بررسی اصول محافظهای ولتاژ؟
هنوز بوی لاک سوخته از آزمایشی که پارسال انجام دادیم را حس میکنم - یک ضربه ۶ کیلوولتی و تخته آزمایشی در عرض نیم ثانیه سیاه شد.
یک محافظ ولتاژ با گرفتن انرژی اضافی و انتقال آن به زمین کار میکند، سپس ولتاژ را به پایینتر از سطحی که میتواند به دستگاههای شما آسیب برساند، محدود میکند. من هر روز این دستگاهها را در ونژو میسازم و آنها را طبق استاندارد IEC 61643-11 آزمایش میکنم.
اگر بدانید چطور این ترفند انجام میشود، میتوانید قطعهی مناسب را انتخاب کنید و دیگر برای قطعاتی که هرگز استفاده نمیکنید، هزینه نکنید. به خواندن ادامه دهید تا به شما جزئیات این دستگاه را نشان دهم.
اهداف اصلی: انتقال انرژی و مهار ولتاژ؟
یک بار دیدم که یک موج ۴۰ کیلوآمپری به دلیل کلیک MOV به موقع، یک میکروثانیه تأخیر در راهاندازی داشت - آن دیسک کوچک ۱۲۰۰۰ دلار در هزینه یک اینورتر صرفهجویی کرد.
دو هدف اصلی عبارتند از: (1) انتقال سریع انرژی ضربه به زمین، و (2) نگه داشتن ولتاژی که به بار میرسد زیر حد ایمن نوشته شده در برگه اطلاعات.
چگونگی حرکت انرژی درون جعبه
یک موج الکتریکی به خط میرسد. امپدانس MOV در عرض نانو ثانیه از مگا اهم به اهم کاهش مییابد. جریان مسیر آسان را از طریق دستگاه طی میکند، سپس از سیم ارت سبز-زرد عبور میکند. هرچه سیم داغتر باشد، امپدانس آن کمتر است، بنابراین ما از مس ۶ میلیمتر مربعی استفاده میکنیم و طول سیم را زیر ۵۰ سانتیمتر نگه میداریم. هر طول اضافی ۱ میکروهانری اندوکتانس اضافه میکند و این ۱ کیلوولت به ولتاژ عبوری اضافه میکند. مشتریان این جزئیات را فراموش میکنند و وقتی برد هنوز از کار میافتد، قطعه را مقصر میدانند.
ولتاژ کلمپ در مقابل ولتاژ عبوری
مردم این دو عدد را با هم قاطی میکنند. ولتاژ کلمپ چیزی است که MOV میبیند. ولتاژ عبوری چیزی است که بار پس از افت کابل میبیند. من همیشه هر دو را در برگه آزمایش خود ذکر میکنم. قطعهای که با ۷۰۰ ولت کلمپ میشود، اگر انتهای زمین ۸۰ سانتیمتر باشد، میتواند همچنان ۱۲۰۰ ولت به VFD برساند. انتهای آن را ببرید، درد را کم کنید.
دادههای واقعی از آزمایشگاه ما
| سطح سرج | اندازه ویدئویی | سرب زمین | اجازه عبور | نتیجه |
| ۲۰ کیلوآمپر ۸/۲۰ میکروثانیه | دیسک ۳۲ میلیمتری | ۲۵ سانتیمتر | ۹۸۰ ولت | عبور |
| ۲۰ کیلوآمپر ۸/۲۰ میکروثانیه | دیسک ۳۲ میلیمتری | ۸۰ سانتیمتر | ۱.۴۵۰ ولت | شکست |
| ۴۰ کیلوآمپر ۸/۲۰ میکروثانیه | دیسک ۴۰ میلیمتری | ۲۵ سانتیمتر | ۱.۰۵۰ ولت | عبور |
جدول نشان میدهد که طول کابل از اندازه کابلهای MOV مهمتر است. من به هر خریداری میگویم: قبل از اینکه پنج دلار برای یک قطعه بزرگتر هزینه کنید، یک دلار بیشتر برای کابلهای کوتاه خرج کنید.
چرا در طرحهای هیبریدی لوله تخلیه گاز اضافه میکنیم؟
یک MOV بعد از ضربات بزرگ فرسوده میشود. یک GDT میتواند شاتهای بیشتری بگیرد اما کند است. ما آنها را به صورت موازی قرار میدهیم. MOV ابتدا شروع به کار میکند و برای ۱۰۰ نانوثانیه اول گیره میزند. سپس GDT روشن میشود و جریان اصلی را میگیرد. MOV استراحت میکند و عمر بیشتری دارد. هیبرید اکنون پرفروشترین محصول ما در مزارع خورشیدی آلمان است زیرا خدمه سایت عمر ۲۰ ساله میخواهند، نه پنج ساله.
اجزای اصلی و مکانیسمهای حفاظتی سلسله مراتبی؟
یکی از واحدهای نوع ۱+۲ را باز میکنم و MOVها، GDTها، فیوزها و یک کلید حرارتی کوچک را میبینم که وقتی خاموش میشود مثل کتری صدای کلیک میدهد.
قطعات اصلی عبارتند از: (الف) وریستورها یا GDTهایی که انرژی مصرف میکنند، (ب) قطعکنندههای حرارتی که آتشسوزی را متوقف میکنند، و (ج) فیوزهای پشتیبان که اتصال کوتاه را برطرف میکنند. ما این قطعات را در سه لایه روی هم قرار میدهیم تا با سیستم سیمکشی در یک کارخانه مطابقت داشته باشند.
لایه اول: نوع ۱ در درب خدمات
این قطعه مستقیماً رعد و برق را میبیند. ما از یک لامپ ضربه ۲۵ کیلوآمپر ۱۰/۳۵۰ میکروثانیه به همراه یک بلوک MOV ۵۰ کیلوآمپر استفاده میکنیم. هدف این است که قبل از ورود به تابلو برق، ولتاژ ضربه از ۱۰۰۰ کیلوولت به کمتر از ۴ کیلوولت کاهش یابد. ما آن را روی یک ریل DIN ۳۵ میلیمتری نصب میکنیم و با مس ۱۶ میلیمتر مربعی به میله ارت اصلی وصل میکنیم. یک سوراخ پیچ در جای اشتباه، ۲ میکروهانری و ۲ کیلوولت اضافی اضافه میکند. من نقشه را دو بار بررسی میکنم؛ خریدار یک ترانسفورماتور سوخته را نگه میدارد.
لایه دوم: نوع ۲ در زیر پنلها
این لایه، موجهای القایی ناشی از ضربههای نزدیک یا سوئیچینگ بزرگ موتور را متوقف میکند. ما MOV های 40 کیلوآمپر 8/20 میکروثانیه را با قطع حرارتی انتخاب میکنیم. قطعه به برق وصل میشود تا کاربر بتواند بدون قطع برق آن را تعویض کند. ما یک LED سبز اضافه میکنیم که وقتی قطعه از کار میافتد، روشن میشود. یک مدیر سایت در میلان به من گفت که میتواند 50 پنل را در ده دقیقه فقط با قدم زدن در راهرو و شمردن نقاط سبز بررسی کند.
لایه سوم: نوع ۳ در زمان بارگذاری
درایوها، PLCها و کامپیوترهای شخصی به یک محافظ محلی نیاز دارند. ما از واحدهای 10 کیلوآمپر 8/20 میکروثانیه با ولتاژ عبوری کمتر از 900 ولت استفاده میکنیم. قطعه در یک جعبه دیواری یا داخل سوکت قرار میگیرد. کابل از نوع 2 به بار باید کمتر از 10 متر باشد. اگر مسیر طولانیتر باشد، یک نوع 3 دیگر اضافه میکنیم. من یک بار با اضافه کردن یک SPD سوکت 9 دلاری، 4000 دلار در هزینه یک سروو صرفهجویی کردم، زیرا پنل 30 متر دورتر بود.
چگونه لایهها با یکدیگر صحبت میکنند
انرژی مانند آب است. اگر سد اول پر باشد، سد دوم باید آماده باشد. ما سطوح ولتاژ را به صورت پلهای تنظیم میکنیم: گیرههای نوع ۱ روی ۱.۸ کیلوولت، نوع ۲ روی ۱.۴ کیلوولت، نوع ۳ روی ۰.۹ کیلوولت. لایه پایینی هرگز قبل از لایه بالایی شروع به کار نمیکند، بنابراین هر قسمت بار را به اشتراک میگذارد. ما زنجیره کامل را در آزمایشگاه خود با سه واحد سری و یک ضربه ۱۰۰ کیلوآمپر آزمایش میکنیم. ولتاژ خروجی در سوکت انتهایی ۷۲۰ ولت است که برای هر درایو ۲۳۰ ولتی ایمن است.
لیست قطعاتی که هر روز استفاده میکنیم
| قسمت | نقش | مشخصات | چرخههای زندگی |
| دوربین فیلمبرداری 40 میلیمتری MOV | گیره | ۴۰ کیلوآمپر ۸/۲۰ میکروثانیه | ۲۰ موفقیت بزرگ |
| سوئیچ حرارتی | آتشنشانی | ۱۲۰ درجه سانتیگراد | تکضرب |
| فیوز ۶ آمپر gG | کوتاه و واضح | قطع جریان ۵۰ کیلوآمپر | تکضرب |
| لوله GDT | پشتیبان گیری | جرقه ۶۰۰ ولتی | ۱۰۰ بازدید |
| LED + مقاومت | وضعیت | جریان تخلیه ۲ میلیآمپر | ۱۰ سال |
همکاری و پشتیبانی امنیتی؟
هنوز روزی را که فیوز حرارتی پرید و پرچم قرمز به تکنسین گفت که دستگاه را عوض کند، به یاد دارم - نه جنجالی، نه آتشسوزی، فقط پنج دقیقه استراحت.
یک SPD باید با بریکرها، ارتینگ و مسیریابی کابل کار کند. ما فیوزهای حرارتی، میکروسوئیچها و سیگنالهای از راه دور را اضافه میکنیم تا تیم سایت بداند چه زمانی قطعه دچار مشکل شده و پشتیبانگیری ایمن انجام شود.
چرا یک SPD به بریکر به عنوان یک دوست نیاز دارد؟
یک MOV وقتی از کار میافتد، میتواند اتصال کوتاه شود. فیوز پشتیبان باید قبل از سوختن پنل، خطا را برطرف کند. ما منحنی فیوز را با جریان خطای MOV مطابقت میدهیم. یک MOV با جریان ۴۰ کیلوآمپر در اتصال کوتاه ۱ کیلوآمپر از کار میافتد. ما یک فیوز ۶ آمپر gG انتخاب میکنیم که در ۰.۱ ثانیه در ۱ کیلوآمپر برطرف میشود. فیوز هرگز در جریان ضربهای معمولی نمیسوزد زیرا این جریان میکروثانیه طول میکشد. محاسبات دقیق است، اما کار میکند. من به خریداران یک نمودار فیوز میدهم تا برقکار آنها حدس نزند.
سیگنالینگ از راه دور برای سایتهای بزرگ
یکی از مشتریان کورههای شیشه را به صورت شبانهروزی اداره میکند. او نمیتواند هر هفته در کارخانه گشت بزند. ما یک میکروسوئیچ داخل SPD اضافه میکنیم که با باز شدن دیسک حرارتی میچرخد. این سوئیچ ورودی 24 ولت PLC را تغذیه میکند. یک چراغ قرمز روی HMI نشان میدهد که "SPD از کار افتاده است". اپراتور با ما تماس میگیرد، ما یک کارتریج یدکی ارسال میکنیم و او آن را در تغییر شیفت بعدی تعویض میکند. در دو سال، هیچ توقف برنامهریزی نشدهای رخ نداده است.
هماهنگی با RCDها و آشکارسازهای قوس الکتریکی
برخی از مهندسان میترسند که نشت SPD باعث قطع شدن کلید محافظ جان (RCD) شود. ما نشتی را زیر 0.3 میلیآمپر در 230 ولت نگه میداریم. یک RCD با جریان 30 میلیآمپر هرگز آن را نمیبیند. اگر در محل از آشکارسازهای قوس الکتریکی استفاده شود، ما یک فیلتر EMI در جلوی SPD اضافه میکنیم تا کلمپ فرکانس بالا، آشکارساز را فریب ندهد. ما این ترکیب را در TÜV Rheinland آزمایش کردیم و قبول شدیم.
شاخصهای کلیدی عملکرد؟
من در هر محموله سه عدد را پیگیری میکنم: ولتاژ عبوری، نرخ خرابی به ازای هر ۱۰۰۰ قطعه و زمان تعویض در محل. اگر هر کدام از این اعداد تغییر کنند، خط را متوقف میکنم.
شاخصهای کلیدی عملکرد (KPI) برتر عبارتند از: (1) سطح حفاظت ولتاژ (Up) که در آزمایشگاه اندازهگیری شده است، (2) تعداد دفعات افزایش طول عمر قبل از فرسودگی، و (3) میانگین زمان لازم برای تعویض (MTTR) در سیستمهای فعال. من این موارد را برای هر سری فروش ثبت میکنم.
چرا لایهی «Let-through» پادشاه است؟
افت ۲۰۰ ولتی در Up میتواند عمر یک درایو را دو برابر کند. ما هر دیسک MOV را با ۱۰۰٪ جریان آزمایش میکنیم و ولتاژ را ثبت میکنیم. دیسکهایی که ولتاژ بالا دارند به خط مزرعه خورشیدی میروند که در آن کلمپ کردن اهمیت کمتری دارد. دیسکهایی که ولتاژ پایین دارند به خط PLC آلمان میروند. این نوع یک ساعت به تولید اضافه میکند اما خطاهای میدانی را ۴۰٪ کاهش میدهد. من هزینه ساعت را پرداخت میکنم، تماس شبانه را ذخیره میکنم.
آزمون شمارش عمر که ما اجرا میکنیم
ما هر پنج دقیقه یک بار به همان قطعه ۲۰ کیلوآمپر جریان میدهیم تا سوئیچ حرارتی از کار بیفتد. رکورددار ۲۷ بار شارژ دوام آورد. ما منحنی را در برگه اطلاعات فنی منتشر میکنیم. خریداران میبینند که قطعه پس از ده سال نوسانات عادی هنوز کار میکند. همین نمودار، معاملات بیشتری را نسبت به بهترین تخفیف قیمت من رقم میزند.
نتیجهگیری
انتقال انرژی، بستن، لایهبندی، پشتیبانگیری و شاخصهای کلیدی عملکرد شفاف - این کل داستان است. یک SPD انتخاب کنید که امتیاز کمی در میزان عبور و نرخ بازگشت داشته باشد، و خواب را میخرید.