با توجه به استفاده گسترده از فناوری نیمه هادی و ریزپردازنده در تولید و در زندگی روزمره، موضوع محافظت از شبکه های الکتریکی تا 1000 ولت در برابر ولتاژهای سوئیچینگ و صاعقه امروزه به ویژه اهمیت پیدا می کند.

تجهیزات گران قیمت ساخته شده با عناصر نیمه هادی عایق ضعیفی دارند و حتی افزایش جزئی ولتاژ می تواند به آن آسیب برساند.

مطابق با نام پذیرفته شده، یک محدود کننده ولتاژ در تاسیسات الکتریکی با ولتاژ تا 1 کیلو ولت، دستگاه حفاظت از نوسانات نامیده می شود. (SPD).

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکردمشابه اصل عملکرد سرکوبگرها (OSS) است و بر اساس غیر خطی بودن مشخصه جریان-ولتاژ عنصر محافظ است. هنگام طراحی حفاظت از نوسانات در شبکه های تا 1 کیلو ولت، به عنوان یک قاعده، 3 مرحله حفاظت ارائه می شود که هر کدام برای سطح مشخصی از جریان های پالس و شیب جلوی موج طراحی شده اند.

SPD I - یک دستگاه کلاس 1 در ورودی ساختمان نصب شده است و عملکرد مرحله اول حفاظت از موج را انجام می دهد. شرایط کاری او سخت ترین است. چنین وسیله ای برای محدود کردن جریان های پالس با شیب جلو موج 10/350 میکرو ثانیه طراحی شده است. دامنه جریان های پالس 10/350 میکرو ثانیه در محدوده 25-100 کیلو آمپر است، مدت زمان جبهه موج به 350 میکرو ثانیه می رسد.

SPD II - به عنوان محافظت در برابر اضافه ولتاژهای ناشی از فرآیندهای گذرا در شبکه های توزیع و همچنین به عنوان مرحله دوم بعد از SPD I استفاده می شود. عنصر محافظ آن برای جریان های پالسی با شکل موج 8/20 میکرو ثانیه طراحی شده است. دامنه جریان در محدوده 15-20 کیلو آمپر است.

SPD III - برای محافظت از شبکه ها از پدیده اضافه ولتاژ باقیمانده پس از دستگاه های کلاس اول و دوم استفاده می شود. آنها مستقیماً در تجهیزات محافظت شده نصب می شوند و توسط جریان های پالسی با شکل موج 1.2/50 میکرو ثانیه و 8/20 میکرو ثانیه نرمال می شوند.

دستگاه. دستگاه های همه کلاس ها ساختار مشابهی دارند، تفاوت در ویژگی های عنصر محافظ است. از نظر ساختاری، دستگاه از یک پایه ثابت و یک ماژول قابل جابجایی تشکیل شده است. پایه مستقیماً به سازه های کابینت توزیع روی ریل DIN متصل می شود.

ماژول قابل جابجایی با استفاده از تماس های تیغه به پایه وارد می شود. این طراحی باعث می شود که به راحتی یک عنصر غیرخطی آسیب دیده را خودتان جایگزین کنید. واریستورها و برقگیرها در طرح های مختلف به عنوان المان غیر خطی استفاده می شوند. طراحی آنها می تواند یک، دو یا سه قطبی باشد؛ انتخاب بستگی به تعداد سیم های شبکه محافظت شده دارد.

تولید کنندگان خارجی محصولات خود را به نشانگرهای عملکرد دستگاه مجهز می کنند که به شما امکان می دهد بصری قابلیت سرویس دهی آن را تعیین کنید. در مدل‌های گران‌تر، رها‌کننده‌های حرارتی می‌توانند برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد یک عنصر غیرخطی که برای جریان طولانی‌مدت جریان طراحی نشده است، نصب شود.

نمودار اتصال. برای انجام حفاظت از اضافه ولتاژ در تاسیسات الکتریکی، قطعات حامل جریان عمداً از طریق عناصری با مشخصه جریان-ولتاژ غیر خطی به حلقه زمین متصل می شوند.

در تاسیسات الکتریکی تا 1000 ولت، برای استفاده از SPD، داشتن هادی اتصال زمین پلی اتیلن با مقاومت استاندارد ضروری است. علیرغم این واقعیت که خود دستگاه ها برای جریان ها و ولتاژهای پالس بالا طراحی شده اند، اما برای افزایش طولانی مدت ولتاژ و جریان جریان های نشتی مناسب نیستند.

بسیاری از سازندگان توصیه می کنند از محافظ های برق با فیوز محافظت کنید. این توصیه‌ها با خاموش شدن سریع‌تر فیوزها در مناطق دارای جریان پالس و همچنین آسیب مکرر به سیستم تماس قطع کننده‌های مدار در هنگام شکستن جریان‌هایی با چنین بزرگی توضیح داده می‌شوند.

هنگام انجام حفاظت سه مرحله ای از نوسانات، دستگاه ها باید در فاصله معینی از یکدیگر در طول سیم قرار گیرند. به عنوان مثال، از SPD I تا SPD II فاصله باید حداقل 15 متر در طول سیم اتصال آنها باشد. رعایت این شرط به شما امکان می دهد به طور انتخابی در مراحل مختلف کار کنید و به طور قابل اعتماد تمام اختلالات موجود در شبکه را سرکوب کنید.

فاصله بین مرحله II و III 5 متر است. اگر جدا کردن دستگاه ها در فواصل تعیین شده غیرممکن باشد، از یک چوک تطبیقی ​​استفاده می شود که مقاومتی فعال-القایی معادل مقاومت سیم ها است.

ویژگی های انتخابی. بحرانی ترین منطقه حفاظت از موج صاعقه، ورود به ساختمان است. SPD در بخش اول بزرگترین جریان پالس را محدود می کند. کنتاکت های تیغه ای برای SPD های کلاس اول بزرگترین آسیب پذیری دستگاه را نشان می دهد.

جریان های پالسی با دامنه 25-50 کیلو آمپر با نیروهای الکترودینامیک قابل توجهی همراه است که می تواند منجر به پرش ماژول متحرک از کنتاکت های نوع چاقویی شود و شبکه الکتریکی را از حفاظت اضافه ولتاژ محروم کند، بنابراین بهتر است از SPD استفاده شود. بدون ماژول قابل جابجایی به عنوان مرحله اول.

هنگام انتخاب حفاظ درجه یک، بهتر است دستگاه های مبتنی بر برقگیر را ترجیح دهید. ساخت وریستور SPD برای جریان پالسی بیش از 20 کیلو آمپر کاملاً کار فشرده و پرهزینه است، بنابراین تولید سریال آنها توجیه نمی شود.

بنابراین، اگر سازنده Iimp نامی بیش از 20 کیلو آمپر را در دستگاه وریستور نشان دهد، باید مراقب چنین خریدی باشید. شاید سازنده شما را گمراه کند.

یک SPD با استفاده از شکاف جرقه با یک محفظه باز هنگام راه‌اندازی خطرناک است، بنابراین استفاده از آن در کابینت‌های توزیع که در آن‌ها زمانی که منطقه حفاظت‌شده در حال کار است، حضور انسان ممنوع است، توجیه می‌شود. جریان پالسی از طریق تماس های شکاف جرقه ناگزیر منجر به احتراق قوس می شود.

هنگامی که قوس می سوزد، گازهای داغ و پاشش فلز مذاب می تواند به سلامت و زندگی انسان آسیب برساند. کابینتی که در آن یک SPD از این نوع نصب شده است باید از مواد نسوز ساخته شده باشد و تمام سوراخ ها مهر و موم شده باشند.

شکاف جرقه با مدار الکترود احتراق نیز می تواند به عنوان یک عنصر غیر خطی استفاده شود. با استفاده از یک الکترود اضافی، می توانید لحظه شکست شکاف جرقه و باز شدن شکاف جرقه را تنظیم کنید. استفاده از الکترود احتراق باعث کاهش سطح ولتاژ پالس و هماهنگی عملکرد SPD های کلاس های مختلف می شود.

با این حال، اگر مدار کنترل الکترود احتراق از کار بیفتد، خروجی محافظت با یک مشخصه ناشناخته خواهد بود، که ممکن است نه تنها عملکرد صحیح، بلکه عملکرد را اصلا تضمین کند.

لوازم خانگی مدرن اغلب دارای حفاظت داخلی در منابع تغذیه خود هستند، با این حال، منابع راه حل های واریستور معمولی به حداکثر 30 مورد فعال سازی محدود می شود، و حتی اگر جریان در مواقع اضطراری از 10 کیلو آمپر تجاوز نکند. دیر یا زود، محافظ تعبیه شده در دستگاه ممکن است از کار بیفتد و دستگاه هایی که در برابر ولتاژ اضافی محافظت نمی شوند، به سادگی از کار می افتند و دردسرهای زیادی را برای صاحبان خود به همراه خواهند داشت. در همین حال، دلایل اضافه ولتاژهای خطرناک پالس می تواند این موارد باشد: رعد و برق، تعمیر کار، موج در هنگام تعویض بارهای راکتیو قدرتمند، و چه کسی می داند چه چیز دیگری.

برای جلوگیری از چنین موقعیت‌های ناخوشایندی، دستگاه‌های حفاظت از نوسانات (به اختصار SPD) طراحی شده‌اند که پالس اضافه ولتاژ اضطراری را جذب می‌کنند و از آسیب رساندن به وسایل الکتریکی متصل به شبکه جلوگیری می‌کنند.

