سرج ارستر و برقگیر

سرج‌ارستر یا سرج پروتکتور (SPD) یک دستگاه حفاظتی در سیستم‌های الکتریکی است که به منظور محافظت از تجهیزات و دستگاه‌های الکتریکی در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ یا سیگنال‌های ناخواسته از منابع مختلف طراحی شده است. وظیفه اصلی سرج‌ارستر این است که جریان های وارد شده به شبکه را به سیستم زمین منحرف کرده و باعث جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات شبکه می شود.سرج‌ارسترها به طور معمول در مدارهای برقی نصب می‌شوند و در صورت افزایش ناگهانی ولتاژ، مانند اضافه ولتاژهای ناشی از صاعقه و سوییچینگ یا اختلالات دیگر، وارد عمل می‌شوند و ولتاژ را به حد معقول و مطمئن برای تجهیزات برقی کاهش می‌دهند. این عمل باعث محافظت از تجهیزاتی مانند کامپیوترها، تلویزیون‌ها، تجهیزات الکترونیکی و دستگاه‌های حساس دیگر در برابر خطرات جدی مانند سوختگی و خرابی می‌شود.

نحوه عملکرد سرج ارستر به این صورت است که در حالت عادی مقاومت بسیار زیادی از خود نمایش می دهد و مانند یک عایق کامل عمل می کند، اما در برابر اضافه ولتاژ های ناگهانی مقاومت بسیار کمی از خود نمایش می دهد و مانند یک هادی بین شبکه و سیستم ارت عمل می کند و اضافه جریان ناشی از صاعقه و سوییچینگ را به سیستم زمین انتقال می دهد و مجدد به حالت عادی بر می گردد بدون اینکه باعث قطعی برق شود و تمام این فرایند در حد نانو ثانیه انجام می شود.سرج ارستر برخلاف فیوز تجهیزی یکبار مصرف نبوده و تا کیلوآمپر نامی خود می تواند بارها و بارها عمل کند و سلامت بماند و درصورتی که جریانی بیشتر از مقدار حداکثر تحمل خود از آن عبور کند فلگ ارستر از رنگ سبز به رنگ قرمز تغییر وضعیت می دهد و در آن صورت بایستی تعویض گردد.

مشخصات فنی سرج‌ارسترها بسته به نوع و کاربری آنها متفاوت می‌تواند باشد. در ادامه به برخی از مشخصات مهم سرج‌ارسترها اشاره می‌کنم:

1-کلاس حفاظتی :(Protection Class)مشخصه‌ای که میزان حفاظت ارائه شده توسط سرج‌ارستر را نشان می‌دهد. این کلاس‌ها می‌توانند مطابق با استانداردهای مختلف مانند IEC 62305 تعریف شوند.و بطور کلی شامل سه کلاس مختلف B,C,D یا 1،2،3 می شود.
2-ولتاژ نامی :(Nominal voltage) این ولتاژ نشان‌دهنده ولتاژی است که سرج‌ارستر برای کار در اون سطح ولتاژ طراحی شده است. معمولاً در واحد ولت ارائه می‌شود.
3-حداکثر ولتاژ دایم کار (Maximum continuous voltage): حداکثر ولتاژی است که سرج ارستر میتواند بصورت دایم تحمل کند بدون آنکه در عملکرد آن مشکلی ایجاد شود.
4- جریان تخلیه نامی (Nominal discharge/impulse current): جریان صاعقه یا سرج که ارستر می‌تواند بارها از خود عبور دهد بدون انکه آسیبی ببیند.
5-جریان تخلیه حداکثر (Maximum discharge/impulse current): حداکثر جریانی است که ارستر می تواند تحمل کند و بعد از دیدن این جریان باید تست و درصورت نیاز تعویض گردد.
6-تراز حفاظت ولتاژ(Protection level): حداکثر ولتاژی است که در زمان عملکرد سرج ارستر در دوسر ارستر و تجهیزات موازی با آن ایجاد می گردد.
7-حداکثر فیوز پشتیبان (Maximum back-up fuse): حداکثر جریان فیوزی است که جهت اتصال سرج ارستر به خط تحت حفاظت مجاز به استفاده از آن هستیم.
8-زمان عملکرد :(Response Time) زمانی که سرج‌ارستر برای واکنش به تغییرات ناگهانی ولتاژ یا جریان نیاز دارد. این زمان باید بسیار کم باشد تا تجهیزات حساس را در مقابل آسیب‌های ناگهانی محافظت کند.

توجه داشته باشید که این مشخصات به تنهایی کافی نیستند و باید با استانداردها و نیازهای مشخص کاربری مطابقت داشته باشند. همچنین، برای اطلاعات دقیق‌تر و استفاده مناسب از سرج‌ارسترها، به دستورالعمل و راهنمای تولید کننده مراجعه شود.

نواحی حفاظت در برابر اضافه ولتاژ به چهار دسته 0، 1، 2، و 3 تقسیم­ بندی می­ شوند که از این بین، دسته­ های 1، 2، و 3 توسط سرج ارسترهای مناسب حفاظت می­ شوند.جهت حفاظت هر ناحیه تجهیز مخصوصی نصب می گردد به عنوان مثال برای حفاظت LPZ0B صاعقه گیر و برای LPZ1 الی LPZ3 از سرج ارستر استفاده می گردد.کلاس های حفاظتی ثانویه در استاندارهای مختلف به این صورت بیان شده است:

در استاندارد EN کلاس های حفاظتی بصورت نوع (Type) بیان شده است Type1, Type2, Type3, Type1+2, Type2+3
در استاندارد IEC بصورت کلاس (Class) بیان شده است Class1, Class2, Class3, Class1+2, Class2+3
در استاندارد VDE بصورت کلاس B, C, D, B+C, C+D

سرج ارسترهای کلاس B یا نوع 1 اولین مرحله از حفاظت مدار در برابر اضافه جریان های ناشی از صاعقه حداکثر تا 100 کیلوآمپر با شکل موج 10/350μS را برعهده دارند. سرج ارستر کلاس B توانایی حفاظت در برابر پالس های الکترومغناطیسی صاعقه LEMP نفوذی از زون حفاظتی صفر LPZ0 را دارند و بخاطر این قابلیت در تابلوهای ورودی مجموعه یا تابلوی بعد از ترانسفورماتور تغذیه نصب می شوند.
سرج ارسترهای کلاس B بسته به شبکه مورد بهره برداری بصورت تک فاز یا سه فاز می باشند. چنانچه ساختار توزیع نول شبکه بصورت مشترک یا TN-C باشد ارستر کلاس B بصورت تک پل برای شبکه تک فاز و سه پل برای شبکه سه فاز می باشند. و چنانچه ساختار شبکه بصورت مجزا یا TN-S باشد ارستر کلاس B بصورت دوپل برای شبکه تک فاز و چهار پل برای شبکه سه فاز استفاده می شوند.

کاربرد ارستر کلاس B در سیستم های صنعتی، و تمام ساختمان های دارای سیستم حفاظت در برابر صاعقه کلاس 1 تا 4 می باشد.نحوه اتصال سرج ارستر کلاس B بصورت موازی با خط مورد حفاظت و بعد از کلید اصلی تابلو و قبل از مابقی تجهیزات حفاظتی نصب می گردد. اتصال از خط باید توسط فیوز پشتیبان از نوع کاردی با حداکثر جریانی که توسط سازنده ارستر توصیه می شود انجام گیرد.سیم اتصال ارستر کلاس B بسته به نوع سیم (مفتولی یا رشته ای) از سایز 10 تا 50 می باشد که در این خصوص باید به بروشور تولید کننده محصول مراجعه کنید.

جهت مشاهده همه ارسترهای کلاس B اینجا کلیک کنید.

سرج ارستر کلاس C یا نوع 2 دومین مرحله از حفاظت سرج بوده که وظیفه حفاظت در مقابل اضافه جریان های ناشی از سوئیچینگ حداکثر تا 40KA با شکل موج 8/20μS را دارند. همچنین سرج ارسترهای نوع C توانایی حذف ولتاژ نشتی از ارستر های نوع B را را نیز دارند.سرج ارستر کلاس C مناسب ساختمان های شخصی، آپارتمان ها ، بناهای صنعتی و تجاری فاقد صاعقه گیر هوایی و دارای چاه ارت است. محل نصب این ارستر در تابلوهای توزیع یا تابلوهای فرعی است.

