یک دستگاه محافظ ولتاژ، که به عنوان محافظ برق یا SPD نیز شناخته می شود، برای محافظت از قطعات الکتریکی در برابر نوسانات ولتاژی که ممکن است در مدار الکتریکی اتفاق بیفتد، طراحی شده است.

هرگاه افزایش ناگهانی جریان یا ولتاژ در مدار الکتریکی یا مدار ارتباطی در نتیجه تداخل خارجی ایجاد شود، دستگاه حفاظت از ولتاژ ممکن است در مدت زمان بسیار کوتاهی هدایت و شنت کند و از آسیب رساندن ولتاژ به سایر دستگاه‌های موجود در مدار جلوگیری کند. .

دستگاه‌های محافظ برق (SPD) روشی مقرون‌به‌صرفه برای جلوگیری از خاموشی و افزایش قابلیت اطمینان سیستم هستند.

آنها معمولاً در پانل های توزیع نصب می شوند و با محدود کردن اضافه ولتاژ گذرا، نقش مهمی در تضمین عملکرد روان و بدون وقفه دستگاه های الکترونیکی در طیف گسترده ای از کاربردها دارند.

یک SPD با منحرف کردن ولتاژ اضافی از نوسانات گذرا و دور از تجهیزات محافظت شده کار می کند.معمولاً از وریستورهای اکسید فلزی (MOV) یا لوله های تخلیه گاز تشکیل شده است که ولتاژ اضافی را جذب کرده و آن را به زمین هدایت می کند و در نتیجه از دستگاه های متصل محافظت می کند.

نوسانات برق می تواند به دلایل مختلفی از جمله صاعقه، سوئیچینگ شبکه برق، سیم کشی معیوب و عملکرد تجهیزات الکتریکی پرقدرت رخ دهد.آنها همچنین می توانند ناشی از رویدادهایی باشند که در داخل یک ساختمان اتفاق می افتد، مانند راه اندازی موتورها یا خاموش/روشن کردن وسایل بزرگ.

نصب SPD می تواند چندین مزیت داشته باشد، از جمله:

محافظت از تجهیزات الکترونیکی حساس در برابر نوسانات ولتاژ آسیب‌رسان.

جلوگیری از از دست دادن اطلاعات یا فساد در سیستم های کامپیوتری.

افزایش طول عمر لوازم و تجهیزات با محافظت از آنها در برابر اختلالات الکتریکی.

کاهش خطر آتش سوزی الکتریکی ناشی از نوسانات برق.

با دانستن اینکه تجهیزات ارزشمند شما محافظت می شود، خیالتان راحت باشد.

طول عمر یک SPD بسته به عواملی مانند کیفیت آن، شدت نوساناتی که با آن مواجه می شود و شیوه های نگهداری می تواند متفاوت باشد.به طور کلی، SPD ها طول عمری بین 5 تا 10 سال دارند.با این حال، توصیه می شود به طور منظم SPD ها را بازرسی و آزمایش کنید و در صورت نیاز آنها را جایگزین کنید تا از حفاظت بهینه اطمینان حاصل شود.

نیاز به SPD ممکن است بسته به عواملی مانند موقعیت جغرافیایی، مقررات محلی و حساسیت تجهیزات الکترونیکی متصل متفاوت باشد.توصیه می شود برای ارزیابی نیازهای خاص خود و تعیین اینکه آیا SPD برای سیستم الکتریکی شما ضروری است یا خیر، با یک برق یا مهندس برق واجد شرایط مشورت کنید.