اصل عملکرد یک SPD بسیار ساده است: در حالت عادی، جریان داخل دستگاه از طریق یک شنت رسانا و سپس از طریق بار متصل در آن لحظه به شبکه جریان می یابد. اما بین شنت و زمین یک عنصر محافظ نصب شده است - یک وریستور یا شکاف جرقه که مقاومت آن در حالت عادی مگا اهم است و اگر به طور ناگهانی اضافه ولتاژ رخ دهد، عنصر محافظ فوراً به حالت رسانا می رود و جریان از طریق آن به زمین می گذرد.

در لحظه راه اندازی SPD، مقاومت در حلقه فاز صفر به حد بحرانی کاهش می یابد و لوازم خانگی ذخیره می شوند، زیرا خط عملاً از طریق عنصر محافظ SPD اتصال کوتاه می شود. هنگامی که ولتاژ خط تثبیت می شود، عنصر محافظ SPD دوباره به حالت غیر رسانا می رود و جریان دوباره از طریق شنت به بار جریان می یابد.

سه دسته از دستگاه های حفاظت از نوسانات وجود دارد که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند:

دستگاه های حفاظتی کلاس I برای محافظت در برابر پالس های اضافه ولتاژ با مشخصه موج 10/350 میکروثانیه طراحی شده اند، به این معنی که حداکثر زمان مجاز برای افزایش یک پالس اضافه ولتاژ به حداکثر و فروپاشی به مقدار اسمی نباید از 10 و 350 تجاوز کند. میکروثانیه، به ترتیب؛ در این حالت، جریان کوتاه‌مدت 25 تا 100 کیلو آمپر قابل قبول است؛ چنین جریان‌های پالسی در هنگام تخلیه صاعقه زمانی که به خط برق در فاصله نزدیک‌تر از 1.5 کیلومتر به مصرف‌کننده برخورد می‌کند، رخ می‌دهد.

دستگاه های این کلاس با استفاده از برقگیر ساخته می شوند و نصب آنها در تابلوی توزیع اصلی یا دستگاه توزیع ورودی در ورودی ساختمان انجام می شود.

SPD های کلاس II برای محافظت در برابر نویز ضربه ای کوتاه مدت طراحی شده اند و در تابلوهای توزیع نصب می شوند. آنها قادر به محافظت در برابر پالس های اضافه ولتاژ با پارامترهای 8/20 میکرو ثانیه، با قدرت جریان از 10 تا 40 کیلو آمپر هستند. SPD های این کلاس از وریستور استفاده می کنند.

از آنجایی که منابع وریستورها محدود است، یک فیوز مکانیکی بر اساس آنها به طراحی SPD ها اضافه شده است که به سادگی شنت را از وریستور جدا می کند، زمانی که مقاومت آن برای حالت حفاظتی ایمن کافی نباشد. این اساساً محافظت حرارتی است که دستگاه را از گرمای بیش از حد و آتش محافظت می کند. در قسمت جلوی ماژول یک نشانگر رنگی از وضعیت آن مرتبط با فیوز وجود دارد و اگر وریستور نیاز به تعویض داشته باشد، این موضوع به راحتی قابل درک است.

SPD های کلاس III نیز به روشی مشابه طراحی شده اند، تنها با این تفاوت که حداکثر جریان وریستور داخلی نباید از 10 کیلو آمپر تجاوز کند.

مدارهای سنتی حفاظت از ضربه که در لوازم خانگی تعبیه شده اند پارامترهای یکسانی دارند، با این حال، هنگام کپی کردن آنها با SPD کلاس III خارجی، احتمال خرابی زودرس تجهیزات به حداقل می رسد.

برای منصفانه بودن، شایان ذکر است که برای محافظت از تجهیزات قابل اعتماد، نصب SPDهای هر دو کلاس حفاظتی I، II و III مهم است. این باید رعایت شود، زیرا یک SPD کلاس I قدرتمند در طول پالس های کوتاه اضافه ولتاژ پایین صرفاً به دلیل حساسیت کم کار نمی کند و یک SPD با قدرت کمتر با جریان بالایی که یک SPD کلاس I می تواند تحمل کند، مقابله نمی کند.

دستگاه حفاظت از ولتاژ (SPD) دستگاهی است که برای محافظت از شبکه الکتریکی و تجهیزات الکتریکی از اضافه ولتاژهایی که می تواند در اثر اثرات مستقیم یا غیر مستقیم صاعقه و همچنین فرآیندهای گذرا در خود شبکه الکتریکی ایجاد شود طراحی شده است.

به عبارت دیگر SPD ها عملکردهای زیر را انجام می دهند:

— حفاظت در برابر صاعقهشبکه و تجهیزات الکتریکی، یعنی محافظت در برابر اضافه ولتاژ ناشی از اثرات مستقیم یا غیر مستقیم صاعقه

— حفاظت از موجناشی از تغییر فرآیندهای گذرا در شبکه مرتبط با روشن یا خاموش کردن تجهیزات الکتریکی با بار القایی زیاد، مانند ترانسفورماتورهای برق یا جوش، موتورهای الکتریکی قدرتمند و غیره.