جهت مشاهده همه ارسترهای کلاس C اینجا کلیک کنید.

سرج ارستر کلاس D یا نوع 3 به عنوان سومین مرحله از حفاظت مدار به کار می روند و مشخصه این سرج ارستر ترکیب شکل موج جریان 1.2/50μs و شکل موج ولتاژ 8/20μs است. این تجهیزات مستقیماً قبل از مصرف کننده نهایی الکتریکی و الکترونیکی مورد نظر، نصب می شوند به همین دلیل معمولا برای تجهیزات حساس مانند دیتا سنترها استفاده می شود. مطابق با استاندارد IEC حداکثر فاصله ارستر کلاس D از تجهیز تحت حفاظت نباید از 10 متر بیشتر باشد.ارسترهای کلاس D انواع مختلفی دارد و شامل ارسترهای تابلویی، ارستر DC ، ارستر دیتا، ارستر پریزی و غیره می باشد.

جهت مشاهده همه ارسترهای کلاس D اینجا کلیک کنید.

سرج ارستر کلاس ترکیبی B+C یا نوع 2+1 از رایج ترین و بهینه ترین سرج ارسترها می باشد. سرج ارستر کلاس ترکیبی B+C توانایی حفاظت همزمان در برابر صاعقه و سوییچینگ را دارند.طبق استاندارد، فاصله نصب بین دو ارستر کلاس B و C نباید کمتر از 10 متر باشد. رعایت این فاصله، مشکلاتی را در امور تابلوسازی ایجاد می کند که برای رفع آن، از ارسترهای کلاس ترکیبی B+C استفاده می شود.
کاربرد سرج ارسترهای کلاس ترکیبی B+C در تابلو های اصلی و تابلوهای میانی و یا ساختمان ها و مراکز صنعتی دارای یک تابلو می باشد.سرج ارستر کلاس ترکیبی B+C توانایی حفاظت از زون صفر LPZ0 تا زون دو LPZ2 را دارد.

جهت مشاهده همه ارسترهای کلاس B+C اینجا کلیک کنید.

سرج ارستر کلاس ترکیبی C+D یا نوع 3+2 از پرفروشترین و ارزانترین ارسترها می باشد. طبق استاندارد، طبق استاندارد IEC فاصله نصب بین دو ارستر کلاس C و D نباید کمتر از 5 متر باشد. رعایت این فاصله، مشکلاتی را در امور تابلو سازی ایجاد می کند که برای رفع آن، از ارسترهای کلاس ترکیبی C+D استفاده می شود.سرج ارستر کلاس ترکیبی 3+2 توانایی حفاظت همزمان دربرابر اضافه جریان های ناشی ازسوییچینگ 8/20μs و شکل موج ولتاژ 1.2/50μs را دارد. سرج ارستر کلاس ترکیبی C+D توانایی حفاظت از زون یک LPZ1 تا زون سه LPZ3 را دارد.کاربرد سرج ارستر کلاس ترکیبی C+D یا نوع 3+2 در ساختمان های مسکونی و خانه های شخصی می باشد.

جهت مشاهده همه ارسترهای کلاس C+D اینجا کلیک کنید.

امروزه در تمامی صنایع و شرکت ها، سیستم های مخابراتی و سرور های دیتا از مهم ترین و حساس ترین ساختارهای موجود هستند. قطعات الکتریکی استفاده شده در آنها که برای پردازش اطلاعات کاربرد دارند، نسبت به نواسانات ولتاژ بسیار حساس بوده و ممکن است با اختلالات به وجود آمده، آسیب دیده و خسارت های جبران ناپذیری به بار آورند.
سرج ارسترهای دیتا و مخابراتی در بسیاری از موارد برای حفاظت سیستم هایی از قبیل خطوط تلفن (آنالوگ و دیجیتال) ، شبکه های کامپیوتری و مخابراتی (IT) ، آنتن های رادیو و تلویزیون (RF) ، شبکه موبایل (BTS) ، شبکه های صنعتی (RS485)، دوربین های مدار بسته ، باید از ارستر مناسب آن با توجه به خصوصیات آن خطوط برای سیگنال های آنالوگ و دیجیتال استفاده نمود .کلاس حفاظتی ارسترهای دیتا با توجه به محل نصب تجهیز، ممکن است کلاس B+C، C ویا کلاس D و غیره باشد.

