انواع سرج ارستر (SPD)

- برقگیر حفاظتی نوع ۱ (Type 1 SPD)

برقگیر حفاظتی نوع ۱ یا Type 1 SPD اولین و قوی‌ترین مرحله در سیستم حفاظت در برابر افزایش ولتاژ (Surge Protection) است. این نوع برقگیر برای تخلیه جریان‌های ناشی از صاعقه و جهش‌های شدید ولتاژ در نقطهٔ ورودی تأسیسات طراحی شده و معمولاً در تابلو برق اصلی ساختمان نصب می‌شود.

در مناطقی که احتمال برخورد مستقیم صاعقه یا القای ناشی از آن در شبکه برق وجود دارد (مانند ساختمان‌های بلند، نیروگاه‌ها، کارخانه‌ها، دکل‌های مخابراتی و پالایشگاه‌ها)، استفاده از SPD نوع ۱ ضروری و الزامی است.

🎯 هدف اصلی SPD نوع ۱

هدف این نوع SPD، حفاظت اولیه از تأسیسات الکتریکی در برابر جریان‌های عظیم صاعقه است. زمانی که رعد و برق به خطوط انتقال یا ساختمان برخورد می‌کند، جریان بسیار بزرگی (تا 100 کیلوآمپر یا بیشتر) در شبکه القا می‌شود. SPD نوع ۱ این انرژی بسیار زیاد را جذب کرده و از طریق مسیر ایمن به زمین هدایت می‌کند تا از آسیب‌دیدگی تابلوها، کابل‌ها و تجهیزات داخلی جلوگیری شود.

⚙️ ساختار و فناوری مورد استفاده

برقگیرهای نوع ۱ معمولاً از فناوری‌های زیر استفاده می‌کنند:

• Spark Gap (فاصلهٔ جرقه‌ای): پرکاربردترین نوع در SPD نوع ۱ است. این فناوری از فاصلهٔ هوایی یا الکترودهای قابل کنترل برای تخلیهٔ ولتاژ بالا استفاده می‌کند. مزیت آن، توانایی تخلیهٔ جریان بسیار زیاد است.
• GDT (Gas Discharge Tube): لوله‌های تخلیهٔ گاز که در ولتاژ بالا یونیزه می‌شوند و مسیر رسانایی ایجاد می‌کنند تا ولتاژ اضافی به زمین تخلیه شود.
• Hybrid Type (ترکیبی): ترکیب Spark Gap و Varistor (MOV) برای عملکرد بهتر، پاسخ سریع‌تر و پایداری بالاتر.

این دستگاه‌ها معمولاً به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که پس از هر تخلیه، دوباره قابل استفاده باشند، اما در صورت تخلیه‌های بسیار قوی یا مکرر، ممکن است نیاز به تعویض داشته باشند.

🔌 محل نصب SPD نوع ۱

محل مناسب نصب Type 1 SPD در تابلو برق اصلی (Main Distribution Board) است، جایی که برق از شبکه توزیع وارد ساختمان می‌شود. این نقطه اولین خط دفاعی در برابر اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه است.

• در ورودی اصلی تأسیسات، قبل از کنتور یا بلافاصله بعد از آن نصب می‌شود.
• در ساختمان‌های دارای سیستم حفاظت صاعقه (LPS) وجود SPD نوع ۱ الزامی است.
• در تأسیسات صنعتی، بیمارستان‌ها، مراکز داده و شبکه‌های حساس نیز به‌عنوان حفاظت پایه نصب می‌شود.

⚡ ویژگی‌ها و مشخصات فنی

• جریان تخلیه اسمی (I_imp): توانایی تخلیهٔ جریان صاعقه در حد 12.5 تا 100 کیلوآمپر در هر فاز
• ولتاژ ماندگار (U_p): ولتاژی که بعد از عملکرد SPD بر روی سیستم باقی می‌ماند؛ معمولاً بین 2.5 تا 4 کیلوولت
• زمان پاسخ: بسیار سریع، در حد چند نانوثانیه
• سیستم زمین: مناسب برای انواع TN، TT و IT با انتخاب مدل مخصوص هر نوع
• قابلیت نصب ماژولار: برخی مدل‌ها دارای ماژول قابل تعویض هستند تا پس از آسیب نیازی به تعویض کل واحد نباشد.

