اصل حفاظت از ولتاژ منبع تغذیه تنظیم شده
دستگاه محافظ ولتاژ (SPD) که به عنوان محافظ ولتاژ نیز شناخته می شود، یک وسیله حفاظتی غیر خطی است که برای محدود کردن اضافه ولتاژ گذرا و هدایت جریان ولتاژ تخلیه در سیستم های زنده استفاده می شود و برای محافظت از وسایل الکتریکی با سطوح ولتاژ مقاومت پایین یا سیستم های الکترونیکی استفاده می شود. محافظت در برابر صاعقه و پالس های الکترومغناطیسی صاعقه یا آسیب اضافه ولتاژ عملیاتی. در سالهای اخیر سیستمهای اطلاعات الکترونیکی (مانند تلویزیون، تلفن، ارتباطات، شبکههای کامپیوتری و غیره) به سرعت توسعه یافتهاند و تعداد زیادی از دستگاههای اطلاعات الکترونیکی پدید آمده و رواج یافتهاند. چنین سیستمها و تجهیزاتی اغلب گران و مهم هستند و ولتاژ کاری و سطح ولتاژ مقاومت آنها بسیار پایین است، بنابراین در برابر پالسهای الکترومغناطیسی صاعقه بسیار آسیبپذیر هستند. بنابراین، SPD برای حفاظت از ولتاژ مورد نیاز است.
با توجه به استانداردهای متفاوتی که توسط کشورهای مختلف دنبال می شود، مشخصات محصول یکپارچه نیست و شناسایی پارامتر نیز تاکید خاص خود را دارد که بسیار پایین تر از سایر مشخصات محصول الکتریکی است که باعث ناراحتی زیادی برای طراحی و انتخاب می شود. در طراحی مهندسی می توان برندهای رایج را با توجه به محل تولید به محصولات داخلی، محصولات اروپایی و محصولات آمریکایی تقسیم کرد. تنظیمات پارامتر محصولات داخلی آشفته، با مشخصات مختلف و فشار باقیمانده بالا است. برخی از تنظیمات مدل محصولات استاندارد شده از محصولات اروپایی تقلید می کنند و برخی از پارامترهای کالیبراسیون ملی پیروی می کنند. اکثر محصولات با In و Imax مشخص شده اند. از آنجایی که محصولات داخلی نیازمندیهای نسبتاً کمی برای مکانهای کاربردی، درجهبندی پایین ساختمان و تجهیزات بزرگ در برابر مقادیر ولتاژ هستند، برخی از الزامات پارامترها را میتوان به طور مناسب کاهش داد.
محصولات اروپایی به طور کلی حداکثر جریان تخلیه را مشخص می کنند و مدل محصول نیز بر اساس این پارامتر تنظیم می شود. به عنوان مثال XXX65 و XXX40 یک برند معروف اروپایی، مقادیر 65 و 40 Imax هستند. با این حال، استاندارد چینی به وضوح تصریح میکند که جریان تخلیه اسمی In باید برای انتخاب نوع استفاده شود، که در حال حاضر در طراحی مهندسی با آن مواجه میشویم. پس از بررسی اطلاعات محصول، مقدار In XX65 از 20 کیلو آمپر و مقدار In XX40 از 15 کیلو آمپر تجاوز نمی کند. با توجه به مقدار توصیه شده GB50343، این دو محصول فقط برای حفاظت سطح سوم پایانه تجهیزات قابل استفاده هستند، اما در طراحی واقعی، در سطوح اول و دوم نصب می شوند که آشکارا با پارامترهای انتخاب مغایرت دارد. استاندارد ملی، و ولتاژ باقیمانده بالاتر، مدل های معمولی به طور کلی از 1200 ولت تجاوز می کنند، هنگامی که محیط سیم کشی خوب نیست، به راحتی می توان از مقدار ولتاژ مقاومت تجهیزات تجاوز کرد. به طور کلی، مقدار Uc محصولات اروپایی کوچک است و ولتاژ خط به صورت فرصتطلبانه مشخص میشود، بنابراین هنگام انتخاب مدل به راحتی میتوان گمراهکننده بود.