جهت مشاهده همه ارسترهای دیتا و مخابراتی اینجا کلیک کنید.

سرج ارستر فتوولتاییک (سولار) به منظور حفاظت از تجهیزات سیستم فتوولتاییک مانند پنل های خورشیدی و اینورترها در برابر صاعقه استفاده می شوند. به عبارت بهتر سرج ارسترهای فتوولتائیک به منظور حفاظت از این نوع تجهیزات در نیروگاه های خورشیدی خانگی و صنعتی طراحی شده اند. جهت حفاظت از اینورتر (مبدل DC به AC) باید ارستر در دوطرف آن نصب شود یعنی ارستر DC (ارستر فتوولتاییک)با سطح ولتاژ 300 تا 1500 ولت بسته به تعداد آرایه های خورشیدی در ورودی اینورتر و سرج ارستر AC معمولا تایپ C برای خروجی اینورتر قرار می گیرد.سرج ارستر فتوولتاییک (DC) معمولا بصورت سه پل (مثبت، منفی و ارت) ساخته می شود.

جهت مشاهده همه ارسترهای سولار اینجا کلیک کنید.

اسپارک گپ (Spark Gap) شامل دو الکترود است که توسط یک شکاف که معمولا با یک گاز (هوا یا SF6) پر شده است از یکدیگر جدا شده اند.طراحی اسپارک گپ به این صورت است که در حالت عادی تا زمانی که ولتاژ دوسر الکترود ها از ولتاژ شکست هوا یا گاز داخل اسپارک گپ فراتر نرفته، بصورت مدار باز عمل می کند و در حالت خطا به محض اینکه مقدار این ولتاژ فراتر رود بصورت اتصال کوتاه عمل می کند و مجدد به حالت عادی بر می گردد.

نحوه اتصال اسپارک گپ به این صورت است که معمولا یک سر آن به خط یا شبکه تحت ولتاژ و سر دیگر آن به زمین یا ارت متصل می گردد.البته در مواردی ممکن است اسپارک گپ، ایزوله کننده دوسطح بدون ولتاژ مانند اسپارک گپ همبند کننده دو سیستم ارت مجزا باشد.انواع مختلف اسپارک گپ ها شامل اسپارک گپ ضد انفجار، اسپارک گپ ساده (Safe) ، اسپارک گپ مخصوص نصب در زیر خاک و اسپارک گپ همبند کننده و غیره می باشد.

جهت مشاهده همه اسپارک گپ ها اینجا کلیک کنید.

نحوه نصب سرج ارستر بسته به نوع و مدل ارستر بصورت موازی یا سری با مدار تحت حفاظت می باشد.سرج ارسترهای پاور که در تابلو های اصلی و فرعی قرار می گیرند به این صورت است که بصورت موازی بعد از کلید یا فیوز اصلی تابلو و قبل از سایر تجهیزات حفاظتی نصب می شود. اتصال به سرج ارستر پاور از طریق فیوز پشتیبان از نوع کاردی می باشد.
نحوه نصب سرج ارستر دیتا و مخابراتی بصورت سری و بدون واسطه می باشد.در هر دو حالت اتصال سری یا موازی خروجی سرج ارستر بایستی به سیستم ارت متصل شود. نکته مهم دیگری که در هنگام نصب سرج ارسترها باید رعایت شود، طول انشعاب سیم ورودی تجهیز می باشد. طبق استاندارد IEC، طول انشعاب سیم از ورودی تابلو برق یا فیوز اصلی تا سرج ارستر و از سرج ارستر تا شینه ارت باید کمتر از 0.5 متر باشد.سرج ارسترهای مجهز به کنتاکت خروجی یا سیگنال آلارم قابلیت اتصال به سیستم های کنتل هوشمند BMS یا چراغ سیگنال جهت اطلاع از وضعیت سلامت سرج ارستر را دارند.