آنچه که در این مقاله خواهید خواند:

سرج ارستر و محافظ اضافه ولتاژ گذرا چیست؟

تجهیزات حفاظت از اضافه ولتاژ لحظه ای نقش حیاتی در کنترل نوسانات یا تغییرات ناگهانی ولتاژ دارند. این نوسانات لحظه ای، رایج ترین و شایع ترین رفتارهای مشاهده شده خطا در هر سیستم الکتریکی هستند که بر اساس آمار یکی از مهمترین دلایل بروز خطا در تجهیزات الکتریکی و آسیب و ضرر و زیان های مالی خصوصا در سیستم های حساس و گرانقیمت الکترونیکی و کامپیوتری هستند. تاثیر نوسان و تغییرات ناگهانی ولتاژ می تواند از نویزهای ولتاژ کوچک برای مدت کوتاهی تا خاموشی کامل برای مدت طولانی متفاوت باشد.

تغییرات ولتاژی می تواند بصورت کاهش ولتاژ به زیر سطح استاندارد باشد و یا افزایش بیش از حد از پیک خود باشد این نوسانات بسیار کوتاه را گذرا، تکانه، سنبله یا بریدگی می نامند. افزایش حداقل 10 درصد ولتاژ یا جریان که کمتر از چند میکروثانیه طول بکشد به عنوان Surge شناخته می شود. مقدار انرژی الکتریکی تولید شده در طول موج در زمانی بسیار کوتاه،  به طور قابل توجهی بالا خواهد بود و می تواند تا چند هزار ولت افزایش یابد.

سرج ارستر چیست؟

سرج ارستر یا محافظ اضافه ولتاز لحظه ای، تجهیز یا قطعه ای است که از دستگاه های الکتریکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ در مدارهای جریان متناوب (AC) محافظت می کند. سرج ارستر، از تاسیسات الکتریکی متشکل از واحد های مصرف کننده، سیستم های حساس الکترونیکی و مخابراتی، سیم کشی و لوازم جانبی، در برابر نوسانات لحضه ای و هجومی برق، که عموما به عنوان اضافه ولتاژ گذرا شناخته می شوند، محافظت می کنند. نوسانات ناشی از اضافه ولتاژ های گذرا می تواند منجر به خرابی فوری یا آسیب طولانی تر به تجهیزات شود. انواع SPD های مختلف برای محافظت از تاسیسات الکتریکی در مقابل اضافه ولتاژهای لحظه ای خطوط انتقال برق و خطوط خدماتی دیتا  مانند خطوط تلفن و تلویزیون کابلی در واحد مصرف کننده استفاده می شود.

ولتاژهای گذرا، موج ‌های کوتاه مدت الکتریسیته هستند که به دلیل آزاد شدن ناگهانی انرژی که قبلاً ذخیره شده یا توسط تجهیزات و دستگاه های دیگر القا شده است، رخ می‌دهند. این اضافه ولتاژها می تواند منشاء طبیعی داشته باشند و یا به دلیل یک خطا مانند انفجار ترانسفورماتور ایجاد شده باشند و یا دلایل انسانی مانند تصادف با دکل های انتقال و توزیع برق ایجاد شده باشد، اضافه ولتاژهای لحظه ای به هر دلیلی که ایجاد شده باشند دارای انرژی بسیار زیادی هستند و می توانند به راحتی آسیب های جدی را به وجود آورند.

بسیاری از اضافه ولتاژ گذرا و سرج ها در هنگام سوئیچینگ موتورها و ترانسفورماتورها رخ می دهند. فناوری‌ های جدید مانند وسایل نقلیه الکتریکی، پمپ‌ های حرارتی و ماشین ‌های لباسشویی با کنترل سرعت، حتی در تاسیسات خانگی نیز گذرا را نشان می‌دهند. یک اضافه ولتاژ گذرا طبیعی به دلیل برخورد صاعقه غیرمستقیم رخ می دهد. تاسیسات و تجهیزات الکتریکی مرتبط با آن می ‌توانند به دلیل برخورد مستقیم صاعقه به خط انتقال برق مجاور یا خط تلفن آسیب ببینند که منجر به افزایش ولتاژ گذرا در طول خطوط انتقال می‌ شود.

