کلید SPD چیست و چه کاربردی دارد؟

در شرايط عادي كاركرد مدار الکتریکی، يك تجهيزات حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني یا کلید SPD در حالت امپدانس بالا قرار دارد و هيچ تاثيري بر مدار ندارد. وقتي يك ولتاژ اضافه گذرا باعث مي‌ شود كه ولتاژ دو سر تجهيزات از حداكثر ولتاژ كاركرد مداوم آن فراتر رود، اين تجهيزات در مدت زمان كمتر از بيست و پنج نانوثانيه به حالت امپدانس پايين تغيير وضعيت مي‌دهد و يك مسير با مقاومت كم به سمت زمين ايجاد مي‌كند. در نتيجه جريان ناشي از ولتاژ اضافه به جاي اينكه از تجهيزات شما عبور كند، از اين مسير به زمين هدايت مي‌شود. به محض اينكه ولتاژ اضافه برطرف شد، تجهيزات به طور خودكار به وضعيت عادي بازمي‌گردد. در ادامه با ما در آداک، شرکت ساخت تابلو برق صنعتی همراه باشید تا در این باره بیشتر بیاموزید.

مکانیزم کار کلید SPD

همانطور كه در شكل شماره يك نشان داده شده است، تفاوت بين اين دو حالت باعث مي‌شود كه حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني موثر واقع شود: در شرايط عادي، جريان به طور مستقيم به سمت بار جريان مي‌يابد؛ در حين وقوع يك ولتاژ اضافه، جريان قبل از اينكه بتواند به تجهيزات حساس پايين دست برسد، به سمت زمين منحرف مي‌شود.

در شكل شماره يك، اصول كاركرد تجهيزات حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني نشان داده شده است

رفتار عملکردی اين تجهيزات توسط مولفه اصلي حفاظتي درون آن كنترل مي‌ شود. در بيشتر تجهيزات حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني جريان مستقيم و جريان متناوب، اين مولفه يك واريستور اكسيد فلزي است كه يك مقاومت وابسته به ولتاژ مي‌ باشد و زماني كه ولتاژ از يك آستانه تعيين شده فراتر مي‌ رود، مقاومت آن به شدت كاهش پيدا مي‌ كند.

لوله تخلیه گازی به جای واریستور

برخي از تجهيزات حفاظتي نوع يك به جاي واريستور از يك لوله تخليه گازي يا شكاف جرقه استفاده مي‌ كنند كه مي‌ تواند انرژي بالاتر ناشي از ولتاژهاي اضافه را كه مشخصه موج جريان صاعقه با زمان افزايش ده و نيم پيك ده مي‌كرون ثانيه است، تحمل كند. در عمل، بسياري از تجهيزات حفاظتي مدرن هر دو فناوري را با هم تركيب مي‌ كنند تا تعادلي بين سرعت پاسخگويي و ظرفيت تحمل انرژي ايجاد نمايند.

پارامترهای کنترل کننده سطح ولتاژ خروجی

دو پارامتر مشخص مي‌ كنند كه در هنگام وقوع ولتاژ اضافه، چه ميزان ولتاژي در خروجي تجهيزات مشاهده خواهيد كرد: سطح حفاظت ولتاژي، حداكثر ولتاژ باقيمانده‌اي است كه در هنگام تست در پايانه‌هاي تجهيزات حفاظتي اندازه‌ گيري مي‌ شود و به شما نشان مي‌ دهد كه در هنگام محدودسازي ولتاژ توسط تجهيزات، تجهيزات پايين دست شما واقعاً چه ميزان ولتاژي را مشاهده خواهند كرد. هرچه سطح حفاظت ولتاژي پايين‌ تر باشد، حفاظت بهتري براي بارهاي حساس فراهم مي‌ شود.

انواع کلید SPD طبق استاندارد IEC

استاندارد IEC 61643-11، سه نوع تجهيزات حفاظتي را بر اساس مكان نصب آنها در تاسيسات الكتريكي و شكل موج جريان ولتاژ اضافه كه بر اساس آن تست مي‌ شوند، تعريف مي‌ كند. هر يك از اين انواع، سطح متفاوتي از انرژي ولتاژ اضافه را تحمل مي‌ كنند و در بيشتر تاسيسات، اين تجهيزات به صورت يك مجموعه هماهنگ شده با يكديگر كار مي‌ كنند، نه به صورت تجهيزات مستقل و مجزا.

