نکات کلیدی انتخاب محافظ ولتاژ و تحلیل مشکلات مرتبط

محافظ ولتاژ یک محافظ مدار با راندمان بالا است، هنگامی که در برابر ولتاژ بالای گذرا، پالس انرژی بالا، سرعت (10-9 ثانیه) از امپدانس بالای اصلی به امپدانس پایین و پالس تداخل ولتاژ بالای گذرا به ولتاژ از پیش تعیین شده مقاومت می‌کند، به طوری که به طور موثر از تجهیزات و دستگاه‌های حساس در برابر آسیب محافظت می‌کند و مدار بدون تداخل کار می‌کند.

(1) دستگاه‌های محافظ ولتاژ به سه سطح تقسیم می‌شوند
سطح اول می‌تواند جریان مستقیم صاعقه یا انرژی عظیم منتقل شده هنگام برخورد مستقیم صاعقه به خط انتقال نیرو را تخلیه کند. حفاظت سطح اول باید یک صاعقه‌گیر منبع تغذیه سوئیچینگ سه فاز باشد و شار صاعقه آن نباید کمتر از 60 کیلوآمپر باشد. عموماً برای توزیع عمومی استفاده می‌شود.
هدف از مرحله دوم، محدود کردن بیشتر مقدار ولتاژ ضربه پسماند از طریق صاعقه‌گیر مرحله اول به ۱۵۰۰-۲۰۰۰ ولت و پیاده‌سازی اتصال هم پتانسیل برای lpz1-lpz2 است. هنگامی که خروجی صاعقه‌گیر برق از خط کابینت توزیع به عنوان حفاظت سطح دوم استفاده می‌شود، باید از صاعقه‌گیر برق محدودکننده ولتاژ استفاده شود و ظرفیت جریان صاعقه آن نباید کمتر از ۲۰ کیلو آمپر باشد.

هدف از سطح سوم، محافظت نهایی از تجهیزات و کاهش مقدار ولتاژ ضربه پسماند به کمتر از ۱۰۰۰ ولت است. به عنوان حفاظت سطح سوم، این صاعقه‌گیر باید به صورت سری و محدودکننده ولتاژ باشد و ظرفیت جریان صاعقه آن نباید کمتر از ۱۰ کیلوآمپر باشد. عموماً برای تجهیزات توزیع برق ترمینال استفاده می‌شود.
سیستم‌های توزیع مختلف باید دستگاه‌های محافظ سرج مربوطه را انتخاب کنند که می‌توانند به TN (TN-S، NC، TN-CS)، it و TT تقسیم شوند.

۱) حفاظت اولیه
هدف این است که از انتقال مستقیم ولتاژ سرج از ناحیه lpz0 به ناحیه lpz1 جلوگیری شود و ولتاژ سرج ده‌ها هزار تا صدها هزار ولت به ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ ولت محدود شود.
وقتی از صاعقه‌گیر برق قدرت نصب شده در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتور برق خانگی به عنوان حفاظت سطح اول استفاده می‌شود، باید یک صاعقه‌گیر برق قدرت سوئیچینگ سه فاز باشد و شار صاعقه آن نباید کمتر از 60 کیلوآمپر باشد. این سطح از صاعقه‌گیر برق قدرت، یک صاعقه‌گیر برق قدرت با ظرفیت بالا است که بین هر فاز از خط ورودی در ورودی سیستم منبع تغذیه کاربر و زمین متصل می‌شود. معلم دی از آموزش آنلاین طراحی الکتریکی عموماً ایجاب می‌کند که این سطح از صاعقه‌گیر برق قدرت، حداکثر ظرفیت ضربه بیش از 100 کیلوآمپر در هر فاز را داشته باشد و ولتاژ محدودکننده مورد نیاز کمتر از 1500 ولت باشد که به آن صاعقه‌گیر برق قدرت سطح کلاسی می‌گویند. این صاعقه‌گیرهای الکترومغناطیسی برای مقاومت در برابر جریان زیاد صاعقه و صاعقه القایی و جذب موج‌های پرانرژی طراحی شده‌اند که می‌تواند مقدار زیادی از جریان موج را به زمین منحرف کند. آنها فقط ولتاژ محدود کننده (هنگامی که جریان ضربه از طریق برقگیر برق جریان می یابد، حداکثر ولتاژ روی خط ولتاژ محدود کننده نامیده می شود) را به عنوان حفاظت سطح متوسط ​​​​ارائه می دهند، زیرا محافظ سطح کلاسی عمدتاً جریان موج بزرگ را جذب می کند و آنها به تنهایی نمی توانند از تجهیزات الکتریکی حساس داخل سیستم منبع تغذیه به طور کامل محافظت کنند.

صاعقه گیر سطح اول می‌تواند از موج صاعقه با شدت 10/350 میکروثانیه و جریان 100 کیلوآمپر جلوگیری کند و به بالاترین استاندارد حفاظتی مشخص شده توسط IEC برسد.
مرجع فنی عبارت است از: شار صاعقه بزرگتر یا مساوی ۱۰۰ کیلوآمپر (۱۰/۳۵۰ میکروثانیه) باشد؛ مقدار ولتاژ پسماند نباید بزرگتر از ۲.۵ کیلوولت باشد؛ زمان پاسخ کمتر یا مساوی ۱۰۰ نانوثانیه باشد.
۲) حفاظت ثانویه
هدف این است که مقدار ولتاژ ضربه پسماند از طریق برقگیر سطح اول به ۱۵۰۰-۲۰۰۰ ولت محدود شود و اتصال هم پتانسیل برای lpz1-lpz2 پیاده‌سازی شود.
هنگامی که خروجی صاعقه گیر برق از خط کابینت توزیع به عنوان حفاظت سطح دوم استفاده می‌شود، صاعقه گیر برق محدود کننده ولتاژ باید در محل توزیع شاخه که برق را به تجهیزات الکتریکی مهم یا حساس تأمین می‌کند نصب شود و ظرفیت جریان صاعقه آن نباید کمتر از 20KA باشد. آقای دی، آموزش آنلاین طراحی الکتریکی، این صاعقه گیرهای برق می‌توانند انرژی موج باقیمانده عبوری از صاعقه گیر در ورودی منبع تغذیه کاربر را بهتر جذب کنند و اثر مهاری بسیار خوبی بر اضافه ولتاژ گذرا دارند.

حداکثر ظرفیت ضربه صاعقه‌گیر برق مورد استفاده در اینجا باید بیش از ۴۵ کیلوآمپر در هر فاز باشد و ولتاژ محدودکننده مورد نیاز باید کمتر از ۱۲۰۰ ولت باشد که به آن صاعقه‌گیر برق کلاس II گفته می‌شود. به طور کلی، اگر سیستم منبع تغذیه کاربر به حفاظت سطح دوم دست یابد، می‌تواند الزامات عملکرد تجهیزات الکتریکی را برآورده کند.
محافظ کلاس C برای صاعقه‌گیر منبع تغذیه کلاس II برای حفاظت کامل فاز I، فاز I و فاز I به کار گرفته شده است و پارامترهای فنی اصلی عبارتند از: ظرفیت جریان صاعقه بزرگتر یا مساوی 40ka (8/20us) باشد؛ مقدار پیک ولتاژ باقیمانده نباید بیشتر از 1000 ولت باشد؛ زمان پاسخ نباید بیشتر از 25 نانوثانیه باشد.

۳) حفاظت سطح سوم
هدف نهایی محافظت از تجهیزات با کاهش ولتاژ موج باقیمانده به کمتر از ۱۰۰۰ ولت است، به طوری که انرژی موج ممکن است به تجهیزات آسیب برساند.
هنگامی که از صاعقه‌گیر برق نصب شده در انتهای ورودی منبع تغذیه AC تجهیزات اطلاعات الکترونیکی به عنوان حفاظت سطح سوم استفاده می‌شود، باید به عنوان صاعقه‌گیر برق با محدودکننده ولتاژ سری عمل کند و ظرفیت جریان صاعقه آن نباید کمتر از 10 کیلوآمپر باشد.
در نهایت، می‌توان از یک برقگیر داخلی در منبع تغذیه داخلی تجهیزات الکتریکی برای حذف کامل اضافه ولتاژهای گذرای کوچک استفاده کرد. آقای دی، آموزش آنلاین طراحی الکتریکی، حداکثر ظرفیت ضربه برقگیر مورد استفاده در اینجا باید 20 کیلو اهم در هر فاز یا کمتر باشد و ولتاژ محدودکننده مورد نیاز باید کمتر از 1000 ولت باشد. برای برخی از تجهیزات الکترونیکی به ویژه مهم یا حساس، داشتن حفاظت سطح سوم ضروری است و همچنین می‌تواند تجهیزات الکتریکی را از اضافه ولتاژ گذرای تولید شده در داخل سیستم محافظت کند. برای منبع تغذیه یکسوکننده مورد استفاده برای تجهیزات ارتباطی مایکروویو، تجهیزات ارتباطی ایستگاه پایه موبایل و تجهیزات رادار، برقگیرهای منبع تغذیه DC با ولتاژ کار مناسب باید به عنوان حفاظت غیر همسطح با توجه به نیازهای حفاظتی ولتاژ کار آنها انتخاب شوند.

۴) با توجه به سطح ولتاژ قابل تحمل تجهیزات حفاظت‌شده
اگر حفاظت صاعقه دو سطحی بتواند ولتاژ را به زیر سطح ولتاژ قابل تحمل تجهیزات محدود کند، فقط حفاظت دو سطحی مورد نیاز است. اگر سطح ولتاژ قابل تحمل تجهیزات پایین باشد، ممکن است چهار یا چند سطح حفاظت مورد نیاز باشد. ظرفیت جریان صاعقه حفاظت سطح چهارم نباید کمتر از 5 کیلو اهم باشد.
(2) چرا باید فیوز و قطع کننده مدار جلوی محافظ جریان برق نصب شوند؟
وقتی جریان هجومی عبوری از محافظ ولتاژ بیشتر از IMAX آن باشد، محافظ ولتاژ خراب شده و از کار می‌افتد و در نتیجه خطای اتصال کوتاه مدار ایجاد می‌شود. برای قطع خطای اتصال کوتاه، نصب یک مدارشکن یا فیوز ضروری است. آقای دی، آموزش آنلاین طراحی الکتریکی، هر ضربه صاعقه باعث فرسودگی محافظ ولتاژ می‌شود. به عنوان مثال، اگر جریان برای مدت طولانی وجود داشته باشد، محافظ ولتاژ بیش از حد گرم می‌شود و فرسودگی را تسریع می‌کند. در این زمان، سیستم حفاظت حرارتی مدارشکن یا فیوز باید قبل از رسیدن محافظ ولتاژ به حداکثر گرمای مجاز، محافظ ولتاژ را قطع کند.