عملکرد دستگاه محافظ برق حفاظت از تجهیزات الکتریکی در برابر اثرات مخرب نوسانات ناگهانی و قدرتمند الکتریکی است. رتبه بندی SPDها میزان حفاظت ارائه شده توسط آنها را تعیین می کند. یک SPD با محدود کردن ولتاژ اعمال شده به مدار تحت حفاظت شده در هنگام وقوع نوسان، از مدار الکتریکی محافظت می کند. محافظ های اضافه ولتاژ لحضه ای انرژی اضافی حاصل از موج ضربه سرج را قبل از ورود به تجهیزات و سیستم های مصرف کننده برق،  به زمین منحرف می کند. وریستور اکسید فلزی (MOV) قطعه ای است که در SPDها قرار دارد. دو ویژگی اصلی و مهم MOV  که باعث می شود رفتار مناسبی در مقابل اضافه ولتاژهای لحضه ای داشته باشند به شرح زیر است:

     یک– مقاومت یک MOV با افزایش ولتاژ کاهش می یابد، به این معنی که در زمانی که پیک ولتاژ در بازه استاندارد خود قرار دارد، مقاومت پایه های آن بینهایت است و برعکس در زمانیکه پیک ولتاژ از حد استاندارد خود بسیار بیشتر باشد، مقاومت آن در حدود صفر می شود و در واقع اتصال کوتاه می شود و موج اضافه ولتاژ را از مسیر خط مصرف کننده خارج یا منحرف می کند.

    دو– MOV ها وریستورهای سریع الاثر هستند که می توانند در عرض چند نانوثانیه به نوسان واکنش نشان دهند که به سرکوب نوسان قبل از آسیب رساندن به تجهیزات کمک می کند.

قابلیت محدود کردن ولتاژ یک MOV را می توان اندازه گیری کرد. هنگامی که یک موج گذرای ناگهانی رخ می دهد، MOV  ولتاژ اضافی را با انحراف انرژی اضافی به زمین، به سطح ولتاژ مناسب محدود می کند.

یک MOV مسیر مقاومت بالایی را در شرایط عادی فراهم می کند. مسیر مقاومت بالا جریان های عبوری از MOV را محدود می کند و به جریان استاندارد اجازه عبور می دهد. درجه بندی ولتاژ بستن یک MOV بیشتر از ولتاژ تغذیه استاندارد است. هر چه ولتاژ موج سرج بیشتر باشد، مقاومت مسیر MOV نیز کاهش می یابد و به همین صورت هر چه اضافه ولتاژ بیشتر شود، مقاومت MOV نیز کاهش بیشتری خواهد داشت. انرژی اضافی به زمین منتقل می شود و از ورود آن به شبکه الکتریکی مصرف کننده جلوگیری می شود. یک SPD علاوه بر MOV، دارای سلف یا سایر عناصر فیلتر کننده برای کاهش اثرات نوسان لحظه ای ولتاز و جریان می باشد. همچنین برخی از SPD ها در ترکیب با سایر قطعات و تجهیزات حفاظتی برای اطمینان از عملکرد ایمن SPD ها هستند.

انواع سرج ارسترها:

1-SPD های نوع یک

 این مدل SPD ها مدل هایی هستند که به دلیل نوع طراحی و نوع حفاظتی که انجام می دهند در تابلوی توزیع اصلی یعنی مبدأ نصب می شود. در این نوع آرایش، یک SPD بین ترمینال ثانویه ترانسفورماتور سرویس و دستگاه اصلی حفاظت از اضافه جریان آن به نام برقگیر نصب می شود. مدل های SPD  نوع 1 با مشخصه موج جریان 10/350 میکرو ثانیه مشخص می شود.

2-SPD های نوع دو

این مدل SPD ها مدل هایی هستند که به دلیل نوع طراحی و نوع حفاظتی که انجام می دهند در تابلوهای برق یا پنل های توزیع فرعی نصب می شوند. در این نوع چیدمان، SPD  در سمت بار دستگاه حفاظت از اضافه جریان اصلی سرویس نصب می‌شود که به عنوان سرکوبگر ولتاژ گذرا (TVSS) شناخته می‌شود. مدل های  SPD  نوع 2 با مشخصه موج جریان 8/20 میکرو ثانیه مشخص می شود.

3-SPD های نوع سه

این مدل SPD ها مدل هایی هستند که به دلیل نوع طراحی و نوع حفاظتی که انجام می دهند در نزدیک ترین نقطه و مسافت نسبت به بار مصرفی قرار می گیرند. این نوع آرایش نقطه ای از SPD است که شامل MOV ها و تجهیزات حفاظتی حاوی MOV می شود.

SPD نوع 3 با ترکیبی از مشخصه های امواج ولتاژ (1.2/50 میکرو ثانیه) و امواج جریان (8/20 میکرو ثانیه) مشخص می شود.

انواعی از SPD های نوع 1 و نوع 2  نیز استفاده می شود و معمولا در واحدهای مصرفی نصب می شود. توجه به نکته ضروری است که SPD های  نوع 3 باید فقط به عنوان مکمل SPD نوع 2 و در پایین دست آنها استفاده شوند.

پیامدهای اضافه ولتاژهای گذرا

 1-    آسیب جدی یا از دست دادن جان انسان.

  2-   وقفه در خدمات عمومی و آسیب به میراث فرهنگی.

 3-    قطع فعالیت صنعتی یا تجاری.

4- آسیب به تجهیزات و قطعات الکتریکی

5- ایجاد آرک فلش و آتش سوزی

     نتیجه

برق برای زندگی ما بسیار مهم و ضروری است و در صورت قطع جریان برق، جریان زندگی از کار می افتد، تمام تجهیزات و دستگاه هایی که کار و زندگی ما به آنها وابسته است با استفاده از انرژی الکتریسیته و برق کار می کنند. از طرفی برق می تواند خطرات زیادی را به همراه داشته باشد. یکی از این خطرات، اضافه ولتاژ های لحظه ای و گذرا و سرج ها هستند، موج سرج همراه با قدرت بسیار زیاد است و می تواند در یک لحظه آسیب های بسیاری را ایجاد شود. بسیاری از تجهیزات گرانقیمت مانند سیستم های کامپیوتری و مخابراتی متشکل از بردهای الکترونیکی و حساسی هستند و بر روی این بردهای الکترونیکی، قطعات حساس و تاثیر گذاری مانند آی سی ها، پردازنده ها و میکروپروسسورها وجود دارد که اضافه ولتاژ های گذرا می توانند با آسیب به آنها، علاوه بر از کار انداختن سیستم ها و تجهیزات، خدمات آنها را با اختلال همراه سازند و علاوه بر آسیب مالی مستقیم، با از کار انداختن سیستم مربوطه جریان خدمات را برای ساعت ها و حتی روزها و ماه ها با اختلال همراه کند.

انرژی الکتریکی به دلیل مشکلات و خطاهایی مانند فشار بار مصرفی، گرمای ایجاد شده در کابل ها و تجهیزات، برخورد صاعقه، انفجار ترانسفورماتور، برخورد کابل ها، اتصال کوتاه، اتصال فاز به بدنه و بسیاری از مشکلات دیگر نیاز به حفاظت دارد. در نتیجه بهتر از علاج قبل از واقعه نمود و تا آنجا که امکان دارد حفاظت از سیستم ها و تجهیزات الکتریکی خصوصا سیستم های حساس الکترونیکی، کامپیوتری و مخابراتی بیشتر نماییم تا از آسیب به آنها تا حد بسیاری جلوگیری نماییم.

سیستم حفاظت تغذیه و مکمل ارتینگ سحاتاپ

سحاتاپ یک پکیج حفاظتی است که بصورت سری با تجهیزات و دستگاه های الکتریکی و الکترونیکی قرار می گیرد. در واقع برق و انرژی الکتریکی ابتدا وارد سحاتاپ می شود و تغذیه مصرف کننده ها از طریق سیستم سحاتاپ انجام می شود.

سحاتاپ یک سیستم حفاظت از تغذیه و مکمل ارتینگ است. سیستم سحاتاپ مجهز به یک ماژول فرمان پیشرفته و خاص می باشد، این ماژول کنترل فرآیند حفاظتی را بر عهده دارد و از طرفی مکمل سیستم ارتینگ است. مکمل ارتینگ سحاتاپ با استفاده از یک اتصال به زمین، ولتاژهای القایی، الکتریسیته ساکن و امواج الکترومغناطیسی را از بدنه مصرف کننده تخلیه می نماید، بصورتیکه اختلاف ولتاژ بین بدنه مصرف کننده و زمین لوکال و نول شبکه، هموراه کمتر از یک ولت می باشد. اختلاف پتانسیل در شرایط مختلف الکتریکی و در شرایط تغییرات سیستم زمین هموراه ثابت و پایدار است. در واقع تغییرات امپدانس زمین لوکال تاثیری بر عملکرد سیستم سحاتاپ نمی گذارد. همانطور که می دانیم سیستم های حساس کامپیوتری و مخابراتی جهت عملکرد صحیح نیاز به نقطه رفرنس دارند و هر چه نقطه رفرنس پایدارتر باشد، بهره وری بالاتر و نویزپذیری سیستم های حساس پایین تر می باشد. سحاتاپ با عملکرد منحصر بفرد خود از تغییرات ولتاژ بدنه جلوگیری نموده و هموراه ولتاژ نزدیک به صفر ولت را بر روی بدنه تجهیزات، شاهد خواهیم بود.

خصوصیت های منحصر بفرد سحاتاپ باعث شده بهترین گزینه جهت افزایش حفاظت از سیستم های حساس باشد، استفاده از سحاتاپ جهت حفاظت بیشتر سیستم های گرانقیمت کامپیوتری و الکترونیکی پیشنهاد می شود. یکی از مهمترین کاربردهای سحاتاپ مکان های صعب العبوری و زمین های صخره ای است که مقاومت ویژه خاک در آنها بسیار بالا است و عملا امکان اجرای سیستم زمین مناسب و الکترود زمین با مقاومت کم در آنها وجود ندارد. از این مدل از سیستم ها می توان به تجهیزات مخابراتی و دکل های مخابراتی و تجهیزات نظامی حساس در محل ها صعب العبور اشاره نمود، استفاده از سیستم سحاتاپ جهت حفاظت از تغذیه و مکمل سیستم ارتینگ جهت این تجهیزات بسیار کاربردی است.

دکل های مخابراتی با توجه به اینکه در ارتفاع نصب می شوند هموراه مورد تهدید برخورد صاعقه هستند، برخورد صاعقه باعث آسیب های بسیار مالی و جانی است که هر ساله علاوه بر تلفات جانی، آماری بالا از خسارت مالی و آسیب به تجهیزات را شامل می شود. استفاده از سحاتاپ جهت حفاظت مکمل از دکل ها و پایانه های مخابراتی باعث افزایش بهره وری و کاهش چشمگیر آسیب به تجهیزات حساس می شود.

شلتر ها و ماشین های نظامی یکی از مهمترین صنایعی هستند که نیاز مبرمی به سیستم سحاتاپ دارند. با استفاده از سحاتاپ می توان تنها با استفاده از یک میله راد و فارق از میزان امپدانس آن، یک سیستم ارت مطمئن و کاربردی اجرا نمود. ماشین نظامی همواره در حال تغییر مکان هستند و از طرفی مملو از سیستم های حیای و گرانقیمت مخابراتی و کامپیوتری هستند.