چگونه سیستم‌های محافظت موقت از افزایش و شارژ ولتاژ در تجهیزات الکتریکی محافظت می‌کنند؟
چگونه سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت‌ها تجهیزات برق را از افزایش و پرش ولتاژ محافظت می‌کنند
سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت‌ها (TPS) برای محافظت از تجهیزات برق در برابر افزایش و پرش ولتاژ طراحی شده‌اند که می‌توانند به دلیل حوادثی مانند ضربه‌های برق، عملیات تغییر شبکه، قطع و وصل کندن بانک‌های خازنه، خطاهای مدار کوتاه و غیره ایجاد شوند. این رویدادهای ترانزیانت ولتاژ می‌توانند منجر به آسیب یا کاهش عملکرد تجهیزات شوند. زیرا مکانیزم‌های دقیقی وجود دارد که از طریق آن‌ها سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت‌ها محافظت می‌کنند:
1. پاسخ سریع
یکی از ویژگی‌های مهم سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت‌ها توانایی آن‌ها در واکنش سریع به افزایش و پرش ولتاژ است. معمولاً این سیستم‌ها زمان پاسخ در محدوده نانو ثانیه تا میکروثانیه دارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا ترانزیانت‌های ولتاژ را تقریباً فوراً تشخیص داده و سرکوب کنند.
واریستورهای اکسید فلزی (MOV): MOVها یک مؤلفه رایج حفاظت از ترانزیانت با ویژگی‌های غیرخطی ولتاژ-جریان هستند. وقتی ولتاژ از یک حد معین عبور می‌کند، مقاومت MOV به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و ولتاژ اضافی را به سطح ایمنی محدود می‌کند.
لوله‌های گازی رها کننده (GDT): GDTها انرژی ولتاژ اضافی را با ایجاد قوس بین دو الکترود جذب می‌کنند. وقتی ولتاژ به یک سطح معین می‌رسد، گاز داخل GDT یونیزه می‌شود و مسیری رسانا برای جریان جریان و جذب انرژی ایجاد می‌کند.
دیودهای سرکوب کننده ولتاژ ترانزیانت (TVS): دیودهای TVS می‌توانند در چند نانوثانیه واکنش نشان داده و ولتاژ اضافی را به یک محدوده ولتاژ ایمنی خاص سرکوب کنند.
2. جذب و پخش انرژی
به علاوه واکنش سریع، سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت نیاز دارند تا انرژی از رویدادهای ولتاژ اضافی را جذب و پخش کنند. انواع مختلف دستگاه‌های محافظ دارای توانایی‌های مختلف در مدیریت انرژی هستند:
MOV: MOVها می‌توانند مقدار زیادی از انرژی را جذب کنند و برای مدیریت سر و صدای بالای انرژی مناسب هستند. معمولاً در نقطه ورود برق نصب می‌شوند تا ولتاژ اضافی قابل توجه را مدیریت کنند.
GDT: GDTها عمدتاً در کاربردهای ولتاژ بالا استفاده می‌شوند و قادر به کار در شرایط ولتاژ بالا هستند و برای محافظت از برق و سایر رویدادهای ترانزیانت با انرژی بالا مناسب هستند.
دیودهای TVS: اگرچه دیودهای TVS ظرفیت جذب انرژی نسبتاً کمی دارند، اما زمان واکنش سریع آن‌ها آن‌ها را برای محافظت دقیق از تجهیزات الکترونیکی حساس مناسب می‌کند.
3. محافظت چندسطحی
برای اطمینان از محافظت جامع، سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت غالباً استراتژی‌های محافظت چندسطحی را به کار می‌گیرند. این رویکرد لایه‌ای به طور موثر با اندازه‌ها و فرکانس‌های مختلف ترانزیانت ولتاژ مواجه می‌شود:
محافظت اولیه (محافظت کلان): معمولاً در نقطه ورود برق قرار دارد و از دستگاه‌های محافظ با ظرفیت بالا مانند MOVها و GDTها برای جذب و پخش سر و صدای انرژی بالا استفاده می‌کند.
محافظت ثانویه (محافظت دقیق): در داخل تجهیزات یا نزدیک به المان‌های الکترونیکی حساس قرار دارد و از دستگاه‌های محافظ با انرژی کمتر مانند دیودهای TVS برای محافظت دقیق‌تر استفاده می‌کند.
