سرج به موج گذرای ناگهانی در ولتاژ، جریان یا توان گفته میشود که برای مدت بسیار کوتاهی در مدارهای الکتریکی ایجاد میشود، اما میتواند شدت بالایی داشته باشد و به تجهیزات حساس آسیب بزند. این پدیده معمولاً بر اثر صاعقه، سوئیچینگ یا اختلالات شبکه برق رخ میدهد و یکی از مهمترین دلایل استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند سرج ارستر به شمار میآید.
به چهار شیوه، تاسیسات الکتریکی موجود در یک ساختمان (با هر نوع کاربری) از نوسانات ولتاژ حاصل از کلید زنی در شبکه یا اصابت صاعقه صدمه می بینند. این چهار عامل خسارت زا راه حل تقریبا" یکسانی دارند که در ادامه به آن می پردازیم:
چنانچه صاعقه مستقیما" به آنتن صاعقه گیر نصب شده روی بنا اصابت کند، انرژی آن از طریق هادی های نزولی (سیم های فلزی کشیده شده از سقف به چاه ارت) منتقل می شود. این خبری خوبی برای حفاظت از بنای ساختمان در برابر تخریب و آتش سوزی است اما تاثیر این تخلیه انرژی در مدارهای الکتریکی حفاظت نشده، هولناک است. 50% انرژی تخلیه شده در زمین منتشر می شود و 50% دیگر از طریق سیم کشی ارت به داخل شبکه برق ساختمان بر می گردد. ولتاژ منتقل شده روی سیمهای برق، تلفن، شبکه، آنتن و ... موجب وارد شدن شوک الکتریکی به موجودات زنده (انسان و حیوان) می شود. آتش سوزی و انفجار و تخریب فیزیکی ناشی از تخلیه بار الکتریکی بسیار محتمل است و سوختگی تجهیزات الکتریکی در اثر نوسان ولتاژ قطعی است.
اصابت صاعقه به زمین موجب تولید میدان مغناطیسی بسیار قوی شده که باعث القای ولتاژ در خطوط انرژی و چاه های ارت اطراف تا شعاع 2 کیلومتر میشود. این حادثه در صورت نزدیکی نقطه اصابت به افراد، موجب برق گرفتگی، سوختگی انسان یا حیوان و گاها" مرگ می گردد. در بُعد مالی، صدمات ناشی از القای ولتاژ روی تجهیزات و بالا آمدن جریان قوی الکتریکی از چاههای ارت مجاور محل اصابت، خساراتی شبیه گزینه اول به همراه خواهد داشت.
با اصابت صاعقه به کابلهایی که از مسیرهای رو باز عبور کرده اند، انرژی صاعقه به سمت مصرف کنندگان منتقل می گردند. میزان این انرژی، بسته به نوع پوشش، محافظت و عایق کابل است. شوک الکتریکی به موجودات زنده، انفجار و آتش سوزی و سوختگی تجهیزات الکتریکی از عواقب چنین حادثه ای است.
القای صاعقه به زمین خورده و تولید موج ضربه (سرج) بر کابلهای مجاور، ضربات حاصل از سوئیچینگ در شبکه و قطع و وصل تجهیزات الکتریکی در اطراف، ورود و خروج بارهای خازنی و القایی به /از مدار، اتصال کوتاههای متداول در مکانهای مجاور و حوادث عادی همردیف، بزرگترین عامل تخریب مقاومت عایقی تجهیزات الکتریکی و سوختن آنهاست. تاثیر این اتفاقات مستقیما" از طریق کابلکشی برق وارد محیط ما شده و برای اماکنی که حفاظت نشده اند، مشکل ساز می شوند.
قطعه SPD با نام کامل Surge Protection Device که در ایران بنام سِرج اَرِستِر شناخته می شود، وسیله ای برای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ ناگهانی است و و بر پایه نیمه هادیهای وریستوری یا قفس فارادی عمل می نماید.
حفاظت در برابر اضافه ولتاژ به این شکل عمل می نماید: بهنگام وقوع اضافه ولتاژ، یک دستگاه الکتریکی در معرض اختلاف پتانسیل بالایی قرار می گیرد که می تواند آنرا از بین ببرد، لذا اصلاح مشکل ضروری است. این امر با اتصال سریع و کوتاه مدت تمامی هادی ها توسط سرج ارستر انجام می شود. از طریق این فرآیند، دستگاه الکتریکی اکنون پتانسیل برابری را تجربه کرده و محافظت می شود. با توجه به اینکه یکی از هادی ها، سیم ارت و سیستم ارتینگ است، هم پتانسیل سازی، بمعنی تخلیه ضربه ولتاژ خطرناک در چاه ارت است.
