چگونه به درستی یک محافظ برق (SPD) انتخاب کنیم؟
محافظهای ولتاژ را میتوان به چند دسته تقسیم کرد؟
نوع ۱ (نوع سوئیچینگ ولتاژ)
- عملکرد:
در درجه اول برای تخلیه جریانهای بزرگ (شکل موج 10/350μs) از صاعقههای مستقیم یا القایی استفاده میشود.
معمولاً در ورودی اصلی توزیع برق ساختمانها (منطقه انتقال از LPZ0 به LPZ1) اعمال میشود. - اصل کار:
امپدانس بالا در حالت عادی:
وقتی هیچ نوسانی وجود ندارد، SPD در حالت امپدانس بالا باقی میماند و بر مدار تأثیری نمیگذارد.
امپدانس پایین هنگام تحریک:
وقتی ولتاژ ضربه از آستانه (مثلاً ۴ کیلوولت) فراتر رود، لوله تخلیه گاز داخلی (GDT) یا شکاف جرقه خراب میشود و یک مسیر با امپدانس کم برای تخلیه فوری جریانهای دهها کیلوآمپر تشکیل میدهد.
خاموش کردن قوس الکتریکی بعدی: پس از اینکه موج ولتاژ از بین رفت، GDT از طریق خود-بازیابی به حالت امپدانس بالا بازمیگردد.
- اجزای اصلی：
لوله تخلیه گاز (GDT):از طریق یونیزاسیون گاز بیاثر هدایت میکند.
شکاف جرقهای:تخلیه از طریق شکست هوا، با ظرفیت انتقال جریان قوی (میتواند از ۱۰۰ کیلوآمپر تجاوز کند).
نوع ۲ (نوع محدودکننده ولتاژ)
- عملکرد:
محافظت در برابر رعد و برق القایی و اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی (شکل موج ۸/۲۰ میکروثانیه).
در تابلوهای توزیع برق استفاده میشود.
- اصل کار:
مشخصه امپدانس غیرخطی:
وقتی ولتاژ ضربهای افزایش مییابد، امپدانس وریستور داخلی (MOV) به شدت افت میکند و ولتاژ را در یک سطح ایمن (مثلاً Up ≤ 1.5kV) نگه میدارد.
تخلیه مداوم:
MOV میتواند بارها جریانهای متوسط (20 تا 40 کیلوآمپر) را تخلیه کند، اما جریانهای بالا ممکن است عملکرد آن را کاهش دهند.
- جزء اصلی:
وریستور اکسید فلزی (MOV):متشکل از ذرات اکسید روی (ZnO)، یک قطعه نیمههادی حساس به ولتاژ.
نوع ۳ (حفاظت ترکیبی یا ظریف)
- عملکرد
پاسخ سریع:از دیودهای TVS یا ترکیب MOV+TVS با زمان پاسخدهی ≤1ns استفاده میکند.
ولتاژ کلمپ بسیار پایین (مثلاً Up ≤ 0.8kV)، که ایمنی تجهیزات حساس را تضمین میکند.
جزء اصلی:
دیود سرکوب ولتاژ گذرا (TVS):از اثر بهمنی پیوند PN برای پاسخ بسیار سریع استفاده میکند، اما ظرفیت جریاندهی محدودی دارد (
انتخاب دستگاه محافظ سرج (SPD) مناسب بسیار مهم است. چگونه باید یکی را برای سناریوهای مختلف انتخاب کنید؟
۱.تعریف الزامات حفاظتی
۱.۱ شناسایی منابع ولتاژ ناگهانی
برخورد مستقیم صاعقه (مثلاً برخورد به ساختمان): به SPD نوع ۱ (شکل موج ۱۰/۳۵۰ میکروثانیه) نیاز دارد.
اضافه ولتاژهای القایی ناشی از صاعقه یا کلیدزنی (مثلاً نوسانات شبکه، روشن/خاموش شدن تجهیزات): به SPD نوع ۲ یا نوع ۳ (شکل موج ۸/۲۰ میکروثانیه) نیاز دارد.
۱.۲ تعیین مناطق حفاظتی (LPZ)
ناحیه LPZ0 → LPZ1 (مثلاً، ورودی برق اصلی):
SPD هیبریدی نوع ۱ یا نوع ۱+۲.
منطقه LPZ1 → LPZ2 (به عنوان مثال، پنل توزیع کف):
نوع ۲ SPD.
ناحیه LPZ2 → LPZ3 (مثلاً، قسمت جلویی تجهیزات):
نوع ۳ یا SPD دقیق.
۲.انتخاب پارامتر کلیدی
۲.۱حداکثر ولتاژ عملیاتی مداوم (UC)
۲.۱.۱ باید بالاتر از ولتاژ نامی سیستم باشد (مثلاً برای سیستم ۳۸۵ ولت، Uc ≥ ۳۸۵ ولت را انتخاب کنید).
۲.۲.۲ نوسانات شبکه (±۱۰ تا ۲۰٪) را در نظر بگیرید.
۲.۲سطح حفاظت ولتاژ (بالا)
۲.۲.۱ ولتاژ پایین (Lower Up) حفاظت بهتری ارائه میدهد اما باید با ولتاژ قابل تحمل تجهیزات تحت حفاظت مطابقت داشته باشد.
۲.۲.۲ قانون کلی: حداکثر تا ۸۰٪ ولتاژ قابل تحمل تجهیزات (مثلاً اگر تجهیزات میتوانند ۲.۵ کیلوولت را تحمل کنند، حداکثر تا ۲.۰ کیلوولت را انتخاب کنید).
۲.۳ ظرفیت جابجایی فعلی (اینچ / حداکثر)
- نوع ۱: در جریان ≥ ۱۲.۵ کیلوآمپر (شکل موج ۱۰/۳۵۰ میکروثانیه).
- نوع ۲: تابلوی توزیع اصلی: حداکثر جریان ≥ ۴۰ کیلوآمپر (۸/۲۰ میکروثانیه).
پنل توزیع فرعی: حداکثر جریان (Imax) ≥ 20kA (8/20μs).
- نوع ۳: در جریان ≥ ۵ کیلوآمپر (موج ترکیبی).
۲.۴ زمان پاسخ
SPD های استاندارد: ≤25ns.
برای تجهیزات دقیق، گزینههای سریعتر را انتخاب کنید (مثلاً دیودهای TVS، ≤1ns).
۳.انتخاب بر اساس سناریوی کاربرد
۳.۱سیستمهای منبع تغذیه
۳.۱.۱ تابلوی توزیع اصلی: SPD هیبریدی نوع ۱+۲ (مثلاً، Imax = ۱۰۰kA، Up ≤ ۲.۵kV).
۳.۱.۲ تابلوی توزیع فرعی: SPD نوع ۲ (مثلاً، Imax = ۴۰kA، Up ≤ ۱.۸kV).
۳.۱.۳ انتهای تجهیزات: نوع ۳ یا SPD نصب شده روی سوکت (مثلاً، Up ≤ ۱.۲kV).
۳.۲ خطوط سیگنال/ارتباطی
۳.۲.۱ از SPD های سیگنال اختصاصی، مطابق با انواع رابط (مثلاً RJ45، RS485) استفاده کنید.
به نرخ انتقال و تلفات ورودی توجه کنید (اگر از شبکه گیگابیت استفاده میکنید، مدلی را انتخاب کنید که با فرکانس بالا سازگار باشد)
۳.۳ سیستم PV/DC
SPD های DC را با Uc ≥ 1.2 × حداکثر ولتاژ سیستم انتخاب کنید.