— حفاظت از راه دور اتصال کوتاه(یعنی از اضافه ولتاژ ناشی از اتصال کوتاه)

SPD ها نام های مختلفی دارند: سرکوبگر نوسان شبکه - OPS (OSN), محدود کننده ولتاژ افزایش - OIN، اما همه آنها عملکردها و اصل عملکرد یکسانی دارند.

1. اصل عملیات و دستگاه حفاظتی SPD

اصل عملکرد SPD مبتنی بر استفاده از عناصر غیر خطی است که معمولاً وریستور هستند.

وریستور یک مقاومت نیمه هادی است که مقاومت آن وابستگی غیرخطی به ولتاژ اعمال شده دارد.

در زیر نموداری از وابستگی مقاومت وریستور به ولتاژ اعمال شده به آن نشان داده شده است:

نمودار نشان می دهد که وقتی ولتاژ بالاتر از مقدار معینی افزایش می یابد، مقاومت وریستور به شدت کاهش می یابد.

بیایید با استفاده از نمودار زیر به عنوان مثال به نحوه عملکرد این عمل در عمل نگاه کنیم:

نمودار یک نمایش ساده از یک مدار الکتریکی تک فاز را نشان می دهد که در آن یک بار به شکل یک لامپ از طریق یک قطع کننده مدار متصل می شود، یک SPD نیز در مدار گنجانده شده است، از یک طرف به فاز متصل می شود. سیم پس از ، از سوی دیگر - به زمین.

در حالت عملکرد عادی، ولتاژ مدار 220 ولت است، در این ولتاژ وریستور SPD دارای مقاومت بالایی است که در هزاران مگا اهم اندازه گیری می شود، چنین مقاومت بالایی از وریستور از عبور جریان از طریق SPD جلوگیری می کند.

چه اتفاقی می‌افتد وقتی یک پالس ولتاژ بالا در یک مدار اتفاق می‌افتد، مثلاً در اثر برخورد رعد و برق (رعد و برق).

نمودار نشان می دهد که هنگامی که یک پالس در مدار رخ می دهد، ولتاژ به شدت افزایش می یابد، که به نوبه خود باعث کاهش آنی و چندگانه در مقاومت SPD (مقاومت وریستور SPD به صفر می شود)، کاهش مقاومت می شود. منجر به این واقعیت می شود که SPD شروع به هدایت جریان الکتریکی می کند و مدار الکتریکی را از طریق زمین اتصال کوتاه می کند، یعنی. ایجاد یک اتصال کوتاه که باعث قطع شدن مدار و قطع شدن مدار می شود. بنابراین، سرکوبگر از تجهیزات الکتریکی در برابر جریان یک پالس ولتاژ بالا از طریق آن محافظت می کند.

1. طبقه بندی SPD

طبق GOST R 51992-2011 که بر اساس استاندارد بین المللی IEC 61643-1-2005 توسعه یافته است، کلاس های زیر SPD وجود دارد:

کلاس SPD 1 -(همچنین نشان داده شده است کلاسب) برای محافظت در برابر اثرات مستقیم رعد و برق (اصابت صاعقه به سیستم)، اضافه ولتاژهای جوی و سوئیچینگ استفاده می شود. آنها در ورودی ساختمان در دستگاه توزیع ورودی (IDU) یا تابلوی توزیع اصلی (MSB) نصب می شوند. باید برای ساختمان های مستقل در مناطق باز، ساختمان های متصل به خط هوایی، و همچنین ساختمان هایی با میله برق گیر یا در کنار درختان بلند نصب شود. ساختمان هایی با خطر بالای تاثیر مستقیم یا غیرمستقیم صاعقه. پالس نرمال شده با شکل موج 10/350 میکرو ثانیه. جریان تخلیه نامی 30-60 کیلو آمپر است.

SPD کلاس 2 -(همچنین نشان داده شده است کلاس C) برای محافظت از شبکه از اضافه ولتاژهای باقیمانده جوی و سوئیچینگ که از یک SPD کلاس 1 عبور می کنند استفاده می شوند. آنها در پانل های توزیع محلی، به عنوان مثال در پانل ورودی یک آپارتمان یا دفتر نصب می شوند. آنها با جریان پالس با شکل موج 8/20 میکرو ثانیه نرمال می شوند.جریان تخلیه نامی 20-40 کیلو آمپر است.

کلاس SPD 3 -(همچنین نشان داده شده است کلاسD) برای محافظت از تجهیزات الکترونیکی در برابر اضافه ولتاژهای جوی و سوئیچینگ باقیمانده و همچنین تداخل فرکانس بالا که از یک SPD کلاس 2 عبور می کند استفاده می شود. آنها در جعبه های شاخه، سوکت ها یا مستقیماً در خود تجهیزات نصب می شوند. نمونه ای از استفاده از SPD های کلاس 3 فیلترهای شبکه ای هستند که برای اتصال رایانه های شخصی استفاده می شوند. آنها با جریان پالس با شکل موج 8/20 میکرو ثانیه نرمال می شوند. جریان تخلیه نامی 5-10 کیلو آمپر است.

