کتاب و مقالات

سرج ارستر وسیله ای است که برای حفاظت تاسیسات و تجهیزات الکتریکی، الکترونیکی، رادیویی، مخابراتی، کنترلی، سولار و... در مقابل انواع اضافه ولتاژها و جریان های گذرا ناشی از صاعقه و سوییچینگ بکار می رود. سرج ارستر در حالت کار عادی (ولتاژ شبکه 230 ولت) مانند یک مقاومت بسیار بزرگ و در حد عایق عمل می کند و در مقابل اضافه ولتاژهای آنی مقاومت بسیار کمی از خود نشان می دهد.

به عبارتی توانایی یک سرج ارستر در شبکه های توزیع در محدود کردن اضافه ولتاژهای گذرا با منحرف کردن جریان سرج به سیستم ارت می باشد.

03 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

به عنوان مثال، یک آسیاب آبی که توسط یک شیر تسکین فشار محافظت می شود را در نظر بگیرید. دریچه تخلیه فشار هیچ کاری انجام نمی دهد تا زمانی که پالس فشار بیش از حد در تامین آب رخ دهد. هنگامی که این اتفاق می افتد، دریچه باز و فشار اضافی را کنار می گذارد، به طوری که آن را به چرخ آب نمی رساند. اگر دریچه تخلیه وجود نداشته باشد، فشار بیش از حد می تواند به چرخ آب و یا شاید اتصال به اره آسیب برساند. با وجود اینکه شیر تخلیه در جای خود قرار گرفته و به درستی کار می کند، برخی از باقی مانده های پالس فشار هنوز به چرخ می رسند. اما فشار به اندازه کافی کاهش نخواهد یافت و به چرخش آب آسیب نخواهد خورد و عملکرد آن را مختل نخواهد کرد. در واقع این مثال توصیف عملکرد یک سرج ارستر است. به عبارتی آن ها اضافه ولتاژها را به سطوح پایین تری ار ولتاژ کاهش خواند داد تا از آسیب رسیدن و اختلال در کار تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی جلوگیری کنند. سرج ارستر شامل حداقل یک جز غیر خطی در ساختار خود است.

04 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

تکنولوژی استفاده شده در سرج ارستر:

مطابق استاندارد IEEE کاربردی ترین قطعات در ساختار سرج ارستر، متال اکسید وریستور (MOV)، دیود بهمنی و همچنین اسپارک گپ می باشد. وریستورها معمول ترین تکنولوژی برای حفاظت مدارات AC هستند. مقدار جریان سرج یک وریستور به سطح مقطع عرضی و ترکیبات آن بستگی دارد. در حالت کلی، سطح مقطع عرضی بزرگ، ظرفیت بالای جریان سرج یک سرج ارستر را منجر می شود. متال اکسید وریستور معمولا به صورت گرد یا مستطیل هستند اما در مجموعه ابعاد استانداردی از 7 میلیمتر تا 80 میلیمتر تولید می شوند. ظرفیت جریان قطعات این سرج ارسترها بسیار وسیع است و به سازنده سرج ارستر بستگی دارد.

05 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟ 06 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

با اتصال موازی وریستورها یک سرج ارستر در یک مدار قدرت، مقدار جریان سرج عبوری به سیستم ارت را می توان با جمع جریان سرج هر وریستور بدست آورد. به منظور انجام این کار باید مسایل هماهنگی و مشخصه عملکرد وریستور در نظر گرفته شود.

فرضیه های بسیاری وجود دارد که چه مولفه ای، چه توپولوژی و استقرار چه تکنولوژی، بهترین سرج ارستر را برای منحرف کردن جریان سرج تولید می کند. به منظور انتخاب بهترین سرج ارستر و عملکرد مطمئن، باید مشخصه های فنی یک سرج ارستر در نظر گرفته شود. جریان نامی سرج، ماکزیمم جریان تحلیه سرج، زمان عملکرد و ولتاژ حفاظتی از مشخصه های اصلی یک سرج ارستر می باشند.

پارامترهای سرج ارستر

جریان نامی سرج

In

ماکزیمم جریان سرج

In Max

مجموع جریان تخلیه

I total

ولتاژ حفاظتی

Up

زمان عملکرد

tn

صرف نظر از اجزای مورد استفاده در طراحی و یا ساختار مکانیکی سرج ارستر، مهم است که سرج ارستر دارای جریان تخلیه سرج مناسب برای کاربردهای مختلف باشد.

