فهمندنی کلاس‌های ولتاژ: اهمیت، انواع و کاربردها در سیستم‌های برق
چه چیزی ولتاژ کلاس است؟
تعریف ولتاژ کلاس:ولتاژ کلاس‌ها (یا سطوح ولتاژ) به مجموعه‌ای از ولتاژهای استاندارد شده در سیستم‌های برق و تجهیزات الکتریکی اشاره دارد. ولتاژ نامینال، ولتاژی است که تجهیزات برای عملکرد در شرایط عادی طراحی شده‌اند؛ به طور اساسی، یک کلاس ولتاژ محدوده ولتاژ کاری مورد نظر برای یک سیستم یا دستگاه را تعیین می‌کند.
شباهت با دستگاه‌های مصرف‌کننده:دستگاه‌های خانگی (مانند یخچال‌ها، تلویزیون‌ها) در ولتاژ نامینال -معمولاً ۲۲۰ وولت- کار می‌کنند و در صورت تأمین با ولتاژهای قابل توجه بالاتر یا پایین‌تر ممکن است عملکرد نادرست یا آسیب ببینند. به همین ترتیب، تجهیزات سیستم‌های برق باید در داخل کلاس ولتاژ مشخص خود عمل کنند تا عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.
اهمیت طبقه‌بندی سطح ولتاژ
استانداردسازی:کلاس‌های ولتاژ یکپارچه چارچوبی واضح برای طراحی، تولید و نگهداری تجهیزات فراهم می‌کنند. دستگاه‌های مختلف سازنده‌ها که به یک کلاس ولتاژ مشابه پایبند هستند می‌توانند به صورت سلیس با یکدیگر همکاری کنند، جایگزینی را افزایش می‌دهند و مدیریت سیستم را ساده‌تر می‌کنند.
کارایی:انتخاب سطوح ولتاژ مناسب باعث کاهش ضایعات انتقال می‌شود. برای یک توان انتقالی معین، ولتاژهای بالاتر جریان را کاهش می‌دهند، بنابراین ضایعات I²R را در رسانه‌ها کاهش می‌دهند و کارایی کلی از تولید تا مصرف نهایی را بهبود می‌بخشند.
امنیت و قابلیت اطمینان:تعیین واضح کلاس ولتاژ اطمینان می‌دهد که الزامات عایق‌بندی و اقدامات محافظتی با تنش ولتاژ مطابقت دارند، از بارگذاری بیش از حد یا کوتاه شدن ولتاژهای نامناسب جلوگیری می‌کند و افراد و تجهیزات را محافظت می‌کند.
تسهیل تکامل فناوری:طبقات ولتاژ خوب تعریف شده امکان تطبیق شبکه با تقاضای برق رو به رشد و فناوری‌های نوظهور (مانند تولید توزیع‌شده، شبکه‌های هوشمند) را فراهم می‌کنند. آنها ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر، ذخیره انرژی و کنترل‌های پیشرفته را حمایت می‌کنند در حالی که پایداری و مقاومت را حفظ می‌کنند.
کلاس‌های ولتاژ رایج
ولتاژ ایمن (≤36 V):در برنامه‌های حیاتی ایمنی استفاده می‌شود: 24 V برای ابزارهای برقی دستی، 12 V برای روشنایی معدن، ≤6 V برای اندوسکوپ‌های پزشکی. محیط‌های خاص (مانند استخرها) معمولاً از 12 V استفاده می‌کنند؛ اسباب‌بازی‌های کودکان از ≤6 V استفاده می‌کنند. رعایت GB/T 3805-2008 لازم است، از جمله ترانسفورماتورهای جداکننده ایمنی، باتری‌ها، عایق‌بندی دوگانه و زمان اجرای چراغ‌های اضطراری 72 ساعت.
ولتاژ پایین (220 V/380 V):شبکه توزیع ولتاژ پایین سه‌فاز چهار‌سیمی (220 V فاز به خنثی، 380 V فاز به فاز) با تحمل ±7% بر اساس GB/T 12325 را تشکیل می‌دهد. اروپا از 230/400 V و ژاپن از 100/200 V استفاده می‌کند. محافظت شامل RCDs 30 mA، برش‌های بیش از بار/کوتاه شدن (ظرفیت برش ≥6 kA) و TN-S زمین‌سازی (رسانا PE عایق، مقاومت زمین ≤4 Ω) است.
ولتاژ متوسط (10 kV–35 kV):10 kV برای توزیع شهری (ظرفیت جریان سیم ∼300 A/km) معمول است؛ 35 kV برای خطوط تغذیه حومه/صنعتی. IEEE 1547 محدوده اتصال تولید توزیع‌شده را به ≤35 kV می‌گذارد و تنظیم ولتاژ ±10% برای کارخانه‌های خورشیدی الزامی است.
ولتاژ بالا (110 kV–220 kV):برای انتقال انبوه برق اقتصادی است: 110 kV می‌تواند 50–100 MW (مانند با رسانه‌های LGJ-240) را مدیریت کند؛ 220 kV می‌تواند 200–500 MW را مدیریت کند. ترانسفورماتورهای معمولی زیرстанسیون 220 kV با ظرفیت 180 MVA و تضاد کوتاه شدن 12%–14% هستند.
ولتاژ فوق‌بالا و بسیار بالا (≥330 kV):خطوط AC 500 kV به طبیعت ∼1000 MW را منتقل می‌کنند؛ خطوط DC ±800 kV می‌توانند تا 8000 MW (با 6×720 mm² رسانه‌ها) را مدیریت کنند. خطوط UHV AC 1000 kV ضایعات <0.8‰ per km دارند.
اساس تعیین سطح ولتاژ
استانداردهای ملی:طبقات ولتاژ چین از GB/T 156-2017 ("ولتاژهای استاندارد") و GB/T 156-2007 نشأت می‌گیرند، که با IEC 60038 هماهنگ شده‌اند اما برای نیازهای محلی شبکه AC 50 Hz سفارشی شده‌اند.
فاصله انتقال:ولتاژهای بالاتر برای فواصل طولانی‌تر مناسب هستند: 0.4 kV برای توزیع محلی کوتاه (<0.6 km)؛ 1000 kV AC برای انتقال بسیار طولانی (800–1500 km).
امکان فنی:پیشرفت به ولتاژهای بالاتر نیاز به حل چالش‌های عایق‌بندی، خنک‌سازی و مواد دارد. تجهیزات UHV از عایق‌بندی‌های تخصصی و مدیریت حرارتی برای عملکرد ایمن و پایدار استفاده می‌کنند، با تحقیقات و توسعه مداوم که گسترش کلاس ولتاژ را می‌راند.