✅ مزایای استفاده از SPD نوع ۱

• محافظت در برابر تخلیه‌های مستقیم و شدید صاعقه
• کاهش چشمگیر خطر آتش‌سوزی و خرابی تجهیزات
• افزایش ایمنی کل سیستم الکتریکی ساختمان
• افزایش طول عمر تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی
• قابلیت ترکیب با SPD نوع ۲ و ۳ برای ایجاد حفاظت چندمرحله‌ای

⚠️ نکات مهم در انتخاب و نصب

• SPD نوع ۱ باید مطابق با ولتاژ نامی شبکه (معمولاً 230/400 ولت AC) انتخاب شود.
• اتصال زمین باید با کمترین طول و مقاومت ممکن انجام شود (ترجیحاً زیر 0.5 اهم).
• برای عملکرد صحیح، فاصلهٔ سیم بین SPD و کلید اصلی باید حداقل باشد تا افت ولتاژ ایجاد نشود.
• در صورت استفاده از SPD ترکیبی (Type 1+2)، می‌توان مرحلهٔ دوم حفاظت را نیز هم‌زمان فراهم کرد.
• بررسی دوره‌ای سلامت SPD (از طریق نشانگر وضعیت یا تستر) توصیه می‌شود.

- برقگیر حفاظتی نوع ۲ (Type 2 SPD)

برقگیر حفاظتی نوع ۲ یا Type 2 SPD دومین سطح از سیستم حفاظت در برابر افزایش ولتاژ است که معمولاً در تابلوهای توزیع داخلی ساختمان نصب می‌شود. این نوع برقگیر برای مقابله با نوسانات ولتاژ با شدت متوسط طراحی شده است؛ نوساناتی که ممکن است از طریق شبکه برق، صاعقه‌های غیرمستقیم یا کلیدزنی‌های الکتریکی (switching surges) ایجاد شوند.

در حالی‌که SPD نوع 1 انرژی عظیم حاصل از برخورد مستقیم صاعقه را تخلیه می‌کند، وظیفهٔ SPD نوع 2 آن است که باقیماندهٔ ولتاژ عبوری از مرحلهٔ اول را کاهش دهد تا سطح ولتاژ به مقدار ایمن برای تجهیزات الکتریکی برسد. بنابراین، این نوع SPD پل ارتباطی میان حفاظت اولیه و نهایی محسوب می‌شود.

🎯 هدف و کاربرد SPD نوع ۲

هدف اصلی این نوع SPD، حفاظت از مدارهای داخلی و تجهیزات متصل در برابر ولتاژهای گذرای متوسط است. در بیشتر ساختمان‌ها، بخش عمدهٔ افزایش ولتاژها ناشی از کلیدزنی موتورها، ترانس‌ها، تجهیزات قدرت و سیستم‌های الکترونیکی است که SPD نوع 2 به خوبی قادر به کنترل آن‌ها می‌باشد.

• مناسب برای تابلوهای فرعی یا توزیع ثانویه
• قابل استفاده در مراکز اداری، تجاری، صنعتی و ساختمان‌های مسکونی
• ایده‌آل برای حفاظت از مدارهای تغذیهٔ تجهیزات حساس، سیستم‌های کنترل و روشنایی

⚙️ ساختار و نحوه عملکرد

برقگیر نوع ۲ معمولاً بر پایهٔ فناوری Varistor (MOV – Metal Oxide Varistor) ساخته می‌شود. MOV قطعه‌ای نیمه‌هادی است که در ولتاژ نرمال، مقاومت بسیار بالایی دارد و جریان از آن عبور نمی‌کند؛ اما در صورت افزایش ولتاژ از حد مشخص، مقاومت آن ناگهان کاهش یافته و مسیر هدایت را برای تخلیهٔ انرژی اضافی به زمین باز می‌کند.

پس از کاهش ولتاژ به سطح ایمن، MOV مجدداً به حالت اولیه بازمی‌گردد و به این ترتیب، SPD نوع ۲ می‌تواند بارها و بارها بدون خرابی وارد عمل شود (تا زمانی که ظرفیت جذب انرژی آن تمام نشود).

🔌 محل نصب و شیوه اتصال

SPD نوع ۲ معمولاً در تابلوهای توزیع داخلی یا در نزدیکی بارهای حساس نصب می‌شود تا حفاظت موضعی فراهم کند. این نوع می‌تواند در شبکه‌های مختلف زمین مانند TN-S، TN-C، TT و IT استفاده شود، ولی باید مدل متناسب با هر نوع سیستم زمین انتخاب گردد.

• نصب بین فاز و نول یا بین فاز و زمین (بسته به نوع شبکه)
• اتصال با کابل‌های کوتاه و ضخیم برای کاهش مقاومت مسیر تخلیه
• در کنار کلیدهای حفاظتی و فیوزها برای اطمینان از عملکرد ایمن

⚡ مشخصات فنی و پارامترهای مهم

• جریان تخلیه اسمی (I_n): مقدار جریان گذرای استانداردی که SPD می‌تواند بدون خرابی تخلیه کند (معمولاً بین 5 تا 20 کیلوآمپر)
• جریان تخلیه حداکثر (I_max): بیشترین جریان گذرایی که SPD قادر به تحمل آن است (بین 20 تا 80 کیلوآمپر بسته به مدل)
• ولتاژ حفاظتی باقیمانده (U_p): سطح ولتاژی که بعد از عملکرد SPD بر روی سیستم باقی می‌ماند (حدود 1.2 تا 2.5 کیلوولت)
• زمان پاسخ: کمتر از 25 نانوثانیه
• ولتاژ نامی (U_n): مطابق با ولتاژ شبکه (معمولاً 230/400 ولت AC)

✅ مزایای استفاده از SPD نوع ۲

• محافظت مؤثر از سیستم‌های داخلی در برابر نوسانات ولتاژ و جریان‌های گذرا
• افزایش طول عمر تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی
• پایداری بالا و قابلیت استفادهٔ مجدد پس از تخلیه‌های متعدد
• قابل ترکیب با SPD نوع ۱ و ۳ برای حفاظت چندمرحله‌ای کامل
• نصب آسان و هزینهٔ نگهداری پایین

⚠️ نکات مهم در انتخاب و نصب SPD نوع ۲

• انتخاب ظرفیت تخلیه مناسب (I _max) متناسب با نوع سیستم و محل نصب الزامی است.
• فاصلهٔ بین SPD نوع ۱ (در تابلو اصلی) و SPD نوع ۲ (در تابلو فرعی) باید بین 10 تا 20 متر باشد تا عملکرد مرحله‌ای بهینه شود.
• کابل اتصال زمین باید تا حد امکان کوتاه (کمتر از 0.5 متر) باشد تا افت ولتاژ در مسیر تخلیه کاهش یابد.
• بررسی نشانگر وضعیت (Indicator Window) به‌صورت دوره‌ای برای اطمینان از سلامت دستگاه ضروری است.
• در مدارهایی که SPD نوع ۲ نصب می‌شود، استفاده از فیوز یا کلید مینیاتوری مناسب جهت حفاظت اضافه‌جریان توصیه می‌شود.

- برقگیر حفاظتی نوع ۳ (Type 3 SPD)

برقگیر حفاظتی نوع ۳ یا Type 3 SPD آخرین و دقیق‌ترین مرحله از سیستم حفاظت در برابر افزایش ولتاژ (Surge Protection System) است. این نوع SPD برای محافظت از تجهیزات نهایی و بسیار حساس مانند کامپیوترها، تلویزیون‌ها، سرورها، سیستم‌های مخابراتی، تجهیزات پزشکی و ابزارهای دقیق طراحی شده است.

در حالی‌که SPD نوع ۱ انرژی حاصل از صاعقه را در ورودی ساختمان تخلیه می‌کند و SPD نوع ۲ ولتاژهای متوسط شبکه را مهار می‌سازد، SPD نوع ۳ وظیفه دارد باقیماندهٔ ولتاژهای بسیار کوچک اما همچنان خطرناک را که ممکن است به مدارهای الکترونیکی آسیب بزنند، حذف کند. بنابراین، می‌توان گفت که SPD نوع ۳، آخرین خط دفاعی در برابر نوسانات ولتاژ است.

🎯 هدف و کاربرد SPD نوع ۳

هدف اصلی این نوع SPD، ایجاد حفاظت نهایی در نقطهٔ مصرف (Point of Use) است. این دستگاه معمولاً در نزدیکی تجهیزات حساس یا حتی داخل دوشاخه‌ها، چندراهی‌ها و ترمینال‌های برق نصب می‌شود. SPD نوع ۳ به دلیل طراحی فشرده و واکنش سریع خود، برای حفاظت از وسایلی با مدارهای ظریف و حساس ایده‌آل است.

• مناسب برای تجهیزات الکترونیکی ظریف (کامپیوتر، تلویزیون، مودم، سیستم صوتی و تصویری، دستگاه‌های پزشکی)
• نصب در نزدیکی یا روی پریز برق، داخل محافظ‌های چندراهی یا تابلوهای محلی کوچک
• کاربرد در منازل، دفاتر، آزمایشگاه‌ها و اتاق‌های کنترل صنعتی

⚙️ ساختار و نحوه عملکرد

برقگیرهای نوع ۳ معمولاً از ترکیب چند فناوری برای پاسخ سریع و دقیق استفاده می‌کنند، از جمله:

• Varistor (MOV): برای جذب انرژی اضافی و کاهش ولتاژ به سطح ایمن.
• RC Filter (مدار فیلتر RC): برای حذف نویزهای فرکانس بالا و اختلالات الکترومغناطیسی (EMI/RFI).
• Gas Discharge Tube (GDT): جهت هدایت ولتاژهای شدیدتر به زمین در صورت عبور موج بزرگ.