اجزای مورد استفاده سرج ارسترها به طور قابل توجهی متفاوت است که به ترتیب در زیر شرح داده شده است:

  1. متال اکسید وریستور(MOV):
  2. به طور معمول وریستورها از یک فرم گرد و یا مستطیل شکل اکسید روی ساخته شده و با افزودنی های مناسب تشکیل شده اند. دیگر MOVها مورد استفاده به شکل لوله ای و ساختار چند لایه است. وریستورها دارای الکترود ذرات فلزی متشکل از یک آلیاژ نقره با یک فلز دیگر هستند. الکترودها ممکن است به وسیله غربالگری و پختن و یا فرآیندهای دیگر بسته به نوع فلز مورد استفاده قرار گیرد. وریستورها اغلب دارای سیم و یا به صورت خم هستند که به الکترود وصل می شوند.

    07 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟ 08 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

    مکانیزم هدایت پایه MOV ها از اتصالات نیمه هادی در مرز بین دانه های اکسید روی تشکیل شده است که در طول فرآیند پخت تشکیل شده است. Varistor ممکن است یک دستگاه چند منظوره با تعداد زیادی از دانه هایی که در ترکیب سریال موازی بین پایانه ها عمل می کنند را در نظر بگیرند. یک نمایش مقطعی مقطعی از واریستور معمولی در شکل زیر نشان داده شده است.

    09 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

  3. دیود شکست بهمنی:
  4. یکی دیگر از قطعه ها که بطور خاص در سرج ارسترها کاربرد دارد، دیود زنر می باشد. این قطعه در سرج ارستر نقش محدود کننده ولتاژ را ایجاد می کند که به آن دیود سرکوبگر ولتاژ نیز گفته می شود. دیود شکست یا به عبارتی دیود زنر در فرم پایه آن، یک اتصال P N است که متشکل از یک آند (P) و یک کاتد (N) است.

    10 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟ 11 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

    دیود در حالت مستقیم مانند دیگر قطعات الکترونیکی جریان را از خود عبور می دهد اما در حالت بایاس معکوس هیچ جریانی را بصورت معکوس عبور نمی دهد ولی هنگامی که ولتاژ اعمالی به دو سر آن زیاد باشد، آسیب می بیند و دچار شکست معکوس یا همان شکست بهمنی می شود و سطح ولتاژ ثابت و محدودی را نشان می دهد. در این حالت جریان بسیار زیادی از دیود عبور می کند که معمولا توسط یک مقاومت کنترل می شود. سطح ولتاژی که در آن ولتاژ دو سر دیود ثابت و پایدار می شود ولتاژ زنر می گویند. برای دیودهای زنر این ولتاژ می تواند کمتر از یک ولت تا چند صد ولت متغیر باشد.

    12 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

    دیود زنر در حالت بایاس معکوس یا شکست معکوس استفاده می شود، یعنی سر مثبت (آند) دیود به سر منفی منبع متصل می شود. در منحنی مشخصه I-V بالا می بینیم که در مشخصه بایاس معکوس دارای یک محدوده ولتاژ منفی ثابت بدون در نظر گرفتن مقدار جریان عبوری از آن می باشد. از این توانایی کنترل خودکار می توان به طور بهینه جهت تنظیم یا ثابت کردن منبع ولتاژ در برابر تغییرات بار استفاده کرد.

    وظیفه یک تنظیم کننده ولتاژ فراهم کردن ولتاژ ثابت برای بار موازی متصل شده به آن با وجود تغییرات در جریان بار و ولتاژ منبع تغذیه است که در سرج ارسترها و در مواقع بروز سرج یا صاعقه این قطعه به طور کاملا خودکار ولتاژهای گذرا را محدود می کند و مانع از آسیب به تجهیزات می شود.

  5. اسپارک گپ(GDT):
  6. اسپارک گپ یا GDT شامل دو یا چند الکترود فلزی است که توسط یک فاصله هوایی کوچک جدا شده و داخل یک محفظه سرامیکی یا شیشه ای قرار گرفته است. محفظه با یک مخلوط گاز نجیب پر شده است (هگزافلوراید گوگرد یا SF6). هنگامی که ولتاژ دو سر اسپارک گپ از مقدار ولتاژ تعیین شده گاز داخل محفظه،بیشتر شود، جرقه زده می شود و گاز داخل اسپارک گپ یونیزه شده و مقاومت آن به شدت کاهش می یابد. پس از آن جریان الکتریکی تا زمانی که مسیر گاز یونیزه باشد، ادامه می یابد. این اتفاق یعنی تبدل گاز به یون، معمولا با رخ دادن نور، گرما و تولید صدا همراه است.