کلید SPD نوع 1 (Type 1)

در ساختمان‌ هايي كه سيستم حفاظت در برابر صاعقه دارند، نصب تجهيزات حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني نوع يك الزامي است. شكل موج 10/350 ميكروثانيه كه اين تجهيزات بر اساس آن تست مي‌ شوند، نشان‌ دهنده جريان پرانرژي و با دوامي است كه هنگام تخليه صاعقه از طريق هادي زمين سيستم حفاظت صاعقه به داخل تاسيسات جاري مي‌ شود. بدون وجود تجهيزات نوع يك در نقطه ورود برق، آن ولتاژ برگشتي مستقيماً به شبكه توزيع وارد مي‌ شود.

منبع:

A Type 1 SPD is required when a building has a lightning protection system (LPS) — the 10/350µs waveform it is tested against reflects the high-energy, long-duration current that flows when lightning discharges through an LPS earth conductor back into the installation

کلید SPD نوع دو (Type 2)

این ها رايج‌ ترين نوع نصب‌ شده هستند. اين تجهيزات انرژي باقيمانده‌ اي را كه از تجهيزات نوع يك عبور مي‌ كند، و همچنين ولتاژهاي اضافه ناشي از كليدزني داخلي بارهاي القايي مانند موتورها، كمپرسورهاي تهويه مطبوع و ترانسفورماتورها را مهار مي‌كنند. در ساختمان‌ هايي كه سيستم حفاظت صاعقه ندارند، نصب يك تجهيزات نوع دو در تابلو برق اصلی، حداقل سطح حفاظتي توصيه‌ شده بر اساس استاندارد آي اي سي 60364-5-53 است كه توسط مؤسسه حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني ان اي ام اي نيز تأييد شده است.

کلید SPD نوع سه (Type 3)

ظرفيت تخليه بسيار كمتري دارند و هميشه بايد به عنوان مكمل تجهيزات نوع دو نصب شوند و هرگز نبايد به عنوان راه‌حل مستقل مورد استفاده قرار گيرند. ارزش اين تجهيزات در اين است كه سطح حفاظت ولتاژي پاييني را دقيقاً در پايانه‌هاي تجهيزات حساس مانند پي ال سي‌ها، دستگاه‌هاي پزشكي و ابزارهاي دقيق تأمين مي‌ كنند، جايي كه حتی ولتاژ باقيمانده عبوري از تجهيزات نوع دو نيز ممكن است ايجاد مشكل كند.

تفاوت بين کلید SPD و تجهيزات جريان باقيمانده چيست؟

کلید SPD و تجهيزات جريان باقيمانده در برابر خطرات كاملاً متفاوت الكتريكي محافظت ايجاد مي‌ كنند و قابل جايگزيني با يكديگر نيستند. تجهيزات جريان باقيمانده، جريان نشتي زمين ناشي از عيوب عايق‌ بندي يا تماس مستقيم با هادي‌هاي برقدار را تشخيص مي‌ دهد و مدار را در عرض ميلي‌ ثانيه قطع مي‌ كند تا از برق‌ گرفتگی جلوگيري كند. تجهيزات حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني، ولتاژهاي اضافه گذرا را كه ولتاژهاي ناگهاني با دوام ميكروثانيه هستند، با منحرف كردن جريان ولتاژ اضافه به زمين محدود مي‌ سازد. هر دو در يك تاسيسات فشار ضعيف مطابق با استانداردها لازم هستند و هيچكدام جايگزين ديگري نمي‌شوند.

يكي از افراد در برابر برق‌ گرفتگی محافظت مي‌ كند و ديگري از تجهيزات در برابر ولتاژهاي ناگهاني محافظت مي‌ نمايد. 

