چگونه سیستم‌های حفاظت موقت از شارژ و پرتیاز ولتاژ در تجهیزات الکتریکی محافظت می‌کنند
چگونه سیستم‌های محافظت موقت تجهیزات الکتریکی را از نوسانات و پرتودهای ولتاژ محافظت می‌کنند
سیستم‌های محافظت موقت (TPS) برای محافظت تجهیزات الکتریکی از نوسانات و پرتودهای ولتاژ طراحی شده‌اند که می‌توانند به دلیل حوادثی مانند ضربه‌های برق زن، عملیات جابجایی شبکه، تغییرات در بانک خازنه‌ها، خطاهای کوتاه مداری و غیره ایجاد شوند. این رویدادهای نوسانی ولتاژ می‌توانند منجر به آسیب یا کاهش عملکرد تجهیزات شوند. زیرا مکانیزم‌های دقیقی وجود دارد که از طریق آن‌ها سیستم‌های محافظت موقت محافظت می‌کنند:
1. واکنش سریع
یکی از ویژگی‌های کلیدی سیستم‌های محافظت موقت قابلیت واکنش سریع آن‌ها به نوسانات و پرتودهای ولتاژ است. معمولاً این سیستم‌ها دارای زمان‌های واکنش در محدوده نانو ثانیه تا میکروثانیه هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا نوسانات ولتاژ را تقریباً فوراً تشخیص داده و سرکوب کنند.
واریستورهای اکسید فلزی (MOV): MOVها یک مؤلفه محافظت موقت رایج با مشخصات ولتاژ-جریان غیرخطی هستند. وقتی ولتاژ از یک حد معین عبور می‌کند، مقاومت MOV به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و نوسان ولتاژ را به یک سطح ایمن محدود می‌کند.
لوله‌های گسیل گاز (GDT): GDTها انرژی نوسانات ولتاژ را با ایجاد قوس بین دو الکترود مصرف می‌کنند. وقتی ولتاژ به یک سطح معین می‌رسد، گاز داخل GDT یونیزه می‌شود و مسیری رسانا برای جریان و مصرف انرژی ایجاد می‌کند.
دیودهای سرکوب نوسانات ولتاژ (TVS): دیودهای TVS می‌توانند در محدوده نانوثانیه واکنش نشان داده و نوسانات ولتاژ را به یک محدوده ولتاژ ایمن خاص محدود کنند.
2. جذب و مصرف انرژی
به علاوه واکنش سریع، سیستم‌های محافظت موقت باید انرژی از رویدادهای نوسانات ولتاژ را جذب و مصرف کنند. دستگاه‌های مختلف محافظتی دارای توانایی‌های متفاوتی در مدیریت انرژی هستند:
MOV: MOVها می‌توانند مقدار زیادی از انرژی را جذب کنند و برای مدیریت نوسانات با انرژی بالا مناسب هستند. آن‌ها معمولاً در نقطه ورود برق نصب می‌شوند تا نوسانات ولتاژ قابل توجه را مدیریت کنند.
GDT: GDTها عموماً در کاربردهای ولتاژ بالا استفاده می‌شوند و قادر به عملکرد در شرایط ولتاژ بالا هستند و برای محافظت از برق زن و سایر رویدادهای نوسانی با انرژی بالا مناسب هستند.
دیودهای TVS: اگرچه دیودهای TVS توانایی جذب انرژی نسبتاً کمتری دارند، اما زمان واکنش سریع آن‌ها آن‌ها را برای محافظت دقیق تجهیزات الکترونیک حساس مناسب می‌کند.
3. محافظت چندسطحی
برای اطمینان از محافظت جامع، سیستم‌های محافظت موقت اغلب استراتژی‌های محافظت چندسطحی را به کار می‌گیرند. این رویکرد لایه‌ای به طور موثری با نوسانات ولتاژ با اندازه‌ها و فرکانس‌های مختلف مقابله می‌کند:
محافظت اصلی (محافظت کلان): معمولاً در نقطه ورود برق قرار دارد و از دستگاه‌های محافظت با ظرفیت بالا مانند MOVها و GDTها استفاده می‌کند تا نوسانات انرژی بزرگ را جذب و مصرف کند.
محافظت ثانویه (محافظت دقیق): در داخل تجهیزات یا نزدیک به مولفه‌های الکترونیک حساس قرار دارد و از دستگاه‌های محافظت با انرژی کمتر مانند دیودهای TVS برای محافظت دقیق‌تر استفاده می‌کند.