1. علامت گذاری SPD - ویژگی ها

ویژگی های SPD:

• ولتاژ اسمی و حداکثر- حداکثر ولتاژ عملیاتی شبکه برای عملیاتی که SPD تحت آن طراحی شده است.
• فرکانس فعلی- فرکانس کاری جریان شبکه برای عملیاتی که SPD در آن طراحی شده است.
• جریان تخلیه نامی(شکل موج فعلی در پرانتز نشان داده شده است) - یک پالس جریان با شکل موج 8/20 میکروثانیه در کیلو آمپر (kA) که SPD قادر است چندین بار آن را ارسال کند.
• حداکثر جریان تخلیه(شکل موج فعلی در پرانتز نشان داده شده است) - حداکثر پالس جریان با شکل موج 8/20 میکروثانیه بر حسب کیلو آمپر (kA) که SPD قادر است یک بار بدون شکستن آن را ارسال کند.
• سطح ولتاژ حفاظتی- حداکثر مقدار افت ولتاژ بر حسب کیلو ولت (kV) در سراسر SPD هنگامی که یک پالس جریان از آن عبور می کند. این پارامتر توانایی SPD برای محدود کردن اضافه ولتاژ را مشخص می کند.

1. نمودار اتصال SPD

یک شرایط کلی هنگام اتصال SPD وجود فیوز در سمت منبع تغذیه یا مربوط به بار شبکه است، بنابراین تمام نمودارهای ارائه شده در زیر شامل قطع کننده های مدار هستند (نمودار اتصال SPD در تابلو برق):

طرح هایی برای اتصال SPD ها (OPS، OIN) به شبکه تک فاز 220 ولت(دو سیم و سه سیم):

طرح هایی برای اتصال SPD ها (OPS، OIN) به شبکه سه فاز 3800 ولت

نمودارهای شماتیک برای اتصال SPD به شرح زیر است.

اگر خانه شما دارای تعداد زیادی لوازم خانگی گران قیمت است، بهتر است از سازماندهی حفاظت الکتریکی جامع مراقبت کنید. در این مقاله در مورد وسایل حفاظت از نوسانات، چرایی نیاز آنها، چیستی و نحوه نصب آنها صحبت خواهیم کرد.

ماهیت اضافه ولتاژ پالس و تأثیر آنها بر فناوری

بسیاری از مردم از دوران کودکی با هیاهوی جدا کردن وسایل برقی خانگی در اولین نشانه‌های نزدیک شدن رعد و برق آشنا بوده‌اند. امروزه تجهیزات الکتریکی شبکه های شهری پیشرفته تر شده اند و به همین دلیل است که بسیاری از افراد از وسایل حفاظتی اولیه غافل می شوند. در عین حال، این مشکل به طور کامل از بین نرفته است؛ لوازم خانگی، به ویژه در خانه های شخصی، هنوز در معرض خطر هستند.

ماهیت وقوع اضافه ولتاژ پالس (OS) می تواند طبیعی و ساخته دست بشر باشد. در حالت اول، IP به دلیل برخورد صاعقه به خطوط برق هوایی رخ می دهد و فاصله بین نقطه برخورد و مصرف کنندگان در معرض خطر می تواند تا چندین کیلومتر باشد. همچنین می توان به دکل های رادیویی و صاعقه گیرهای متصل به مدار اصلی زمین برخورد کرد که در این صورت اضافه ولتاژ القایی در شبکه خانگی ظاهر می شود.

1 - برخورد صاعقه از راه دور به خطوط برق. 2 - مصرف کنندگان; 3 - حلقه زمین؛ 4 - نزدیک شدن صاعقه به خطوط برق. 5- برخورد مستقیم صاعقه به میله صاعقه

منابع برق ساخته دست بشر غیرقابل پیش بینی هستند؛ آنها در نتیجه اضافه بارهای سوئیچینگ در پست های ترانسفورماتور و توزیع به وجود می آیند. با افزایش نامتقارن قدرت (فقط در یک فاز)، افزایش شدید ولتاژ امکان پذیر است؛ پیش بینی این تقریبا غیرممکن است.

ولتاژ پالس در زمان بسیار کوتاه است (کمتر از 0.006 ثانیه)، آنها به طور سیستماتیک در شبکه ظاهر می شوند و اغلب بدون توجه ناظر عبور می کنند. لوازم خانگی برای مقاومت در برابر ولتاژهای بیش از 1000 ولت طراحی شده اند که اغلب این موارد رخ می دهد. در ولتاژ بالاتر، خرابی منابع تغذیه تضمین می شود؛ خرابی عایق در سیم کشی خانه نیز امکان پذیر است که منجر به اتصال کوتاه و آتش سوزی متعدد می شود.

