درک کلاس‌های ولتاژ: اهمیت، انواع و کاربردها در سیستم‌های برق
ولتیژ کلاس چیست؟
تعریف ولتیژ کلاس:کلاس‌های ولتیژ (یا سطوح ولتیژ) به مجموعه‌ای از ولتاژهای استاندارد شده‌ای اشاره دارد که در سیستم‌های برق و تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود. ولتاژ اسمی، ولتاژی است که تجهیزات برای عملکرد تحت شرایط عادی طراحی شده‌اند؛ به طور اساسی، یک کلاس ولتیژ محدوده ولتاژ کاری مورد نظر برای یک سیستم یا دستگاه را تعیین می‌کند.
شباهت با لوازم خانگی مصرف‌کننده:لوازم خانگی (مانند یخچال‌ها، تلویزیون‌ها) با یک ولتاژ اسمی - معمولاً ۲۲۰ وات - کار می‌کنند و در صورت تغذیه با ولتاژهای قابل توجه بالاتر یا پایین‌تر ممکن است دچار خرابی یا آسیب شوند. به همین ترتیب، تجهیزات سیستم برق باید در محدوده ولتیژ کلاس خود عمل کنند تا عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.
اهمیت طبقه‌بندی سطح ولتیژ
استانداردسازی:کلاس‌های ولتیژ یکسان چارچوب مشخصی برای طراحی، تولید و نگهداری تجهیزات فراهم می‌کنند. دستگاه‌هایی که از سازندگان مختلف و مطابق با یک کلاس ولتیژ هستند می‌توانند به صورت هماهنگ کار کنند، که موجب افزایش جایگزینی و ساده‌سازی مدیریت سیستم می‌شود.
کارایی:انتخاب سطوح ولتیژ مناسب باعث کاهش ضایعات انتقال می‌شود. برای انتقال قدرت معین، ولتاژهای بالاتر جریان را کاهش می‌دهند، بنابراین ضایعات I²R را در رساناهای کاهش می‌دهند و کارایی کلی را از تولید تا مصرف نهایی بهبود می‌بخشند.
امان و قابلیت اطمینان:تعیین واضح کلاس‌های ولتیژ مطمئن می‌کند که نیازمندی‌های عایق‌بندی و اقدامات محافظتی با تنش ولتیژ مطابقت دارند، از بارگذاری یا کوتاه شدن ولتاژهای ناسازگار جلوگیری می‌کند و شخصل و تجهیزات را حفظ می‌کند.
تسهیل تکامل فناوری:طبقات ولتیژ خوب تعریف شده امکان انطباق شبکه با تقاضای برق رو به رشد و فناوری‌های نوظهور (مانند تولید پخش‌شده، شبکه‌های هوشمند) را فراهم می‌کنند. آنها ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر، ذخیره‌سازی انرژی و کنترل‌های پیشرفته را حمایت می‌کنند در حالی که پایداری و مقاومت را حفظ می‌کنند.
کلاس‌های ولتیژ معمول
ولتیژ ایمنی (≤36 V):در کاربردهای حیاتی ایمنی استفاده می‌شود: 24 V برای ابزارهای دستی برقی، 12 V برای روشنایی معادن، ≤6 V برای انتهایی‌های پزشکی. محیط‌های خاص (مانند استخرها) اغلب از 12 V استفاده می‌کنند؛ بازی‌های کودکان از ≤6 V استفاده می‌کنند. رعایت GB/T 3805-2008 الزامی است، شامل ترانسفورماتورهای جداکننده ایمنی، باتری‌ها، عایق‌بندی دوگانه و زمان چراغ‌های اضطراری 72 ساعت.
ولتیژ پایین (220 V/380 V):شبکه توزیع ولتیژ پایین سه‌فاز چهارسیم (220 V فاز-به-نیوترال، 380 V فاز-به-فاز) با تحمل ±7% بر اساس GB/T 12325. اروپا از 230/400 V استفاده می‌کند؛ ژاپن از 100/200 V استفاده می‌کند. حفاظت شامل RCDs 30 mA، قطعک‌های بیش‌بار/کوتاه‌شدن (ظرفیت قطع ≥6 kA) و TN-S زمین‌رسانی (رسانه PE عایق‌بندی شده، مقاومت زمین ≤4 Ω) است.
ولتیژ متوسط (10 kV–35 kV):10 kV برای توزیع شهری (ظرفیت جریان کابل ~300 A/km) معمول است؛ 35 kV برای خطوط تغذیه شهری/صنعتی. IEEE 1547 اتصال تولید پخش‌شده را به ≤35 kV محدود می‌کند، که نیازمند تنظیم ولتیژ ±10% برای کارخانه‌های PV است.
ولتیژ بالا (110 kV–220 kV):اقتصادی برای انتقال برق در مقادیر بزرگ: 110 kV 50–100 MW (مانند با LGJ-240 رساناها) را مدیریت می‌کند؛ 220 kV 200–500 MW را مدیریت می‌کند. ترانسفورماتورهای معمول 220 kV دارای ظرفیت 180 MVA با امپدانس کوتاه‌شدن 12%–14% هستند.
ولتیژ فوق‌بالا و بسیار بالا (≥330 kV):خطوط AC 500 kV به طور طبیعی ~1000 MW را منتقل می‌کنند؛ خطوط DC ±800 kV تا 8000 MW (با 6×720 mm² رساناها) را مدیریت می‌کنند. خطوط UHV AC 1000 kV دارای ضایعات <0.8‰ per km هستند.
پایه تعیین سطح ولتیژ
استانداردهای ملی:سطح‌های ولتیژ چین از GB/T 156-2017 ("ولتاژهای استاندارد") و GB/T 156-2007 مشتق شده‌اند که با IEC 60038 هماهنگ شده‌اند اما برای نیازهای محلی شبکه AC 50 Hz تنظیم 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).
قابلیت فنی:پیشرفت به ولتاژهای بالاتر نیازمند رسیدگی به چالش‌های عایق‌بندی، خنک‌سازی و مواد است. تجهیزات UHV از عایق‌های تخصصی و مدیریت حرارتی برای عملکرد ایمن و پایدار استفاده می‌کنند، با تحقیقات و توسعه مستمر که باعث گسترش کلاس‌های ولتیژ می‌شود.