    13 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟ 14 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

    اگر ولتاژ اعمال شده (مانند ولتاژهای گذرا) به سرعت افزایش یابد، زمان لازم برای فرایند تشکیل یونیزاسیون / قوس ممکن است باعث شود که ولتاژ گذرا از مقدار لازم برای شکست فراتر رود. این ولتاژ به عنوان ولتاژ شکست ضربه(impulse) تعریف شده است و به طور کلی یک عملکرد مثبت از نرخ افزایش ولتاژ اعمال شده (گذرا) است. اسپارک گپ در ساختار سرج ارستر نقش بسیار مهمی دارد. این قطعه در ساختار سرج ارستر به دلیل سرعت بالا و تحمل جریان های زیاد، باعث انحراف جریان سرج و انتقال آن به سمت زمین می شود و از آسیب رسیدن به تجهیزات تحت حفاطت ارستر جلوگیری می کند. اسپارک گپ در انواع مختلف ارسترهای قدرت(3 pole + npe یا 1Pole+npe) ، سرج ارسترهای DC، سرج ارسترهای مخابراتی، کنترلی، کواکسیال استفاده می شود و وظیفه انتقال جریان سرج به سمت زمین را بر عهده دارد.

    15 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟ 16 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

اسپارک گپ در ساختار سرج ارسترهای AC(قطعه آبی رنگ)

17 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟ 18 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

اسپارک گپ در ساختار سرج ارسترهای کواکسیال

سرج ارسترها در کلاس های مختلف و انواع مختلفی تولید می شوند. سرج ارسترها در کلاس های 3،2،1 و انواع سرج ارسترهای AC (سه فاز، تکفاز،4پل، 3پل،2پل و تک پل)، سرج ارسترهای فتوولتاییک، سرج ارسترهای دیتا، مخابرات، رادیویی، سرج ارسترهای خطوط تلفن، سرج ارسترهای کنترلی و ... موجود می-باشند.

سرج ارستر کلاس 1:

سرج ارسترهای صاعقه نوع 1/کلاس I در ورودی ساختمان به کار می روند. اتصال آن به خطوط برق خارج از ساختمان به صورت موازی است. برخورد مستقیم صاعقه با جریان ضربه ی تا 100 کیلوآمپر با شکل موج 10/350μs شبیه سازی می شود.

19 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

سرج ارستر کلاس 2:

سرج ارستر نوع 2/کلاس II در تابلوی اصلی و فرعی به کار می رود. این تجهیزات باید قبل از RCD به کار روند، چرا که در غیر این صورت RCD جریان سرج را به عنوان جریان باقی مانده خواهد دید و مدار را قطع خواهد کرد. ولتاژهای سرج با پالس های ضربه ی تست که معمولا 20 کیلوولت با شکل پالس 8/20μs هستند شبیه سازی می شوند. برای حفاظت از کنترلرهای حساس، سطح حفاظت باید کمتر از 1500 ولت باشد.

20 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

از سرج ارسترهای نوع 3/کلاس III برای حفاظت در برابر کوپلینگ القایی و سرج های سوئیچینگ در مدار دستگاه های نهایی استفاده می شود. این ولتاژهای سرج عمدتا بین کابل فاز (L) و نول (N) رخ می دهند. مدار Y از خطوط L و N با مدارات وریستوری حفاظت کرده و از طریق اسپارک گپ به خط PE وصل می شود ولتاژهای سرج در این نوع از سرج ارسترها با ضربه های تست ترکیبی تا 20 کیلوولت و 10 کیلوآمپر با شکل پالس 1.2/50μs و 8/20μs شبیه سازی می شوند. برای حفاظت از کنترلرهای حساس، سطح حفاظت باید کمتر از 1500 ولت باشد. مفهوم حفاظت در برابر ولتاژ سرج باید تمام اتصالات هادی را لحاظ کرده و به صورت سلسله مراتبی نصب شود. هر سطح از حفاظت باید در محل مقرر نصب شده و به نوبه ی خود بخشی از انرژی سرج را دفع می کند.

21 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟
contact1 سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟
contact-us سرج ارستر چیست و چگونه کار می کند؟

با IranOBO در تماس باشید

علاوه بر خدمات به مشتریان، خدمات ما در سایت با مشاوره و کمک است.
رویکرد
تماس با ما
درباره IranOBO

آدرس دفتر مرکزی:

تهران. خیابان پاسداران. بوستان ۷ شماره ۱۶۷ واحد ۴۰۴

شماره های تماس:

021-26656470
021-26656477

شماره موبایل:

0910-6800150

آدرس های ایمیل:

کارشناس بازاریابی و فروش: این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید

کارشناس فنی و فروش: این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید