چه اتفاقی در داخل محافظ از برق‌های طوفانی در زمان برخورد صاعقه می‌افتد
چه اتفاقی در دستگاه محافظت از شارژ در زمان برخورد صاعقه می‌افتد؟
در زمان برخورد صاعقه، دستگاه‌های محافظت از شارژ (SPDs) نقش حیاتی در محافظت از تجهیزات الکتریکی از ولتاژهای موقتی بسیار بالا (یعنی شارژ) ایفا می‌کنند. زیرا فرآیندهای و مکانیزم‌های اصلی که در داخل یک SPD در طول این حوادث رخ می‌دهند:
1. تشخیص و پاسخ به شارژ
هنگامی که شارژ ناشی از برخورد صاعقه وارد سیستم قدرت می‌شود، دستگاه محافظت از شارژ به سرعت این ولتاژ غیرطبیعی را تشخیص می‌دهد. معمولاً SPDs دارای ولتاژ آستانه‌ای هستند؛ هنگامی که ولتاژ تشخیص داده شده از این آستانه عبور کند، محافظ فعالیت مکانیزم محافظت خود را آغاز می‌کند.
2. جذب و پخش انرژی
SPDs انرژی شارژ را جذب و پخش می‌کنند تا از رسیدن آن به تجهیزات الکتریکی متصل شده جلوگیری کنند. مکانیزم‌های جذب و پخش رایج شامل:
الف. واریستورهای اکسید فلزی (MOVs)
اصول کار: MOVs مواد مقاوم غیرخطی هستند که مقاومت آنها با ولتاژ اعمال شده تغییر می‌کند. تحت ولتاژهای عملیاتی عادی، MOVs مقاومت بالایی دارند؛ وقتی ولتاژ از یک آستانه معین عبور کند، مقاومت آنها به طور شدید کاهش می‌یابد و جریان اجازه عبور می‌یابد.
پخش انرژی: MOVs انرژی الکتریکی اضافی را به گرما تبدیل و پخش می‌کنند. در حالی که MOVs ویژگی‌های خودبازیابی دارند و می‌توانند پس از شارژ‌های کوچک متعدد عملکرد خود را ادامه دهند، ممکن است پس از شارژ‌های بزرگ یا مکرر خراب شوند.
ب. لوله‌های تخلیه گاز (GDTs)
اصول کار: GDTs لوله‌های مهر و موم شده‌ای هستند که با گاز خنک پر شده‌اند. وقتی ولتاژ بین دو سر آن از یک مقدار معین عبور کند، گاز داخلی یونیزه شده و مسیر رسانایی برای جریان ایجاد می‌کند.
پخش انرژی: GDTs انرژی شارژ را از طریق پلاسمای ایجاد شده توسط یونیزه شدن گاز پخش می‌کنند و به طور خودکار پلاسمای ایجاد شده را یکبار ولتاژ به حالت عادی بازگردد، خاموش می‌کنند و عایق‌بندی را بازگردانی می‌کنند.
ج. دیودهای سرکوب ولتاژ موقت (TVS)
اصول کار: TVS دیودها تحت ولتاژهای عملیاتی عادی در حالت مقاومت بالا باقی می‌مانند. وقتی ولتاژ از ولتاژ شکست خود عبور کند، دیود به سرعت به حالت مقاومت پایین تغییر می‌کند و اجازه عبور جریان را می‌دهد.
پخش انرژی: TVS دیودها انرژی شارژ را از طریق اثر آواتار در داخل نقاط PN داخلی خود پخش می‌کنند و برای شارژ‌های کوچک و پاسخ سریع مناسب هستند.
3. تغییر مسیر و زمین‌کشی
SPDs نه تنها انرژی شارژ را جذب می‌کنند بلکه بخشی از آن را به خطوط زمین‌کشی هدایت می‌کنند تا تأثیر آن بر تجهیزات را بیشتر کاهش دهند. مکانیزم‌های خاص شامل:
مدارهای تغییر مسیر: SPDs با مدارهای تغییر مسیر تخصصی طراحی شده‌اند تا ولتاژ بیش از حد را به خط زمین‌کشی هدایت کنند و از ورود مستقیم آن به دستگاه‌های بار جلوگیری کنند.
سیستم زمین‌کشی: یک سیستم زمین‌کشی خوب برای اطمینان از عملکرد مؤثر SPD ضروری است. سیستم زمین‌کشی باید مسیری با مقاومت پایین فراهم کند تا انرژی شارژ را به سرعت به زمین پخش کند.
4. بازیابی پس از شارژ
پس از رویداد شارژ، SPD باید به حالت عملیاتی عادی خود بازگردد. انواع مختلف محافظ‌ها دارای مکانیزم‌های بازیابی متفاوت هستند:
MOVs: اگر شارژ باعث آسیب دائمی به MOV نشده باشد، پس از عادی شدن ولتاژ به طور خودکار به حالت مقاومت بالا باز می‌گردد.
GDTs: پس از عادی شدن ولتاژ، پلاسمای داخل GDT به طور خودکار خاموش می‌شود و حالت عایق‌بندی بازگردانی می‌شود.
TVS دیودها: پس از عادی شدن ولتاژ، TVS دیودها نیز به طور خودکار به حالت مقاومت بالا باز می‌گردند.
5. مد‌های خرابی و محافظت
با اینکه SPDs برای مقابله با شارژ‌ها طراحی شده‌اند، ممکن است در شرایط حدی خراب شوند. برای اطمینان از ایمنی، بسیاری از SPDs ویژگی‌های اضافی دارند:
دستگاه‌های جدا کننده حرارتی: وقتی MOV یا مولفه دیگری گرم شده و خراب می‌شود، دستگاه جدا کننده حرارتی مدار را قطع می‌کند تا از آتش‌سوزی و خطرات دیگر جلوگیری کند.
روشن‌کننده‌ها/آواره‌ها: برخی از SPDs با روشن‌کننده‌ها یا آواره‌ها مجهز شده‌اند تا کاربران را در صورت صحیح کارکرد محافظ اطلاع دهند.
نتیجه‌گیری
در زمان برخورد صاعقه، دستگاه‌های محافظت از شارژ از طریق مراحل زیر تجهیزات الکتریکی را محافظت می‌کنند:
تشخیص شارژ: شناسایی موقعیت‌هایی که ولتاژ از محدوده‌های عادی عبور کند.
جذب و پخش انرژی: استفاده از مولفه‌هایی مانند MOVs، GDTs و TVS دیودها برای تبدیل انرژی شارژ به گرما یا انرژی‌های دیگر.
تغییر مسیر به خطوط زمین‌کشی: هدایت ولتاژ بیش از حد به خطوط زمین‌کشی برای کاهش تأثیر بر تجهیزات.
بازگشت به حالت عادی: پس از شارژ، محافظ به حالت عملیاتی عادی خود باز می‌گردد.
محافظت در مقابل خطا: ارائه تدابیر ایمنی اضافی در شرایط حدی برای جلوگیری از آسیب بیشتر.
