اصل حفاظت از نوسانات برق

اصل حفاظت از نوسانات برق

دستگاه محافظ ولتاژ (SPD) که به عنوان محافظ برق نیز شناخته می شود، یک وسیله حفاظتی غیرخطی است که در سیستم های برق دار برای محدود کردن اضافه ولتاژ گذرا و هدایت جریان افزایش دبی مورد استفاده قرار می گیرد. برای محافظت از سیستم های الکتریکی یا الکترونیکی با سطوح ولتاژ پایین در برابر ضربات صاعقه، پالس های الکترومغناطیسی یا آسیب اضافه ولتاژ عملیاتی استفاده می شود. 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. این نوع سیستم ها و تجهیزات اغلب گران و مهم هستند، با ولتاژ عملیاتی پایین و مقاومت در برابر سطوح ولتاژ، آنها را به شدت در برابر پالس های الکترومغناطیسی صاعقه حساس می کند. بنابراین برای حفاظت از اضافه ولتاژ باید از SPD استفاده شود.

با توجه به استانداردهای متفاوتی که توسط کشورهای مختلف رعایت می شود، مشخصات محصولات یکسان نیست و شناسایی پارامترها نیز تاکید خاص خود را دارد که به مراتب کمتر از سایر مشخصات محصولات الکتریکی است که باعث ناراحتی زیادی برای طراحی و انتخاب می شود. در طراحی مهندسی، برندهای رایج را می توان به طور عمده به محصولات داخلی، محصولات اروپایی و محصولات آمریکایی بر اساس محل مبدا تقسیم کرد. تنظیمات پارامتر محصولات داخلی آشفته، با مشخصات متنوع و ولتاژ باقیمانده بالا است. برخی از مدل های محصول استاندارد شده برای تقلید از محصولات اروپایی تنظیم شده اند، در حالی که برخی دیگر از پارامترهای استاندارد ملی پیروی می کنند. اکثر محصولات دارای برچسب In و Imax هستند. با توجه به نیازهای پایین محصولات داخلی برای سایت های کاربردی، سطوح پایین ساختمان و تجهیزات بالا که مقادیر ولتاژ را تحمل می کنند، برخی از الزامات پارامترها را می توان به طور مناسب کاهش داد.

محصولات اروپایی به طور کلی با حداکثر جریان تخلیه برچسب گذاری می شوند و مدل محصول نیز بر اساس این پارامتر تنظیم می شود. برای مثال یک برند اروپایی معروف XXX65 و XXX40 که مقادیر 65 و 40 Imax هستند. با این حال، استانداردهای چینی به وضوح تصریح می‌کنند که جریان تخلیه اسمی In باید برای انتخاب 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. در صورت رعایت مقادیر توصیه شده GB50343، این دو محصول فقط برای محافظت سه سطحی در انتهای تجهیزات قابل استفاده هستند. با این حال، در طراحی واقعی، آنها در سطوح اول و دوم نصب می شوند که به وضوح با پارامترهای انتخاب استاندارد ملی مغایرت دارد و ولتاژ باقیمانده بالا است. مدل های معمولی معمولاً بیش از 1200 ولت هستند. هنگامی که محیط سیم کشی خوب نیست، به راحتی می توان از مقدار ولتاژ مقاومت تجهیزات تجاوز کرد. به طور کلی، محصولات اروپایی مقدار Uc نسبتاً کمی دارند و در برچسب زدن ولتاژ خط فرصت‌طلب هستند، که باعث می‌شود هنگام انتخاب مدل‌ها گمراه‌کردن آسان‌تر شود.

اصل کار SPD

محافظ برق برای حفاظت از منبع تغذیه ولتاژ پایین 220/380 ولت مناسب است و جزء غیر خطی است. بر اساس استانداردهای IEC، محافظ برق وسیله ای است که عمدتاً برای سرکوب اضافه ولتاژ و جریان اضافی خط انتقال استفاده می شود. شرط اساسی برای ایفای نقش محافظ یک محافظ برق، مقاومت در برابر جریان صاعقه مورد انتظار و خاموش کردن موثر جریان پیوسته فرکانس توان تولید شده پس از جریان صاعقه از طریق حداکثر ولتاژ گیره‌ای نوسان است. اضافه ولتاژ لحظه ای وارد شده به خط برق یا خط انتقال سیگنال را به محدوده ولتاژی که تجهیزات یا سیستم می تواند تحمل کند محدود می کند یا جریان صاعقه قوی را به زمین تخلیه می کند تا از تجهیزات یا سیستم محافظت شده در برابر آسیب ناشی از ضربه محافظت کند.