محافظت سومی (محافظت خط سیگنال): برای خطوط ارتباطی، خطوط انتقال داده و سایر خطوط سیگنال حساس، از دستگاه‌های محافظ تخصصی مانند محافظ خط سیگنال (SLP) برای جلوگیری از ورود ترانزیانت ولتاژ به تجهیزات از طریق خطوط سیگنال استفاده می‌شود.
4. جداسازی و فیلترینگ
علاوه بر جذب مستقیم و پخش انرژی ولتاژ اضافی، سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت نیز از تکنیک‌های جداسازی و فیلترینگ برای کاهش تأثیر ترانزیانت ولتاژ بر تجهیزات استفاده می‌کنند:
ترانسفورماتورهای جداسازی: ترانسفورماتورهای جداسازی جداسازی الکتریکی بین ورودی و خروجی را فراهم می‌کنند و مانع انتقال ترانزیانت ولتاژ از طرف ورودی به طرف خروجی می‌شوند.
فیلترها: فیلترها نویز با فرکانس بالا و پالس‌های ترانزیانت را حذف می‌کنند و مانع ورود این اختلالات به تجهیزات می‌شوند. فیلترهای رایج شامل فیلترهای مداخله الکترومغناطیسی (EMI) و فیلترهای مداخله فرکانس رادیویی (RFI) هستند.
5. سیستم زمین‌سازی
یک سیستم زمین‌سازی طراحی شده به خوبی بخش مهمی از محافظت از ترانزیانت است. زمین‌سازی موثر مسیری با امپدانس پایین برای ترانزیانت ولتاژ فراهم می‌کند تا به سرعت به زمین منتشر شود و بدین ترتیب از آسیب رساندن به تجهیزات جلوگیری کند:
مقاومت زمین: مقاومت زمین باید به حداقل ممکن باشد تا ترانزیانت ولتاژ بتواند به سرعت منتشر شود.
پیوند هم‌پتانسیل: با اتصال تمام پوشش‌های فلزی و ترمینال‌های زمین‌سازی تجهیزات به یکدیگر، پیوند هم‌پتانسیل از ایجاد قوس و جرقه‌های ناشی از تفاوت‌های پتانسیل جلوگیری می‌کند.
6. نظارت و هشدار
برخی از سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت پیشرفته نیز توابع نظارت و هشدار دارند که امکان نظارت زنده بر وضعیت سیستم و فعال‌سازی هشدارها یا اقدامات مناسب در صورت تشخیص ناهماهنگی‌ها را فراهم می‌کنند:
چراغ‌های نشان‌دهنده وضعیت: وضعیت کاری دستگاه محافظ ترانزیانت را نمایش می‌دهند، مانند وضعیت عادی، خطا یا خرابی.
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. دوام و قابلیت اعتماد
طراحی سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت باید دوام و قابلیت اعتماد بلندمدت را در نظر بگیرد. این شامل انتخاب مواد مناسب، طراحی ساختارهای پخش حرارت موثر و انجام تست‌ها و مجوزهای دقیق است:
آزمون دوام: شبیه‌سازی شرایط مختلف استرس در محیط‌های کاری واقعی، مانند تغییرات دما، رطوبت، لرزش و غیره، برای تأیید پایداری بلندمدت دستگاه‌های محافظ.
مجوز قابلیت اعتماد: بسیاری از محصولات حفاظت از ترانزیانت نیاز دارند تا مجوزهای استاندارد بین‌المللی مانند IEC 61643 (دستگاه‌های محافظ ولتاژ اضافی ولتاژ پایین) و UL 1449 (دستگاه‌های محافظ ولتاژ اضافی) را بگذرانند.
خلاصه
سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت تجهیزات برق را از افزایش و پرش ولتاژ از طریق واکنش سریع، جذب و پخش انرژی، محافظت چندسطحی، جداسازی و فیلترینگ، سیستم‌های زمین‌سازی، نظارت و هشدار، و تضمین دوام و قابلیت اعتماد محافظت می‌کنند. طراحی و انتخاب صحیح سیستم‌های حفاظت از ترانزیانت می‌تواند به طور قابل توجهی قابلیت اعتماد و عمر مفید تجهیزات برق را افزایش دهد.
