اصل و طراحی مدارشکن محافظ برق

مدارشکن محافظ برق در واقع همان چیزی است که ما معمولاً آن را دستگاه محافظ برق می نامیم که به آن محافظ برق صاعقه نیز می گویند.این نوعی تجهیزات یا مدار است که حفاظت ایمنی را برای تجهیزات الکتریکی مختلف، ابزارها و مدارهای ارتباطی فراهم می کند.از آن برای جذب نوسان یا پیک ولتاژ بین شبکه AC استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات یا مداری که از آن محافظت می کند آسیب نمی بیند.
مدارشکن محافظ برق می تواند نوسانات ولتاژ یا افزایش هزاران ولت را مدیریت کند، البته این بستگی به پارامترها و مشخصات محافظ برق انتخابی دارد.همچنین بسته به سناریوی استفاده کاربر، محافظ های ولتاژ spd برای چند صد ولت اختصاص داده شده است.محافظ ولتاژ می تواند در یک لحظه در برابر ولتاژ بالا مقاومت کند، اما مدت ولتاژ سنبله نمی تواند خیلی طولانی باشد، در غیر این صورت به دلیل جذب بیش از حد انرژی محافظ گرم می شود و می سوزد.

Surge چیست؟

موج یک نوع تداخل گذرا است.تحت شرایط خاص، ولتاژ لحظه ای در شبکه برق از محدوده ولتاژ نامی نرمال فراتر می رود.به طور کلی، این گذرا خیلی طولانی نخواهد بود، اما ممکن است دامنه بسیار بالایی داشته باشد.ممکن است فقط در یک میلیونیم ثانیه به یک اوج ناگهانی برسد.به عنوان مثال، لحظه رعد و برق، قطع بارهای القایی یا اتصال بارهای بزرگ تاثیر زیادی بر روی شبکه برق خواهد داشت.در اغلب موارد، اگر تجهیزات یا مدار متصل به شبکه برق دارای اقدامات حفاظتی در برابر نوسانات برق نباشد، آسیب دیدگی دستگاه آسان است و میزان آسیب به سطح ولتاژ مقاومتی دستگاه بستگی دارد.

در شرایط کاری عادی، ولتاژ در نقطه آزمایش در حالت پایدار 500 ولت حفظ می شود.با این حال، اگر کلید q به طور ناگهانی قطع شود، یک موج ولتاژ بالا در نقطه آزمایش به دلیل اثر نیروی الکتروموتور معکوس به دلیل تغییر ناگهانی جریان القایی رخ می دهد.

دو مدار محافظ برق رایج

1. محافظ برق سطح اول

دستگاه محافظ برق سطح اول معمولاً در ورودی خانه یا ساختمان نصب می شود.از تمام تجهیزات از نقطه اتصال ورودی در برابر آزار و اذیت امواج محافظت می کند.معمولاً ظرفیت و حجم محافظ برق سطح اول هر دو بسیار بزرگ و گران است اما ضروری است.

2. محافظ برق سطح دوم

محافظ برق سطح دوم به اندازه سطح اول ظرفیت ندارد و انرژی کمتری را جذب می کند، اما بسیار قابل حمل است.معمولاً در نقطه دسترسی تجهیزات الکتریکی مانند سوکت نصب می شود یا حتی در قسمت جلویی برد برق تجهیزات الکتریکی یکپارچه می شود تا قابلیت حفاظت ثانویه را برای تجهیزات فراهم کند.

شکل زیر یک نمودار شماتیک ساده از نصب دستگاه حفاظت از نوسانات است:

مدار حفاظت از نوسانات ثانویه مشترک

برای بسیاری از مردم، اطلاعات کمی در مورد مدار حفاظت از نوسانات ثانویه وجود دارد، زیرا اکثر آنها بر روی برد برق یکپارچه شده اند.به اصطلاح برد پاور اغلب قسمت جلویی ورودی بسیاری از تجهیزات الکتریکی است، معمولا مدار AC-AC، AC-DC نیز مداری است که مستقیماً به پریز وصل می شود.مهمترین نقش مدار حفاظت در برابر صاعقه طراحی شده بر روی برد پاور، ایجاد حفاظت به موقع در مواقع بروز ولتاژ، مانند قطع مدار یا جذب ولتاژ نوسان، جریان است.
نوع دیگری از مدارهای حفاظت از نوسانات ثانویه، مانند UPS (منبع تغذیه بدون وقفه)، برخی از منابع تغذیه پیچیده UPS دارای مدار داخلی حفاظت از نوسانات برق هستند که عملکردی مشابه محافظ برق روی برد معمولی منبع تغذیه دارند.

دستگاه حفاظت از ولتاژ چگونه کار می کند؟

یک محافظ برق وجود دارد که در زمان بروز ولتاژ برق، منبع تغذیه را قطع می کند.این نوع محافظ برق بسیار هوشمند و پیچیده است.و البته نسبتاً گران است و معمولاً به ندرت استفاده می شود.این نوع محافظ برق معمولاً از سنسور ولتاژ، کنترل کننده و چفت تشکیل شده است.سنسور ولتاژ عمدتاً نظارت می کند که آیا نوسانات افزایشی در ولتاژ شبکه برق وجود دارد یا خیر.کنترل‌کننده سیگنال ولتاژ افزایش سنسور ولتاژ را می‌خواند و به‌موقع قفل را به‌عنوان روشن و خاموش مدار کنترل محرک کنترل می‌کند، زمانی که به‌عنوان سیگنال افزایش در نظر گرفته می‌شود.
نوع دیگری از مدار محافظ ولتاژ وجود دارد که در صورت وقوع ولتاژ مدار را قطع نمی کند، اما ولتاژ نوسان را گیره می دهد و انرژی ولتاژ را جذب می کند.این معمولاً در برد مدار تعبیه شده است، مانند مدارهای منبع تغذیه سوئیچینگ این نوع مدار حفاظت از نوسانات را دارند.مدار به طور کلی مانند شکل زیر است:

محافظ سرج 1، در سراسر مرز بین خط زنده و خط خنثی، یعنی مدار سرکوب حالت دیفرانسیل.محافظ های ولتاژ 2 و 3 به ترتیب با سیم برق به زمین و سیم خنثی به زمین متصل می شوند که حالت سرکوب معمولی است.دستگاه سرج حالت دیفرانسیل برای بستن و جذب ولتاژ موج بین سیم برق و سیم نول استفاده می شود.به همین ترتیب از دستگاه سرج حالت مشترک برای بستن ولتاژ سرج سیم فاز به زمین استفاده می شود.به طور کلی، نصب یک محافظ ولتاژ 1 برای استانداردهای ولتاژ کم‌تر کافی است، اما برای برخی مواقع سخت، حفاظت از نوسانات حالت معمول باید اضافه شود.

منشاء افزایش ولتاژ

عوامل زیادی وجود دارند که می توانند ولتاژ نوسان ایجاد کنند، به طور کلی به دلیل صاعقه، شارژ و دشارژ خازن، مدارهای تشدید، مدارهای سوئیچ القایی، تداخل درایو موتور و غیره.بنابراین طراحی محافظ برق در مدار کاملا ضروری است.

رسانه ای که موج را منتشر می کند

تنها با یک محیط انتشار مناسب، ولتاژ موج این فرصت را دارد که تجهیزات الکتریکی را از بین ببرد.

خط برق-خط برق مهمترین و مستقیم ترین رسانه برای پخش نوسانات است، زیرا تقریباً تمام تجهیزات الکتریکی از طریق خط برق تغذیه می شوند و شبکه توزیع خطوط برق در همه جا وجود دارد.

امواج رادیویی - در واقع، ورودی اصلی آنتن است که به راحتی می تواند امواج بی سیم یا صاعقه را دریافت کند، که می تواند تجهیزات الکتریکی را در یک لحظه خراب کند.هنگامی که صاعقه به آنتن برخورد می کند، به گیرنده فرکانس رادیویی نفوذ می کند.

آلترناتور-در حوزه الکترونیک خودرو نیز نوسانات ولتاژ با تاکید تعریف خواهد شد.اغلب زمانی که دینام نوسانات پیچیده ای دارد، یک ولتاژ موج بزرگ تولید می شود.

مدار القایی - هنگامی که ولتاژ در هر دو انتهای سلف به طور ناگهانی تغییر می کند، اغلب یک ولتاژ افزایش می یابد.

نحوه طراحی مدار حفاظت از نوسانات

طراحی مدار حفاظت از نوسانات کار دشواری نیست.در واقع، برای طراحی یک مدار داخلی حفاظت از نوسانات، ساده ترین راه فقط به یک جزء نیاز دارد، یعنی یک وریستور MOV یا یک TVS دیود گذرا.همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، محافظ های برق 1-3 می توانند وریستورهای MOV یا TVS باشند.

گاهی اوقات، فقط لازم است یک وریستور MOV را به صورت موازی بین خط خنثی خط برق AC وصل کنید تا استاندارد IEC را برآورده کند.در بسیاری از کاربردها، لازم است یک مدار حفاظت از ولتاژ بین سیم برق صفر و زمین به طور همزمان اضافه شود تا الزامات استاندارد ولتاژ بالاتر برآورده شود، به عنوان مثال، نیاز بالاتر از 4 کیلو ولت است.

محافظ برق برای Varistor MOV

ویژگی های اساسی MOV

1. MOV مخفف Metal oxide varistor, metal oxide resistor است، مقدار مقاومت آن با توجه به ولتاژ مقاومت تغییر خواهد کرد.معمولاً بین شبکه های برق AC برای مقابله با ولتاژ افزایش استفاده می شود.
2. MOV یک دستگاه خاص بر اساس ولتاژ است.
3. هنگامی که MOV کار می کند، مشخصات آن کمی شبیه دیودها، غیر خطی و مناسب با قانون اهم نیست، اما مشخصات ولتاژ و جریان آن دو طرفه است، در حالی که دیودها یک طرفه هستند.
4. بیشتر شبیه دیود TVS دو طرفه است.
5. وقتی ولتاژ دو سر وریستور به ولتاژ گیره نمی رسد، در حالت مدار باز است.

انتخاب مکان واریستور در مدار حفاظت از نوسانات

وریستور یک جزء حیاتی در محافظ برق است.هنگام طراحی، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، مطمئن شوید که در انتهای ورودی تا حد امکان به فیوز نزدیک باشد.به این ترتیب، می توان اطمینان حاصل کرد که فیوز می تواند به موقع در هنگام وقوع یک جریان موجی منفجر شود و مدار بعدی در حالت باز باشد تا از آسیب بیشتر یا حتی آتش سوزی ناشی از جریان افزایشی جلوگیری شود.