چند مولفه متداول محافظ در برابر نوسانات که در تولید SPD ها استفاده می شوند عبارتند از وریستورهای اکسید فلزی (MOV)، دیودهای شکست بهمن (ABDs – که قبلاً به عنوان دیودهای بهمنی سیلیکونی یا SAD شناخته می شدند)، و لوله های تخلیه گاز (GDT).MOV ها متداول ترین فناوری مورد استفاده برای حفاظت از مدارهای برق متناوب هستند.امتیاز جریان موجی یک MOV به سطح مقطع و ترکیب آن مربوط می شود.به طور کلی، هر چه سطح مقطع بزرگتر باشد، امتیاز جریان نوسان دستگاه بالاتر است.MOV ها عموماً دارای هندسه گرد یا مستطیلی هستند، اما ابعاد استاندارد زیادی از 7 میلی متر (0.28 اینچ) تا 80 میلی متر (3.15 اینچ) دارند.رتبه‌بندی‌های جریان نوسانی این اجزای محافظ برق بسیار متفاوت است و به سازنده آن بستگی دارد.همانطور که قبلاً در این بند مورد بحث قرار گرفت، با اتصال MOV ها در یک آرایه موازی، یک مقدار جریان افزایشی را می توان به سادگی با جمع کردن رتبه های جریان نوسانی تک تک MOV ها با هم برای به دست آوردن رتبه جریان نوسانی آرایه محاسبه کرد.در انجام این کار، باید به هماهنگی عملیات توجه شود.

فرضیه های زیادی در مورد اینکه کدام جزء، چه توپولوژی و به کارگیری فناوری خاصی بهترین SPD را برای انحراف جریان افزایش تولید می کند، وجود دارد.به جای ارائه همه گزینه‌ها، بهتر است بحث رتبه‌بندی جریان نوسانی، رتبه‌بندی اسمی جریان تخلیه یا قابلیت‌های جریان افزایشی حول داده‌های تست عملکرد بچرخد.صرف نظر از اجزای مورد استفاده در طراحی، یا ساختار مکانیکی خاصی که به کار گرفته شده است، آنچه مهم است این است که SPD دارای رتبه جریان نوسانی یا نرخ جریان تخلیه اسمی است که برای کاربرد مناسب است.

ویرایش فعلی مقررات سیم‌کشی IET، BS 7671:2018، بیان می‌کند که مگر اینکه ارزیابی ریسک انجام شود، حفاظت در برابر اضافه ولتاژ گذرا باید در مواردی ارائه شود که پیامد ناشی از اضافه ولتاژ می‌تواند:

منجر به آسیب جدی یا از دست دادن جان انسان شود.یا

منجر به قطع خدمات عمومی و/یا آسیب به میراث فرهنگی شود.یا

منجر به قطع فعالیت تجاری یا صنعتی شود.یا

بر تعداد زیادی از افراد هم محل تأثیر بگذارد.

این آیین نامه در مورد انواع اماکن اعم از خانگی، تجاری و صنعتی اعمال می شود.

در حالی که مقررات سیم کشی IET گذشته نگر نیست، در جایی که کار بر روی یک مدار موجود در یک تاسیسات انجام می شود که مطابق نسخه قبلی مقررات سیم کشی IET طراحی و نصب شده است، لازم است اطمینان حاصل شود که مدار اصلاح شده با آخرین جدید مطابقت دارد. نسخه، این تنها در صورتی مفید خواهد بود که SPD ها برای محافظت از کل نصب نصب شده باشند.

تصمیم گیری در مورد خرید SPD در دست مشتری است، اما باید اطلاعات کافی برای تصمیم گیری آگاهانه در مورد اینکه آیا می خواهند SPD ها را حذف کنند یا خیر، در اختیار مشتری قرار گیرد.تصمیم باید بر اساس عوامل خطر ایمنی و پس از ارزیابی هزینه SPD ها، که ممکن است هزینه ای کمتر از چند صد پوند داشته باشد، در مقابل هزینه نصب الکتریکی و تجهیزات متصل به آن مانند رایانه، تلویزیون و تجهیزات لازم اتخاذ شود. به عنوان مثال، تشخیص دود و کنترل دیگ بخار.

اگر فضای فیزیکی مناسب در دسترس بود، می‌توان آن را در یک واحد مصرف‌کننده موجود نصب کرد یا اگر فضای کافی در دسترس نبود، می‌توان آن را در یک محفظه خارجی مجاور واحد مصرف‌کننده موجود نصب کرد.

