یک spd چه کاری انجام می دهد؟

دستگاه حفاظت از افزایش ولتاژ (SPD) دستگاهی است که برای محافظت از تجهیزات الکترونیکی در برابر افزایش ولتاژ یا ولتاژهای گذرا استفاده می شود. آنها به موازات مدار قدرت بار که نیاز به حفاظت دارد متصل می شوند و می توانند در شبکه های منبع تغذیه در تمام سطوح نیز استفاده شوند. این مقاله به بررسی اصل کار دستگاه های حفاظت از افزایش ولتاژ و نقش مهم آنها در سیستم های الکتریکی می پردازد.

افزایش ولتاژ چیست؟

افزایش ولتاژ، ولتاژهای گذرا هستند که می توانند به ده ها کیلوولت با مدت زمان در حد میکروثانیه برسند. علیرغم مدت زمان کوتاه آنها، محتوای انرژی بالا می تواند مشکلات جدی برای تجهیزات متصل به خط مانند پیری زودرس قطعات الکترونیکی، خرابی تجهیزات یا اختلال در خدمات و زیان مالی ایجاد کند.

منشاء افزایش ولتاژ

رعد و برق به عنوان مهمترین منبع افزایش ولتاژ شناخته می شود - ثبت شده است که صاعقه ها یک میلیون تا یک میلیارد ولت و بین 10000 تا 200000 آمپر دارند. با این حال، رعد و برق تنها بخشی از تمام رویدادهای گذرا در یک تأسیسات را تشکیل می دهد. از آنجایی که گذراها می توانند از منابع خارجی (مانند رعد و برق) و منابع داخلی منشا بگیرند، تأسیسات باید هم سیستم حفاظت از صاعقه و هم حفاظت از افزایش ولتاژ را نصب کنند.

رعد و برق: مخرب ترین منبع افزایش ولتاژ. بر اساس استاندارد IEC 61643-12، انرژی ناشی از رعد و برق می تواند به 200 کیلو آمپر برسد. با این حال، برای مرجع، برآوردها نشان می دهد که 65٪ کمتر از 20 کیلو آمپر و 85٪ کمتر از 35 کیلو آمپر است.

القایی: منابع شامل رعد و برق ابر به ابر یا برخورد صاعقه های نزدیک است که در آن جریان، یک ولتاژ بیش از حد را روی خطوط تامین یا سایر هادی های فلزی القا می کند.

هیچ راهی برای دانستن زمان، مکان، اندازه یا مدت زمان/شکل موج افزایش ولتاژ وجود ندارد. بنابراین در استانداردهای خاصی فرضیاتی در نظر گرفته شده و 2 شکل موج اصلی برای شبیه سازی رویدادهای مختلف افزایش ولتاژ انتخاب شده است:

- هدایت

هدایت یا 10/350μs انرژی ناشی از برخورد مستقیم صاعقه را شبیه سازی می کند.

- القایی
القایی یا 8/20μs انرژی ناشی از برخورد غیرمستقیم صاعقه را شبیه سازی می کند.

منابع داخلی:

- آنها از سوئیچینگ شبکه برق، قطع موتورها یا سایر بارهای القایی ناشی می شوند. انرژی حاصل از این منابع نیز با شکل موج 8/20 تجزیه و تحلیل می شود.

- ولتاژهای گذرا فقط در خطوط توزیع برق رخ نمی دهند و در هر خطی که توسط هادی های فلزی تشکیل شده باشد، مانند تلفن، ارتباطات، اندازه گیری و داده ها نیز رایج هستند.

نقش دستگاه های حفاظت از افزایش ولتاژ

دستگاه های حفاظت از افزایش ولتاژ با منحرف کردن یا محدود کردن جریان های افزایش ولتاژ، ولتاژهای گذرا را کنترل می کنند و از تجهیزات الکترونیکی حساس متصل به آنها، مانند رایانه ها، تلویزیون ها، ماشین های لباسشویی و مدارهای ایمنی (مانند سیستم های تشخیص حریق و روشنایی اضطراری) محافظت می کنند. این دستگاه ها حاوی مدارهای الکترونیکی حساسی هستند که مستعد آسیب ناشی از ولتاژهای گذرا هستند. بنابراین، دستگاه های حفاظت از افزایش ولتاژ نقش مهمی در محافظت از سیستم های نصب الکتریکی ایفا می کنند.

بدون SPD مناسب، رویدادهای گذرا می توانند به تجهیزات الکترونیکی آسیب برسانند و منجر به خرابی های پرهزینه شوند. بنابراین، اهمیت دستگاه های حفاظت از افزایش ولتاژ در محافظت از تجهیزات الکتریکی را نمی توان نادیده گرفت.