پارامترهاي كليدي در کلید SPD

درك معناي هر پارامتر در برگه‌هاي مشخصات فني الكتريكي اين تجهيزات براي انتخاب صحيح ضروري است. اين پنج مقدار در استاندارد آي اي سي شش هزار و شانزده چهل و سه نقطه يازده تعريف شده‌اند و بر روي برگه مشخصات هر تجهيزات حفاظتي درج مي‌شوند.

حداكثر ولتاژ كاركرد مداوم

بالاترين ولتاژي است كه يك تجهيزات حفاظتي مي‌تواند به طور مداوم و بدون فعال‌شدن تحمل كند. حداكثر ولتاژ كاركرد مداوم هميشه بايد از حداكثر ولتاژ كاركرد سيستم بيشتر باشد در غير اين صورت تجهيزات حفاظتي به طور مداوم هدايت خواهد كرد، داغ مي‌كند و از كار مي‌افتد. براي يك سيستم استاندارد با ولتاژ دویست و سی ولت جريان متناوب، مقدار حداقل انتخاب معمولاً دویست و هفتاد و پنج ولت است.

سطح حفاظت ولتاژي

حداكثر ولتاژ باقيمانده‌اي است كه در هنگام تست استاندارد ولتاژ اضافه در پايانه‌هاي تجهيزات حفاظتي اندازه‌گيري مي‌شود. اين ولتاژي است كه تجهيزات پايين دست شما در هنگام محدودسازي ولتاژ مشاهده خواهند كرد و هرچه پايين‌تر باشد بهتر است. سطح حفاظت ولتاژي يك مقدار تست است و طول هادي اتصال، اندوكتانس اضافي ايجاد مي‌كند كه ولتاژ مؤثر عبوري از پايانه‌هاي تجهيزات را افزايش مي‌دهد به همين دليل استاندارد آي اي سي شش هزار و شانزده چهل و سه نقطه دوازده توصيه مي‌كند كه هادي‌هاي اتصال تجهيزات حفاظتي تا حد ممكن كوتاه نگه داشته شوند.

جريان تخليه اسمي (In)

بيشترين جريان ناگهاني با شكل موج 8/20 ميكروثانيه است كه يك تجهيزات حفاظتي مي‌تواند حداقل پانزده بار تحت شرايط تست استاندارد آي اي سي بدون كاهش عملكرد تخليه كند. جريان تخليه اسمي معيار استاندارد براي دوام تجهيزات نوع دو است و مقداري است كه بيشتر در مشخصات پروژه‌ها درج مي‌ شود.

حداكثر جريان تخليه (Imax)

بيشترين جريان ناگهاني تك‌ رخدادي با شكل موج 8/20 ميكروثانيه است كه تجهيزات حفاظتي مي‌ تواند بدون اينكه از بين برود تحمل كند. حداكثر جريان تخليه هميشه از جريان تخليه اسمي بيشتر است و نشان‌ دهنده سقف مطلق تجهيزات در شرايط خطا مي‌ باشد. هنگام مقايسه دو تجهيزات نوع دو با جريان تخليه اسمي يكسان، تجهيزاتي كه حداكثر جريان تخليه بالاتري دارد، حاشيه ايمني بيشتري در برابر رويدادهاي غيرعادي ولتاژ اضافه فراهم مي‌ كند.

جريان ضربه‌اي (Iimp — Impulse Current)

بيشترين جريان با شكل موج 10/350 ميكروثانيه است كه يك تجهيزات حفاظتي نوع يك مي‌ تواند حداقل يك بار بدون آسيب ديدن تخليه كند. از آنجا كه شكل موج 10/350 ميكروثانيه در همان جريان پيك، تقريباً پنجاه برابر انرژي بيشتري نسبت به شكل موج 8/20 ميكروثانيه دارد، مقادير جريان ضربه‌اي با جريان تخليه اسمي يا حداكثر جريان تخليه قابل مقايسه نيستند. يك تجهيزات نوع يك با جريان ضربه‌اي 12.5 كيلوآمپر، انرژي قابل توجهي بيشتري را نسبت به يك تجهيزات نوع دو با حداكثر جريان تخليه چهل كيلوآمپر تحمل مي‌كند.

نمودار پارامترهای کلیدی تجهیزات حفاظت در برابر ولتاژهای ناگهانی را نشان می‌دهد: آستانه تحریک حداکثر ولتاژ کارکرد مداوم، ولتاژ خروجی محدودشده سطح حفاظت ولتاژي و رتبه‌بندی جریان تخليه اسمي، حداکثر جریان تخليه و جریان ضربه‌ای بر روی یک موج ولتاژ ناگهانی ترسیم شده است.

کلیدهای SPD در کدام بخش سيستم الكتريكي نصب مي‌ شوند؟

مكان نصب تجهيزات حفاظتي یا کلید SPD از ساختار خود تاسيسات الكتريكي پيروي مي‌ كند. هر سطح از شبكه توزيع داراي نوع متناظري از اين تجهيزات است و زماني حفاظت بيشترين اثربخشي را دارد كه هر سه سطح پوشش داده شوند.

در نقطه ورود انرژي يا تابلو برق اصلي، يك تجهيزات نوع يك يا نوع يك به علاوه دو، بالاترين انرژي‌هاي ولتاژ ناگهاني را پيش از آنكه بتوانند به بقيه تاسيسات نفوذ كنند، مهار مي‌ كنند. اين موقعيت زماني الزامي است كه ساختمان داراي سيستم حفاظت صاعقه باشد و در مناطقي با ميزان بالاي صاعقه‌خوردگي يا بارهاي بحراني به شدت توصيه مي‌شود.

در تابلو توزيع فرعي، يك تجهيزات نوع دو، خط دوم دفاعي را فراهم مي‌آورد و انرژي باقيمانده ولتاژ ناگهاني را كه از مرحله اول عبور كرده است جذب مي‌كند و همچنين ولتاژهاي اضافه ناشي از كليدزني داخلي ناشي از موتورها، كمپرسورها و ساير بارهاي القايي موجود در همان شبكه را مهار مي‌ نمايد. در ساختمان‌ هايي كه سيستم حفاظت صاعقه ندارند، اين نقطه معمولاً اصلي‌ترين نقطه حفاظتي محسوب مي‌شود.

در محل مصرف نهايي، يعني در فاصله كمتر از ده متر از تجهيزات حساس، يك تجهيزات نوع سه، پايين‌ترين مقادير سطح حفاظت ولتاژي را ارائه مي‌دهد و تضمين مي‌ كند كه ولتاژ باقيمانده كوچك عبوري از تجهيزات بالادست، تأثيري بر پي ال سي‌ها، ابزار دقيق يا ساير ادوات الكترونيكي حساس نداشته باشد. تجهيزات نوع سه هميشه بايد در پايين‌دست يك تجهيزات نوع دو نصب شوند و هرگز به عنوان راه‌حل مستقل عمل نمي‌كنند.

کاربرد SPD در نیروگاه های خورشیدی

علاوه بر خطوط برق جريان متناوب، تجهيزات حفاظتي به همان اندازه بر روي سيستم‌ جريان مستقيم و نيروگاه‌ هاي خورشيدي نيز ضروري هستند. جريان ولتاژ ناگهاني از طريق كابل‌كشي آرايش پنل‌ هاي خورشيدي وارد تاسيسات شده و مي‌ تواند اينورترها و كنترل‌ كننده‌هاي شارژ را از بين ببرد. براي الزامات حفاظتي در سمت جريان مستقيم، معيارهاي انتخاب به طور قابل توجهي با سيستم‌هاي جريان متناوب متفاوت است. براي اطلاعات بيشتر به مبحث حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني پنل‌هاي خورشيدي مراجعه كنيد.

كابل‌هاي اترنت، مدارهاي تغذيه از طريق اترنت و فیدرهاي كواكسيل همگي به عنوان مسيرهاي ورود ولتاژ ناگهاني عمل مي‌كنند، به ويژه در تاسيسات فضای باز يا با مسافت طولاني. مبحث حفاظت در برابر ولتاژهاي ناگهاني اترنت و تغذيه از طريق اترنت، معيارهاي انتخاب براي خطوط سيگنال را به طور مفصل پوشش مي‌دهد.

انتخاب تجهیزات حفاظتی مناسب برای تأسیسات شما

انتخاب صحیح تجهیزات حفاظتی با سه سوال آغاز می‌شود: تجهیزات در کجای شبکه توزیع نصب خواهد شد، میزان صاعقه‌ خوردگی در محل چقدر است و چه تجهیزاتی در پایین‌ دست نیاز به حفاظت دارند. نوع تجهیزات، حداکثر ولتاژ کارکرد مداوم، سطح حفاظت ولتاژي و رتبه‌بندی جریان تخلیه، همگی از پاسخ به این سوالات به دست می‌آیند.

اگر در حال انتخاب تجهیزات حفاظتی برای یک تأسیسات جدید یا جایگزینی تجهیزات موجود هستید، تیم آداک می‌تواند در انتخاب پارامترها، پیکربندی سیم‌کشی و هماهنگی بین سطوح حفاظتی به شما کمک کند. برای دریافت اطلاعات بیشتر کافیست با شماره های 02144491255 و 02634156000 تماس بگیرید.

خلاصه مطلب

کلید SPD که در واقع یک تجهیزات حفاظت در برابر ولتاژهای ناگهانی است، کاربرد بسیار مهمی در تابلو برق دارد. وظیفه اصلی آن محافظت از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی در برابر ولتاژهای ناگهانی و گذرا است. این ولتاژها می توانند به دلایل مختلفی مانند صاعقه، کلیدزنی شبکه یا روشن و خاموش شدن موتورهای سنگین ایجاد شوند. این تجهیزات با تشخیص این ولتاژهای خطرناک، مسیری با مقاومت بسیار کم به سمت زمین ایجاد میکند و جریان اضافی را از تجهیزات حساس دور می نماید.

این قطعه از رایانه ها، سیستم های کنترلی، پی ال سی ها، تجهیزات پزشکی و سایر وسایل گران قیمت در برابر آسیب یا کاهش عمر مفید محافظت کرده و با کاهش خطر خرابی ناگهانی، از توقف های پرهزینه در سیستم های صنعتی و تجاری جلوگیری می کند. در بسیاری از کشورها، نصب این تجهیزات در تابلوهای برق اصلی به ویژه برای سیستم های حیاتی، الزامی شده است.

سوالات متداول

1-مخفف SPD در سیستم‌های الکتریکی به چه معناست؟

SPD مخفف عبارت تجهیزات حفاظت در برابر ولتاژهای ناگهانی است. این یک قطعه است که به صورت موازی با تأسیسات الکتریکی متصل می‌شود تا ولتاژهای اضافه گذرا را محدود کرده و جریان ناگهانی را به طور ایمن به زمین هدایت کند.

2-تفاوت بین تجهیزات حفاظت در برابر ولتاژهای ناگهانی و تجهیزات جریان باقیمانده چیست؟

تجهیزات حفاظت در برابر ولتاژهای ناگهانی SPD با منحرف کردن جریان ناگهانی به زمین، ولتاژهای اضافه گذرا را محدود می‌کند و از تجهیزات محافظت می‌نماید. تجهیزات جریان باقیمانده، جریان نشتی زمین را تشخیص داده و مدار را قطع می‌کند تا از برق‌گرفتگی جلوگیری نماید و از افراد محافظت می‌کند. 

3-سه نوع تجهیزات حفاظت در برابر ولتاژهای ناگهانی کدامند؟

نوع یک در نقطه ورود برق اصلی نصب می‌ شود و برای ولتاژهای ناگهانی مستقیم صاعقه با شکل موج 10/35 میکروثانیه رتبه‌ بندی می‌شود. نوع دو در تابلو توزیع فرعی نصب می‌شود و ولتاژهای ناگهانی باقیمانده و ناشی از کلیدزنی را با شکل موج 8/20 میکروثانیه مهار می‌کند. نوع سه در محل مصرف نهایی و در فاصله کمتر از ده متری تجهیزات حساس نصب می‌شود و همیشه باید در پایین‌ دست تجهیزات نوع دو قرار گیرد.