نحوه حفاظت تجهيزات در مقابل اضافه ولتاژهاي ناشي از سوئيچينگ

علت اضافه ولتاژ در سیستم های الکتریکی چیست ؟

یکی از نکات مهم در بحث ایمنی در برق، حفاظت در برابر اضافه ولتاژ است. اضافه ولتاژ به وجود آمده در خطوط برق و وسایل الکتریکی، خطرات بسیار زیادی را برای وسایل و افراد مجاور آن ایجاد می کند. اضافه ولتاژ تولیدی در خطوط، توسط عوامل داخلی یا بیرونی ایجاد می شود. عامل داخلی ممکن است در اثر اختلالات در شبکه نظیر سوئیچینگ (قطع و وصل خطوط)، اتصال کوتاه، رزونانس در شبکه، وصل مدار جریان بر روی سیم های طویل یا موتورها، تأسیسات با جبران کننده مرکزی و غیره به وجود آید.

انواع اضافه ولتاژ

این اضافه ولتاژ داخلی به دو نوع اضافه ولتاژهای موقت ناشی از نوسانات فرکانس قدرت یا هارمونیک ها (که در شرایط بی باری یا بار بسیار کم رخ می دهند) و اضافه ولتاژ ناشی از کلیدزنی (که دارای دورۀ کوتاه بوده و به شدت میرا هستند) تقسیم می شود.

عوامل بیرونی مانند صاعقه و رعد و برق، بیرون از شبکۀ قدرت وجود دارند که برخورد آنها به ادوات الکتریکی به خصوص در شبکه های دارای سیم های هوایی، یکی از دلایل عمدۀ اضافه ولتاژ محسوب می شوند. دامنۀ اضافه ولتاژهای صاعقه اساساً مستقل از طرح سیستم ها است. در حالی که اضافه ولتاژهای ایجاد شده به وسیلۀ عوامل داخلی مانند کلیدزنی با افزایش ولتاژ کاری سیستم افزایش می یابند.

حفاظت تأسیسات در برابر اضافه ولتاژ

از جمله مواردی که ممکن است موجب بروز آسیب به عملکرد درست تجهیزات و دستگاه های شبکه های تأسیسات برق و خسارت به آن ها و حتی خطراتی برای جان انسان ها شود، اضافه ولتاژهای گذرا در تأسیات برق یا همان پست های برق و تأسیسات فشار ضعیف و اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی و هم چنین اضافه ولتاژهای فوق گذرا که در اثر صاعقه  به وجود می آیند، هستند.

۱– حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا در شبکه های توزیع

در صورتی که در تجهیزات شبکه برق فشار متوسط اتصال زمین رخ دهد، بر شبکه برق فشار ضعیف هم تأثیر می گذارد. حال به منظور پیش گیری از بروز اضافه ولتاژ در شبکه برق فشار ضعیف باید اولاً به منظور جلوگیری از از اثر حوزه ولتاژ روی یکدیگر ، الکترود اتصال زمین تجهیزات شبکه فشار متوسط و الکترود اتصال زمین شبکه فشار ضعیف از یکدیگر مجزا و مستقل باشند و فاصله بین آن ها از ۲۰ متر کمتر نباشد. هم چنین الکترود زمین دیگری نیز تا این شعاع اطراف آن ها نباشد.

ثانیاً در فاصله بین دو الکترود هیچ ارتباط رسانایی نباشد. یعنی به طور مثال لوله های فلزی آب و گاز و … در این فاصله وجود نداشته باشند.

اگر تابلوهای برق فشار ضعیف از تابلوهای برق فشار متوسط، و سازه فلزی پست تفکیک شده باشند و نسبت به یکدیگر عایق باشند، یعنی به طور مثال تابلو برق فشار ضعیف از طریق کف پوش عایق از اسکلت فولادی و تجهیزات برق فشار متوسط مجزا شده باشند، آن گاه باید بدنه تابلو برق فشار ضعیف و نقطه خنثی (نول) برق فشار ضعیف به یک الکترود زمین که در اصطلاح به آن الکترود زمین ایمنی می گوییم، در فاصله حداقل ۲۰ متری با سازه پست وصل شود و بدنه تابلوی فشار متوسط و بدنه ترانسفورماتور و اجزای فلزی ساز پست به الکترود حفاظتی داخل پست متصل شوند.

حال در صورتی که امکان تفکیک عایقی تابلوهای برق فشار ضعیف نسبت به تجهیزات برق فشار متوسط و سازه فلزی پست نباشد، باید بدنه های تابلو برق فشار ضعیف، تابلو فشار متوسط و ترانسفورماتور و همه اجزای فلزی سازه پست به الکترود حفاظتی وصل شوند و نقطه خنثی (مرکز ستاره) برق فشار ضعیف به وسیله کابلی که غلاف عایق (غیر فلزی) داشته باشد به الکترود زمین ایمنی که در فاصله ۲۰ متری از پست برق است، متصل شود.

در ضمن در این حالت باید تابلوهای برق فشار ضعیف از نظر درجه عایق بندی، نسبت به ولتاژ نامی بین فاز و نول، درجه عایق بندی بالاتری داشته باشند.

اگر هیچ یک از شرایط گفته شده امکان پذیر نباشد و نتوان از دو الکترود زمین مستقل و مجزا استفاده کرد، می توان از یک الکترود هم برای حفاظت و هم برای ایمنی استفاده کرد؛ به شرط آن که مقاومت کل الکترود زمین از یک اهم بیشتر نشود.

۲– حفاظت در برابر اضافه ولتاژ در تأسیسات برق فشار ضعیف

سیستم نیروی برق از یک شبکه توزیع فشار متوسط که انواع مختلفی دارد به شبکه توزیع فشار ضعیف می رود و مطابق شکل به خانه های ما می رسد. ولتاژ ۲۰ کیلو ولت شبکه های توزیع سه فاز، توسط ترانسفورماتور به ولتاژ ۴۰۰ ولت بین دو فاز و ۲۳۰ ولت بین فاز و نول کاسته شده و در اختیار مصرف کننده ها قرار می گیرد (از به هم وصل شدن یک سر سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور نقطه مرکزی N  یا نول به وجود می آید).

در این نوع ترانسفورماتورها نقطۀ مرکزی (N) به زمین وصل می شود. اتصال یک قسمت از شبکۀ الکتریکی، مستقیماً یا توسط امپدانس را با زمین (اتصال زمین الکتریکی) می نامند.

               شبکه توزیع و ترانسفورماتور محلی و چگونگی اتصال نقطۀ نول

به علت وجود نقطه اتصال به زمین در سیستم فشار متوسط، در ﺻﻮرت اﺗﺼﺎل ﻳﻚ ﻓﺎز ﺑﻪ ﺑﺪنۀ ﻓﻠﺰی دﺳﺘﮕﺎه اﺧﺘﻼف ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ ﺑﻴﻦ ﺑﺪﻧﻪ و زﻣﻴﻦ ﺑﻪ وﺟﻮد ﻣﻲآﻳﺪ. ﺣﺎل اﮔﺮ ﺷﺨﺼﻲ ﺑﺪنۀ دﺳﺘﮕﺎه را ﻟﻤﺲ ﻛﻨﺪ ﻣﺪار ﺑﺴﺘﻪ ای ﺷﺎﻣﻞ ﺳﻴﻢ ﻓﺎز، ﺑﺪن ﺷﺨﺺ، زﻣﻴﻦ و اﺗﺼﺎل ﺑﻴﻦ زﻣﻴﻦ و ﻧﻘطۀ  ﻣﺮﻛﺰی ﺗﺮاﻧﺴﻔﻮرﻣﺎﺗﻮر ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻣﻲ ﺷﻮد. جریان به وجود آمده در این مدار، از بدن شخص عبور می کند و چنانچه مقدار این جریان از ۰٫۰۵ آمپر بیشتر شود، خطرناک خواهد بود و ممکن است سبب برق گرفتگی و مرگ آن شخص شود و اهمیت حفاظت الکتریکی مشخص می شود.

• هر چه مقدار جریان عبور بدن زیادتر شود خطر مرگ از برق گرفتگی بیشتر می شود.
• ولتاژ تماس عبارت است از اختلاف پتانسیلی که در بدن شخص در هنگام برق گرفتگی ایجاد می شود.

بیشتر بخوانید:

برای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ در تاسیسات فشار ضعیف به چه تجهیزاتی احتیاج داریم ؟

کلید مینیاتوری

در صورت بروز اتصالی بین فاز و نول، به منظور پیش گیری از اضافه ولتاژ در نول باید وسایل حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ در مدار قرار داده شود. در این راستا از استفاده می شود که اجازه نمی دهد ولتاژ روی نول باقی بماند.

قطع نول موجب مواج شدن ولتاژ بین فازها و نول (نول شناور) می شود که از بین رفتن عایق بندی و سوختن حدود ۲/۳ لوازم و تجهیزات برقی را به دنبال دارد. بنابراین برای جلوگیری از قطع نول باید تمهیدات لازم انجام گیرد.

در صورت اتصال اتفاقی فاز به سیستم اتصال زمین شبکه کامپیوتر و IT، تغییرات شدید ولتاژ در این شبکه ها رخ می دهد که به منظور جلوگیری از آن باید مسیر و محل عبور مدارهای برق فشار ضعیف باید به گونه ای طراحی و اجرا شوند که این اتفاق رخ ندهد.

رله کنترل فاز

در مورد مصارف برقی سه فاز موتوری یا دیگر وسایل برقی مشابه که قطع فاز یا جا به جایی فاز موجب بروز آسیب و خسارت در این دستگاه ها می شود (به طور مثال جا به جایی دو فاز در موتور موجب تغییر جهت چرخش موتور می شود)، باید وسیله حفاظتی مناسبی در نظر گرفته شود که در این راستا به طور معمول از استفاده می شود.

رله کنترل ولتاژ

 تجهیزات مورد استفاده در یک شبکه الکتریکی برای کار در یک ولتاژ مشخصی طراحی شده اند. بنابراین نباید ولتاژ اعمالی به آنها از حد مشخصی کمتر یا بیشتر شود محدودۀ این تغییرات به نوع دستگاه بستگی دارد. برای حفاظت شبکه های الکتریکی در برابر تغییرات ولتاژ از رله ای برای مشخص کردن کاهش یا افزایش ولتاژ استفاده می شود که به آن می گویند.

   رله در حالت کنترل کاهش ولتاژ برای حفاظت تجهیزاتی که در اثر افت ولتاژ آسیب می بینند (مانند الکتروموتورها)  به کار برده می شود. این رله معمولاً دارای یک تنظیم ولتاژی – تنظیم زمانی است و در صورت افت ولتاژ شبکه تا حد تنظیم شده و پس از زمان تنظیم شده عمل می‌کنند. 

   رله در حالت کنترل اضافه ولتاژ برای حفاظت شبکه در برابر اضافه ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد و معمولاً دارای دو تنظیم زمانی و ولتاژی است. در صورت افزایش بیش از حد ولتاژ شبکه و رسیدن به هدف تنظیم شده در زمان تنظیم شده عمل می‌کند. این رله ها معمولاً در خروجی ژنراتورها و روی باس بار اصلی نصب می شود.

۳– حفاظت در برابر اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه

محافظت در برابر اضافه ولتاژ ناشی از اثرات صاعقه در ساختمان و به خصوص ساختمان هایی که در آن تجهیزات، دستگاه ها و سیستم های تأسیسات برقی مانند دستگاه های الکترونیکی حساس، شبکه های کامپیوتری و سیستم های IT به طور گسترده و قابل ملاحظه ای مورد استفاده باشند، لازم است.

صاعقه چیست و چطور ایجاد می شود؟

در موقعی که اتمسفر دارای هوای مرطوب است، جریان های متصاعدی توده های هوا را به ارتفاعات برده در این موقع پدیده متراکم شدن ایجاد شده و باران می بارد. چنانچه به علت وجود حرارت، فشار، بخار و علل مشابه این توده های هوای مرطوب به ارتفاع بالاتری متصاعد شوند کنداسه شدن هوا توام با متصاعد شدن حرارت خواهد بود. این امر باعث بالا رفتن مجدد توده های فوق می شود. قسمت فوقانی ابری که بدین شکل تشکیل شده است در منطقه بسیار سرد قرار گرفته و ایجاد کریستال های یخ می نماید. کریستال های یخ تولید الکتریسیته در جو می کند که این عمل مشابه کار یک ژنراتور الکتریسیته ساکن است.

در محوطه محدودی که در وسط منطقه صاعقه خیز قرار گرفته است فشار بارومتری از قسمت خارجی این منطقه کمتر است. منطقه فوق را می توان کاملاً به یک لوله گاز شبیه کرد که یکی از الکترودهای آن سطح قاعده ابر و الکترود دیگر آن زمین است. در مواقعی که فعل و انفعالات مربوط به صاعقه در شرف انجام شدن است.

ابرها به صورت خاصی در می آیند بدین ترتیب که بار الکتریکی منفی در سطح قاعده ابر و بار مثبت در بالای آن ایجاد می گردد و چنانچه این فعل و انفعالات در بالای زمینی به وجود آید که از حیث ساختمان ژئولوژیکی عایق باشد باعث تجمع بارهای مثبت در آن می گردد.

وجود این بارها در مقابل یکدیگر باعث ایجاد عدم تعادل الکتریکی می شود. در موقعی که میزان بار الکتریکی به آستانه معینی برسد هوایی که بین زمین و قاعده ابر قرار گرفته تحت اثر دشارژهای الکتریکی مختصر شروع به یونیزه شدن می کند این یونیزاسیون به طور یکنواخت تشکیل نمی شود و پخش توده های گاز و مولکول ها بعلت جریان های صعودی هوا و بادها متغییر و به طور نوسانی انجام می گیرد.

در نتیجه اغلب چند کانال از هوای یونیزه به وجود می آید. در این حالت بارها الکتریکی برای به وجود آوردن صاعقه کافی نبوده بلکه فقط یک روشنایی موقتی و کم دوام ایجاد می کنند که اغلب غیر قابل رؤیت بوده ولی باعث افزایش یونیزاسیون هوا در مسیر خود می شود. این امر باعث به وجود آوردن کانالی می شود که برای تکمیل آخرین مرحله صاعقه لازم است.

به موازات تخلیه بار منفی که از طرف ابر به زمین انجام می گیرد شدت میدان الکتریکی افزایش یافته و باعث تخلیه بار مثبت از زمین به طرف ابر می شود که به آن برخورد کرده و ایجاد صاعقه می نماید. این صاعقه کانالی بین ابر و زمین باز کرده و از راه این کانال دشارژها جریان پیدا کرده و تعادل الکتریکی را برقرار می نماید.

جریانی که در تخلیه الکتریکی فوق به وجود می آید به میزان چندین کیلو آمپر می رسد. هر چند که این فعل و انفعالات در مدت زمان کوتاهی به وقوع می پیوندد ولی مجموعه آنها به طور کلی شامل رویدادهای است که پشت سر هم و یکی پس از دیگری به وقوع می پیوندد و هر یک به نوبه خود دارای اهمیت هستند. به طور کلی برق آسمانی به دو صورت ظاهر می شود : برق خطی و برق کروی.

برق خطی خود دارای انواع مختلفی است که اهم آنها عبارات از: نورانی، راکتی، زیکزاک و چند شاخه.

برق کروی در عین زیبایی و دید جالبی که دارد خطرناک تر از برق خطی بوده و بندرت پدید می آید. برق کروی به شکل اخگری گرد به قطر ۱۰ تا ۲۰ سانتیمتر همانند کلوخی غلتان و آتشین حرکت می نماید و همواره در هوا با صدای صفیر و صورت نمایان شده و در طول چند ثانیه و گاهی اوقات چند دقیقه دیده شده و بعد با صدای مهیبی منفجر می شود.

طول صاعقه بین ابر و زمین به ندرت از یک مایل (۲/۵ کیلومتر) تجاوز می نماید ولی بین ابرها گاهی طول آن از ۵۰ کیلومتر مایل هم تجاوز می کند. پهنای گذر صاعقه از درون گرچه از چند سانتی متر تجاوز نمی کند ولی قادر است درجه حرارت یک باره بقدری بالا برد که مقدار عظیمی بخارها و گازهای هوایی مجاور نورانی شده و در لحظه ای کمتر از ثانیه موجب ایجاد امواج بسیار متراکم شبیه یک انفجار عظیم که آن را رعد می نامند گردد.

یک چنین تخلیه عظیم الکتریکی بسیار نیرومند معمولاً در سر راه خود باعث ترکیب O با O₂ و تشکیل O₃ (اوزون) و همچنین ترکیب اکسیژن با نیتروژن و ایجاد اکسیدهای ازت می گردد.