هنگامی که ولتاژ ورودی از حد مجاز فراتر می‌رود، عناصر فوق به‌صورت آنی فعال شده و مسیر تخلیهٔ سریع برای ولتاژ اضافی فراهم می‌سازند. این فرآیند در کمتر از چند نانوثانیه انجام می‌شود، بنابراین تجهیزات متصل هیچ آسیبی نمی‌بینند.

🔌 محل نصب SPD نوع ۳

نصب SPD نوع ۳ باید در نزدیکی تجهیزات نهایی انجام شود تا فاصلهٔ بین دستگاه و منبع حفاظت حداقل باشد. حتی طول سیم چند متری بین تابلو و دستگاه می‌تواند باعث افزایش مجدد ولتاژ شود؛ بنابراین نصب آن در پریز یا چندراهی محافظ بهترین گزینه است.

• نصب مستقیم بر روی پریز برق (Wall Plug SPD)
• استفاده از محافظ‌های چندراهی دارای SPD داخلی
• نصب در تابلوهای محلی نزدیک به تجهیزات حساس
• در سیستم‌های صنعتی، نصب در نزدیکی کنترلرها و PLCها

⚡ مشخصات فنی و ویژگی‌ها

• ولتاژ نامی: 230 ولت AC (مطابق با ولتاژ شبکه)
• جریان تخلیه اسمی (I_n): معمولاً بین 1 تا 5 کیلوآمپر
• جریان تخلیه حداکثر (I_max): بین 5 تا 20 کیلوآمپر بسته به مدل
• ولتاژ حفاظتی باقیمانده (U_p): حدود 1.2 کیلوولت یا کمتر
• زمان پاسخ: کمتر از 1 نانوثانیه در بیشتر مدل‌ها
• ظرفیت تخلیه انرژی: پایین‌تر از نوع 1 و 2، ولی دقت عملکرد بسیار بالاتر

✅ مزایای استفاده از SPD نوع ۳

• واکنش بسیار سریع در برابر ولتاژهای گذرای کوچک
• حفاظت دقیق از دستگاه‌های الکترونیکی و دیجیتال حساس
• قابلیت نصب آسان و کم‌هزینه
• امکان ترکیب با SPD نوع ۲ برای حفاظت چندمرحله‌ای
• کاهش نویزهای الکترومغناطیسی و اختلالات شبکه

⚠️ نکات مهم در انتخاب و نصب SPD نوع ۳

• SPD نوع ۳ باید همیشه بعد از SPD نوع ۲ نصب شود، زیرا تحمل انرژی بالای ولتاژ را ندارد.
• بهتر است در پریزهایی استفاده شود که مستقیماً به تابلو محافظت‌شده توسط SPD نوع ۲ متصل هستند.
• مدل انتخابی باید مطابق ولتاژ شبکه و توان دستگاه مصرف‌کننده باشد.
• در محیط‌های دارای نویز زیاد، استفاده از مدل‌های دارای فیلتر RC توصیه می‌شود.
• در صورت مشاهدهٔ سوختگی یا خاموشی نشانگر وضعیت، دستگاه باید فوراً تعویض شود.

حفاظت مؤثر برقگیر SPD (Surge Protective Device) یکی از عوامل کلیدی در افزایش ایمنی و پایداری سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی است. عملکرد صحیح SPD نه‌تنها از تجهیزات در برابر نوسانات و اضافه‌ولتاژهای گذرا محافظت می‌کند، بلکه موجب افزایش عمر مفید دستگاه‌ها، کاهش خرابی‌ها و جلوگیری از توقف‌های ناگهانی سیستم می‌شود. اما برای دستیابی به حفاظت مؤثر، تنها نصب SPD کافی نیست؛ بلکه باید اصول طراحی، انتخاب، و نصب صحیح آن به‌طور کامل رعایت گردد.

⚡ مفهوم حفاظت مؤثر در سیستم SPD

حفاظت مؤثر به معنای آن است که سیستم SPD بتواند در تمامی سطوح شبکه، از ورود تا نقطهٔ مصرف، نوسانات ولتاژ را به‌طور مرحله‌ای و هماهنگ کنترل کند. این هماهنگی موجب می‌شود که هیچ موج ولتاژ خطرناکی به تجهیزات حساس نهایی نرسد. در واقع، یک سیستم SPD مؤثر، همانند زنجیره‌ای از سدهای حفاظتی عمل می‌کند که هر مرحله بخشی از انرژی اضافه را تخلیه کرده و مرحله بعدی ولتاژ باقی‌مانده را کاهش می‌دهد.