SPD چگونه کار می کند؟

حداقل یک جزء غیر خطی از SPD وجود دارد که تحت شرایط مختلف، بین حالت امپدانس بالا و پایین تغییر می کند. در ولتاژهای عملیاتی معمولی، SPD ها در حالت امپدانس بالا قرار دارند و بر سیستم تأثیری ندارند. هنگامی که یک ولتاژ گذرا در مدار رخ می دهد، SPD وارد حالت هدایت (یا امپدانس کم) می شود و انرژی و جریان گذرا را به منبع یا زمین خود منحرف می کند. این امر دامنه ولتاژ را به یک سطح ایمن تر محدود یا محکم می کند. پس از انحراف گذرا، SPD به طور خودکار به حالت امپدانس بالا خود بازنشانی می شود.

اصل کار محافظ افزایش ولتاژ به شرح زیر است:

- عملکرد عادی

در غیاب افزایش ولتاژ، دستگاه حفاظت از افزایش ولتاژ هیچ تاثیری بر سیستمی که در آن نصب شده است ندارد. به عنوان یک مدار باز عمل می کند و

ایزولاسیون بین هادی های زنده و زمین را حفظ می کند.

- در هنگام افزایش ولتاژ
هنگامی که افزایش ولتاژ رخ می دهد، دستگاه حفاظت از افزایش ولتاژ امپدانس خود را در نانوثانیه ها کاهش می دهد و جریان افزایش ولتاژ را منحرف می کند. در این

نقطه، SPD مانند یک مدار بسته عمل می کند، اتصال کوتاه ولتاژ بیش از حد و محدود کردن آن به مقادیر قابل قبول برای تجهیزات الکتریکی متصل

پایین دستی.

- پس از افزایش ولتاژ
هنگامی که افزایش پالس متوقف می شود، دستگاه حفاظت از افزایش ولتاژ امپدانس اصلی خود را بازیابی می کند و به حالت مدار باز باز می گردد و به

نظارت بر شرایط ولتاژ در سیستم الکتریکی ادامه می دهد.

3P یا 4P؟ چه زمانی به قطب N-PE نیاز است؟

دستگاه های حفاظت از افزایش ولتاژ (SPD) به موازات بالادست تجهیزات الکتریکی در موقعیتی نصب می شوند که در طی هر رویداد ولتاژ بیش از حد، SPD به عنوان یک مسیر امپدانس کم به زمین عمل می کند. این امر انرژی ولتاژ بالا را از تجهیزات پایین دستی دور می کند قبل از اینکه درجه مقاومت ولتاژ آن فراتر رود و از آسیب جلوگیری می کند.

یک سوال متداول در مورد SPD ها، تمایز بین کاربرد دستگاه های 3 قطبی و 4 قطبی است. در مورد سیستم های سیم کشی TN-C-S، هادی خنثی مستقیماً به زمین متصل می شود (پیوند MEN). اگر یک SPD در فاصله 10 متری از این پیوند MEN نصب شود، فقط یک دستگاه 3 قطبی مورد نیاز است. قطب N-PE اضافی ارائه شده توسط دستگاه های 4 قطبی در این شرایط زائد است زیرا در حال حاضر یک مسیر به زمین از طریق خنثی از طریق پیوند MEN وجود دارد.

با این حال، اگر یک SPD بیش از 10 متر از یک پیوند MEN نصب شود، به یک SPD 4 قطبی نیاز است. از آنجایی که امپدانس به زمین با طول کابل افزایش می یابد، یک انرژی افزایش ولتاژ اکنون این پتانسیل را دارد که پس از پیوند MEN وارد شبکه شود و به تجهیزات پایین دستی آسیب برساند.

طبقه بندی محافظ ها

دستگاه های حفاظتی بر اساس ظرفیت تخلیه طبقه بندی می شوند.

نوع 1:
تست شده با شکل موج 10/350μs (تست کلاس I)، که جریان تولید شده توسط برخورد مستقیم صاعقه را شبیه سازی می کند.
توانایی تخلیه جریان های بسیار بالا به زمین، ارائه یک سطح حفاظت ولتاژ بالا.

باید با محافظ های نوع 2 پایین دستی همراه باشد. برای استفاده در پانل های منبع تغذیه ورودی که خطر برخورد صاعقه در آن زیاد است، به عنوان مثال در ساختمان هایی با سیستم حفاظت خارجی طراحی شده است.

نوع 2:

تست شده با شکل موج 8/20μs (تست کلاس II)، که جریان تولید شده در صورت سوئیچینگ یا برخورد صاعقه در خط توزیع یا مجاورت آن را شبیه سازی می کند.
توانایی تخلیه جریان های بالا به زمین، ارائه یک سطح حفاظت ولتاژ متوسط. برای استفاده در پانل های توزیع واقع در پایین دست محافظ های نوع 1 یا در پانل های منبع تغذیه ورودی در مناطقی با قرار گرفتن در معرض کم صاعقه طراحی شده است.

