برق گیر یا سرج ارستر 

(SURGE ARRESTER)

موج­ های ولتاژی گذرا در اثر برخورد صاعقه به سیستم قدرت یا کلیدزنی بارها به وجود می ‌آیند. این نوع موج‌ ها دامنه بسیار بزرگی دارند که می ‌توانند به سیستم و بارها آسیب وارد ­کنند. در نتیجه باعث توقف عملکرد تجهیزات الکترونیکی، بار، و یا از بین رفتن فیوز می­شود. این صدمات می ­توانند با انتخاب دستگاه­ های حفاظتی مناسب به نام سرج ارستر کنترل شوند.

     سرج ارسترهای تابلویی یا (Surge Protective Device (SPD یک تجهیز برای حفاظت از وسایل الکترونیکی در برابر انواع موج‌ های کلیدزنی و صاعقه می ­باشد. سرج ارسترها در زمان کارکرد نرمال شبکه مقاومت بالایی دارند که اجازه عبور جریان را نمی ­دهد. اما زمانی که موج گذرا با دامنه ولتاژ بسیار بالا به سرج ارستر برخورد می­ کند، مقاومت داخلی آنها کاهش می ­یابد و با ایجاد یک مسیر اتصال کوتاه با امپدانس بسیار پایین، یک مسیر هدایتی بین خط و زمین ایجاد می ­کند و از برخورد موج گذرا به تجهیزات الکتریکی و آسیب رسیدن به آنها جلوگیری می ­کند. این دستگاه ­ها علاوه بر زمین کردن اضافه ولتاژهای داخلی سیستم، اضافه ولتاژهای باقی مانده از صاعقه که برقگیرهای ترانس یا خط آن­ را زمین نکرده­ اند را نیز زمین می ­کنند. موج های گذرا ممکن است منشا داخلی مانند تغییر بار، قطع ناگهانی بار، استارت موتور، اتصال کوتاه، عدم تنظیم ریگلاتوری ولتاژ و روشن شدن دستگاه­های تهویه هوا، و یا منشا خارجی مانند صاعقه و یا کلیدزنی شبکه قدرت داشته باشند.

به منظور حفاظت از شبکه در مقابل اضافه ولتاژهای گذرا و تخلیه آنها به زمین از برق گیر استفاده می شود. اضافه ولتاژهائی که در شبکه ایجاد می شوند یا ناشی از عوامل خارجی بوده نظیر صاعقه و یا ناشی از اختلالات داخلی سیستم نظیر قطع ناگهانی بار، سوئیچینگ، اتصال کوتاه، عدم تنظیم ریگلاتوری ولتاژ و… می باشند.

خصوصیات کلی برقگیرها به شرح زیر می­ باشد:

• وجود نشانگر خطای مکانیکی (Flag) روی تجهیز
• بالاترین حجم  تخلیه به دلیل استفاده از اکسید روی
• دارای کنتاکت خروجی جهت نمایش وضعیت تجهیز و آلارم
• طراحی کمپکت و قابل استفاده برای تمام سیستم توزیع
• در مدل های ۱ تا ۴ پل و با قابلیت تعویض هرپل

انواع سرج ارسترها

سرج ارسترها قادر به انتقال جریان بسیار بالا با شکل موج ­های ۲۰/۸ (موج کلیدزنی) و یا  ۳۵۰/۱۰ (موج صاعقه) برای مدت زمان محدودی می­ باشند. عموما در مواردی که سرج ارستر نصب می­ شود، چنانچه فیوز بالادست مقداری بیشتر از مقدار نامی آن داشته باشد حفاظت پشتیبان برای سرج ارسترها الزامی است. نحوه قرارگیری سرج ارستر به این صورت می‌باشد که همیشه بعد از کلید اصلی و قبل از کلید محافظ جان ، به صورت موازی به کابل­ های برق متصل می ­شود. با این کار، در صورت نیاز، تعمیر و نگهداری سرج ارسترها امکان پذیر می ­گردد (با قطع کلید اصلی و جدا شدن سرج ارستر از منبع تغذیه). در تاسیسات بزرگ سرج ارسترها پس از یک تجهیز قطع و وصل نصب می­گردد تا تعمیر و نگهداری آن بدون قطع برق کل تابلو امکان پذیر باشد. جریان­های بزرگ صاعقه با عبور از  به آن صدمه رسانده که توقف عملکرد این تجهیز را به همراه داشته و باعث خطرات ایمنی می ­گردد. سرج ارسترها متناسب با حداکثر جریان دشارژ به سه کلاس  و نیز ارستر ترکیبی   تقسیم می­­ شوند.