🔋 ساختار سیستم حفاظت مؤثر (چندمرحله‌ای)

سیستم‌های مدرن حفاظت ولتاژ گذرا بر اساس سه سطح حفاظتی مکمل طراحی می‌شوند:

• مرحله اول – SPD نوع 1: تخلیهٔ انرژی عظیم صاعقه یا موج‌های شدید در ورودی ساختمان یا پست برق.
• مرحله دوم – SPD نوع 2: کاهش ولتاژهای باقیمانده در تابلوهای توزیع داخلی.
• مرحله سوم – SPD نوع 3: محافظت از تجهیزات نهایی و حساس در نقطهٔ مصرف.

ترکیب این سه مرحله، یک حفاظت چندلایه و کامل را ایجاد می‌کند که احتمال آسیب را تقریباً به صفر می‌رساند.

🧭 عوامل مؤثر در عملکرد صحیح SPD

برای آن‌که یک سیستم SPD بتواند به‌صورت مؤثر عمل کند، باید عوامل زیر در طراحی و نصب آن رعایت شود:

• انتخاب ظرفیت مناسب: انتخاب SPD با جریان تخلیه و ولتاژ حفاظتی متناسب با نوع شبکه (مثلاً 230/400V AC) و محل نصب.
• رعایت فاصلهٔ حفاظتی بین مراحل: فاصلهٔ بین SPD نوع 1 و 2 باید حدود 10 تا 20 متر باشد تا هماهنگی انرژی تخلیه‌شده حفظ شود.
• اتصال زمین مؤثر: مسیر زمین باید کوتاه، مستقیم و دارای مقاومت کمتر از 10 اهم باشد تا ولتاژ باقیمانده به‌خوبی تخلیه گردد.
• استفاده از کابل‌های کوتاه و ضخیم: طول زیاد سیم‌ها باعث افزایش اندوکتانس و کاهش سرعت تخلیه می‌شود.
• نصب صحیح در تابلو: SPD باید نزدیک به نقطهٔ ورود کابل برق یا کلید اصلی نصب شود.
• هماهنگی الکتریکی بین سطوح: ولتاژ حفاظتی SPD نوع 1 باید بالاتر از نوع 2، و نوع 2 بالاتر از نوع 3 باشد تا جریان به‌درستی بین مراحل تقسیم شود.

⚙️ نکات طراحی برای دستیابی به حفاظت مؤثر

1. در سیستم‌های سه‌فاز، برای هر فاز یک SPD مجزا در نظر گرفته شود.
2. در شبکه‌های TT و TN-S از مدل‌های مخصوص هر نوع سیستم زمین استفاده شود.
3. برای تابلوهای فرعی دور از ورودی ساختمان، SPD نوع 2 مجزا نصب شود.
4. در محل‌هایی که نویز الکترومغناطیسی زیاد است، از SPD دارای فیلتر EMI/RFI استفاده گردد.
5. بررسی دوره‌ای نشانگر وضعیت (Indicator) برای اطمینان از سلامت دستگاه الزامی است.

⚡ نتایج حاصل از حفاظت مؤثر SPD

• افزایش چشمگیر طول عمر تجهیزات برقی و الکترونیکی
• کاهش خطر آتش‌سوزی ناشی از اضافه‌ولتاژ
• پایداری بیشتر شبکهٔ برق داخلی و کاهش اختلالات عملکردی
• جلوگیری از هزینه‌های تعمیر یا تعویض تجهیزات
• افزایش ایمنی کلی ساختمان در برابر اثرات صاعقه و نوسانات شدید

🧩 مثال از یک سیستم SPD مؤثر

فرض کنید در یک ساختمان اداری، در ورودی برق اصلی یک SPD نوع 1 نصب شده تا انرژی ناشی از صاعقه را تخلیه کند. در تابلوهای فرعی هر طبقه، SPD نوع 2 تعبیه شده تا باقیماندهٔ ولتاژ را کاهش دهد. در نهایت، در پریزهایی که کامپیوترها و سرورها متصل هستند، SPD نوع 3 نصب شده تا از تجهیزات دیجیتال در برابر نوسانات کوچک محافظت کند. نتیجه؟ هیچ موج گذرایی نمی‌تواند به تجهیزات حساس آسیب بزند — این یعنی حفاظت مؤثر و کامل.