با توجه به مسائل فوق اثرات خطرناک صاعقه اجتناب ناپذیر بوده و اگر به وجود آید ضررهای جانی و مالی فراوانی به صورت مستقیم مثل سوزاندن و پرتاب کردن اشیاء و غیر مستقیم مثل القاء جریان الکترومغناطیسی که باعث انفجار و احتراق و… ایجاد می کند. همان طوری که مشاهده شد شرایط جوی مناسب و وضعیت خاص ژئولوژیکی زمین ممکن است وضع یک ناحیه که می تواند از نوع مسکونی یا و صنعتی باشد را تبدیل به منطقه ای صاعقه خیز بکند.

 برای مقابله با خطرات صاعقه از اصول شکل گیری آن استفاده شده و سعی می شود با دخل و تصرف و در آن امکان بروز و پیامدهای آن به حداقل خود برسد.

صاعقه چگونه موجب آسیب به تجهیزات می شود؟

کوپلاژ مقاومتی

با برخورد صاعقه به ساختمان، جریان تخلیه شده  به زمین، موجب افزایش زیاد پتانسیل زمین در سیستم های برق و دیتا می شود که بخشی از جریان صاعقه از طریق کابل به ساختمان دیگر منتقل می شود.

کوپلاژ سلفی Inductive coupling

با عبور جریان صاعقه از هادی میدان مغناطیسی ایجاد می شود. خطوط میدان ایجاد شده هادی های موجود در ساختمان که با هم تشکیل حلقه (لوپ) داده اند را قطع می کند و باعث تولید ولتاژی معادل چند ده کیلو ولت در آن ها می شود.

کوپلاژ خازنی

با ایجاد میدان الکتریکی در نزدیک نقطه تخلیه صاعقه، کابل ها و هادی ها در نقش خازن و هوا به عنوان دی الکتریک بین آن ها قرار می گیرد که در این حالت نیز کابل ها دچار یک افت ولتاژ بالا می شوند.

تصاویر زیر نیز به خوبی گویای اثرات صاعقه بر تجهیزات الکتریکی است:

برقگیر حفاظتی یا SPD

به تجهیزاتی که برای حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ و ایجاد محدودیت در اثرات اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه بر روی تجهیزات برقی و حفاظت از آن ها استفاده می شود، برقگیر حفاظتی یا SPD می گویند.

 امروزه برای حفاظت تجهیزات قدرت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا، اغلب از برقگیر استفاده می شود. برقگیرها نسبت به سایر وسایل حفاظتی، بهترین حفاظت و بیشترین مقدار حذف امواج گذرا را فراهم می کنند. این وسیله به صورت موازی با وسیلۀ تحت حفاظت و یا بین فاز و زمین قرار می گیرد. انرژی موج اضافه ولتاژ توسط برقگیر به زمین منتقل شده و افت ولتاژ ناشی از جریان تخلیۀ برقگیر نیز به یک مقدار معینی (در حد سطح حفاظتی برقگیر) محدود می شود.

SPD ها با عنوان سرج ارستر نیز شناخته می شوند و بر دو نوع هستند:

• ارستری که در حالت عادی دارای امپدانس زیاد بوده ولی در هنگام وجود شوک ولتاژ (Surge)، به طور ناگهانی امپدانس آن کاهش می یابد.
• ارستری که در حالت عادی دارای امپدانس زیاد بوده ولی در هنگام وجود شوک ولتاژ (Surge)، به طور پیوسته امپدانس آن کاهش می یابد.

برقگیر حفاظتی (SPD) در صورت عدم وجود ترانس در اولین تابلو برق در نقطه ورودی به ساختمان، و در صورت وجود ترانس در اولین تابلوی برق فشار ضعیف در سیستم توزیع نیرو نصب می شود.

SPD علاوه بر این که در تابلو ورودی نصب می شود باید برای تابلو تغذیه کننده دستگاه های حساس نصب شود. انتخاب برقگیر با توجه به سطح ولتاژ حفاظت، جریان تخلیه الکتریکی و جریان ضربه صورت می گیرد. حداکثر سطح ولتاژ عملکرد برقگیر حفاظتی در تأسیسات برق ۲۳۰/۴۰۰ ولت، ۲/۵ کیلو ولت است.در شکل زیر موقعیت SPD در سیستم IT را مشاهده می کنید:

در شبکه توزیع سیستم نیروی TT برقگیر حفاظتی در طرف تغذیه بار و بعد از کلید حفاظتی جریان باقی مانده (RCD) نصب می شود. به عبارتی کلید محافظ جان RCD در ورودی تابلو و بعد از SPD بین هر فاز و ارت و هم چنین بین نول و ارت قرار می گیرد. شکل زیر موقعیت SPD را در مدار سیستم TT نشان می دهد:

 نصب برقگیر حفاظتی در سیستم TT به صورت دیگری نیز امکان پذیر است و آن این که SPD قبل از کلید محافظ جان RCD قرار می گیرد.  در تابلو اصلی در سیستم TN، برقگیر حفاظتی (SPD) بین فاز و ارت قرار می گیرد. شکل زیر موقعیت SPD را در سیستم TN نشان می دهد:

موقعیت نصب SPD در مدار، در شکل زیر نمایش داده شده است.

در تصویر زیر مقایسه موقعیت SPD را در حالت تک فاز و سه فاز در دو سیستم TT و TN را مشاهده می کنید:

۴– حفاظت سیستم های قدرت در برابر اضافه ولتاژ

   بنا به دلایل ذکر شده لازم است از وسایل حفاظتی محدود کنندۀ جریان ضربه برای حفاظت سیستم های قدرت در برابر اضافه ولتاژ استفاده شود. یک وسیلۀ حفاظتی محدود کنندۀ ضربه باید اضافه ولتاژهای گذرا یا ولتاژهایی که باعث تخریب تجهیزات شبکه می شوند را محدود کرده و به زمین هدایت کند. هم چنین باید بتواند این کار را بدون آنکه آسیبی ببیند به دفعات تکرار کند.

   بر این اساس، دو نوع سیستم حفاظت خارجی و داخلی برای حفاظت از عوامل خارجی و داخلی ایجاد اضافه ولتاژ تعریف می شوند. وسایل حفاظتی مانند برقگیرها، سیم های زمین (برای حفاظت خطوط و تجهیزات از برخورد مستقیم صاعقه)، جرقه گیرها، خازن های ضربه و مقاومت های زمین کننده، وریستورها (Sic , Zno)، دیودهای بهمنی (برای تغییر و دگرگونی شکل موج اضافه ولتاژها) و فیلترهای RC (برای حذف موج ضربه) نمونه ای از این سیستم های حفاظتی هستند.

انواع سیستم های حفاظت قدرت

استفاده از سیم زمین جهت حفاظت سیستم قدرت

   برای حفاظت در صورت برخورد مستقیم صاعقه به خطوط انتقال انرژی، سیم زمین (گارد) نصب می شود. حفاظت در برابر افزایش ولتاژ ناشی از برخورد مستقیم صاعقه به مدار حامل جریان با حفاظت در برابر برخورد غیرمستقیم صاعقه متفاوت است. امواج فشارقوی در اثر برخورد مستقیم صاعقه به خط، در دو طرف آن به صورت یک موج سیار پیشروی می کنند.

   به منظور جلوگیری از پیشرفت بیشتر موج، در مکان مناسبی برقگیر نصب می شود. زمانی که ولتاژ پشت موج به مقدار لازم برای عملکرد برقگیر برسد، خط انتقال توسط برقگیر، اتصال زمین می شود و جریان موج توسط برقگیر به زمین تخلیه می شود که به این روش، حفاظت خارجی گفته می شود. اما قسمتی از پشت موج که هنوز به حد عملکرد برقگیر نرسیده است از محل برقگیر عبور می کند و به صورت موج بریدۀ سیار در طول سیم پیشروی کرده و وارد تأسیسات الکتریکی و پست می شود. برای جلوگیری از ضرر و زیان این قسمت از موج، موج گیرهایی در مسیر موج سیار نصب می شوند که به این روش، حفاظت داخلی گفته می شود.

   از هادی ارت بیشتر جهت حفاظت ساختمان ها کاربرد دارد و ارتباط بین برقگیر و سیستم زمین توسط آن انجام می گیرد. باتوجه به استاندارد NFC اگر ارتفاع ساختمان بیشتر از ۲۸ متر باشد یا اینکه طول ساختمان از ۲ برابر ارتفاع آن بزرگتر باشد باید برای اتصال برقگیر به سیستم زمین از هادی میانی (حفاظتی) استفاده نمود.

  نکتۀ قابل توجه در مورد هادی میانی، تخلیۀ جانبی است. اگر هنگام نصب اتصالات هادی میانی به اندازۀ کافی دقت نگردد، امکان ایجاد اتصال کوتاه و تخلیۀ انرژی از مسیرهای نا مناسب وجود دارد که خطر این مسئله می تواند بیشتر از خطر اصابت صاعقه باشد.

 برقگیرها باید ویژگی های  اصلی زیر را داشته باشند:

• در اضافه ولتاژها به منظور محدود سازی سطح ولتاژ، امپدانس کم داشته باشند.
• پس از حذف و عبور اضافه ولتاژ، توانایی بازگشت به شرایط کار عادی خود (شرایط مدار باز) را داشته باشند.
• در ولتاژ نامی شبکه به منظور کاهش تلفات، برقگیرها باید مانند یک مقره، امپدانس بی نهایت داشته باشند.

برقگیرها معمولاً در ابتدای خطوط ورودی و خروجی پست های فشارقوی، بر روی خطوط توزیع انرژی، خروجی ژنراتورها، دو طرف ترانسفورماتورهای قدرت، بر روی سیم پیچ سوم ترانسفورماتور، دو طرف بانک های خازنی و راکتورها و خطوط عبوری از مکان های کوهستانی و مکان های با سابقۀ ایجاد صاعقه نصب می شوند.

برقگیرها به طور کلی در انواع ساده (فرانکلین)، کنترل کننده (مقاومت غیرخطی) و داخل تابلو ساخته می شوند. ساده ترین نوع برقگیر که در سال ۱۷۵۳ به وسیله بنجامین فرانکلین طراحی و ساخته شد، میلۀ فرانکلین نامیده می شود.

لازم به ذکر است کلیدهای سرج ارستر SPD در تابلوهایی که تجهیزات، دستگاه ها و سیستم های مختلف تأسیسات برقی مانند دستگاه های الکترونیکی حساس (منبع تغذیه و PLC)، شبکه های کامپیوتری و IT را تحت پوشش دارند، مورد استفاده قرار می گیرد و همان طور که قبلاً گفته شد سطح عملکرد آن از ۲/۵ کیلو ولت بیشتر نیست. اما ولتاژ کاری صاعقه گیرها از حدود یک کیلو ولت تا ۲۰۰ کیلو ولت است و حساسیت کمتر و قدرت قطع بالاتری دارند.

برای خرید کلید مینیاتوری می توان به صورت مستقیم به فروشگاه اشنایدر واقع در لاله زار جنوبی  مراجعه کرد. اما پیشنهاد ما این است که به جای خرید حضوری کافیست به سایت ما مراجعه کنید و خرید تان را از طریق آن به ثبت برسانید. میتوانیم این اطمینان را به شما بدهیم که کلیه محصولات ما از برند اشنایدر است و دارای گارانتی 18 ماهه می باشند.

انواع برقگیر

برقگیر میله ای

از معایب اصلی برقگیر میله ای (جرقه گیر با فواصل هوایی)، عدم توانایی در خاموش نمودن جرقه است و هنگامی که بر اثر برخورد صاعقه جرقه زده شد، این جرقه تا زمانی که دستگاه بی برق گردد، باقی خواهد ماند در نتیجه پس از هر بار ایجاد جرقه باید شبکه بی برق شده و مجدداً برق دار گردد. تنها مزیت این نوع برقگیرها ارزان بودن ( به خاطر سادگی ساختارشان) است.

ساختار برقگیر میله ای  ساختار برقگیر میله ای با فاصله هوایی

برقگیر لوله ای

 در این نوع برقگیر جریان هدایت شونده پس از یک یا چند دوره (در اثر گازی که خود برقگیر تولید می کند) ازبین می رود. لذا به این نوع برقگیر جرقه خاموش کن نیز گفته می شود.

از این نوع برقگیرها به منظور کوتاه کردن زمان عبور جریان هدایت شونده (پرهیز از وقوع اتصال کوتاه) استفاده می شود. برقگیر لوله ای شامل یک فاصلۀ هوایی برای جرقه زدن در فضا ویک فاصلۀ دیگر در درون یک محفظۀ مخصوص است که با هم به طور سری قرار دارند.

برقگیر سیلیکن کاربید (سوپاپی)

در این نوع برقگیر برخلاف جرقه گیرها، پس از عمل کردن آن شبکۀ قدرت قابلیت بازگشت به حالت اولیه را خواهد داشت. برقگیرهای SiC به هیچ عنوان نباید تحت اضافه ولتاژهای با فرکانس قدرت شبکه عمل کنند، زیرا باعث ایجاد اتصال کوتاه به زمین و عبور انرژی زیاد از آن شده و از بین می روند.

ساختار برقگیر سوپاپی

برقگیرهای SiC سطح اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه و کلید زنی را به حد مشخصی کاهش می دهند که این حد بستگی به ولتاژ نامی برقگیر دارد.

برقگیر نوع اکسید فلزی

این نوع برقگیرها در عمل کمتر از برقگیرهای دارای فاصلۀ هوایی گرم می شوند و تکرار عملکرد آنها کمتر مشکل ایجاد می نماید. از مزایای دیگر این نوع برقگیرها، سرعت عملکرد در پیشانی موج است. به این معنی که تأخیری که در برقگیرهای دارای فاصلۀ هوای وجود دارد، در این نوع برقگیرها خیلی کمتر است. با توجه به عدم وجود فاصلۀ هوایی، امکان موازی کردن برقگیر اکسید روی وجود دارد. به این ترتیب می توان تحمل برقگیر در مقابل جریان های زیاد را افزایش داد.

یکی از مشکلات برقگیرهای اکسید روی جریان نشتی در فرکانس قدرت است. از مهمترین عیب های برقگیر اکسید روی قیمت زیاد آنها نسبت به دیگر برقگیرها است. علاوه برآن برقگیرهای اکسید روی در سیستم های با نوسانات ولتاژ قابل ملاحظه، بیشتر از برقگیرهای اکسید روی در معرض خطر آسیب دیدگی قرار می گیرند.

نمونه ای از برقگیرهای اکسید فلزی

نصب برقگیر خط بین فاز – دکل به صورت موازی با زنجیره مقره یا به جای مقره هزینه سنگینی را در بردارد. بنابراین، باید به دنبال کاهش هزینه نصب برقگیرها بود و جلوی خروج خطوط بر اثر تخلیه اضافه ولتاژهای ناشی از تخلیه جوی بر خط را گرفت.

روش جدید حفاظت خطوط انتقال استفاده از یک سطح طولانی جهت هدایت قوس الکتریکی ناشی از تخلیه می باشد برقگیرهای قوس طولانی می توانند بین هادی و زمین و یا بصورت سری با مقره قرار بگیرند.

ساختار این برقگیرها ساده بوده و در نتیجه نسبت به سایر برقگیرها ارزانتر و مقرون به صرفه تر هستند، به طوری که قیمت آن در حدود یک دهم قیمت برقگیرهای ZnO است.

Lightning rod میله های فلزی یا هایی که در ارتفاع و بالای ساختمان و برج های مخابراتی نصب می شوند و با برخورد صاعقه یا آذرخش به این میله مسیر انتقال جریان به زمین فراهم می شود. صاعقه گیر سازه ها را نیز در برابر آذرخش محافظت می کند.

سرج ارستر وسیله ای به منظور محافظت تأسیسات الکتریکی و تجهیزات در برابر سرج الکتریکی و ولتاژ گذرا ناشی از خطاهای الکتریکی مانند سوئیچینگ، اتصال کوتاه، جرقه و رعد و برق مورد استفاده قرار می گیرد.

SPD ها نیز گاهی با عنوان سرج ارستر شناخته می شوند. این قطعات در داخل تابلو برق به منظور حفاظت تجهیزات در برابر اضافه ولتاژهای لحظه ای و ناگهانی نصب می شوند. این تجهیز در صورت بروز اختلاف پتانسیل در دو سر آن موجب ایجاد مسیر بسته ای برای تخلیه جریان سرج در زمین و کاهش سطح اضافه ولتاژ است.

اجزاء سیستم حفاظت از صاعقه 

در یک سیستم صاعقه اساساً از سه قسمت اصلی تشکیل شده است که از:

۲– هادی ها conductor

قسمت های مختلف صاعقه گیر

آنتن های برقگیر

 عبارتند از جسم نوک دار با الکترود لوله ای در اندازه مشخص و یک پایه که دارای و یک زمینه هدایت کنندگی است. وظیفه آنتن برقگیر این است که تخلیه الکتریکی صاعقه را که احتمال دارد در ساختمان تحت حفاظت صورت گیرد به طرف خود منحرف نموده و به طرف زمین بارهای مربوطه را هدایت می نماید. محل نصب آنتن برقگیر در بلندترین نقطه ساختمان است.