SPD چگونه کار می کند و چگونه کار می کند

SPD، بسته به کلاس حفاظتی، ممکن است دارای یک دستگاه نیمه هادی بر اساس وریستورها یا دارای برقگیر باشد. در حالت عادی، SPD در حالت بای پس عمل می کند، جریان داخل آن از طریق یک شنت رسانا جریان می یابد. شنت از طریق یک وریستور یا دو الکترود با یک شکاف کاملاً تنظیم شده به زمین محافظ متصل می شود.

در طول یک افزایش ولتاژ، حتی بسیار کوتاه، جریان از این عناصر عبور می کند و در امتداد زمین پخش می شود یا با افت شدید مقاومت در حلقه فاز صفر (اتصال کوتاه) جبران می شود. پس از تثبیت ولتاژ، برقگیر ظرفیت خود را از دست می دهد و دستگاه دوباره در حالت عادی کار می کند.

بنابراین SPD مدار را برای مدتی می بندد تا ولتاژ اضافی به انرژی حرارتی تبدیل شود. در این مورد، جریان های قابل توجهی از دستگاه عبور می کند - از ده ها تا صدها کیلو آمپر.

تفاوت بین کلاس های حفاظتی چیست؟

بسته به علل IP، دو ویژگی موج ولتاژ افزایش یافته متمایز می شود: 8/20 و 10/350 میکروثانیه. رقم اول مدت زمانی است که PI به حداکثر مقدار خود می رسد، رقم دوم زمانی است که طول می کشد تا به مقادیر اسمی سقوط کند. همانطور که می بینید، نوع دوم اضافه ولتاژ خطرناک تر است.

دستگاه های کلاس I برای محافظت در برابر نوسانات برق با مشخصه 10/350 میکرو ثانیه طراحی شده اند که اغلب در هنگام تخلیه رعد و برق در خطوط برق نزدیکتر از 1500 متر به مصرف کننده رخ می دهد. این دستگاه ها می توانند جریانی از 25 تا 100 کیلو آمپر را برای مدت کوتاهی از خود عبور دهند؛ تقریباً تمام دستگاه های کلاس I مبتنی بر برقگیر هستند.

SPDهای کلاس II بر جبران IP با مشخصه 8/20 میکرو ثانیه متمرکز هستند، مقادیر اوج جریان در آنها بین 10 تا 40 کیلو آمپر است.

کلاس حفاظت III برای جبران اضافه ولتاژ با مقادیر جریان کمتر از 10 کیلو آمپر با مشخصه IP 8/20 میکرو ثانیه طراحی شده است. دستگاه های کلاس حفاظت II و III بر اساس عناصر نیمه هادی هستند.

ممکن است به نظر برسد که نصب فقط دستگاه های کلاس I به عنوان قدرتمندترین آنها کافی باشد، اما اینطور نیست. مشکل این است که هرچه آستانه کمتر جریان توان بالاتر باشد، SPD حساسیت کمتری دارد. به عبارت دیگر: در مقادیر IP کوتاه و نسبتاً پایین، یک SPD قدرتمند ممکن است کار نکند و یک SPD حساس تر با جریان هایی با چنین بزرگی مقابله نخواهد کرد.

دستگاه هایی با کلاس حفاظتی III برای حذف کمترین ولتاژ - فقط چند هزار ولت - طراحی شده اند. آنها کاملاً شبیه به دستگاه های حفاظتی نصب شده توسط تولید کنندگان در منابع تغذیه برای لوازم خانگی هستند. در صورت نصب پشتیبان، آنها اولین کسانی هستند که بار را بر عهده می گیرند و از عملکرد SPD در دستگاه هایی که عمر مفید آنها به 20-30 سیکل محدود شده است جلوگیری می کنند.

آیا نیاز به SPD، ارزیابی ریسک وجود دارد؟

فهرست کاملی از الزامات برای سازماندهی حفاظت در برابر منبع تغذیه در IEC 61643-21 تنظیم شده است؛ نصب اجباری را می توان با استفاده از استاندارد IEC 62305-2 تعیین کرد که براساس آن ارزیابی خاصی از درجه خطر صاعقه و عواقب ناشی از آن مشخص شده است.

به طور کلی، هنگام تأمین برق از خطوط برق هوایی، نصب محافظ برق کلاس I تقریباً همیشه ترجیح داده می شود، مگر اینکه مجموعه ای از اقدامات برای کاهش تأثیر رعد و برق در حالت منبع تغذیه انجام شده باشد: اتصال مجدد پایه ها، هادی PEN. و عناصر باربر فلزی، نصب صاعقه گیر با حلقه زمین جداگانه، نصب سیستم های یکسان سازی پتانسیل.