همچنین ارزش این را دارد که با شرکت بیمه خود چک کنید زیرا ممکن است برخی از سیاست ها بیان کنند که تجهیزات باید با SPD پوشش داده شوند یا در صورت ادعای خسارت پرداخت نخواهند شد.

درجه بندی محافظ برق (که معمولاً به عنوان حفاظت در برابر صاعقه شناخته می شود) مطابق با تئوری حفاظت صاعقه ای زیربخش IEC 61643-31 و EN 50539-11 ارزیابی می شود که در محل اتصال پارتیشن نصب شده است.الزامات فنی و عملکرد متفاوت است.دستگاه حفاظت صاعقه مرحله اول بین منطقه 0-1 نصب شده است، برای نیاز جریان بالا، حداقل نیاز IEC 61643-31 و EN 50539-11 Itotal (10/350) 12.5 ka و دوم و سوم است. سطوح بین مناطق 1-2 و 2-3 نصب می شوند، عمدتا برای سرکوب اضافه ولتاژ.

دستگاه های محافظ برق (SPD) برای محافظت از تجهیزات الکترونیکی در برابر اثرات مضر اضافه ولتاژ گذرا که می تواند باعث آسیب، خرابی سیستم و از دست دادن داده شود، ضروری هستند.

در بسیاری از موارد، هزینه تعویض یا تعمیر تجهیزات می تواند قابل توجه باشد، به ویژه در برنامه های کاربردی حیاتی مانند بیمارستان ها، مراکز داده و کارخانه های صنعتی.

کلیدهای مدار و فیوزها برای رسیدگی به این رویدادهای پرانرژی طراحی نشده اند، که حفاظت اضافی در برابر نوسانات را ضروری می کند.

در حالی که SPD ها به طور خاص برای منحرف کردن اضافه ولتاژ گذرا از تجهیزات طراحی شده اند و از آسیب محافظت می کنند و طول عمر آن را افزایش می دهند.

در نتیجه، SPDها در محیط تکنولوژیک مدرن ضروری هستند.

اصل کاری SPD

اصل اساسی پشت SPD ها این است که یک مسیر امپدانس کم به زمین برای ولتاژ اضافی ارائه می کنند.هنگامی که افزایش یا نوسان ولتاژ رخ می دهد، SPD ها با منحرف کردن ولتاژ و جریان اضافی به زمین کار می کنند.

به این ترتیب، مقدار ولتاژ ورودی به سطح ایمن کاهش می یابد که به دستگاه متصل آسیبی نمی رساند.

برای کار، یک دستگاه حفاظت از نوسانات باید حداقل یک جزء غیر خطی (واریستور یا شکاف جرقه) داشته باشد که در شرایط مختلف بین حالت امپدانس بالا و پایین تغییر می کند.

عملکرد آنها منحرف کردن جریان تخلیه یا ضربه و محدود کردن اضافه ولتاژ در تجهیزات پایین دست است.

دستگاه های حفاظت از نوسانات در سه وضعیت ذکر شده در زیر عمل می کنند.

الف. وضعیت عادی (عدم افزایش موج)

در صورت عدم وجود شرایط افزایش، SPD هیچ تاثیری روی سیستم ندارد و به عنوان یک مدار باز عمل می کند، در حالت امپدانس بالا باقی می ماند.

ب- در هنگام نوسانات ولتاژ

در صورت افزایش و نوسانات ولتاژ، SPD به حالت رسانایی می رود و امپدانس آن کاهش می یابد.به این ترتیب با انحراف جریان ضربه ای به زمین از سیستم محافظت خواهد کرد.

ج. بازگشت به عملکرد عادی

پس از تخلیه اضافه ولتاژ، SPD به حالت امپدانس بالا عادی خود بازگشت.

دستگاه‌های محافظ برق (SPD) اجزای ضروری شبکه‌های الکتریکی هستند.با این حال، انتخاب یک SPD مناسب برای سیستم شما ممکن است یک مسئله دشوار باشد.