نمونه ای از آنتن های صاعقه گیر

هادی ها در آنتن های برقگیر

 این هادی ها سبب ارتباط الکتریکی آنتن های برفگیر به زمین و به یکدیگر و نیز به اجسام فلزی مجاور می گردد. وظیفه هادی ها تخلیه بارهای صاعقه از آنتن برقگیر به زمین است. هادی ها می توانند به صورت تسمه ای با کابلی شکل باشند.

سیستم اتصال به زمین

 سیستم اتصال زمین از یک یا چند الکترود که بارهای الکتریکی را از آنتن توسط هادی های نزولی به زمین منتقل می کند تشکیل شده است که  این رابط ها از پیوند الکتریکی ما بین دو یا چند قسمت یک سیستم حفاظتی تشکیل شده است.

اتصالات در صاعقه گیر

 عبارتند از هادی هائی که به منظور فراهم نمودن اتصال الکتریکی ما بین حفاظت صاعقه و قسمت های فلزی دیگر و ما بین قسمت های مختلف اخیر برقرار شده است.

بست ها در صاعقه گیر

که جهت محکم نمودن هادی ها به ساختمان به کار می روند. این بست ها برای اندازه های مختلف تسمه باید طراحی گردد.

منطقه بندی حفاظتی ساختمان در برابر صاعقه 

LPZ0B : ناحیه خارج از ساختمان با شدت حداکثر میدان مغناطیسی است با این تفاوت که خطر برخورد مستقیم صاعقه وجود ندارد. در این شرایط بخشی از تأسیسات داخلی تحت تأثیر جریان صاعقه قرار می گیرند.

LPZ1: ناحیه ای در داخل ساختمان است که در این ناحیه شوک جریان صاعقه توسط هادی ها و تجهیزات حفاظتی (SPD) توزیع شده و شدت میدان هم از طریق هادی موجود در سازه ساختمان و یا شیلدینگ فضاهای داخلی کاهش می یابد.

LPZ2…n: شامل مناطق داخلی ساختمان می شوند که تجهیزات حفاظتی (SPD) محدودیت بیشتری را در مقابل جریان های ضربه ای و القای صاعقه اعمال می کند و شدت میدان هم به وسیله شیلدهای تکمیلی بسیار کاهش پیدا می کند.

١– سیستم حفاظت در سوله ها (یا بام های مسطح)

در این سیستم از روشی موسوم به سیستم حفاظت فاراده استفاده می نمایند. آنتن برقگیر به صورت لوله های کوتاهی است با نوک تیز که در چند متری یکدیگر دور تا دور پشت بام یا در خط الرأس سقف سوله قرار دارند.

قطر و ضخامت آنتن برقگیر در صورت استفاده از میله باید مطابق با جداولی که ابعاد اجزاء تشکیل دهند سیستم حفاظت صاعقه را می دهد اجرا می شود.

۲– بام های با شیب تندر (سوله)

 حداکثر فاصله بین میله های برقگیر در خط الراس سوله های با شیب تند، ۶ تا ۸ متری باشد.

تذکر: سقف های با شیب ملایم آن هایی هستند که در عرض آنها چنانچه مساوی یا کمتر از ۴۰ فوت (۱۲ متر) باشد شیب آن ها کمتر از ^۱/_۸، چنانچه متجاوز از ۴۰ فوت (۱۲ متر) باشد شیب آن ها کمتر از ^۱/_۴ باشد.

۳– سقف با شیب ملایم 

– چنانچه عرض آن ها از ۱۵ متر بیشتر باشد باید علاوه بر آنکه دارای آنتن های اضافی در خط الراس و نقاط لازم دیگر باشند که فاصله آن ها از ۱۵ متر متجاوز نکند دور تا دور آن ها نیز آنتن هایی به فواصل ۶ تا ۸ متر باید نصب گردد.

– فاصله آنتن های برقگیر از انتهای بام یا خط الرأس سوله یا تغییر مسیر هر بام باید در حدود ۲ فوت (۶۰ سانتی متر) باشد.

 – طول آنتن ها حداکثر ۱۵۰ و حداقل ۳۰ سانتی متر است.

– آنتن های برقگیر باید در قسمت های اساسی و محکم و در بلندترین نقطه ساختمان نصب گردند و سطح مقطع نقطه اتکاء حداقل باید با سطح مقطع باید یکی باشد و طوری به وسیله محکم گردند که احتمال واژگون شدن به وسیله باد را نداشته باشند.

– آنتن های برقگیر با ارتفاع متجاوز از ۶۰ سانتی متر باید نگهداری آنها از نقطه ای باشد که ارتفاع آن کمتر از نصب ارتفاع آنتن نباشد.

سیستم حفاظت زاغه ها و انبارهای محتوی مواد قابل انفجار و اشتعال

برای حفاظت از این گونه ساختمان ها از ۲ تا ۴ یا بیشتر میله برقگیر که به صورت موازی و عمودی در دو طرف زاغه نصب و توسط یک هادی معلق (سیم گارد) هر دو آنتن روبه روی هم ارتباط داده می شوند، استفاده می گردد. آنتن های برقگیر می تواند از آهن گالوانیزه به ابعاد و ضخامت مناسب با ارتفاع حداکثر معادل ۶۰  سانتیمتر با یک مخروط مسی در راس آن با زاویه ۳۰ درجه باشد.

میله های برقگیر را می توان در صورت امکان بالای دو خاکریز اطراف زاغه یا به طور محکم به نوک دیرک ها بسته و به سیستم اتصال به زمین مرتبط نمود. حداقل فاصله دیرک تا دیواره ساختمان تحت حفاظت باید و دو متر باشد.

• حداکثر ارتفاع برفگیر از نوک دیرک باید ۶۰ سانتی متر باشد در این حالت بهتر است سیم گارد را از زیر میله برقگیر به پائین آنتن برقگیر متصل نمود.
• درب زاغه و اجزا فلزی دیگر از قبیل آرماتورها باید به وسیله هادی های جداگانه به یک الکترود اتصال به زمین مجزی متصل شوند.
• سطح تماس اتصالات حداقل باید ۱۰ سانتی متر باشد . توصیه می گردد چنانچه از غیر جوش فلز استفاده می شود این سطح حداقل ۵۲۰۰۰ سانتی متر مربع باشد.
• هیچ گونه درختی در نزدیکی زاغه ها یا بناهای حساس تا فاصله ۳ متری نباید باشد. در غیر این صورت باید توسط برقگیر جداگانه حفاظت شود.

هادی های برقگیر

 هادی ها و سیم های رابط، کلیه آنتن های برقگیر را به هم و سپس به الکترود اتصالی زمین و نیز کلیه قسمت های فلزی ساختمان را که لازم باشد به سیستم ارت متصل می نماید.

سیم های هادی باید با کمترین مقاومت از آنتن هوائی تا زمین کشیده شود. مستقیم ترین مسیر بهترین مسیر است، هادی ها نباید خمیدگی با شعاعی کمتر از ۲۰ سانتی متر داشته باشد. زاویه خمیدگی از ۹۰ درجه نباید کمتر باشد، مسیر هادی باید به سمت زمین یا افقی باشد.

• از پیچش و خمیدگی در طول هادی حتی الامکان باید جلوگیری نمود در غیر این صورت طول هادی که تشکیل حلقه یا خمیدگی را می دهد نباید متجاوز از ۸ برابر پهنای دهانه حلقه یا گره باشد.
• هادی ها باید محکم و مطمئن به ساختمان متصل شوند. این بست ها به وسیله میخ ، پیچ و یا هر میله دیگری که از جنس هادی و در برابر الکترولیت و خوردگی مقاوم باشد باید محکم گردد.
• در بام های مسطح و یا با شیب ملایم، هیچ قسمت از سقف نباید بیش از ۵ متر از نزدیکترین هادی افقی  قرار گیرد.
• تعداد هادی های نزولی برای هر ۲۰ متر فاصله پیرامون بام (با قسمت های مربوطه) با پیرامون ساختمان در سطح زمین (هر کدام که بزرگتر است) یک عدد باید باشد . برای ساختمان های بلندتر از ۲۰ متر، به ازاء هر ۱۰ متر پیرامون یک عدد هادی باید به زمین اتصال یابد. در هر صورت حداقل ۲ هادی باید از هر طرف زمین کشیده  شود.
• در بام های مسطح یا با شیب ملایم خط مسیر هادی از روی بام به طرف زمین باید از گوشه و کنار  ساختمان باشد و این خط سیر در روی بام از لبه های بام بوده و به آنتن برقگیر اتصال داشته باشد.

هادی های بام تشکیل یک حلقه را می دهد، هادی های نزولی باید تا حد ممکن از هم جدا بوده و ترجیحاً در جهت های مخالف و قرینه و در گوشه های ساختمان به سمت زمین هدایت شود.

• کلیه قسمت های فلزی ساختمان، در فاصله ای کمتر از آنچه در محاسبات به دست می آید باید به وسیله هادی های انشعابی به هادی های نزولی وصل نمود. همچنین شبکه لوله کشی آب را چنانچه فلزی و درون زمین باشد بهتر است به هادی ارتباط داد.

عبور جریان از زمین

ﻛﺮه زﻣﻴﻦ ﻣﺘﺸﻜﻞ از ﻋﻨﺎﺻﺮ و ﺗﺮﻛﻴﺒﺎت ﮔﻮﻧﺎﮔﻮن ﺑﻪ ﺧﺼﻮص ﻧﻤﻚ ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ و رﻃﻮﺑﺖ اﺳﺖ. ﺣﺠﻢ ﻛﺮه زمین بسیار زیاد و بار الکتریکی آن ﺧﻨﺜﻲ اﺳﺖ ﻫﺮﭼﻪ از ﺳﻄﺢ زﻣﻴﻦ ﺑﻪ ﻃﺮف ﻋﻤﻖ آن ﺑﺮ روی پوسته زﻣﻴﻦ پیش می رویم ﺑﻪ دﻟﻴﻞ اﻓﺰاﻳﺶ رﻃﻮﺑﺖ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ زﻣﻴﻦ ﻛﻤﺘﺮ و درﻧﺘﻴﺠﻪ ﻫﺎدی ﺗﺮ ﻣﻲ ﺷﻮد. ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﺑﻪ ﻫﺮ ﻋﻠﺖ ﻳﻚ ﻓﺎز ﺑﺎ زﻣﻴﻦ ارﺗﺒﺎط ﺑﺮﻗﺮار ﻛﻨﺪ (ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺎً و ﻳﺎ ﺗﻮﺳﻂ ﺷﺨﺺ)، ﺟﺮﻳﺎن اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ در زﻣﻴﻦ ﺑﺮﻗﺮار ﻣﻲ ﺷﻮد. اﮔﺮ ﺳﻴﻢ ﻓﺎز ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺎً ﺑﻪ زﻣﻴﻦ وﺻﻞ ﺷﻮد ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻛﻢ ﺷﺪن ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﺪار ﺷﺪت ﺟﺮﻳﺎن ﺑﻴﺸﺘﺮی در زﻣﻴﻦ ﺟﺎری ﻣﻲ ﺷﻮد.

ولتاژ گام

نقطه ای که سیم فاز با زمین ارتباط برقرار می کند دارای بیشترین پتانسیل الکتریکی است و هرچه از آن نقطه (در جهات مختلف) دور شویم افت پتانسیل بیشتر و در نتیجه پتانسیل الکتریکی کمتر می شود.  هر چه از محل اتصال دور شویم پتانسیل الکتریکی کمتر می شود و در فاصلۀ تقریباً ۲۰ متری به صفر می رسد.

 نحوه توزیع پتانسیل الکتریکی در اطراف نقطۀ تماس سیم فاز با زمین

چنان چه شخصی در داخل دایرۀ به مرکز نقطۀ اتصال سیم فاز به زمین به شعاع تقریباً ۲۰ متری ایستاده باشد، بین دو پای این شخص اختلاف پتانسیل V=V₁ – V₂ برقرار می شود که جریانی را در داخل بدن شخص عبور می دهد. این اختلاف پتانسیل را ولتاژ گام می نامند چنانچه ولتاژ گام از ۶۵ ولت تجاوز کند برای شخص خطر برق گرفتگی شدید ایجاد می شود.

ولتاژ گام و ولتاژ تماس

ﺑﺮﺧﻲ ﻣﻮاﻗﻊ ﺑﺪون ارﺗﺒﺎط ﺷﺨﺺ ﺑﺎ ﺳﻴﻢ ﻓﺎز ﺷﺒکۀ اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ، ﺧﻄﺮ ﺑﺮق ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ اﻳﺠﺎد ﻣﻲ ﺷﻮد ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﺜﺎل، ﻣﻲﺗﻮان از اﺻﺎﺑﺖ ﺻﺎﻋﻘﻪ ﺑﻪ زﻣﻴﻦ ﻧﺎم ﺑﺮد. ﻫﻨﮕﺎم اﺻﺎﺑﺖ ﺻﺎﻋﻘﻪ ﺑﻪ زﻣﻴﻦ ﻣﻘﺪار ﺑﺴﻴﺎر زﻳﺎدی ﺑﺎر اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ در ﺟﻬﺎت ﻣﺨﺘﻠﻒ و ﺑﺎ ﺳﺮﻋﺖ ﺑﺴﻴﺎر زﻳﺎد در زﻣﻴﻦ ﺟﺎری ﻣﻲ ﺷﻮد و ﭼﻨﺎن ﻛﻪ ﻣﻲداﻧﻴﻢ ﺣﺮﻛﺖ ﺑﺎر ﻫﻤﺎن ﺟﺮﻳﺎن اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ اﺳﺖ.

در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﻣﺤﻞ وﻗﻮع ﺻﺎﻋﻘﻪ ﺑﻴﺸﺘﺮﻳﻦ ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ را داراﺳﺖ و ﻧﻘﺎط زﻣﻴﻦ، ﺑﻪ ﺗﺪرﻳﺞ ﻛﻪ از ﻣﺤﻞ وﻗﻮع ﺻﺎﻋﻘﻪ دور ﺷﻮﻳﻢ در اﺛﺮ اﻓﺖ ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ (در زﻣﻴﻦ) دارای ﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﻛﻤﺘﺮی ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. در اﻳﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﺷﺨﺼﻲ ﻣﺴﺘﻘﻴﻤﺎً در ﻣﺤﻞ اﺻﺎﺑﺖ ﺻﺎﻋﻘﻪ ﻗﺮار ﮔﻴﺮد، ﻣﺮگ او ﺣﺘﻤﻲ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد و ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ در دایرۀ ﺧﻄﺮ ﻣﺤﻞ اﺻﺎﺑﺖ ﺻﺎﻋﻘﻪ ﻗﺮار ﮔﻴﺮد، وﻟﺘﺎژ ﮔﺎم ﺑﻪ وی اﻋﻤﺎل ﻣﻲ ﺷﻮد. به دلیل اهمیت حفاظت الکتریکی ، تمامی دستگاه های برقی باید دارای (سیستم اتصال به زمین) باشند تا بتوانند این پتانسیل زیاد به وجود آمده را به زمین منتقل کرده و ایمن باقی بمانند.

بیشتر بخوانید:

سوالات متداول

علت اضافه ولتاژ در سیستم های الکتریکی چیست ؟

 یکی از نکات مهم در بحث ایمنی در برق، حفاظت در برابر اضافه ولتاژ است. اضافه ولتاژ به وجود آمده در خطوط برق و وسایل الکتریکی، خطرات بسیار زیادی را برای وسایل و افراد مجاور آن ایجاد می کند. اضافه ولتاژ تولیدی در خطوط، توسط عوامل داخلی یا بیرونی ایجاد می شود. عامل داخلی ممکن است در اثر اختلالات در شبکه نظیر سوئیچینگ (قطع و وصل خطوط)، اتصال کوتاه، رزونانس در شبکه، وصل مدار جریان بر روی سیم های طویل یا موتورها، تأسیسات با جبران کننده مرکزی و غیره به وجود آید.

برای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ در تاسیسات فشار ضعیف به چه تجهیزاتی احتیاج داریم ؟

1- کلید مینیاتوری: در صورت بروز اتصالی بین فاز و نول، به منظور پیش گیری از اضافه ولتاژ در نول باید وسایل حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ در مدار قرار داده شود. در این راستا از کلید مینیاتوری استفاده می شود که اجازه نمی دهد ولتاژ روی نول باقی بماند. 2-رله کنترل فاز: در مورد مصارف برقی سه فاز موتوری یا دیگر وسایل برقی مشابه که قطع فاز یا جا به جایی فاز موجب بروز آسیب و خسارت در این دستگاه ها می شود (به طور مثال جا به جایی دو فاز در موتور موجب تغییر جهت چرخش موتور می شود)، باید وسیله حفاظتی مناسبی در نظر گرفته شود که در این راستا به طور معمول از رله کنترل فاز استفاده می شود. رله کنترل ولتاژ  تجهیزات مورد استفاده در یک شبکه الکتریکی برای کار در یک ولتاژ مشخصی طراحی شده اند. بنابراین نباید ولتاژ اعمالی به آنها از حد مشخصی کمتر یا بیشتر شود محدودۀ این تغییرات به نوع دستگاه بستگی دارد. آیا با روش‌های حفاظت در برابر اضافه ولتاژ آشنایی دارید؟ تغییرات ناگهانی ولتاژ می‌تواند بر اثر عوامل مختلفی به وجود آید که از جمله این اتفاقات و عوامل می‌توان به اتصالات کوتاه در مدارهای الکتریکی، سوئیچینگ، تخلیه الکترواستاتیکی و صاعقه اشاره کرد. تمامی این موارد به‌صورت اضافه ولتاژ ناگهانی وارد سیستم می‌شوند و این اضافه ولتاژ ناگهانی در طی زمان بسیار کوتاه و در حد میکروثانیه، باعث وارد آمدن آسیب‌ها و خسارات زیادی به تجهیزات مختلف می‌شود و حتی این امکان وجود دارد که باعث آسیب دائمی در آن‌ها شود و از این طریق هزینه‌های بالایی را برای تعمیر یا تعویض تجهیزات ایجاد می‌کند. به همین دلیل در زمان خرید تجهیزات حفاظت و سوئیچینگ نیز بهتر است به این مسئله توجه کنید و بسته به این مورد تابلو برق باکیفیت و مناسبی را انتخاب کنید. همچنین روش‌هایی برای جلوگیری از وارد شدن شوک به تجهیزات الکتریکی وجود دارد که در ادامه به این روش‌ها خواهیم پرداخت.

معرفی روش ‌های حفاظت در برابر اضافه ولتاژ 

یکی از مهم‌ترین مسائل درباره حفظ ایمنی برق، استفاده از روش های حفاظت در برابر اضافه ولتاژ است. اضافه ولتاژی که به دلایل مختلف در خطوط برقی و وسایل برقی به وجود می‌آید خطرات بالایی را برای تجهیزات و افراد حاضر در آن محیط ایجاد می‌کند. همانطور که گفته شد، این اضافه ولتاژ ممکن است به خاطر اختلالات درونی یا بیرونی ایجاد شود. عوامل داخلی می‌تواند به خاطر مشکلات شبکه مثل قطع و وصل خطوط، اتصال کوتاه، رزونانس شبکه و دیگر مسائل ایجاد شود.

به طور کلی به هر جریانی که فراتر از جریان نامی هادی‌ها، وارد تجهیزات و دستگاه های الکتریکی شود، اضافه جریان می‌گویند و باید از روش های حفاظت در برابر اضافه ولتاژ در مقابل آن‌ها استفاده کرد. تجهیزات حفاظت در برابر اضافه جریان به منظور حفاظت هادی‌ها در مقابل جریان‌های اضافه و رله‌های اضافه بار حرارتی به منظور حفاظت تجهیزاتی مانند تجهیزات موتوری استفاده می‌شوند. این قطعات حفاظتی جهت جریان در مدار را در یک سطح مطمئن نگه می‌دارند و به این ترتیب باعث می‌شوند از ایجاد اضافه جریان در مدار جلوگیری شود. برای حفاظت در مقابل اضافه جریان، همان‌طور که گفتیم باید در وهله اول در زمان ، نکات مهم را در نظر داشته باشید.

همچنین علاوه بر داشتن تابلو برق مطمئن، معمولاً از استفاده می‌شود که بر اساس ظرفیت حرارتی واحد مورد حفاظت در زمان معین و کوتاه عمل کند. استفاده از وسایل حفاظتی که به منظور حفاظت اضافه بار طراحی شده‌اند، جهت تأمین ایمنی در شرایط اتصال زمین فقط زمانی مجاز است که جریانی که قرار است در مدار جاری شود حداقل سه برابر ظرفیت نامی فیوز محافظ مدار یا حداقل ۱/۵ برابر ظرفیت نامی کلید خودکار محافظ مدار (به طور مثال کلید مینیاتوری) باشد.

انواع اضافه ولتاژ

یکی از عوامل مهمی که در سیستم قدرت منجر به ایجاد مشکلات جدی می شود وجود اضافه ولتاژهای گذرا در سیستم است. منابعی که باعث ایجاد این اضافه ولتاژها می‌شوند با توجه به نوع و ساختار شبکه، شرایط محیطی سیستم، موقعیت جغرافیایی خطوط، نوع تجهیزات موجود در شبکه، نوع بهره‌برداری و سایر عوامل سیستمی و محیطی دارای تنوع هستند. این تنوع در منبع و عامل ایجاد اضافه ولتاژ باعث می‌شود که شکل و مقادیر اضافه ولتاژهای ایجاد شده و مدت زمان برقراری و وجود آن در سیستم نیز متفاوت باشند. اضافه ولتاژها دارای انواع مختلفی هستند که در دو دسته داخلی و خارجی تقسیم بندی می‌شوند. اضافه ولتاژهای داخلی خود به دو نوع اضافه ولتاژ به خاطر نوسان‌های فرکانس قدرت یا هارمونیک و اضافه ولتاژ به خاطر کلید زنی دسته بندی می‌شوند.

همچنین دلایل خارجی دیگری همچون رعدوبرق و صاعقه وجود دارند که در بیرون از شبکه قدرت هستند و برخورد آن‌ها به تجهیزات الکتریکی مخصوصاً در شبکه‌هایی که از سیم‌های هوایی استفاده می‌کنند باعث ایجاد اضافه ولتاژ خواهد شد. اضافه ولتاژهای ناشی از عوامل بیرونی مثل صاعقه جدا از طرح سیستم محسوب می‌شوند، درحالی‌که اضافه ولتاژهای ایجادشده به خاطر عوامل داخلی مثل کلید زنی به دلیل افزایش ولتاژ کاری سیستم ایجاد می‌شوند. انواع اضافه ولتاژ در شبکه های برق به شرح زیر دسته‌بندی و تقسیم می‌شوند:

• اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه
• اضافه ولتاژهای ناشی از عملیات کلید زنی در شبکه به وجود می‌آیند.
• اضافه ولتاژی که در اثر خازنی شده خط در حالت بی باری ایجاد می‌شود.
• اضافه ولتاژ ناشی از پدیده رزونانس
• اضافه ولتاژ ناشی از پدیده فرورزونانس
• اضافه ولتاژ در اثر برخورد خطوط انتقال با سطح ولتاژ بالاتر
• اضافه ولتاژ ناشی از خروج بارهای بزرگ.

انواع روش های حفاظت در برابر اضافه ولتاژ چیست؟

حفاظت الکتریکی به معنای آن است که برای جلوگیری از آسیب دیدن افراد، حیوانات، تجهیزات، مولدها، مصرف‌کننده و سیم‌های حمل‌کننده جریان در برابر خطرات ناشی از جریان برق اقدامات خاصی را در تجهیزات الکتریکی انجام داد. روش‌ های حفاظت در برابر اضافه ولتاژ شامل انواع مختلفی است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

باید ضمن استفاده از ، از تمامی آن‌ها در مقابل حوادث و عواملی مانند اضافه‌بار و اتصال کوتاه محافظت کرد. برای محافظت سیم‌ها در مقابل اضافه‌بار بهتر است از کلیدهای حرارتی بدون متال یا فیوزهای مختلف باقابلیت ذوب شوندگی استفاده کرد. برای دیدن به سایت شکوه صنعت مراجعه کنید.

• محافظت از تجهیزات الکتریکی و مصرف‌کننده

تجهیزات الکتریکی و مصرف‌کننده‌ها حتماً باید در برابر اختلالات احتمالی مثل اتصال کوتاه و اضافه‌بار محافظت شوند. برای حفاظت این دستگاه‌ها قبل از تجهیزات مورد نظر یا مصرف‌کننده از فیوزهای ذوب شونده و یا کلیدهای مغناطیسی یا حرارتی که طبق جریان اسمی تجهیزات انتخاب ‌شده است، استفاده می‌کنند.

یکی از مهم‌ترین مسائلی که درباره حفاظت در برابر اضافه ولتاژ باید همواره آن را در نظر داشت، احتمال برق‌گرفتگی افراد است. هر اضافه ولتاژ احتمالی که در بخش‌های دارای برق ایجاد می‌شود، نباید باعث ضرر یا آسیب به افراد و تجهیزات شود. به همین دلیل محافظت از افراد در برابر اضافه ولتاژ دارای اهمیت بالایی است و برای این منظور معمولاً از دو روش زیر استفاده می‌شود:

• به وسیله قطع اتوماتیک تغذیه در زمان اتفاق افتادن اضافه ولتاژ و جلوگیری از رسیدن اضافه ولتاژ به حد خطرناک
• ایجاد محدودیت برای بالاترین میزان اضافه ولتاژ، به میزانی که خطری برای تجهیزات و افراد نداشته باشد.

لیست تجهیزات اصلی برای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ

همانطور که می‌دانید، اضافه ولتاژ باعث ایجاد آسیب و خسارت به تجهیزات و دستگاه‌های شبکه تاسیسات برق می‌شود و در مواردی حتی ممکن است خطرات و خسارات جانی نیز به همراه داشته باشد. برای آشنایی با روش‌های محافظت در برابر اضافه ولتاژ، در این بخش مهم‌ترین تجهیزات مهم محافظتی برای این کار را معرفی کنیم.

برای جلوگیری از اضافه ولتاژ در مواقع وجود اتصالی میان فاز و نول در مدار قرارگرفته می‌شوند.

از رله کنترل فاز در مواردی که باعث قطعی فاز یا جابه‌جایی فاز باعث خسارت و ضرر به تجهیزات می‌شود، استفاده می‌گردد.

رله کنترل ولتاژ در میان تجهیزات اصلی در شبکه‌های الکتریکی است که به منظور فعالیت در یک ولتاژ خاص طراحی‌شده است. در رله‌های کنترل ولتاژ، مقدار ولتاژ نباید از حد معینی کمتر یا بیشتر شود. همچنین بازه این نوع تغییرات بسته به دستگاه‌های مختلف، می‌تواند متفاوت باشد. برای محافظت از شبکه‌های الکتریکی در مقابل اضافه ولتاژ و تغییرات ولتاژ از این نوع رله استفاده می‌کنند.

هنگامی که قرار است رله تنظیم ولتاژ ایجاد شود، از رله افت ولتاژ به همراه رله اضافه ولتاژ استفاده می‌گردد.

حفاظت در برابر اضافه ولتاژ

• حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا

یکی از عوامل مهمی که باعث می‌شود کارکرد تجهیزات و دستگاه‌های الکتریکی و شبکه‌های برق دچار آسیب و خسارت شود و خطر جانی برای افراد داشته باشد، وجود ولتاژهای گذرایی است که در تاسیسات برق، اضافه ولتاژهای گذرای صاعقه، تاسیسات فشار ضعیف و پست‌های برق ایجاد می شود و ضرورت استفاده از رله اضافه ولتاژ را ایجاد می‌کند. هنگامی که اتصال زمین در دستگاه‌های شبکه برق با فشار متوسط ایجاد شود، می‌تواند روی سیستم برق فشار ضعیف نیز اثر بگذارد. برای آن‌که بتوان از چنین حادثه‌ای در تاسیسات جلوگیری نمود و مانع ایجاد اضافه ولتاژ در سیستم برق فشار ضعیف شد، لازم است اقدامات زیر را انجام دهید:

• ابتدا تمامی تجهیزاتی که این دو شبکه را به زمین متصل کرده، از یکدیگر جدا و بین آن‌ها حداقل حدود بیست متر فاصله ایجاد کنیم.
• همچنین لازم است که میان دو الکترود اتصال زمین این دو شبکه، ارتباط رسانایی ایجاد نشده باشد که این ارتباطات می‌تواند شامل لوله‌های عبوری تاسیسات باشد.
• در جهت ممانعت از کارکرد رله در برابر تغییرات ولتاژی از نوع کوتاه مدت یا گذرا، رله را به یک تایمر متصل می‌کنند تا بتواند فرمان را با کمی تاخیر صادر نموده و مانع سوختن کنتاکت‌ها شود.
• هم چنین رله اضافه ولتاژ به بخش دیگری که عوامل جریان و ولتاژ کنترل می شوند، مجهز شده و کمک می‌کند در صورتی که ولتاژ از میزان تنظیم شده بیشتر شود، فرامین را متوقف نماید.
• سرج ارستر (SPD)

یکی از تجهیزات رایجی که به حفاظت در برابر اضافه ولتاژ کمک می‌کند برق‌گیر یا SPD است که می‌تواند به‌راحتی جریان‌های قوی و زیاد مثل چند هزار آمپر را در مدت‌زمان کوتاهی تخلیه کند و پس از پایین آمدن ولتاژ به حالت اولیه و پیش‌فرض بر می‌گردد. امروزه برای محافظت در برابر اضافه ولتاژ در بیشتر موارد از SPD استفاده می‌کنند؛ به این دلیل که این وسیله در مقایسه با دیگر تجهیزات محافظتی دارای عملکرد و قابلیت محافظت بالایی است و به همین جهت درمیان محبوب‌ترین تجهیزات محافظتی در برابر اضافه ولتاژ محسوب می‌شود. سرج ارسترها دو نوع هستند:

• ارستر با کاهش ناگهانی امپدانس  در هنگام بوجود آمدن شوک ولتاژ (Surge)
• ارستر با کاهش پیوسته امپدانس به هنگام وجود شوک ولتاژ (Surge)

انتخاب برقگیر با توجه به سطح ولتاژ حفاظت، جریان تخلیه الکتریکی و جریان ضربه صورت می‌گیرد. توجه داشته باشید که حداکثر سطح ولتاژ عملکرد برقگیر حفاظتی در تأسیسات برق ۲۳۰/۴۰۰ ولت، ۲/۵ کیلو ولت است. در ادامه با این وسیله بیشتر آشنا خواهیم شد.

دسته بندی انواع سرج ارستر

همانطور که گفته شد، سرج ارستر‌ها نسبت به سایر وسایل حفاظتی، بهترین حفاظت در برابر اضافه ولتاژ را فراهم می‌کنند و به همین دلیل بهتر است با این وسیله بیشتر آشنا شویم.

• ارستر کلاس B به عنوان حفاظت اولیه در برابر صاعقه با تحمل جریان KA 100 (کیلو آمپر) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• ارستر کلاس C برای محافظت در مقابل حوادث ایجاد شده در هنگام سوئیچینگ می‌باشند که به عنوان حفاظت ثانویه در مقابل اضافه ولتاژ عمل می‌کنند و ولتاژ نشتی از ارسترهای کلاس B را حذف می نمایند.
• ارستر B+C بالاترین حفاظت در برابر اضافه ولتاژ ناگهانی را دارند و در تابلو سازی، مخابرات، مراکز صنعتی و نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرند. امروزه بیشتر از این ارسترها استفاده می‌گردد.
• سرج ارستر کلاس D برای خطوط ولتاژ پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع از سرج ارستر نباید در معرض مستقیم رعد و برق قرار گیرد.
• ارستر دیتا برای حفاظت از خطوط کابل‌ شبکه RF و کابل‌های سری CAT5 و CAT6 ، جهت حفاظت در مقابل رعد و برق و صاعقه و همچنین برای حفاظت از دوربین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• ارستر فتوولتائیک برای حفاظت از انواع پنل‌های خورشیدی، اینورتر خورشیدی، سلول های خورشیدی، اینورتر DC و همچنین جهت حفاظت در مقابل رعد و برق و صاعقه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سخن پایانی

در این مقاله درباره اضافه ولتاژ، انواع اضافه ولتاژ و روش‌های حفاظت در برابر اضافه ولتاژ صحبت کردیم. لازم به ذکر است که تمام تجهیزات مختلف الکتریکی و الکترونیکی در تابلوهای برق نصب‌شده و قرار می‌گیرند که معمولا برای محافظت از آن‌ها و جلوگیری از هر نوع ضرر و زیان در برابر اضافه ولتاژ از روش‌های خاصی برای این کار استفاده می‌شود. شما می‌توانید با دریافت راهنمایی از مشاوران شرکت مهندسی شکوه صنعت تابلو برق مطمئنی داشته باشید و در برابر ولتاژ‌های اضافه، مدار و تجهیزات خود را ایمن کنید. هم‌چنین شرکت سکوه صنعت در کنار شما است تا بتوانید را با خیالی آسوده انجام دهید.

پیشنهاد بیشتر: بابا ادیسون

سوالات متداول:

برای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ از چه تجهیزاتی می‌توان کمک گرفت؟

انواع رله، کلید‌های مینیاتوری و سرج ارستر‌ها می‌توانند به حفاظت در برابر اضافه ولتاژ کمک کنند.

چرا اضافه ولتاژ در سیستم‌های الکتریکی به وجود می‌آید؟

سوئیچینگ، اتصال کوتاه، رزونانس در شبکه و رعد و برق برخی از دلایل به وجود آمدن اضافه ولتاژ هستند.

 برای حفاظت شبکه های الکتریکی در برابر تغییرات ولتاژ از رله ای برای مشخص کردن کاهش یا افزایش ولتاژ استفاده می شود که به آن رله کنترل ولتاژ می گویند.