 

۱- برقگیر (Type B (class I:

این نوع از سرج ارسترها مخصوص حفاظت صاعقه می ­باشند که در ورودی ساختمان و تابلوی برق اصلی، بعد از کلید بصورت موازی نصب می ­شوند. این نوع سرج ارسترها که برخورد مستقیم صاعقه را دمپ می­کند می­تواند جریان ضربه­ای تا ۱۰۰KA را تخلیه نماید.

 

 

 

۲- برقگیر (Type C(Class II

سرج ارستر دومین مرحله حفاظتی می­باشد که در تابلوهای فرعی ساختمان بکار می­روند و اتصال آن­ها به کابل­های برق (بعد از کلید اصلی در تابلو) بصورت موازی است. این کلاس برای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ سوئیچینگ یا همان کلیدزنی تا ۴۰KA مناسب است و به نوعی باید مکمل نوع B باشد.

 

۳- برق گیر/ سرج ارستر ترکیبی (Type B + C (Class I+II

این نوع از دستگاه­ های محافظ ترکیبی از دستگاه­های نوع ۱ و ۲ می­باشند و ویژگی­های هر دو نوع سرج ارستر گفته شده را دارند. از دیدگاه فنی، مناسب ­ترین محل برای نصب و راه­اندازی این نوع ارسترها در تابلو اصلی ساختمان، ورودی اتصالات، سوئیچ برد اصلی، و یا نزدیک به  ترمینال­های حساس می­باشد. سرج ارسترهای ترکیبی دارای ظرفیت تخلیه جریان ماکزیمم  ۶۰KA می­ باشند.

 

 

سرج ارسترهای N-PE یک نوع خاص از ارسترها می­ باشند که حفاظت زمین (PE) و نوترال (N) آن از طریق یک اسپارک گپ N-PE از هم جدا می­شوند. مجموع کل جریان­های جزئی ناشی از شکل موج­های ولتاژ در خطوط، اکنون باید به طور کامل از اسپارک گپ تعبیه شده عبور نماید که باعث کنترل میزان این جریان خواهد شد. بنابراین، نیاز به استفاده از یک اسپارک گپ قدرتمند ضروری می­باشد.

 

انتخاب فیوز پشتیبان برای سرج ارستر

از فیوز قبل از سرج ارسترها استفاده می­شود و اگر جریان عبوری با فرکانس  ۵۰HZ که بیش از حد تحمل سرج ارستر است برای مدت زمان طولانی­تری در حال عبور از آن باشد،توسط فیوز قطع خواهد شد. در واقع سرج ارستر خود در برابر اتصال کوتاه موج سینوسی شبکه آسیب پذیر است و نیاز به حفاظت اتصال کوتاه توسط فیوز را دارد.

برای انتخاب فیوز باید دقت داشت که ظرفیت عبور جریان فیوز متناسب با حداکثر جریان عبوری از سرج ارستر باشد تا بتوان از حداکثر ظرفیت سرج ارسترها استفاده کرد. در ادامه فیوزهای متناسب برای هر کدام از کلاس های ارسترها بررسی خواهد شد. سرج ارسترهای (Type B (Class I ماکزیمم قابلیت تحمل اتصال کوتاه ۱۶۰ آمپر را دارند. فیوزهای ۱۶۰ آمپری می‌توانند تا حدود ۱۰۰kA امواج کلیدزنی و صاعقه را از خود عبور دهند، در نتیجه بهترین فیوز برای این نوع سرج ارستر فیوز ۱۶۰ آمپری است. چنانچه فیوز با ظرفیت بیشتری انتخاب شود، احتمال آسیب رسیدن به سرج ارستر در اثر اتصال کوتاه وجود خواهد داشت. همچنین اگر فیوز با ظرفیت پایین تری انتخاب شود، ممکن است برای موج هایی که سرج ارستر توان تحمل آن را دارد فیوز تریپ بدهد و مانع عملکرد مناسب ارستر شود. برای ارسترهای (Type B+C (Class I+II مناسب ترین فیوز A 125 می باشد. در این حالت هم برای مثال اگر از فیوز A 100 استفاده شود، ممکن است برا موج هایی که سرج ارستر توانایی تحمل آن را دارد، فیوز به اشتباه عمل کند. برای سرج ارسترهای (Type C (Class II نیز متناسب با سیستم زمین اگر حداکثر جریان KA 40 باشد فیوز A 125 و در برخی دیگر از سیستم های زمین با حداکثر جریان KA 20، فیوز A 100 مناسب ترین گزینه می باشد.

 

وایرینگ و ضرورت انتخاب فیوز پشتیبان

چنانچه فیوز بالادست F1 متناسب با تحمل اتصال کوتاه مدل های مختلف سرج ارستر مطرح شده در قسمت قبل باشد، می توان آن را با سیم کشی V مطابق شکل (۱) مستقیم به مدار وصل کرد و دیگر نیازی به قرار دادن فیوز پشتیبان F2 وجود ندارد. چنانچه ظرفیت کلید اصلی بیشتر از حد تحمل سرج ارستر باشد، با استفاده از سیم کشی T ، از یک فیوز پشتیبان برای حفاظت از سرج ارستر استفاده نمی شود.

