結果、稲妻の構造は現在ではよく知られており、これはマルチバースト雷のテストが定期的に行われる必要があることを示唆しています。 しかし、マルチバースト試験を行うための装置を構築した研究室はほんのわずかしかありません（たとえば、オーストラリアのダルベニザとその同僚、ジョージア工科大学のレイ・ヒルとその同僚、そして最近では中国のチャンと彼の同僚）。 では、なぜ雷をシミュレートするマルチバーストテストがもっと広く行われなかったのでしょうか? そしてなぜそれが標準規格に組み込まれていないのでしょうか?

考えられる理由の 1 つは、Bodle らによる観察に遡ります。 1976年に[2]、

「通信業界と電力業界の両方において、プラントアイテムおよび関連機器の耐雷能力の設計テストには、単一の大きなインパルスが使用されます。 これは、実際のテストの考慮事項によって決定される「同等性」タイプのテストです。 しかし経験上、これは複数のコンポーネントのストロークを含む実際のフィールド曝露の許容可能なシミュレーションであることが示されています。」

つまり、ボードルとその共著者が言いたいのは、はい、複数のコンポーネントのフラッシュについてはわかっていますが、単一の大バースト テストで十分に機能するため、複数のサージ テストは必要ないということです。 1976 年に使用されていた主なタイプのサージ保護デバイス (SPD) であるガス管またはカーボン ブロックをテストしている場合、これはおそらく真実でしょう。

考えられる 2 番目の理由は、マルチバースト テストを実施するための装置が市販されておらず、もしあったとしても高価になる可能性があることです。 いずれにせよ、マルチバーストテストは通常​​、SPD では行われません。

それでは、単一の大きなサージ、または間隔が広い複数のサージ (一連の単一サージ テストのように見える) をテストすることで、何を見逃してしまうのでしょうか? スイッチング SPD (ガス管やサイリスタなど) をテストしている場合は、問題がない可能性があります。 ただし、クランプ SPD、特に金属酸化物バリスタ (MOV) は熱時定数が長い可能性があるため、クランプ SPD ではこのような問題が発生する可能性があります。 熱時定数が長いと、複数のサージ バースト (おそらく継続電流を含む) にさらされる SPD に熱が蓄積する可能性があります。 熱の蓄積は潜在的に破壊的な温度上昇を引き起こす可能性があります。これは、マルチサージバーストテストが単一の大きなサージ、または広く間隔をあけた複数のサージに置き換えられる場合に見落とされるものです。

図 1 は、熱の蓄積が発生すると予想される稲妻の例を示しています。

図 1: マルチバースト稲妻フラッシュの例 (Rakov 以降、[3])

マルチサージバーストテストが必要であるという見解は、Sargent らの論文で裏付けられています。 [4]。 彼らの研究では、18 mm MOV サンプルの半セットが定格電流で 8/20 サージのマルチサージ バーストにさらされました。 これらのサンプルには損傷の兆候が見られましたが、定格電流で 1 回の 8/20 サージを 60 秒以上の間隔で繰り返してテストしたサンプルの残りの半分には損傷は見られませんでした。 別のマルチサージバーストテストでは、Rousseau et al. [5] MOV に 60 秒間隔で 60 個の 20 kA 8/20 サージを加えましたが、故障はありませんでした。 しかし、同じタイプの MOV が 50 ms 間隔で 20 kA 8/20 サージをわずか 5 回受けると、故障が発生しました。

MOV は熱時定数が長いため、SPD をクランプするマルチバースト フラッシュの作業の大部分は MOV で行われてきました。 時定数が長いため、一連の密集したサージの 1 つによって MOV に蓄積されたエネルギーは、次のサージが到着するまで消散せず、エネルギーが蓄積する可能性があります。 同じことがシリコン ベースのデバイスにも当てはまりますが、シリコン デバイスの熱時定数は MOV よりも短いため、程度は低くなります。 したがって、MOV に焦点を当てます。 説明的な例としては、リモート ラジオ ヘッドへの DC 給電の保護への MOV の適用があります ([6] で説明されています)。