مفاهیم و اصطلاحات ایزولاسیون پایه
در این بخش، مفاهیم و اصطلاحات بنیادی مربوط به ایزولاسیون مطرح می‌شود.
• ایزولاسیون پایه تا زمانی که عایق باقی‌مانده باشد در برابر ولتاژ بالا محافظت می‌کند. استانداردهای ایمنی مانند IEC 61800-5-1 نیاز به حائل ایزولهی ثانویه (secondary isolation barrier) برای اطمینان بیشتر دارند. عایق اضافی حفاظت ایمن را فراهم می‌کند، حتی اگر اولین حائل عایقی آسیب ببیند. این حالت ایزولاسیون دوتایی (double isolation) نامیده می‌شود.
• ایزولاسیون تقویت‌شده (Reinforced isolation) توسط خود، تا آنجا که به ایمنی نسبت به ولتاژ بالا مربوط می‌شود، به همان اندازه ایزولاسیون دوتایی مفید است. آسیب به یک حائل ایزولاسیون تقویت‌شده می‌تواند جان انسان‌ها را به خطر بیندازد و نیازهای بیشتری را دربر دارد.
• اضافه ولتاژ موقت یا Temporary overvoltage یک افزایش ولتاژ کوتاه‌مدت (۵ ثانیه مطابق با استاندارد IEC61800-5-1) است که یک ایزولاتور باید بدون شکستن، آن را تحمل کند. این نشان‌دهنده Overvoltage است که می‌تواند در خطوط شبکه تغذیه به علت سوئیچینگ بار، خطاها یا آرک رخ دهد.
• ولتاژ Surge یا Impulse، مقدار حداکثر شکل موج یک پروفیل گذرای مشخص است (۱٫۲/۵۰ us ، نگاه کنید به IEC 60060-1 یا IEC 61000-4-5) که نشان‌دهنده ولتاژ القاشده در خطوط برق در طول ضربه‌های صاعقه (Lightning Strikes) مستقیم و غیرمستقیم است.
• ولتاژ کار، ولتاژ مداوم بر روی ایزولاتور است که در طول عمر دستگاه به‌عنوان بخشی از عملکرد عادی آن موجود است.
• Clearance کوتاه‌ترین فاصله در هوا از پین‌ها در سمت ولتاژ بالا به پین‌های در سمت ولتاژ پایین مدار مجتمع (IC) ایزولاتور (شکل ۱) است. Clearance باید به‌اندازه کافی بالا باشد تا در مقابل پیک Impulse Voltage و Temporary overvoltage بین پین‌ها برای ایجاد یونیزاسیون و آرک جلوگیری کند. شکست در هوا یک پدیده سریع است؛ مقدار Clearance بستگی به ولتاژ حداکثر دارد که می‌تواند در سیستم رخ دهد.
• فاصله خزشی (یا Creepage)، فاصله روی سطح پکیج ایزولاتور از طرف ولتاژ بالا به سمت ولتاژ پایین است (شکل ۲). الزامات Creepage متناسب با مقدار مؤثر (RMS) ولتاژ کاری است که مطابق با شرایط کاری سیستم بر روی ایزولاتور ظاهر می‌شود. در بعضی موارد، ممکن است نیاز به افزایش Creepage برای رعایت Clearance موردنیاز باشد. فاصله Creepage بستگی به درجه آلودگی و شاخص ردیابی مقایسه (CTI= comparative tracking index) از ترکیب یا مواد مدل پکیج است.
• درجه آلودگی (یا Pollution Degree) نشان‌دهنده مقدار گردوغبار، رطوبت یا بارش است که ممکن است در محيطی که ایزولاتور در آن کار می‌کند وجود داشته باشد. درجه آلودگی ۲ برای یک محیط صنعتی است که در آن به‌طورمعمول تنها آلودگی غیر رسانا رخ می‌دهد؛ بااین‌حال، آلودگی رسانا می‌تواند زمانی رخ دهد که سیستم در حال کار نیست. درجه آلودگی بالاتر نیاز به Creepage و Clearance بیشتر را افزایش می‌دهد.
• CTI یک ویژگی از مواد عایق است که نشان‌دهنده توانایی آن در مقاومت در برابر تخریب در امتداد سطح آن است. چنین تخریبی می‌تواند منجر به تشکیل یک مسیر هادی شود اگر ولتاژ بالای مداوم در آن اعمال شود. مواد بر اساس CTI به چهار گروه تقسیم می‌شوند. مواد با CTI بالاتر (شماره گروه کمتر) می‌تواند یک ولتاژ کاری بیشتر را برای یک Creepage یکسان تحمل کند. به‌عبارت‌دیگر، مواد با CTI بالاتر می‌تواند یک Creepage پایین‌تر (ابعاد کوچک‌تر پکیج) برای یک ولتاژ کار داده‌شده داشته باشد.
گروه ۱ : ۶۰۰ V < CTI
گروه ۲ : ۴۰۰ V < CTI < 600 V
گروه ۲a : 175 V < CTI < 400 V
گروه ۲b : 100 V < CTI < 175 V
استانداردهای Component-level برای ایزولاتور (به‌عنوان‌مثال، VDE 0884-10 یا IEC 60747-5-5) و استانداردهای system-level (به‌عنوان‌مثال، IEC 60664-1) هم پارامترها و هم روش‌های مورداستفاده برای آزمایش آن‌ها را تعریف می‌کنند. مرجع [۳] جزئیات این پارامترها و روش‌های تست آن‌ها را موردبحث قرار می‌دهد. دیتاشیتهای ایزولاتور دیجیتال به‌وضوح مقادیر این پارامترها را مشخص می‌کنند. این مقادیر می‌توانند با الزاماتی که توسط استانداردهای نهایی تجهیزات مانند IEC 61800-5-1 وضع می‌شوند، مقایسه شوند.
ادامه دارد …
مراجع
-
IEC 61800-5-1 Ed. 2.0. Adjustable speed electrical power drive systems, safety requirements, electrical, thermal and energy. July 2007.
- Anant S Kamath, Kannan Soundarapandian. High-voltage reinforced isolation: Defnitions and test methodologies. Texas Instruments White Paper, November 2014.
- Isolation glossary. Texas Instruments, October 2014.
-
Download these data sheets: ISO5851, ISO5852S, ISO5451, ISO5452, ISO7842, ISO7841, ISO7840, ISO7821, ISO7831.