انواع و ساختار محافظ های ولتاژ با توجه به کاربردهای مختلف آنها متفاوت است، اما حداقل دارای یک عنصر محدود کننده ولتاژ غیرخطی هستند. محافظ‌های رایج برق مورد استفاده شامل MOV (MetalOxideVaristors) و لوله‌های تخلیه گاز هستند. نوسانات الکتریکی حاوی انرژی قدرتمندی هستند و نمی توان آنها را متوقف کرد. به همین دلیل، استراتژی محافظت از تجهیزات حساس الکتریکی در برابر آسیب ناشی از موج، منحرف کردن نوسان از تجهیزات و سپس جریان به زمین است.

محافظ برق MOV از سه قسمت تشکیل شده است: یک ماده اکسید فلزی در وسط، که توسط دو نیمه هادی به منبع تغذیه و سیم زمین متصل می شود. هنگامی که موجی رخ می دهد، MOV بلافاصله با زمان پاسخ 1-3 نانوثانیه عمل می کند. "V" در MOV یک رئوستات است. در لحظه پاسخ، مقاومت MOV از حداکثر مقدار خود به تقریبا صفر اهم کاهش می یابد و جریان اضافه از طریق MOV به زمین می ریزد. تجهیزات الکتریکی محافظت شده با ولتاژ معمولی کار می کنند. اجزای نیمه هادی آن دارای خاصیت تغییر مقاومت با تغییرات ولتاژ هستند. هنگامی که ولتاژ به زیر یک مقدار خاص کاهش می یابد، حرکت الکترون ها در یک نیمه هادی مقاومت بالایی ایجاد می کند. برعکس، زمانی که ولتاژ از این مقدار خاص فراتر رود، حرکت الکترون ها تغییر می کند و مقاومت نیمه هادی به نزدیک به صفر اهم کاهش می یابد. ولتاژ نرمال است و محافظ ولتاژ MOV در کناری بیکار است، بدون اینکه خط برق را تحت تاثیر قرار دهد.

شاخص های مزایا و معایب دستگاه های محافظ برق (MOVs) عبارتند از: (1) ولتاژ بستن: نشان دهنده مقدار ولتاژی است که باعث اتصال MOV ها به سیم زمین می شود. هرچه ولتاژ گیره کمتر باشد، عملکرد حفاظتی بهتری دارد. (2) ظرفیت جذب/اتلاف انرژی: این مقدار اسمی نشان‌دهنده میزان انرژی است که محافظ برق می‌تواند قبل از سوختن، بر حسب ژول جذب کند. هر چه مقدار بالاتر باشد، عملکرد حفاظتی بهتری دارد. (3) زمان پاسخگویی: محافظ‌های ولتاژ فوراً قطع نمی‌شوند و پاسخ آن‌ها به نوسانات کمی تأخیر خواهد داشت.

یکی دیگر از دستگاه های رایج حفاظت از نوسانات، لوله تخلیه گاز است. این لوله های تخلیه گاز عملکردی مشابه MOV ها دارند و جریان اضافی را از سیم برق دار به سیم زمین منتقل می کنند و با استفاده از گاز بی اثر به عنوان هادی بین دو سیم به این عملکرد دست می یابند. هنگامی که ولتاژ در محدوده خاصی قرار دارد، ترکیب گاز مشخص می کند که رسانای ضعیفی است. اگر ولتاژ افزایش یابد و از این محدوده فراتر رود، قدرت جریان برای یونیزه کردن گاز کافی است و لوله تخلیه گاز را به یک رسانای بسیار خوب تبدیل می کند. تا زمانی که ولتاژ به سطح نرمال برگردد جریان را به سیم زمین هدایت می کند و سپس تبدیل به یک هادی معیوب می شود.