התקן מגן מתח, המכונה גם מגן מתח או SPD, נועד להגן על רכיבים חשמליים מפני עליות מתח שעלולות להתרחש במעגל החשמלי.

בכל פעם שנוצרת עלייה פתאומית בזרם או במתח במעגל החשמלי או במעגל התקשורת כתוצאה מהפרעות חיצוניות, התקן ההגנה מפני נחשולי מתח עשוי להוליך ולנתח תוך פרק זמן קצר מאוד, ולמנוע מהנחשול לפגוע בהתקנים אחרים במעגל .

התקני הגנה מפני מתח (SPD) הם שיטה חסכונית למניעת הפסקות ולשיפור אמינות המערכת.

הם מותקנים בדרך כלל בלוחות ההפצה וממלאים תפקיד חשוב בהבטחת פעולה חלקה וללא הפרעות של מכשירים אלקטרוניים במגוון רחב של יישומים על ידי הגבלת מתח יתר חולף.

SPD פועל על ידי הסטת מתח עודף מנחשולי מתח חולף הרחק מהציוד המוגן.הוא מורכב בדרך כלל מווריסטורי תחמוצת מתכת (MOV) או צינורות פריקת גז שסופגים את המתח העודף ומפנים אותו לאדמה, ובכך מגנים על ההתקנים המחוברים.

עליות מתח יכולות להתרחש עקב מגוון סיבות, כולל מכות ברק, החלפת רשת חשמלית, חיווט פגום והפעלה של ציוד חשמלי בעל עוצמה גבוהה.הם יכולים להיגרם גם מאירועים המתרחשים בתוך בניין, כגון הפעלת מנועים או הפעלה/כיבוי של מכשירי חשמל גדולים.

התקנת SPD יכולה לספק מספר יתרונות, כולל:

הגנה על ציוד אלקטרוני רגיש מפני עליות מתח מזיקות.

מניעת אובדן נתונים או שחיתות במערכות מחשב.

הארכת תוחלת החיים של מכשירים וציוד על ידי הגנה עליהם מפני הפרעות חשמליות.

הפחתת הסיכון לשריפות חשמל הנגרמות כתוצאה מנחשולי מתח.

שקט נפשי בידיעה שהציוד היקר שלך שמור.

תוחלת החיים של SPD יכולה להשתנות בהתאם לגורמים כמו איכותו, חומרת הנחשולים שהוא נתקל בהם ונהלי התחזוקה.בדרך כלל, אורך חיים של SPD נע בין 5 ל-10 שנים.עם זאת, מומלץ לבדוק ולבדוק באופן קבוע SPDs ולהחליף אותם לפי הצורך כדי להבטיח הגנה מיטבית.

הצורך ב-SPDs עשוי להשתנות בהתאם לגורמים כמו מיקום גיאוגרפי, תקנות מקומיות ורגישות הציוד האלקטרוני המחובר.מומלץ להתייעץ עם חשמלאי מוסמך או מהנדס חשמל כדי להעריך את הצרכים הספציפיים שלך ולקבוע אם יש צורך ב-SPD עבור מערכת החשמל שלך.

כמה רכיבים נפוצים להגנה מפני נחשולי מתח המשמשים בייצור SPDs הם וריסטורי תחמוצת מתכת (MOVs), דיודות התמוטטות מפולת (ABDs - ידועות בעבר כדיודות מפולת סיליקון או SADs), וצינורות פריקת גז (GDTs).MOVs הם הטכנולוגיה הנפוצה ביותר להגנה על מעגלי מתח AC.דירוג זרם הנחשול של MOV קשור לאזור החתך ולהרכבו.באופן כללי, ככל ששטח החתך גדול יותר, כך דירוג זרם הנחשולים של המכשיר גבוה יותר.MOV הם בדרך כלל בגיאומטריה עגולה או מלבנית אך מגיעים בשפע של ממדים סטנדרטיים הנעים בין 7 מ"מ (0.28 אינץ') ל-80 מ"מ (3.15 אינץ').דירוג זרם הנחשולים של רכיבי הגנה מפני נחשולים אלה משתנים מאוד ותלויים ביצרן.כפי שנדון קודם לכן בסעיף זה, על ידי חיבור ה-MOVs במערך מקביל, ניתן לחשב ערך זרם נחשולים על ידי חיבור פשוט של דירוג זרם הנחשול של ה-MOVs הבודדים כדי לקבל את דירוג זרם הנחשול של המערך.בכך יש לשקול תיאום התפעול.

ישנן השערות רבות לגבי איזה רכיב, איזו טופולוגיה ופריסה של טכנולוגיה ספציפית מייצרת את ה-SPD הטוב ביותר להסטת זרם נחשול.במקום להציג את כל האפשרויות, עדיף שהדיון על דירוג זרם נחשולים, דירוג זרם פריקה נומינלי או יכולות זרם נחשולי נסוב סביב נתוני בדיקות ביצועים.ללא קשר לרכיבים המשמשים בתכנון, או למבנה המכאני הספציפי שנפרס, מה שחשוב הוא של-SPD יש דירוג זרם נחשול או דירוג זרם פריקה נומינלי המתאים ליישום.

המהדורה הנוכחית של תקנות החיווט של IET, BS 7671:2018, קובעת כי אלא אם תבוצע הערכת סיכונים, תסופק הגנה מפני מתח יתר חולף כאשר התוצאה הנגרמת ממתח יתר עלולה:

לגרום לפציעה חמורה או לאובדן חיי אדם;אוֹ

גורם להפרעה בשירותים הציבוריים ו/או לפגיעה במורשת התרבותית;אוֹ

תוצאה של הפסקה של פעילות מסחרית או תעשייתית;אוֹ

משפיע על מספר רב של אנשים שנמצאים בשיתוף.

תקנה זו חלה על כל סוגי החצרים הכוללים בית, מסחר ותעשייה.

בעוד שתקנות החיווט של IET אינן רטרוספקטיביות, כאשר מתבצעת עבודה על מעגל קיים בתוך התקנה שתוכננה והותקנה במהדורה קודמת של תקנות החיווט של IET, יש צורך להבטיח שהמעגל ששונה תואם לדרישות העדכניות ביותר מהדורה, זה יהיה מועיל רק אם SPDs מותקנים כדי להגן על ההתקנה כולה.

ההחלטה אם לרכוש SPD נתונה בידי הלקוח, אך יש לספק לו מספיק מידע כדי לקבל החלטה מושכלת אם ברצונו להשמיט SPD.יש לקבל החלטה בהתבסס על גורמי סיכון בטיחותיים ובעקבות הערכת עלות של SPD, אשר עשויה לעלות עד כמה מאות פאונד, מול עלות ההתקנה החשמלית והציוד המחובר אליה כגון מחשבים, טלוויזיות וציוד הכרחי. למשל, זיהוי עשן ובקרה על הדוד.

ניתן להתקין הגנה מפני נחשולי מתח ביחידה צרכנית קיימת אם היה מקום פיזי מתאים זמין או, אם לא היה מספיק מקום פנוי, ניתן להתקין אותה במארז חיצוני בצמוד ליחידת הצרכן הקיימת.

כדאי גם לבדוק עם חברת הביטוח שלך מכיוון שחלק מהפוליסות עשויות לציין שציוד חייב להיות מכוסה עם SPD או שהם לא ישלמו במקרה של תביעה.

הדירוג של מגן הנחשולים (הידוע בכינויו הגנת ברקים) מוערך על פי תיאוריית הגנת הברק של IEC 61643-31 & EN 50539-11, המותקן בצומת המחיצה.הדרישות והפונקציות הטכניות שונות.התקן ההגנה מפני ברקים בשלב ראשון מותקן בין אזור 0-1, גבוה עבור דרישת הזרימה, הדרישה המינימלית של IEC 61643-31 & EN 50539-11 היא Itotal (10/350) 12.5 ka, והשני והשלישי רמות מותקנות בין אזורי 1-2 ו-2-3, בעיקר כדי לדכא את מתח היתר.

התקני הגנה מפני נחשולי מתח (SPDs) חיוניים בהגנה על ציוד אלקטרוני מפני ההשפעות המזיקות של מתח יתר חולף שעלול לגרום לנזק, להשבתת מערכת ואובדן נתונים.

במקרים רבים, העלות של החלפת ציוד או תיקון יכולה להיות משמעותית, במיוחד ביישומים קריטיים למשימה כגון בתי חולים, מרכזי נתונים ומפעלי תעשייה.

מפסקי חשמל ונתיכים אינם מתוכננים להתמודד עם אירועים עתירי אנרגיה אלו, מה שהופך הגנה נוספת לנחשולים הכרחית.

בעוד SPDs תוכננו במיוחד להסיט מתח יתר חולף הרחק מהציוד, להגן עליו מפני נזק ולהאריך את תוחלת החיים שלו.

לסיכום, SPDs חיוניים בסביבה הטכנולוגית המודרנית.

עקרון העבודה של SPD

העיקרון הבסיסי מאחורי SPDs הוא שהם מספקים נתיב עכבה נמוכה לאדמה עבור מתח עודף.כאשר מתרחשים עליות מתח או עליות מתח, SPDs פועלים על ידי הפניית המתח והזרם העודפים לקרקע.

בדרך זו, עוצמת המתח הנכנס יורדת לרמה בטוחה שאינה פוגעת במכשיר המחובר.

כדי לעבוד, התקן הגנה מפני נחשולי מתח חייב להכיל לפחות רכיב אחד לא ליניארי (ווריסטור או ניצוץ פער), אשר בתנאים שונים עובר בין מצב עכבה גבוהה לנמוכה.