محافظ برق برای حفاظت از منبع تغذیه ولتاژ پایین 220/380 ولت مناسب است. این یک جزء غیر خطی است. بر اساس استاندارد IEC، محافظ برق وسیله ای است که عمدتاً ولتاژ و اضافه جریان خط هدایت شده را سرکوب می کند. محافظ برق نقش محافظتی ایفا می کند. شرط اساسی این است که باید در برابر جریان صاعقه ای که انتظار می رود از آن عبور کند مقاومت کند و از طریق حداکثر ولتاژ گیره موج، بتواند به طور موثر جریان پیوسته فرکانس توان تولید شده پس از عبور جریان صاعقه را خاموش کند و از وقوع آنی جلوگیری کند. جهش به خط برق و خط انتقال سیگنال. اضافه ولتاژ در محدوده ولتاژی که تجهیزات یا سیستم می تواند تحمل کند محدود می شود یا جریان صاعقه قوی به زمین نشت می کند تا از تجهیزات یا سیستم محافظت شده در برابر آسیب ناشی از ضربه محافظت کند.
نوع و ساختار محافظ های ولتاژ با توجه به اهداف مختلف متفاوت است، اما حداقل یک عنصر محدود کننده ولتاژ غیر خطی در آن گنجانده شده است. محافظهای برق رایج شامل MOV (Varistor Oxide Metal) و لولههای تخلیه گاز هستند. نوسانات برق حاوی انرژی زیادی است و نمی توان آن را متوقف کرد. به همین دلیل، استراتژی محافظت از تجهیزات حساس الکتریکی در برابر آسیب ناشی از نوسانات الکتریکی، دور کردن نوسان از تجهیزات و به داخل زمین است.
محافظ برق MOV از سه قسمت تشکیل شده است: قسمت میانی آن یک ماده اکسید فلزی است و دو نیمه هادی به برق و زمین متصل هستند. هنگامی که یک موج رخ می دهد، MOV بلافاصله عمل می کند و زمان پاسخ 1 تا 3 نانوثانیه است. "V" در MOV یک رئوستات است. در لحظه پاسخ، مقاومت MOV از حداکثر مقدار به تقریبا صفر اهم کاهش می یابد و جریان اضافه از طریق MOV به زمین می ریزد. تجهیزات الکتریکی محافظت شده تحت ولتاژ کاری عادی به کار خود ادامه می دهند. عناصر نیمه هادی آن دارای خاصیت تغییر مقاومت با تغییر ولتاژ هستند. زمانی که ولتاژ کمتر از مقدار معینی باشد، حرکت الکترون ها در نیمه هادی مقاومت بالایی ایجاد می کند. برعکس، زمانی که ولتاژ از آن مقدار خاص بیشتر شود، حرکت الکترون ها تغییر می کند و مقاومت نیمه هادی نزدیک به صفر اهم کاهش می یابد. ولتاژ نرمال است و محافظ برق MOV بیکار است که روی خط برق تأثیری نمی گذارد.
نشانگرهای مزایا و معایب محافظ برق MOV: (1) ولتاژ بستن: مقدار ولتاژی را نشان می دهد که باعث اتصال MOV به زمین می شود. هرچه ولتاژ گیره کمتر باشد، عملکرد حفاظتی بهتری دارد. (2) ظرفیت جذب/اتلاف انرژی: این مقدار اسمی نشان میدهد که محافظ برق چه مقدار انرژی میتواند قبل از سوختن، به ژول جذب کند. هر چه مقدار بالاتر باشد، عملکرد حفاظتی بهتری دارد. (3) زمان پاسخگویی: محافظ های ولتاژ فوراً قطع نمی شوند، آنها تاخیر جزئی در پاسخ به جهش دارند.
یکی دیگر از دستگاه های رایج حفاظت از نوسانات، لوله تخلیه گاز است. این لوله های تخلیه گاز مانند MOV ها انجام می دهند، آنها جریان اضافی را با استفاده از گاز بی اثر به عنوان هادی بین دو سیم، از جریان برق به زمین منتقل می کنند. هنگامی که ولتاژ در یک محدوده مشخص است، ترکیب گاز مشخص می کند که رسانای ضعیفی است. اگر ولتاژ از این محدوده فراتر رود، جریان به اندازه ای قوی خواهد بود که گاز را یونیزه کند و لوله تخلیه گاز را به یک رسانای بسیار خوب تبدیل می کند. جریان را به زمین هدایت می کند تا زمانی که ولتاژ به سطح نرمال بازگردد، سپس دوباره به هادی ضعیف تبدیل می شود.