دستگاه های الکتریکی و الکترونیکی دارای مقاومت عایقی در برابر ولتاژ مشخصی هستند. این مقاومت در برابر ولتاژ برای منبع تغذیه حداقل 1500 ولت است. سرج ارسترهای با کیفیت، تفاوت های پتانسیل را جبران کرده و اضافه ولتاژ را به مقدار کمتر از 1500 ولت محدود می کنند. به هر میزان سرج ارستر بتواند سطح این ولتاژ را در مدار پایین تر نگه دارد، از کارایی و نتیجه بهتری بهره مند است.
دستگاه هایی با دو اتصال مختلف (بعنوان مثال: تلویزیونها، روترهای DSL، کنترلکنندههای سیستم گرمایشی) در معرض خطرات خاص و بیشتری هستند. این دستگاه ها هم منبع تغذیه و هم اتصال جریان کم (اتصال داده، اتصال آنتن، خطوط سنسور) دارند. اتصالات اخیر باید به طور ویژه محافظت شوند، زیرا مقاومت در برابر اضافه ولتاژ این ورودی ها بسیار کم است. بنابراین لازم است تمامی اتصالات یک دستگاه در نظر گرفته شود. توصیه می شود که یک ساختار حفاظتی هماهنگ در نظر گرفته و اجرا شود.
یک دستگاه محافظ ولتاژ (SPD) از دستگاه های حساس مانند رایانه شخصی در برابر آسیب اضافه ولتاژ محافظت می کند.
تصویر، مدار حفاظت از اضافه ولتاژ یک سیستم یا یک دستگاه را نشان می دهد. سرج ارسترها در مسیر تمام واسط های موجود نصب می شوند و از ورود اضافه ولتاژ ممانعت می کنند.
شما با کدامیک از مشکلات زیر مواجه هستید؟ انتخاب کنید و راه حل را از ما بخواهید.
3- اصابت صاعقه به بام موجب تخریب فیزیکی و آتش سوزی شده است.
سرج ارسترها بر اساس محل نصب و شدت جریانی که باید تخلیه کنند، به شش کلاس تقسیم میشوند:
بهطور تقریبی، وقتی جریان صاعقه به سیستم ارتینگ میرسد، حدود ۵۰٪ آن مستقیم به زمین میرود و ۵۰٪ باقیمانده وارد نصب داخلی ساختمان (خطوط برق و داده) میشود؛ از این ۵۰٪ داخلی، حدود ۵٪ از کل جریان معمولاً وارد خطوط داده (شبکه/تلفن) میشود. همین تقسیمبندی دلیل اصلی این است که چرا حفاظت فقط روی خط برق کافی نیست و خطوط داده هم باید سرج ارستر مخصوص به خود داشته باشند.
یعنی سطح حفاظت ولتاژی سرجارستر انتخابی باید همیشه کمتر یا مساوی استقامت عایقی (Rated lightning impulse withstand voltage (LIWV)) تجهیزی باشد که قرار است محافظت شود؛ این استقامت بسته به رده تجهیز (نقطهٔ ورود برق، تابلوی فرعی یا خود دستگاه نهایی) در استاندارد VDE 0110 مشخص شده. اگر این هماهنگی رعایت نشود، حتی با وجود سرج ارستر سالم، ولتاژ باقی مانده ممکن است هنوز از حد تحمل دستگاه بالاتر باشد.
در این حالت، تنها یک سرج ارستر در ابتدای خط دیگر کافی نیست، چون امواج انعکاسی و القای القایی در طول کابل میتوانند دوباره اضافه ولتاژ خطرناکی نزدیک تجهیز ایجاد کنند. راهحل استاندارد، نصب یک سرج ارستر دوم و نزدیکتر به تجهیز حساس، یا استفاده از کابل شیلددار با اتصال زمین مناسب شیلد است.
طبق استاندارد، مجموع طول کابل ورودی به سرج ارستر و کابل خروجی آن به شینهٔ همبندی باید کمتر از ۰.۵ متر باشد. دلیل آن افت ولتاژ دینامیکی ناشی از اندوکتانس کابل در لحظهٔ عبور جریان ضربهای است؛ حتی چند متر کابل اضافه میتواند صدها یا هزاران ولت افت ولتاژ ایجاد کند و عملاً سطح حفاظت واقعی سرج ارستر را بیاثر کند. اگر رعایت این فاصله ممکن نباشد، باید از روش سیمکشی V-شکل (V-Wiring) استفاده شود.