نوع 3:
تست شده با شکل موج ترکیبی 1.2/50μs - 8/20μs (تست کلاس III)، که جریان و ولتاژی را که می تواند به تجهیزات برسد شبیه سازی می کند

باید محافظت شود.

توانایی تخلیه جریان های متوسط به زمین، ارائه یک سطح حفاظت ولتاژ پایین. همیشه در پایین دست یک حفاظت نوع 2 نصب می شود
طراحی شده برای محافظت از تجهیزات حساس یا تجهیزات واقع در بیش از 20 متر پایین دست دستگاه نوع 2.

ویژگی های SPD بر اساس استاندارد IEC 61643
پارامترهای محافظ:

- Up سطح حفاظت: حداکثر ولتاژ باقیمانده بین ترمینال های دستگاه حفاظت در هنگام اعمال جریان پیک.

- In جریان اسمی: جریان پیک در شکل موج 8/20μs که دستگاه حفاظت می تواند 20 بار بدون رسیدن به پایان عمر تحمل کند

- Imax حداکثر جریان تخلیه: جریان پیک با شکل موج 8/20μs که دستگاه حفاظت می تواند تحمل کند.

- Uc حداکثر ولتاژ عملیاتی پیوسته: حداکثر ولتاژ موثر که می تواند به طور دائم به ترمینال های حفاظت اعمال شود

دستگاه.

- Iimp جریان ضربه: جریان پیک با شکل موج 10/350μs که دستگاه حفاظت می تواند بدون رسیدن به پایان عمر تحمل کند.

از کجا طراحی حفاظت را شروع کنیم؟

به عنوان منشاء نصب، تابلوی اصلی محل شروع طراحی SPD ها در شبکه است.

چگونه طراحی حفاظت را شروع کنیم؟

همانطور که قبلاً ذکر شد، طراحی حفاظت SPD به رتبه بندی های خطا داده شده توسط ترانسفورماتور بستگی ندارد، بلکه فقط به سطح قرار گرفتن در معرض افزایش ولتاژ بستگی دارد. بنابراین، چه SPD باید در تابلوی اصلی نصب کنیم؟

نمودار بالا را از استاندارد IEC 63205-1 ببینید که پراکندگی بالاترین صاعقه در نظر گرفته شده را نشان می دهد: 200kA @ 10/350μs.

در بدترین سناریو، 50٪ از این انرژی به زمین هدایت می شود و 100 کیلو آمپر پتانسیل در سراسر شبکه های 3 فاز و خنثی باقی می ماند.

در اینجا یک SPD نوع 1 با 25kA @ 10/350μs (Iimp) برای مواردی که صاعقه به اتصال زمین ساختمان برخورد می کند یا نزدیک آن است - به ویژه زمانی که یک ساختمان دارای میله صاعقه است، بسیار توصیه می شود.

در «سناریوی عادی» فرض بر این است که هر برخورد مستقیم صاعقه به شبکه در فاصله ای از نصب خواهد بود که 50٪ دیگر از انرژی از طریق سایر هادی ها قبل از ورود به نقطه اتصال شما به زمین پراکنده می شود. در این سناریو، یک دستگاه با 12.5kA @ 10/350μs (Iimp) نوع 1 توصیه می شود. علاوه بر این، بر اساس استاندارد IEC 61643-12، 12.5 kA حداقل رتبه kA است که در صورت نیاز به نوع 1.

اگر سطح قرار گرفتن در معرض نصب کمتر از سناریوهای شرح داده شده در بالا باشد، ممکن است SPD نوع 2 (Imax) همراه با خطر و هزینه تجهیزات و زمان خرابی در نظر گرفته شود.

آیا باید مرحله سوم دستگاه های حفاظت از افزایش ولتاژ را نصب کنم؟

یک مرحله سوم از حفاظت از افزایش ولتاژ که در بار نهایی نصب شده است، بسته به بارهایی که دارد، چقدر حیاتی، گران قیمت، هزینه خرابی و حساس بودن آن، ممکن است در نظر گرفته شود. اگر هزینه تجهیزات و/یا زمان خرابی زیاد باشد، نصب یک دستگاه نوع 3 (1.5/50μs) مرحله سوم، خطر رسیدن هرگونه انرژی افزایش ولتاژ به تجهیزات شما را بیشتر کاهش می دهد.

نمونه هایی از برنامه هایی که باید شامل مرحله سوم حفاظت از افزایش ولتاژ باشند عبارتند از:

بیمارستان ها

مراکز داده

فرودگاه ها

بانکداری و بیمه
حمل و نقل