یک راه آسان‌تر برای ارزیابی ریسک، مقایسه هزینه‌های لوازم خانگی محافظت نشده و دستگاه‌های امنیتی است. حتی در ساختمان های چند طبقه که اضافه ولتاژها مقادیر بسیار پایینی با مشخصه 20/8 دارند، خطر خرابی عایق یا خرابی دستگاه ها بسیار زیاد است.

نصب دستگاه ها در تابلوی اصلی

اکثر محافظ های برق ماژولار هستند و می توانند روی ریل DIN 35 میلی متری نصب شوند. تنها شرط این است که سپر برای نصب SPD باید دارای یک پوشش فلزی با اتصال اجباری به هادی محافظ باشد.

هنگام انتخاب یک SPD، علاوه بر ویژگی های عملکرد اصلی، باید جریان عملیاتی نامی در حالت بای پس را نیز در نظر بگیرید؛ این باید با بار در شبکه الکتریکی شما مطابقت داشته باشد. پارامتر دیگر حداکثر ولتاژ محدود است که نباید کمتر از بالاترین مقدار در نوسانات روزانه باشد.

SPD ها به صورت سری به یک شبکه تغذیه تک فاز یا سه فاز از طریق یک کلید قطع کننده مدار دو و چهار قطبی متصل می شوند. نصب آن در صورت لحیم شدن الکترودهای شکاف جرقه یا خرابی وریستور که باعث اتصال کوتاه دائمی می شود ضروری است. فازها و هادی محافظ به پایانه های بالایی SPD و هادی خنثی به پایانه های پایینی متصل می شوند.

مثال اتصال SPD: 1 – ورودی; 2 - کلید اتوماتیک; 3 - SPD; 4 - اتوبوس زمینی; 5 - حلقه زمین؛ 6 - کنتور برق; 7 - دیفرانسیل اتوماتیک; 8 - به ماشین آلات مصرفی

هنگام نصب چندین دستگاه محافظ با کلاس های حفاظتی مختلف، هماهنگی آنها با استفاده از چوک های مخصوص متصل به سری با SPD مورد نیاز است. وسایل حفاظتی به ترتیب صعودی کلاس در مدار تعبیه شده اند. بدون تایید، SPD های حساس تر بار اصلی را می گیرند و زودتر از کار می افتند.

اگر طول خط کابل بین دستگاه ها بیش از 10 متر باشد، می توان از نصب چوک ها جلوگیری کرد. به همین دلیل SPD های کلاس I حتی قبل از کنتور بر روی نما نصب می شوند و واحد اندازه گیری را از اضافه ولتاژ محافظت می کنند و کلاس های دوم و سوم به ترتیب روی تابلوهای ASU و طبقه/گروه نصب می شوند.

استاندارد GOST 13109-97 هیچ مقدار پالس محدود یا مجاز را ارائه نمی دهد، بلکه فقط شکل این پالس و تعریف آن را به ما می دهد. ما در طول اندازه گیری ها فرض می کنیم که پالس ها نباید در شبکه رخ دهند. و اگر آنها هستند، پس لازم است که آن را مرتب کنیم و به دنبال مقصر بگردیم. در اندازه گیری های خود در شبکه های 0.4 کیلوولت با هیچ مشکل پالسی مواجه نشدیم. این تعجب آور نیست - اندازه گیری در سمت 0.4 کیلوولت هر ضربه ای توسط سرکوبگرهای افزایش جذب یا قطع می شود، اما این موضوع برای مقاله دیگری است. اما همانطور که می گویند، از قبل هشدار داده شده است. بنابراین، در مقاله آنچه را که می دانیم ارائه خواهیم داد.

اینها تعاریف GOST 13109-97 هستند:

پالس ولتاژ - تغییر شدید ولتاژ در نقطه ای از شبکه الکتریکی و به دنبال آن بازگرداندن ولتاژ به سطح اصلی یا نزدیک به آن در یک دوره زمانی تا چند میلی ثانیه؛

- دامنه پالس - حداکثر مقدار لحظه ای پالس ولتاژ.

- مدت زمان پالس - فاصله زمانی بین لحظه اولیه پالس ولتاژ و لحظه بازگرداندن مقدار ولتاژ لحظه ای به سطح اصلی یا نزدیک به آن.

تکانه ها از کجا می آیند؟

ولتاژ پالس ناشی از پدیده رعد و برق و همچنین فرآیندهای گذرا در هنگام سوئیچینگ در سیستم منبع تغذیه است. پالس های ولتاژ رعد و برق و سوئیچینگ به طور قابل توجهی در مشخصات و شکل متفاوت هستند.