תפקידם הוא להסיט את זרם הפריקה או הדחף ולהגביל את מתח היתר בציוד במורד הזרם.

התקני הגנה מפני נחשולי מתח פועלים בשלושת המצבים המפורטים להלן.

א. מצב תקין (העדר גל)

במקרה שאין תנאי נחשולים, ל-SPD אין השפעה על המערכת והוא פועל כמעגל פתוח, הוא נשאר במצב עכבה גבוהה.

ב. במהלך עליות מתח

במקרה של עליות מתח ונחשולי מתח, SPD עובר למצב הולכה והעכבה שלו ירדה.בדרך זו, הוא יגן על המערכת על ידי הסטת זרם הדחף לקרקע.

ג. חזרה לפעולה רגילה

לאחר פריקת מתח היתר, ה-SPD עבר חזרה למצב העכבה הגבוהה הרגיל שלו.

התקני הגנה מפני נחשולים (SPDs) הם מרכיבים חיוניים של רשתות חשמל.עם זאת, בחירת SPD מתאים למערכת שלך עשויה להיות בעיה קשה.

מתח פעולה רציף מרבי (UC)

המתח הנקוב של SPD צריך להיות תואם למתח המערכת החשמלית כדי להציע הגנה מתאימה למערכת.דירוג מתח נמוך יותר יגרום נזק למכשיר ודירוג גבוה יותר לא יפנה את החולפים כראוי.

זמן תגובה

זה מתואר כזמן של SPD מגיב לחולפים.ככל ש-SPD מגיב מהר יותר, כך ההגנה על-ידי ה-SPD טובה יותר.בדרך כלל, SPD מבוססי דיודות זנר הם בעלי התגובה המהירה ביותר.לסוגים מלאי גז יש זמן תגובה איטי יחסית ולנתיכים וסוגי MOV יש את זמן התגובה האיטי ביותר.

זרם פריקה נומינלי (In)

יש לבדוק את SPD בצורת גל של 8/20μs והערך הטיפוסי ל-SPD בגודל מיניאטורי למגורים הוא 20kA.

זרם פריקת דחף מקסימלי (Iimp)

המכשיר חייב להיות מסוגל להתמודד עם זרם הנחשול המקסימלי הצפוי ברשת ההפצה כדי להבטיח שהוא לא ייכשל במהלך אירוע חולף ויש לבדוק את המכשיר עם צורת גל של 10/350μs.

מתח הידוק

זהו מתח סף ומעל רמת המתח הזו, SPD מתחיל ללחוץ כל חולף מתח שהוא מזהה בקו החשמל.

יצרן והסמכות

בחירת SPD מיצרן ידוע בעל הסמכה ממתקן בדיקות חסר פניות, כגון UL או IEC, היא חיונית.ההסמכה מבטיחה שהמוצר נבדק ועומד בכל דרישות הביצועים והאבטחה.

הבנת הנחיות הגודל הללו תאפשר לך לבחור את התקן ההגנה מפני נחשולי מתח הטוב ביותר לצרכים שלך ותבטיח הגנה יעילה מפני נחשולי מתח.

התקני הגנה מפני נחשולי מתח (SPDs) מתוכננים לספק הגנה אמינה מפני מתחי יתר חולפים, אך גורמים מסוימים עלולים להוביל לכשל שלהם.להלן כמה מהסיבות הבסיסיות מאחורי כישלון SPD:

1.עליות מתח מוגזמות

אחד הגורמים העיקריים לכשל ב-SPD הוא מתח יתר, מתח יתר יכול להתרחש עקב מכות ברק, נחשולי מתח או הפרעות חשמליות אחרות.הקפד להתקין את הסוג הנכון של SPD לאחר חישובי תכנון נכונים בהתאם למיקום.

2. גורם ההזדקנות

בשל תנאי הסביבה כולל טמפרטורה ולחות, ל-SPD יש חיי מדף מוגבלים ועלולים להידרדר עם הזמן.יתר על כן, SPDs עלולים להיפגע על ידי עליות מתח תכופות.

3. בעיות תצורה

תצורה שגויה, כגון כאשר SPD עם תצורת wye מקושרת לעומס שמחובר באמצעות דלתא.זה עלול לחשוף את ה-SPD למתחים גדולים יותר, מה שעלול לגרום לכשל ב-SPD.

4. כשל ברכיבים

SPDs מכילים מספר רכיבים, כגון וריסטורי תחמוצת מתכת (MOVs), שעלולים להיכשל עקב פגמי ייצור או גורמים סביבתיים.

5. הארקה לא נכונה

כדי ש-SPD יפעל כראוי, יש צורך בהארקה.SPD יכול לתפקד בצורה לקויה או להפוך לדאגה בטיחותית אם הוא מקורקע בצורה לא נכונה.