محافظت ثالث (محافظت خط سیگنال): برای خطوط ارتباطی، خطوط انتقال داده و سایر خطوط سیگنال حساس، از دستگاه‌های محافظت تخصصی مانند محافظ‌های خط سیگنال (SLP) استفاده می‌شود تا جلوی ورود نوسانات ولتاژ به تجهیزات از طریق خطوط سیگنال گرفته شود.
4. جدا سازی و فیلترینگ
علاوه بر جذب و مصرف مستقیم انرژی نوسانات ولتاژ، سیستم‌های محافظت موقت همچنین از تکنیک‌های جدا سازی و فیلترینگ برای کاهش بیشتر تأثیر نوسانات ولتاژ بر تجهیزات استفاده می‌کنند:
ترانسفورماتورهای جدا سازی: ترانسفورماتورهای جدا سازی جدا سازی الکتریکی بین ورودی و خروجی ایجاد می‌کنند و از انتقال نوسانات ولتاژ از سمت ورودی به سمت خروجی جلوگیری می‌کنند.
فیلترها: فیلترها نویز با فرکانس بالا و پالس‌های موقت را حذف می‌کنند و از ورود این اختلالات به تجهیزات جلوگیری می‌کنند. فیلترهای رایج شامل فیلترهای مداخله الکترومغناطیسی (EMI) و فیلترهای مداخله رادیویی (RFI) هستند.
5. سیستم زمین‌سازی
یک سیستم زمین‌سازی طراحی شده خوب بخش مهمی از محافظت موقت است. زمین‌سازی مؤثر مسیری با مقاومت کم برای نوسانات ولتاژ فراهم می‌کند تا آن‌ها به سرعت به زمین تخلیه شوند و بدین ترتیب از آسیب رساندن به تجهیزات جلوگیری کند:
مقاومت زمین: مقاومت زمین باید به حداقل ممکن باشد تا نوسانات ولتاژ بتوانند به سرعت تخلیه شوند.
پیوند هم‌پتانسیل: با اتصال تمام پوشش‌های فلزی و انتهای زمین تجهیزات به یکدیگر، پیوند هم‌پتانسیل از ایجاد قوس‌ها و شعله‌های ناشی از تفاوت‌های پتانسیل جلوگیری می‌کند.
6. نظارت و هشدار
برخی از سیستم‌های محافظت موقت پیشرفته نیز توابع نظارت و هشدار را دارند که امکان نظارت زنده بر وضعیت سیستم و فعال‌سازی هشدارها یا انجام اقدامات مناسب در صورت تشخیص ناهماهنگی‌ها را فراهم می‌کنند:
روشنایی‌های نشان‌دهنده وضعیت: وضعیت کاری دستگاه محافظت موقت را نمایش می‌دهند، مانند وضعیت عادی، خرابی یا شکست.
نظارت دوردست: از طریق رابط‌های شبکه یا ماژول‌های ارتباطی، می‌توان نظارت و مدیریت دوردست را انجام داد و مشکلات بالقوه را به موقع تشخیص داد و حل کرد.
7. طول عمر و قابلیت اطمینان
طراحی سیستم‌های محافظت موقت باید طول عمر و قابلیت اطمینان بلندمدت را در نظر بگیرد. این شامل انتخاب مواد مناسب، طراحی ساختارهای تخلیه گرما موثر و انجام تست‌ها و مجوزهای دقیق است:
آزمون طول عمر: شبیه‌سازی شرایط مختلف تنش در محیط‌های کاری واقعی، مانند تغییرات دما، رطوبت، لرزش و غیره، برای تأیید پایداری بلندمدت دستگاه‌های محافظتی.
مجوزهای قابلیت اطمینان: بسیاری از محصولات محافظت موقت باید مجوزهای استاندارد بین‌المللی مانند IEC 61643 (دستگاه‌های محافظت از نوسانات ولتاژ با ولتاژ پایین) و UL 1449 (دستگاه‌های محافظت از نوسانات ولتاژ) را به دست آورند.
خلاصه
سیستم‌های محافظت موقت از طریق واکنش سریع، جذب و مصرف انرژی، محافظت چندسطحی، جدا سازی و فیلترینگ، سیستم‌های زمین‌سازی، نظارت و هشدار و تضمین طول عمر و قابلیت اطمینان، تجهیزات الکتریکی را از نوسانات و پرتودهای ولتاژ محافظت می‌کنند. طراحی و انتخاب صحیح سیستم‌های محافظت موقت می‌تواند قابلیت اطمینان و طول عمر تجهیزات الکتریکی را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