حداکثر ولتاژ کار مداوم (UC)

ولتاژ نامی SPD باید با ولتاژ سیستم الکتریکی سازگار باشد تا حفاظت مناسبی از سیستم ارائه دهد.درجه بندی ولتاژ پایین تر به دستگاه آسیب می زند و رتبه بالاتر گذر را به درستی منحرف نمی کند.

زمان پاسخ

به عنوان زمان واکنش SPD به گذرا توصیف می شود.هرچه SPD سریعتر پاسخ دهد، محافظت توسط SPD بهتر است.معمولا SPD های مبتنی بر دیود زنر سریع ترین پاسخ را دارند.انواع پر از گاز زمان پاسخ نسبتا کند و فیوزها و انواع MOV کندترین زمان پاسخ را دارند.

جریان تخلیه اسمی (In)

SPD باید در شکل موج 8/20μs آزمایش شود و مقدار معمولی برای SPD با اندازه مینیاتوری مسکونی 20kA است.

حداکثر جریان تخلیه ضربه ای (Iimp)

دستگاه باید بتواند حداکثر جریان موجی را که در شبکه توزیع انتظار می رود تحمل کند تا اطمینان حاصل شود که در طول یک رویداد گذرا از کار نمی افتد و دستگاه باید با شکل موج 10/350 میکرو ثانیه آزمایش شود.

ولتاژ بستن

این ولتاژ آستانه است و بالاتر از این سطح ولتاژ، SPD شروع به بستن هر ولتاژ گذرا که در خط برق تشخیص می دهد، می کند.

سازنده و گواهینامه ها

انتخاب یک SPD از یک سازنده معروف که دارای گواهی از یک مرکز آزمایش بی طرف، مانند UL یا IEC است، بسیار مهم است.این گواهی تضمین می کند که محصول مورد بررسی قرار گرفته و تمام الزامات عملکرد و امنیت را پاس می کند.

درک این دستورالعمل‌های اندازه‌گیری، شما را قادر می‌سازد تا بهترین وسیله حفاظت از نوسانات را برای نیازهای خود انتخاب کنید و محافظت موثر در برابر نوسانات را تضمین کنید.

دستگاه‌های محافظ برق (SPD) به گونه‌ای طراحی شده‌اند که حفاظت قابل اعتمادی را در برابر اضافه ولتاژهای گذرا ارائه دهند، اما عوامل خاصی می‌توانند منجر به خرابی آنها شوند.در زیر برخی از دلایل اصلی شکست SPD آورده شده است:

1. افزایش بیش از حد برق

یکی از دلایل اصلی خرابی SPD اضافه ولتاژ است، اضافه ولتاژ ممکن است به دلیل صاعقه، نوسانات برق یا سایر اختلالات الکتریکی رخ دهد.مطمئن شوید که نوع مناسب SPD را پس از محاسبات طراحی مناسب با توجه به مکان نصب کنید.

2. عامل پیری

به دلیل شرایط محیطی از جمله دما و رطوبت، SPD ها ماندگاری محدودی دارند و ممکن است در طول زمان خراب شوند.علاوه بر این، SPD ها می توانند با افزایش مکرر ولتاژ آسیب ببینند.

3. مسائل مربوط به پیکربندی

پیکربندی نادرست، مانند زمانی که یک SPD با پیکربندی wye به باری متصل می شود که از طریق یک دلتا متصل می شود.این ممکن است SPD را در معرض ولتاژهای بیشتری قرار دهد که می تواند منجر به خرابی SPD شود.

4. خرابی جزء

SPD ها حاوی اجزای متعددی مانند وریستورهای اکسید فلزی (MOV) هستند که ممکن است به دلیل نقص تولید یا عوامل محیطی از کار بیفتند.

5. اتصال به زمین نامناسب

برای اینکه SPD به درستی کار کند، اتصال به زمین ضروری است.اگر یک SPD به درستی زمین نخورده باشد، ممکن است دچار نقص شود یا احتمالاً به یک نگرانی ایمنی تبدیل شود.