چه اتفاقی در داخل محافظ سرعتی هنگام برخورد برق افتاده می‌شود
چه کاری در دستگاه محافظ علیه تورم در زمان برخورد صاعقه اتفاق می‌افتد؟
در زمان برخورد صاعقه، دستگاه‌های محافظ علیه تورم (SPDs) نقش مهمی در حفاظت تجهیزات الکتریکی از ولتاژهای ناگهانی (یعنی تورم) بازی می‌کنند. زیرا فرآیندهای و مکانیزم‌های اصلی که در داخل یک SPD در طول این حوادث رخ می‌دهد:
1. شناسایی و واکنش به تورم
وقتی که تورم ناشی از برخورد صاعقه وارد سیستم برق می‌شود، دستگاه محافظ علیه تورم به سرعت این ولتاژ غیرعادی را تشخیص می‌دهد. معمولاً SPDs دارای ولتاژ آستانه‌ای هستند؛ هنگامی که ولتاژ تشخیص داده شده از این آستانه بیشتر شود، محافظ عملکرد محافظت خود را فعال می‌کند.
2. جذب و پخش انرژی
SPDs انرژی تورم را جذب و پخش می‌کنند تا از رسیدن آن به تجهیزات الکتریکی متصل جلوگیری کنند. مکانیزم‌های جذب و پخش معمول شامل:
الف. واریستورهای اکسید فلزی (MOVs)
اصول کار: MOVs مواد مقاوم غیرخطی هستند که مقاومتشان با ولتاژ اعمال شده تغییر می‌کند. تحت ولتاژهای عادی عملیاتی، MOVs مقاومت بالایی دارند؛ وقتی ولتاژ از یک آستانه خاص بیشتر شود، مقاومتشان به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و جریان را عبور می‌دهد.
پخش انرژی: MOVs انرژی الکتریکی اضافی را به گرما تبدیل و پخش می‌کنند. در حالی که MOVs ویژگی‌های خودبازیابی دارند و می‌توانند پس از چندین تورم کوچک به کار خود ادامه دهند، ممکن است پس از تورم‌های بزرگ یا مکرر خراب شوند.
ب. لوله‌های رها کننده گاز (GDTs)
اصول کار: GDTs لوله‌های مهر و موم شده‌ای هستند که با گاز غیرفعال پر شده‌اند. وقتی ولتاژ بین دو سر آن از یک مقدار خاص بیشتر شود، گاز داخلی یونیزه می‌شود و مسیر رسانایی برای جریان ایجاد می‌کند.
پخش انرژی: GDTs انرژی تورم را از طریق پلاسمای ایجاد شده توسط یونیزاسیون گاز پخش می‌کنند و به طور خودکار پلاسمای را خاموش می‌کنند هنگامی که ولتاژ به حالت عادی باز می‌گردد و عایق‌بندی را بازیابی می‌کنند.
ج. دیودهای سرکوب کننده ولتاژ موقت (TVS)
اصول کار: TVS دیودها تحت ولتاژهای عادی عملیاتی در حالت مقاومت بالا باقی می‌مانند. وقتی ولتاژ از ولتاژ شکست آنها بیشتر شود، دیود به سرعت به حالت مقاومت پایین تغییر می‌کند و جریان را عبور می‌دهد.
پخش انرژی: TVS دیودها انرژی تورم را از طریق اثر آوالانچ در گره‌های PN داخلی خود پخش می‌کنند و برای تورم‌های کوچک و سریع مناسب هستند.
3. هدایت و زمین‌کشی انرژی
SPDs نه تنها انرژی تورم را جذب می‌کنند بلکه بخشی از آن را به خطوط زمین‌کشی هدایت می‌کنند تا تأثیر آن بر تجهیزات را کاهش دهند. مکانیزم‌های خاص شامل:
مدارهای هدایت: SPDs با مدارهای هدایت تخصصی طراحی شده‌اند تا ولتاژ اضافی را به خط زمین‌کشی هدایت کنند و از ورود مستقیم آن به دستگاه‌های بار جلوگیری کنند.
سیستم زمین‌کشی: یک سیستم زمین‌کشی خوب کلیدی برای تضمین عملکرد مؤثر SPD است. سیستم زمین‌کشی باید مسیری با مقاومت پایین ارائه دهد تا انرژی تورم را به سرعت به زمین پخش کند.
4. بازیابی پس از تورم
پس از رویداد تورم، SPD باید به حالت عملیاتی عادی خود بازگردد. انواع مختلف محافظ‌ها مکانیزم‌های بازیابی مختلفی دارند:
MOVs: اگر تورم باعث آسیب دائمی به MOV نشده باشد، پس از نرمال شدن ولتاژ به طور خودکار به حالت مقاومت بالا باز می‌گردد.
GDTs: هنگامی که ولتاژ به حالت عادی باز می‌گردد، پلاسمای داخل GDT به طور خودکار خاموش می‌شود و حالت عایق‌بندی بازیابی می‌شود.
TVS دیودها: پس از نرمال شدن ولتاژ، TVS دیودها نیز به طور خودکار به حالت مقاومت بالا باز می‌گردند.
5. مد‌های خرابی و محافظت
با وجود اینکه SPDs برای مقابله با تورم طراحی شده‌اند، ممکن است در شرایط استثنایی خراب شوند. برای تضمین ایمنی، بسیاری از SPDs ویژگی‌های اضافی دارند:
دستگاه‌های جداکننده حرارتی: وقتی MOV یا مولفه دیگری گرم شده و خراب می‌شود، دستگاه جداکننده حرارتی مدار را قطع می‌کند تا از آتش‌سوزی و خطرات دیگر جلوگیری کند.
روشنایی‌های نشانگر/آژیر: برخی از SPDs با روشنایی‌های نشانگر یا آژیرهایی مجهز شده‌اند تا کاربران را از وضعیت صحیح محافظ مطلع کنند.
نتیجه‌گیری
در زمان برخورد صاعقه، دستگاه‌های محافظ علیه تورم از طریق مراحل زیر تجهیزات الکتریکی را محافظت می‌کنند:
شناسایی تورم: شناسایی شرایطی که ولتاژ از محدوده‌های عادی فراتر می‌رود.
جذب و پخش انرژی: استفاده از مولفه‌هایی مانند MOVs، GDTs و TVS دیودها برای تبدیل انرژی تورم به گرما یا انرژی‌های دیگر.
هدایت به خطوط زمین‌کشی: هدایت ولتاژ اضافی به خطوط زمین‌کشی برای کاهش تأثیر بر تجهیزات.
بازگشت به حالت عادی: پس از تورم، محافظ به حالت عملیاتی عادی خود باز می‌گردد.
محافظت در مقابل خطا: ارائه تدابیر ایمنی اضافی در شرایط استثنایی برای جلوگیری از آسیب‌های بیشتر.