بر اساس این مفهوم، کل شبکهٔ برق و داده در یک ساختمان به چند ناحیهٔ حفاظتی (LPZ) تقسیم میشود که از بیرون به داخل، سطح خطر پلهپله کاهش مییابد؛ در هر مرز بین دو ناحیه، باید سرج ارستر متناسب با آن سطح (مثلاً Type 1 در ورودی ساختمان، Type 2 در تابلوی فرعی، Type 3 نزدیک تجهیز) نصب و به سیستم همبندی پتانسیل (Equipotential bonding) متصل شود. این رویکرد پلکانی همان دلیل اصلی نیاز به هماهنگی چند سطحی بین سرج ارسترها است.
سه منشأ اصلی وجود دارد:
شناخت منشأ اضافه ولتاژ در انتخاب نوع و محل نصب سرجارستر مؤثر است.
خیر. سرج ارستر و کلید مینیاتوری دو وظیفهٔ کاملاً متفاوت دارند. کلید مینیاتوری در برابر جریان اضافه بار و اتصال کوتاه محافظت میکند، در حالیکه سرج ارستر در برابر اضافه ولتاژ ناگهانی عمل میکند. به همین دلیل در یک تابلوی برق استاندارد، سرج ارستر معمولاً به همراه یک وسیلهٔ حفاظتی جانبی (مثل فیوز یا کلید پشتیبان) نصب میشود تا در صورت خرابی داخلی خود سرجارستر، ایمنی مدار حفظ شود.
اگر چند سرج ارستر در نقاط مختلف یک شبکه (مثلاً ورودی ساختمان و تابلوی فرعی) بدون هماهنگی مناسب نصب شوند، ممکن است اولین سرجارستر بهتنهایی نتواند کل انرژی سرج را جذب کند و بخشی از آن به سرجارسترهای بعدی منتقل شود، یا برعکس، سرج ارستر نزدیک تر به منبع اضافه بار شود درحالیکه سرج ارسترهای پایین دست بیکار میمانند. فاصلهٔ کابلی بین سرج ارسترها و انتخاب صحیح جریان تحمل هرکدام، بخشی از این هماهنگی است که باید در طراحی شبکهٔ حفاظتی رعایت شود.
جهت آموزش این تکنیک، می توانید به بولتن آمورشی - خبری سپاهان الکتریک بنام "نکات الکتریکی Electro-Tipp" مراجعه کنید.
اغلب سرج ارسترهای مدرن دارای یک نشانگر وضعیت (معمولاً یک پنجرهٔ رنگی یا کنتاکت سیگنال از راه دور) هستند که پس از تخلیهٔ چند سرج شدید یا فرسودگی داخلی، تغییر رنگ میدهد یا سیگنال خطا میفرستد. این فرسودگی معمولاً بهمرور و بدون علامت ظاهری در سطح دستگاه اتفاق میافتد، به همین دلیل بازرسی دورهای و توجه به این نشانگرها اهمیت زیادی دارد؛ چون سرجارستر آسیبدیده دیگر محافظتی ایجاد نمیکند، حتی اگر ظاهراً سرجای خودش باشد.
سطح حفاظت ولتاژی (Voltage Protection Level) نشان میدهد سرجارستر در بدترین شرایط، ولتاژ باقیمانده روی خط را به چه مقداری محدود میکند. این عدد باید همیشه پایینتر از حداکثر ولتاژی باشد که تجهیز مصرفکننده (مثلاً تابلو برق یا دستگاه الکترونیکی) میتواند بدون آسیب تحمل کند؛ در غیر اینصورت، حتی با وجود سرجارستر، باز هم احتمال آسیبدیدن تجهیز وجود دارد. به همین دلیل انتخاب سرجارستر باید متناسب با حساسیت تجهیزات پاییندست انجام شود، نه صرفاً بر اساس قیمت یا برند.
اصولاً سرج ارستر باید قبل از RCD نصب شود تا جریان ضربهای صاعقه پیش از رسیدن به RCD به زمین تخلیه شود و باعث قطع نادرست (Nuisance Tripping) RCD نشود. در شبکههای TT، این کار معمولاً با یک آرایش خاص موسوم به «۳+۱» انجام میشود که در آن فازها از طریق سرج ارستر به نول و نول از طریق یک جرقهگیر ایزوله کننده (اسپارک گپ) به زمین وصل میشود. اگر به هر دلیل نصب ارستر پیش از RCD ممکن نباشد، باید از یک RCD مقاوم در برابر جریان ضربهای (Surge-resistant) استفاده شود.
لطفا برای ارسال نظرات و پیشنهادات خود فرم زیر را تکمیل و ارسال فرمایید .