سرج های حاصل از صاعقه اغلب از طریق منابع تغذیه Ac به سیستم های الکترونیکی وارد می شوند، نصب تجهیزات سرج ارستر (SPD) در خطوط تغذیه، برای حفاظت لوازم در برابر اضافه ولتاژ حاصل از صاعقه ، ضروری می باشد.
مقدمه
متن مقاله
مدار سرج ارستر
مدارهای SPD قدیمی و ساده شده
مدار سرج ارستر
افزایش استفاده از مدارات مجتمع در سیستمهای الکترونیکی مدرن، سبب گسترش آگاهی در مورد خطرات حاصل از اضافه ولتاژ صاعقه شده است. مدارات مجتمع ، مخصوصا مدارات مجتمع بزرگ ، از آنجایی که قدرت عایقی بسیار کمی دارند در برابر اضافه ولتاژ گذرای صاعقه، آسیب پذیر می باشند. اضافه ولتاژ گذرا می تواند باعث آسیب دائمی یا اختلال در عملکرد موقت قطعات و سیستم های میکروالکترونیک شود. با توجه به این موضوع که سرج های حاصل از صاعقه اغلب از طریق منابع تغذیه Ac به سیستم های الکترونیکی وارد می شوند، نصب تجهیزات سرج ارستر (SPD) در خطوط تغذیه، برای حفاظت لوازم در برابر اضافه ولتاژ حاصل از صاعقه ، ضروری می باشد.
با توجه به طراحی SPD ها، ساده کردن ساختار مدار، امری لازم برای اطمینان از حفاظت است. ساده سازی مدار SPDها، سبب کاهش هزینه ساخت و کاهش ابعاد تجهیز می شود. با توجه به اینکه SPD قدیمی بیشتر در خطوط تغذیه AC تکفاز استفاده می شود، لازم است که به همراه تجهیزات حفاظتی بیشتری استفاده شوند ، در این مقاله مدار ساده شده ای برای بهبود طراحی SPD ارائه شده است. براساس این مدار ساده شده، تعداد قطعات حفاظتی می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد. برای بررسی صحت مدار ساده شده، یک تست ضربه، جهت اندازه گیری پاسخ ولتاژ های باقی مانده ی مدار قدیمی و مدار ساده شده، انجام شده است. نتایج اندازه گیری ثابت می کند که مدار ساده شده مطابق با طراحی استاندارد بوده و می تواند عملکرد بهتری برای حفاظت خطوط تغذیه AC در برابر اضافه ولتاژ حاصل از صاعقه ایجاد کند.
مدارهای SPD قدیمی و ساده شده
SPD مورد نظر برای حفاظت سیستم های الکترونیکی در برابر اضافه ولتاژ حاصل از صاعقه، برروی خطوط تغذیه AC تکفاز نصب می شود، که در شکل 1 نشان داده شده است. مطابق با استانداردIEC ، این مدار باید شامل دو مد حفاظت به نام های مد حفاظت مشترک و مد حفاظت دیفرانسیلی باشند.
SPD
مدار SPD قدیمی با دو مد حفاظتی در شکل 2 نشان داده شده است. وریستورهای اکسید فلزی M1~M6 و محفظه های تخلیه گاز G1 و G2 در دو مرحله استفاده شده است. در مرحله اول، M1 اضافه ولتاژ را در مد دیفرانسیلی محدود می کند ، و M2-G1 و M3-G1 اضافه ولتاژ را در حالت مشترک محدود می کنند. درحالت مشابه، درمرحله دوم M4 ،M5-G2 و M6-G2 اضافه ولتاژ را محدود می کنند. L1 و L2سلف های جدا کننده برای تنظیم حفاظت بین دو مرحله هستند.
مدار SPD قدیمی با دو مد حفاظتی
در شکل 2 مدار قدیمی مطابق با استاندارد IEC نشان داده شده است که بیشتر در خطوط تغذیه AC تکفاز، برای حفاظت تجهیزات الکترونیکی در برابر صدمات حاصل از اضافه ولتاژهای صاعقه به کار می رود.
به هر حال، اشکال این مدار که دارای قطعات حفاظتی بیشتر بوده و باعث افزایش هزینه ساخت و افزایش ابعاد تجهیز می شود، در شکل 2 قابل مشاهده است.برای برطرف کردن این مشکل، از یک SPD مدار ساده ، که در شکل 3 نشان داده شده ، استفاده شده است. مدار ساده شده در مقایسه با مدار قدیمی، تعداد وریستورهای اکسید فلزی را از 6 عدد به 2 عدد کاهش داده است. SPD با مدار ساده ، نسبت به SPD قدیمی بسیار کوچکتر می باشد، که در شکل 4 نشان داده شده است.
در مدار ساده شده، اضافه ولتاژ حالت مشترک بوجود آمده بین L-PE و N-PE به ترتیب به وسیله M7-G3، M8-G4 و G3، G4 محدود می شود. در مد دیفرانسیلی، اضافه ولتاژ به وجود آمده بین L-N به وسیله M7 و M8 محدود می شود.
با توجه به عدم تقارن مدار بین L-PE و N-PE، محدودکردن اضافه ولتاژ در حالت مشترک ممکن است باعث اضافه ولتاژ بین L-N در مد دیفرانسیلی شود، در چنین وضعیتی M7 و M8 می توانند اضافه ولتاژ مد دیفرانسیلی را محدود کنند. G3 وG4 که مستقیما بین N-PE وصل شده اند، بعد از کامل شدن اضافه ولتاژ گذرا، از عبور جریان با فرکانس قدرت جلوگیری می کند.