ولتاژ پالس تغییر ناگهانی ولتاژ در نقطه‌ای از شبکه الکتریکی است که به دنبال آن بازگرداندن ولتاژ به سطح اولیه یا نزدیک به آن در عرض 15-10 میکرو ثانیه (ضربه رعد و برق) و 10-15 میلی ثانیه (ضربه سوئیچینگ) است. و اگر مدت زمان جلوی یک پالس جریان صاعقه یک مرتبه قدر کوتاهتر از پالس جریان سوئیچینگ باشد، دامنه پالس صاعقه می تواند چندین مرتبه بزرگتر باشد. حداکثر مقدار اندازه گیری شده جریان تخلیه صاعقه، بسته به قطبیت آن، می تواند از 200 تا 300 کیلو آمپر متغیر باشد که به ندرت اتفاق می افتد. به طور معمول این جریان به 30-35 کیلو آمپر می رسد.

شکل 1 اسیلوگرام یک پالس ولتاژ و شکل 2 نمای کلی آن را نشان می دهد.

برخورد صاعقه در داخل یا نزدیک خطوط برق به زمین منجر به ظهور ولتاژهای پالسی می شود که برای عایق بندی خطوط و تجهیزات الکتریکی پست ها خطرناک است. علت اصلی خرابی عایق کاری تاسیسات برق، قطعی برق رسانی و هزینه بازسازی آن، آسیب صاعقه به این تاسیسات است.

شکل 1 - اسیلوگرام پالس ولتاژ

شکل 2 - نمای کلی یک پالس ولتاژ

تکانه های رعد و برق یک پدیده رایج است. در هنگام تخلیه، صاعقه وارد دستگاه حفاظت در برابر صاعقه ساختمان ها و پست هایی می شود که با کابل های فشار قوی و ضعیف، خطوط ارتباطی و کنترلی متصل می شوند. با یک رعد و برق می توان تا 10 پالس را مشاهده کرد که با فاصله 10 تا 100 میلی ثانیه پشت سر هم قرار می گیرند. هنگامی که صاعقه به دستگاه اتصال زمین برخورد می کند، پتانسیل آن نسبت به نقاط دور افزایش می یابد و به یک میلیون ولت می رسد. این به این واقعیت کمک می کند که در حلقه های مجهز به کابل و اتصالات سقفی، ولتاژهایی از چند ده ولت تا صدها کیلو ولت القا می شود. هنگامی که رعد و برق به خطوط هوایی برخورد می کند، یک موج اضافه ولتاژ در طول آنها منتشر می شود و به شینه های پست می رسد. موج اضافه ولتاژ یا به دلیل استحکام عایق در هنگام خرابی آن یا ولتاژ باقیمانده برقگیرهای محافظ محدود می شود، در حالی که مقدار باقیمانده را تا ده ها کیلو ولت حفظ می کند.

پالس های ولتاژ سوئیچینگ هنگام تعویض بارهای القایی (ترانسفورماتورها، موتورها) و خازنی (بانک های خازن، کابل) رخ می دهد. آنها در طول اتصال کوتاه و خاموش شدن آن رخ می دهند. مقادیر پالس های ولتاژ سوئیچینگ به نوع شبکه (سربار یا کابل)، نوع سوئیچینگ (روشن یا خاموش)، ماهیت بار و نوع دستگاه سوئیچینگ (فیوز، قطع کننده، قطع کننده مدار) بستگی دارد. پالس های جریان و ولتاژ سوئیچینگ دارای طبیعت نوسانی، میرا و تکرار شونده به دلیل سوزاندن قوس هستند.

مقادیر پالس های ولتاژ سوئیچینگ با مدت زمان در سطح دامنه پالس 0.5 (نگاه کنید به شکل 3.22)، برابر با 1-5 میلی ثانیه، در جدول آورده شده است.

پالس ولتاژ با دامنه مشخص می شود U imp.a، حداکثر مقدار ولتاژ U imp، مدت زمان لبه جلو، یعنی. فاصله زمانی از شروع نبض تیشروع می شود تا زمانی که به حداکثر مقدار (دامنه) خود برسد تیآمپر و مدت زمان پالس ولتاژ در سطح 0.5 دامنه آن تیآمپر 0.5 دو مشخصه زمانی آخر به صورت کسری Δ نشان داده شده است تیآمپر/ تی imp 0.5.

مقدار ولتاژهای ضربه ای سوئیچینگ

فهرست منابع استفاده شده

1. Kuzhekin I.P. ، Larionov V.P.، Prokhorov V.N. حفاظت در برابر صاعقه و صاعقه. م.: زنک، 2003

2. کارتاشف I.I. مدیریت کیفیت توان الکتریکی / I.I. کارتاشف، V.N. تالسکی، آر.جی. Shamonov و همکاران: ویرایش. Yu.V. شارووا. – م.: انتشارات MPEI، 2006. – 320 ص: ill.

3. GOST 13109-97. انرژی الکتریکی. سازگاری الکترومغناطیسی تجهیزات فنی استانداردهای کیفیت انرژی الکتریکی در سیستم های تامین برق همه منظوره وارد. 01-01-1999. Minsk: IPK Standards Publishing House, 1998. 35 p.