الزامات محافظ ولتاژ برای فیوز و کلید قدرت: هنگامی که 20 پالس تست استاندارد 8/20 میکروثانیه و 1.2/50 میکروثانیه تحت جریان نامی اعمال شوند، کلید قدرت یا فیوز قطع نخواهد کرد. هنگامی که محافظ ولتاژ خراب و اتصال کوتاه می‌شود، کلید قدرت یا فیوز باید عمل کند. اگر محافظ ولتاژ یک ماژول سوئیچینگ باشد، زیرا حالت آسیب آن مدار باز است، می‌توان آن را بدون کلید قدرت و فیوز مینیاتوری محافظت کرد.
هم فیوز و هم بریکر می‌توانند به عنوان محافظ برتر ولتاژ استفاده شوند. ویژگی‌های فیوز؛ فیوز دارای دو عملکرد حفاظتی تأخیر طولانی مدت و جریان لحظه‌ای با ویژگی‌های محدودیت زمانی معکوس است. آقای دی، آموزش آنلاین طراحی الکتریکی، به ترتیب به عنوان حفاظت اضافه بار و اتصال کوتاه استفاده می‌شود، یعنی فیوز باید پس از فیوزینگ خطا تعویض شود. ویژگی‌های بریکر مدار: بریکر دارای حفاظت جریان لحظه‌ای و حفاظت حرارتی اضافه بار است. پس از قطع اتصال خطا، می‌توان آن را بدون تعویض قطعات، به صورت دستی تنظیم مجدد کرد.
به تفاوت بین خطوط ورودی نگاه کنید: محافظ ولتاژ ۴۴۰ ولت باید برای سیستم سه فاز ۲۸۰ ولت پنج سیمه یا سیستم سه فاز ۳۸۰ ولت چهار سیمه انتخاب شود. محافظ ولتاژ ۲۲۰ ولت باید برای سیستم تک فاز ۲۲۰ ولت دو سیمه یا سیستم تک فاز ۲۲۰ ولت سه سیمه انتخاب شود. علاوه بر این، توجه داشته باشید: سطح حفاظت محافظ ولتاژ انتخاب شده برای خط ورودی ساختمان مسکونی، سطح ۲ برای سه فاز ۲۸۰ ولت و برای تک فاز ۲۲۰ ولت، درجه ۳ است.
پس از ورود خط سیستم TN-CS به جعبه توزیع عمومی ساختمان، خط خودکار به خط N و خط PE تقسیم می‌شود. فقط لازم است محافظ ولتاژ بین خط فاز I و خط خودکار نصب شود.
کلید جلوی محافظ جریان می‌تواند فیوز و قطع‌کننده مدار را انتخاب کند. به‌طورکلی، برای IMAX > 40ka باید 40 ~ 63A و برای IMAX < 40ka باید 20 ~ 32A انتخاب شود.

(3) آیا محافظ ولتاژ و برقگیر یکسان هستند؟
اگرچه هم محافظ ولتاژ و هم برقگیر وظیفه جلوگیری از اضافه ولتاژ، به ویژه اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه را دارند، اما هنوز تفاوت‌های زیادی در کاربرد دارند.
۱) برقگیرها سطوح ولتاژ متعددی دارند، از ۰.۳۸ کیلوولت ولتاژ پایین تا ۵۰۰ کیلوولت ولتاژ فوق فشار قوی، در حالی که دستگاه‌های محافظ سرج معمولاً فقط محصولات ولتاژ پایین دارند؛

۲) صاعقه‌گیرها عمدتاً روی سیستم اولیه نصب می‌شوند تا از هجوم مستقیم موج صاعقه جلوگیری کنند، در حالی که محافظ‌های ولتاژ عمدتاً روی سیستم ثانویه نصب می‌شوند که یک اقدام تکمیلی پس از حذف هجوم مستقیم موج صاعقه توسط صاعقه‌گیر یا زمانی است که صاعقه‌گیر موج صاعقه را حذف نمی‌کند؛

۳) صاعقه‌گیر برای محافظت از تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود و محافظ ولتاژ بیشتر برای محافظت از وسایل الکترونیکی یا کنتورها استفاده می‌شود.
۴) از آنجایی که برقگیر به سیستم اولیه الکتریکی متصل است، باید عملکرد عایق خارجی کافی و اندازه ظاهری بزرگی داشته باشد. از آنجایی که محافظ ولتاژ به ولتاژ پایین متصل است، اندازه آن می‌تواند بسیار کوچک باشد.