کاربرد دستگاه‌های محافظ بازپرداخت خودکار جریان نشتی در حفاظت از منابع تغذیه ارتباطات علیه برق‌آذرین

1. مشکلات قطع برق ناشی از عملکرد غلط دستگاه حفاظتی جریان باقیمانده (RCD) در هنگام برخورد صاعقه

مدار تغذیه توان معمولی ارتباطات در شکل 1 نشان داده شده است. دستگاه حفاظتی جریان باقیمانده (RCD) در ورودی تغذیه نصب شده است. RCD به طور اصلی محافظت علیه جریان‌های فراری از تجهیزات الکتریکی برای اطمینان از ایمنی شخصی ارائه می‌دهد، در حالی که دستگاه‌های محافظ در برابر پرتگر (SPD) روی شاخه‌های تغذیه نصب شده‌اند تا در برابر ورود صاعقه محافظت کنند. هنگامی که صاعقه می‌برد، مدارهای سنسور می‌توانند جریان‌های پرتگر نامتوازن و جریان‌های مداخله‌ای دیفرانسیل را القا کنند. هنگامی که جریان دیفرانسیل از آستانه عملکرد RCD عبور کند، عملکرد غلط رخ می‌دهد. علاوه بر این، اگر جریان فرار تجهیزات ارتباطی نزدیک به آستانه عملکرد باشد، در فصول بارانی می‌تواند به راحتی منجر به عملکرد غلط RCD شود.

جریان صاعقه یک جریان موقت است که ممکن است یک پالس یا چندین پالس ایجاد کند. جریان‌های عبوری از دستگاه‌های محافظ در برابر پرتگر F1 و F2 به ترتیب I1 و I2 هستند. I1 معمولاً برابر با I2 نیست، که منجر به مداخله دیفرانسیل می‌شود. هنگامی که مداخله دیفرانسیل از مقدار عملکرد جریان باقیمانده RCD عبور کند، محافظ عمل می‌کند، مدار قطع می‌شود، تجهیزات ارتباطی متوقف می‌شوند و بازیابی دستی توان لازم است. ایستگاه‌های ارتباطی عمدتاً بدون نظارت هستند؛ بنابراین، هنگامی که صاعقه در منطقه می‌برد، بعضی از ایستگاه‌های ارتباطی ممکن است توان خود را از دست بدهند و نمی‌توانند ارتباطات خود را در زمان کوتاه بازیابی کنند. بنابراین، این مشکل باید حل شود.

2. اصل عمل دستگاه حفاظتی جریان باقیمانده با بازبستن خودکار

بازبستن خودکار روش مؤثری برای حل مشکلات قطع برق ناشی از عملکرد غلط RCD است. بازبستن خودکار معمولاً در سیستم‌های توان بالا استفاده می‌شود و نتایج عالی به دست آمده است. با این حال، به دلایل ایمنی، هنوز در سیستم‌های توان کم‌ولتا مدنی گسترده‌افشاری نیافته است. سیستم‌های ارتباطی چین در سال‌های اخیر از آن استفاده کرده‌اند و استاندارد YD/T 2346-2011 "شرایط فنی دستگاه‌های حفاظتی جریان باقیمانده با بازبستن خودکار برای تلفن" را تدوین کرده‌اند که نتایج کاربردی قابل توجهی داشته است.

هنگامی که صاعقه منجر به عملکرد غلط RCD و قطع مدار می‌شود، دستگاه حفاظتی جریان باقیمانده با بازبستن خودکار کلید را به طور خودکار بسته. از آنجا که جریان صاعقه موقت است، پس از عبور صاعقه، I1≈I2، بازبستن موفقیت‌آمیز است، تغذیه توان بازیابی می‌شود و ارتباطات دوباره ایجاد می‌شود.

بازبستن خودکار شرایطی است و باید عوامل ایمنی و دیگر عوامل را در نظر بگیرد. دو روش بازبستن خودکار وجود دارد: یکی وضعیت جریان فرار را بررسی می‌کند تا تصمیم بگیرد که آیا باید بازبسته شود یا خیر؛ دیگری بدون بررسی به طور خودکار بازبسته می‌شود.

دستگاه بازبستن خودکار با تشخیص خودکار خطای جریان L-PE (که از این پس بازبستن‌کننده با تشخیص نامیده می‌شود) شامل مکانیزم عملکرد الکتریکی، مدار کنترل، مدار تشخیص و رابط خروجی است. مدار تشخیص با بازبستن‌کننده کار می‌کند و تحت کنترل مدار کنترل بازبستن‌کننده، تشخیص را انجام می‌دهد و بر اساس نتایج تشخیص تصمیم می‌گیرد که آیا باید بازبسته شود یا خیر. مدار تشخیص به خطوط فازی RCD، خط PE، مقاومت‌های زمین Re1 و Re2 و خط N ترانسفورماتور متصل می‌شود و یک حلقه از طریق خطوط فازی، خط PE، مقاومت‌های زمین Re1 و Re2، خط N ترانسفورماتور و مدار تشخیص تشکیل می‌شود.

خط PE مدار تشخیص نیازی به اتصال به پوشش تجهیزات ندارد، به طور خاص در شکل 2 نشان داده شده است؛ یا می‌توان یک حلقه از طریق خطوط فازی، پوشش تجهیزات و خط PE تشکیل داد که نیاز به اتصال خط PE مدار تشخیص بازبستن‌کننده به پوشش تجهیزات دارد، به طور خاص در شکل 3 نشان داده شده است. هنگامی که RCD عمل می‌کند، مدارهای تشخیص جریان فرار بازبستن‌کننده به ترتیب a-PE، b-PE، c-PE هستند. سیگنال مدار تشخیص می‌تواند DC یا AC باشد، با ولتاژی کمتر از 24V.

3. نیازمندی‌های عملکرد اصلی

عملکرد حفاظتی جریان باقیمانده به مسائل ایمنی پرداخته، در حالی که بازبستن خودکار مشکلات قطع برق ناشی از صاعقه را حل می‌کند. استاندارد YD/T 2346-2011 "شرایط فنی دستگاه‌های حفاظتی جریان باقیمانده با بازبستن خودکار برای تلفن" برخی از پارامترها را به شرح زیر در نظر گرفته است.

عملکرد بازبستن خودکار باید تعادل بین پیوستگی تغذیه توان و عوامل ایمنی برقرار کند.

(1) تعداد تلاش‌های بازبستن از دیدگاه کاربر، تلاش‌های بیشتر بازبستن بهتر است؛ از دیدگاه ایمنی، تلاش‌های کمتر بهتر است. برای محصولات بازبستن خودکار که بدون تشخیص جریان فرار بازبسته می‌شوند، استاندارد حداکثر سه تلاش بازبستن خودکار را مجاز می‌داند.

(2) فاصله زمانی بازبستن از دیدگاه مصرف توان، یک فاصله زمانی صفر مطلوب است؛ از دیدگاه ایمنی، باید کافی طولانی باشد. استاندارد مشخص می‌کند: اگر محافظ قادر به تشخیص جریان فرار پس از قطع خط نباشد، دستگاه حفاظتی جریان باقیمانده باید 20~60 ثانیه پس از عملکرد به طور خودکار بازبسته شود؛ اگر موفق نباشد، برای تلاش دوم 15 دقیقه تأخیر داشته باشد؛ اگر تلاش دوم ناموفق باشد، برای تلاش سوم 15 دقیقه دیگر تأخیر داشته باشد؛ اگر تلاش سوم ناموفق باشد، هیچ بازبستن دیگری مجاز نیست.

(3) ولتاژ تشخیص ولتاژ تشخیص نیز یک پارامتر مهم ایمنی است که نمی‌تواند خیلی بالا باشد. استاندارد مشخص می‌کند: اگر محافظ قادر به تشخیص جریان فرار پس از قطع خط باشد، الزامات زیر را دارد: 

• اگر سه تلاش بازبستن در یک دقیقه ناموفق باشند، هیچ بازبستن دیگری مجاز نیست. 

• ولتاژ تشخیص ≤24V.

(۴) توانایی تحمل طوفان برقی محافظ ممکن است شامل مدارهای الکترونیکی خاصی باشد و باید دارای توانایی تحمل طوفان برقی کافی باشد؛ در غیر این صورت، نمی‌توان از آن استفاده کرد. استاندارد مشخص می‌کند: دستگاه محافظ جریان باقی‌مانده باید دارای توانایی تحمل کافی برای جریان‌های طوفان برقی عبوری از بارهای ظرفیتی که از طریق تجهیزات و جریان‌های طوفان برقی عبوری به دلیل خروج از کنترل تجهیزات باشد. دستگاه‌های محافظ جریان باقی‌مانده با تأخیر باید دارای مقاومت کافی در برابر عملکرد غیر صحیح ناشی از جریان‌های طوفان برقی عبوری به دلیل خروج از کنترل تجهیزات باشند.

یک موج ترکیبی ۱.۲/۵۰μs (۸/۲۰μs)، ولتاژ ضربه ۲kV که بین خطوط تغذیه (L-N) اعمال می‌شود نباید باعث عملکرد غیرصحیح شود. یک ولتاژ ضربه ۱.۲/۵۰μs، ۴kV که بین خطوط تغذیه (L-N) اعمال می‌شود نباید نمونه را خراب کند و نمونه باید به طور عادی ادامه کار کند.

هنگامی که جریان طوفان برقی ۸/۲۰μs، ۲۰kA بین خط L و N جریان دارد، با نصب دستگاه‌های محافظ طوفان برقی اضافی، نمونه باید بدون آسیب به طور عادی کار کند.

۴. نتایج و پیشنهادات

دستگاه‌های محافظ جریان باقی‌مانده با قابلیت خودراه‌اندازی می‌توانند به طور موثر مشکلات قطع برق ناشی از طوفان برقی را حل کنند، توانایی تحمل طوفان برقی سیستم‌های ارتباطی را افزایش دهند و ایمن و قابل اعتماد باشند. آنها نمایانگر روش مؤثری برای بهبود توانایی محافظت از طوفان برقی سیستم‌های ارتباطی هستند.