شکل ۱

انواع زمین کردن

سیستم های زمین اساسا در چگونگی اتصال نقطه نوترال منبع (N) و یا بدنه تجهیز (PE) به زمین متفاوت هستند و تعیین کننده نوع سیستم حفاطتی است که باید انتخاب گردد. مطابق با استاندارد بین المللی IEC60364 سیستم‌های زمین حفاظتی به سه دسته اصلی IT و NT ، TT تقسیم می‌شوند و به صورت دو حرفی نمایش داده می‌شوند. حرف اول معرف نحوه اتصال زمین منبع تامین کننده الکتریسیته است. T وI به معنای اتصال مستقیم به زمین و اینکه هیچ نقطه‌ای به زمین متصل نیست. حرف دوم معرف نحوه اتصال بین زمین و وسیله الکتریکی است کهT و N به معنای اتصال مستقیم به زمین و اتصال به نوترال منبع می باشند.

سیستم TN-S

در این سیستم زمین، N و PE دستگاه هر یک به هادی های جداگانه مجهز شده اند. سیستم هایی که N و PE از هم جدا شده اند نسبت به سیستم های PEN که نوترال و حفاظت زمین به هم متصل شده اند، در برابر تداخل الکترومغناطیسی حساس تر هستند. در این سیستم ها مطابق شکل (۲) مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده سیم های حفاظتی و خنثی جدا و نسبت به هم عایق (Separate) می‌باشند. دراین حالت برقگیرها و سرج ارسترها بین هادی خارجی و نوترال قرار می گیرند. بنابراین، یک اسپارک گپ جمع کننده جریان بین PE و N قرار می گیرد.

 

شکل ۲ نصب SPD در سیستم TN-S

 

سیستم TN-C

در این سیستم مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده یک سیم مشترک به عنوان حفاظت و خنثی در نظر گرفته شده است. در این سیستم‌ها سیم نول N و سیم خنثی PE با در نظر گرفتن شرایطی بطور مشترک استفاده می‌شود. شکل (۳) انشعاب صحیح N و PE در شبکه TN-Cنشان داده شده است. در این سیستم N و PE در یک هادی PEN ترکیب می شوند. این سیستم، همانند سیستم TN-S نسبت به سیستم هایی که N و PE جدا از هم دارند، در برابر تداخل الکترومغناطیسی حساس تر عمل می کنند. راه‌اندازی سیستم TN-C محدود به کاربردهایی با بارهای با توان الکتریکی بالا، مانند دستگاه های پرقدرت یا منبع تغذیه مرکزی کارخانه‌ها و ساختمان ها است. برقگیرها و سرج ارسترها بین هادی بیرونی و هادی PEN قرار می گیرند.

 

 

شکل ۳ نصب SPD در سیستم TN-C

 

شبکه ‌TT

در شبکه‌های TT مرکز ستاره ترانسفورماتور بصورت مستقیم به زمین متصل شده و در محل مصرف کننده، بدنه تجهیزات نیز توسط الکترود زمین جداگانه بطور مستقیم زمین شده اند و بین این دو هیچ سیم زمینی وجود ندارد. نمومه یک سیستم سه فاز TT در شکل (۴) نشان داده شده است. بزرگترین مزیت سیستم زمین TT عدم وجود نویزهای فرکانس پایین و بالا می‌باشد که ازطریق سیم نول متصل به تجهیزات وارد می‌شود. شبکه‌های TT همواره برای کاربردهای خاص مانند سایت‌های مخابراتی که از مزیت بدون ارت بهره می‌برند، استفاده می‌شوند. همانطور که در سیستم TN-S اتفاق می افتد، برقگیر و سرج ارسترها به همراه NPE بین N و PE قرار می گیرند. در اتصال خنثی به PE از سرج ارسترهای با تکنولوژی فاصله هوایی یا محفظه تخلیه گاز (GDT) به علت ظرفیت بالای تخلیه انرژی آنها استفاده می شود.

شکل ۴ نصب SPD در سیستم TT

مدل های سرج ارستر Fanox

سرج ارسترهای فنوکس در سه تیپ B، B+C و C طراحی و ساخته می شوند. هر کدام از این مدل ها دارای مشخصات مربوط به خود هستند که در جدول ذیل مشاهده می کنید:

مشخصات مدل نوع B:

 

 

مشخصات مدل نوع B+C:

 

مشخصات مدل نوع C:

 

 

ابعاد برق گیر یا سرج ارستر: