دستگاه‌های محافظت در برابر نوسانات برق DC: راهنمای جامع برای کاربردهای خورشیدی، خودروهای برقی و صنعتی

دستگاه‌های محافظ ولتاژ DC (SPD) اجزای حیاتی در سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی، ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی و کاربردهای صنعتی هستند که برای محافظت از تجهیزات الکترونیکی حساس در برابر افزایش ولتاژ ناشی از اختلالات الکتریکی مختلف طراحی شده‌اند. این دستگاه‌ها با منحرف کردن ولتاژ اضافی از اجزای حیاتی، نقش مهمی در حفظ طول عمر و قابلیت اطمینان سیستم‌های الکتریکی ایفا می‌کنند و در نتیجه از آسیب جلوگیری کرده و تداوم عملکرد را تضمین می‌کنند.

ویوکس اس پی دی

درک اضافه ولتاژهای گذرای DC

تعریف اضافه ولتاژهای گذرای DC

اضافه ولتاژهای گذرای DC به جهش‌های ولتاژ کوتاه‌مدتی اشاره دارند که در سیستم‌های الکتریکی جریان مستقیم (DC) رخ می‌دهند. این اضافه ولتاژها می‌توانند به طور قابل توجهی از ولتاژ عملیاتی عادی فراتر روند و معمولاً از چند میکروثانیه تا چند میلی‌ثانیه طول می‌کشند. آنها با زمان افزایش سریع مشخص می‌شوند و می‌توانند به دامنه‌های چندین کیلوولت برسند. اضافه ولتاژهای گذرا می‌توانند ناشی از اختلالات مختلف خارجی یا داخلی باشند و با ایجاد بالقوه خرابی عایق، خرابی تجهیزات یا اختلالات عملیاتی، خطراتی را برای تجهیزات الکتریکی ایجاد کنند.

علل رایج در سیستم‌های جریان مستقیم

عوامل متعددی در وقوع اضافه ولتاژهای گذرا در سیستم‌های DC نقش دارند:

• برخورد صاعقه: صاعقه یکی از مهمترین علل طبیعی اضافه ولتاژهای گذرا است. برخورد مستقیم می‌تواند باعث ایجاد موج‌های ولتاژ بالا شود که از طریق خطوط هوایی و تجهیزات متصل منتشر می‌شوند و منجر به خسارات شدید می‌شوند. حتی اثرات غیرمستقیم، مانند تابش الکترومغناطیسی ناشی از برخورد صاعقه، می‌توانند باعث ایجاد جهش‌های ولتاژ قابل توجهی در سیستم‌های مجاور شوند.
• عملیات سوئیچینگ: عمل روشن یا خاموش کردن دستگاه‌های الکتریکی - مانند موتورها، ترانسفورماتورها یا قطع‌کننده‌های مدار - می‌تواند باعث ایجاد اضافه ولتاژهای گذرا شود. این عملیات سوئیچینگ می‌تواند منجر به تغییرات ناگهانی در جریان شود و باعث ایجاد جهش‌های ولتاژ شود که می‌تواند بر تجهیزات متصل تأثیر بگذارد. پدیده‌ای که به عنوان "جهش سوئیچ" در حین کار بارهای القایی شناخته می‌شود، نمونه رایجی از این علت است.
• تخلیه الکترواستاتیکی (ESD): رویدادهای ESD زمانی رخ می‌دهند که دو جسم با پتانسیل‌های الکترواستاتیکی متفاوت در تماس یا نزدیکی یکدیگر قرار گیرند و منجر به تخلیه سریع الکتریسیته شوند. این می‌تواند باعث ایجاد جهش‌های ولتاژ کوتاه اما شدید شود که به ویژه برای قطعات الکترونیکی حساس مضر هستند.
• نوسانات برق صنعتی: در محیط‌های صنعتی، فعالیت‌هایی مانند راه‌اندازی موتورهای بزرگ یا برق‌دار کردن ترانسفورماتورها می‌تواند اضافه ولتاژهای گذرای قابل توجهی ایجاد کند. این نوسانات اغلب از تغییرات ناگهانی در شرایط بار ناشی می‌شوند و می‌توانند باعث ایجاد اختلالاتی در شبکه برق شوند.
• پالس‌های الکترومغناطیسی هسته‌ای (NEMP): اگرچه کمتر رایج هستند، اما رویدادهای NEMP ناشی از انفجارهای هسته‌ای در ارتفاعات بالا می‌توانند اضافه ولتاژهای گذرای عظیمی را در مناطق وسیع القا کنند. میدان الکترومغناطیسی تولید شده توسط چنین انفجارهایی می‌تواند باعث ایجاد جهش‌های شدید ولتاژ در خطوط برق و ارتباطات شود.

نحوه عملکرد دستگاه‌های محافظت در برابر نوسانات برق DC

اصول کار SPD های DC

دستگاه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق DC (SPD) با نظارت بر سطح ولتاژ در یک سیستم جریان مستقیم (DC) و پاسخ سریع به هرگونه افزایش ولتاژ که از آستانه‌های از پیش تعیین‌شده تجاوز کند، عمل می‌کنند. عملکرد اصلی یک SPD DC، منحرف کردن ولتاژ اضافی از تجهیزات حساس و اطمینان از باقی ماندن آن در محدوده عملیاتی ایمن است.

1. نظارت بر ولتاژ: یک SPD جریان مستقیم به طور مداوم ولتاژ مدار را کنترل می‌کند. هنگامی که یک افزایش ناگهانی ولتاژ - مانند مواردی که ناشی از صاعقه یا عملیات سوئیچینگ است - را تشخیص می‌دهد، برای محافظت از سیستم فعال می‌شود.
2. تغییر مسیر ولتاژ ناگهانی: مکانیزم اصلی شامل اجزایی مانند وریستورهای اکسید فلزی (MOV) یا لوله‌های تخلیه گازی (GDT) است. در شرایط عادی، این اجزا مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند و SPD را به طور مؤثر از مدار جدا می‌کنند. با این حال، هنگامی که یک ولتاژ ناگهانی رخ می‌دهد، مقاومت آنها به طرز چشمگیری کاهش می‌یابد و به جریان اضافی اجازه می‌دهد تا از طریق آنها جریان یابد و با خیال راحت به زمین هدایت شود.
3. واکنش سریع: کل فرآیند در عرض چند نانوثانیه رخ می‌دهد، که برای محافظت از تجهیزات حتی در برابر کوتاه‌ترین نوسانات برق بسیار مهم است. پس از از بین رفتن نوسانات، MOV یا GDT به حالت مقاومت بالای خود باز می‌گردد و برای نوسانات برق آینده آماده است.

کاوش در یوتیوب

اجزای کلیدی در SPD های DC

چندین مؤلفه کلیدی در یک DC SPD با هم کار می‌کنند تا از محافظت مؤثر در برابر نوسانات برق اطمینان حاصل شود:

• وریستور اکسید فلزی (MOV): این رایج‌ترین قطعه مورد استفاده در SPDهای DC است. MOVها مقاومت‌های وابسته به ولتاژی هستند که با تغییر مقاومت خود در پاسخ به شرایط اضافه ولتاژ، جهش‌های ولتاژ را مهار می‌کنند. آن‌ها مسیری با امپدانس کم برای جریان‌های ضربه‌ای فراهم می‌کنند و به طور مؤثر آن‌ها را از تجهیزات حساس دور می‌کنند.
• لوله تخلیه گاز (GDT): GDT ها که اغلب همراه با MOV ها استفاده می شوند، با عبور جریان از خود در هنگام عبور از یک آستانه ولتاژ خاص، محافظت بیشتری را فراهم می کنند. آنها به ویژه در مدیریت نوسانات برق با انرژی بالا موثر هستند.
• دیودهای سرکوب ولتاژ گذرا (TVS): این قطعات برای پاسخ سریع به اضافه ولتاژهای گذرا طراحی شده‌اند و می‌توانند به طور مؤثر جهش‌های ولتاژ را مهار کنند. آنها اغلب در کاربردهایی که نیاز به زمان پاسخ سریع دارند، استفاده می‌شوند.
• شکاف‌های جرقه: اینها به عنوان دستگاه‌های محافظ استفاده می‌شوند که وقتی ولتاژ از سطح معینی فراتر می‌رود، یک مسیر رسانا ایجاد می‌کنند و به موج‌ها اجازه می‌دهند تا از اجزای حساس عبور کنند.

انواع دستگاه‌های محافظت در برابر نوسانات برق DC

دستگاه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق DC (SPD) بر اساس نقاط نصب و سطح حفاظتی که ارائه می‌دهند، به انواع مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند. شناخت این انواع به انتخاب SPD مناسب برای نیازهای خاص در سیستم‌های DC کمک می‌کند. انواع اصلی SPDهای DC نوع ۱، نوع ۲ و نوع ۳ هستند.

SPD های DC نوع 1

SPD های DC نوع ۱ برای محافظت در برابر نوسانات برق با انرژی بالا، که عمدتاً ناشی از برخورد مستقیم صاعقه یا حوادث ولتاژ بالا هستند، طراحی شده‌اند. آنها معمولاً قبل از تابلوی توزیع اصلی، یا در ورودی سرویس یا در پنل بریکر اصلی نصب می‌شوند. این دستگاه‌ها می‌توانند فشار ناشی از نوسانات برق را تحمل کنند و انرژی اضافی را با خیال راحت به زمین هدایت کنند.

مزایا:

• بالاترین سطح حفاظت در برابر نوسانات برق را مستقیماً به منبع تغذیه ورودی متصل می‌کند
• ظرفیت جذب انرژی قابل توجه
• خط اول دفاع در برابر موج‌های بزرگ

مثال‌های کاربردی:

• ورودی‌های خدمات برق
• تابلوهای توزیع اصلی در مجتمع‌های تجاری
• ساختمان‌هایی با سیستم حفاظت در برابر صاعقه خارجی

SPD های DC نوع 2

SPD های DC نوع ۲ برای محافظت در برابر اضافه ولتاژهای باقیمانده که از SPD های نوع ۱ عبور کرده‌اند یا اضافه ولتاژهای غیرمستقیم کوپل شده طراحی شده‌اند. آن‌ها در پنل توزیع اصلی یا پنل‌های فرعی داخل ساختمان نصب می‌شوند. SPD های DC نوع ۲ برای محافظت در برابر اضافه ولتاژهای ناشی از عملیات سوئیچینگ و تضمین حفاظت مداوم در سراسر سیستم الکتریکی ضروری هستند.

مزایا:

• محافظت قوی در برابر نوسانات ولتاژ باقیمانده ارائه می‌دهد
• با پرداختن به افزایش ولتاژهای داخلی، کارایی سیستم حفاظت در برابر نوسانات برق را افزایش می‌دهد.
• از آسیب رسیدن به تجهیزات حساس متصل به تابلوهای توزیع جلوگیری می‌کند.

مثال‌های کاربردی:

• تابلوهای توزیع اصلی و فرعی در املاک مسکونی
• سیستم‌های برق ساختمان‌های تجاری
• پنل‌های ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی

SPD های DC نوع ترکیبی

ترکیبی از SPD های DC نوع ۱ و نوع ۲ نیز موجود است و معمولاً در واحدهای مصرفی نصب می‌شود. این ترکیب با ارائه محافظت در برابر اضافه ولتاژهای مستقیم و غیرمستقیم، یک راه حل جامع ارائه می‌دهد.

مقایسه با SPD های AC

اگرچه SPD های AC و DC در اصول عملیاتی خود شباهت‌هایی دارند، اما چندین تفاوت اساسی وجود دارد:

1. سطوح ولتاژ: SPD های AC از تجهیزات متصل به شبکه برق با ولتاژهای بین ۱۲۰ ولت تا ۴۸۰ ولت محافظت می‌کنند. در مقابل، SPD های DC برای سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی با ولتاژهایی از چند صد ولت تا ۱۵۰۰ ولت، بسته به اندازه و پیکربندی سیستم، طراحی شده‌اند.
2. خواص مهار: SPD های AC و DC به دلیل تفاوت در مشخصات شکل موج ولتاژ، خواص مهار متمایزی دارند. ولتاژ AC بین مقادیر مثبت و منفی متناوب است، در حالی که ولتاژ DC ثابت و یک طرفه است. در نتیجه، SPD های AC باید نوسانات ولتاژ دو طرفه را کنترل کنند، در حالی که SPD های DC فقط نیاز به مدیریت نوسانات یک طرفه دارند.
3. مشخصات MOV: وریستورهای اکسید فلزی (MOV) مورد استفاده در SPD های AC و DC به طور متفاوتی طراحی شده‌اند تا با ویژگی‌های منحصر به فرد ولتاژ و جریان هر سیستم سازگار شوند. MOV های DC باید ولتاژ DC پیوسته را تحمل کنند و موج‌های ناگهانی را در یک جهت تحمل کنند، در حالی که MOV های AC باید ولتاژهای متناوب را تحمل کنند و موج‌های ناگهانی دو جهته را تحمل کنند.
4. نصب و اتصال: اگرچه فرآیند نصب برای هر دو SPD های AC و DC مشابه است، اما نقاط اتصال متفاوت هستند. SPD های AC معمولاً به شبکه برق و تجهیزات بار متصل می‌شوند، در حالی که SPD های DC به آرایه PV خورشیدی، اینورتر یا جعبه ترکیبی متصل می‌شوند.

کاربردهای دستگاه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق DC

دستگاه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق DC (SPD) نقش مهمی در محافظت از سیستم‌های مختلف مبتنی بر DC در برابر اثرات مخرب نوسانات ولتاژ دارند. در اینجا برخی از کاربردهای کلیدی که SPD های DC به طور گسترده در آنها استفاده می‌شوند، آورده شده است:

الف. سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی

سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی (PV) یکی از رایج‌ترین کاربردهای SPDهای DC هستند. این دستگاه‌ها از اجزای حساس مانند پنل‌های خورشیدی، اینورترها، کنترل‌کننده‌های شارژ و باتری‌ها در برابر افزایش ولتاژ ناشی از صاعقه، نوسانات شبکه یا عملیات سوئیچینگ محافظت می‌کنند. SPDهای DC با محدود کردن تأثیر این افزایش ولتاژها، به اطمینان از قابلیت اطمینان و طول عمر سیستم‌های PV خورشیدی کمک می‌کنند.

ب. توربین‌های بادی

توربین‌های بادی که با استفاده از ژنراتورهای DC برق تولید می‌کنند، از حفاظت ارائه شده توسط SPDهای DC نیز بهره‌مند می‌شوند. این دستگاه‌ها اجزای الکتریکی توربین، از جمله ژنراتورها، مبدل‌ها و سیستم‌های کنترل را از افزایش ولتاژ ناشی از صاعقه یا اختلالات شبکه محافظت می‌کنند.

ج. ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی

با افزایش روزافزون استفاده از خودروهای برقی (EV)، نیاز به زیرساخت‌های شارژ قابل اعتماد به طور فزاینده‌ای اهمیت پیدا می‌کند. SPDهای DC در ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی برای محافظت از تجهیزات شارژ و خودروهای متصل در برابر نوسانات ولتاژ استفاده می‌شوند و عملیات شارژ ایمن و بدون وقفه را تضمین می‌کنند.

د. تجهیزات مخابراتی

سیستم‌های مخابراتی که اغلب به برق DC متکی هستند، برای محافظت از قطعات الکترونیکی حساس، به محافظت قوی در برابر نوسانات برق نیاز دارند. SPD های DC در کاربردهای مختلف مخابراتی، مانند برج‌های سلولی، مراکز داده و تجهیزات شبکه، برای محافظت در برابر نوسانات ولتاژ که می‌توانند سرویس را مختل کرده و به سخت‌افزارهای گران‌قیمت آسیب برسانند، استفاده می‌شوند.

ه. سیستم‌های برق DC صنعتی

بسیاری از فرآیندها و تجهیزات صنعتی به برق DC متکی هستند و همین امر آنها را در برابر نوسانات ولتاژ آسیب‌پذیر می‌کند. SPD های DC در محیط‌های صنعتی برای محافظت از موتورهای DC، درایوها، کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) و سایر اجزای حیاتی در برابر آسیب‌های ناشی از نوسانات ولتاژ استفاده می‌شوند. این محافظت به حفظ قابلیت اطمینان و کارایی فرآیندهای صنعتی کمک می‌کند.

چرا سیستم‌های DC به حفاظت در برابر نوسانات برق نیاز دارند؟

حفاظت در برابر نوسانات برق برای سیستم‌های DC جهت محافظت از تجهیزات حساس، تضمین قابلیت اطمینان و رعایت استانداردهای ایمنی ضروری است. در اینجا نگاهی دقیق به این موضوع می‌اندازیم که چرا سیستم‌های DC به حفاظت در برابر نوسانات برق نیاز دارند.

الف. محافظت از تجهیزات حساس جریان مستقیم

سیستم‌های جریان مستقیم اغلب دستگاه‌های الکترونیکی حساس، از جمله اینورترها، باتری‌ها و سیستم‌های کنترل را تغذیه می‌کنند. این اجزا در برابر افزایش ولتاژ ناشی از صاعقه، عملیات سوئیچینگ یا خطا در شبکه برق آسیب‌پذیر هستند.

• پیشگیری از آسیب به تجهیزات: افزایش ولتاژ می‌تواند از حد قابل تحمل قطعات الکترونیکی فراتر رود و منجر به آسیب یا خرابی برگشت‌ناپذیر شود. دستگاه‌های محافظت در برابر افزایش ولتاژ DC (SPD) این افزایش ولتاژها را سرکوب یا منحرف می‌کنند و از تجهیزات حیاتی در برابر آسیب محافظت می‌کنند.
• یکپارچگی عملیاتی: با حفظ سطح ولتاژ پایدار، SPD های DC به اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه‌های حساس بدون وقفه‌های ناشی از اضافه ولتاژهای گذرا کمک می‌کنند.

ب. تضمین قابلیت اطمینان و طول عمر سیستم

قابلیت اطمینان و طول عمر سیستم‌های DC به طور قابل توجهی از طریق محافظت مؤثر در برابر نوسانات برق افزایش می‌یابد.

• افزایش طول عمر تجهیزات: با کاهش اثرات افزایش ناگهانی ولتاژ، SPD های DC باعث کاهش ساییدگی و پارگی قطعات الکترونیکی می‌شوند و به آنها اجازه می‌دهند برای مدت طولانی‌تری به طور بهینه کار کنند. این امر به ویژه در کاربردهایی مانند سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی و ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی، که تعویض تجهیزات می‌تواند پرهزینه و مخرب باشد، بسیار مهم است.
• به حداقل رساندن زمان از کارافتادگی: محافظت در برابر نوسانات برق به جلوگیری از خرابی‌های غیرمنتظره‌ای که می‌توانند منجر به از کارافتادگی سیستم شوند، کمک می‌کند. این امر برای صنایعی که به عملکرد مداوم متکی هستند، مانند مخابرات و اتوماسیون صنعتی، بسیار مهم است.

ج. رعایت استانداردها و مقررات

رعایت استانداردها و مقررات صنعتی یکی دیگر از دلایل مهم برای اجرای حفاظت در برابر نوسانات برق در سیستم‌های DC است.

• مقررات ایمنی: بسیاری از حوزه‌های قضایی استانداردهای ایمنی وضع کرده‌اند که حفاظت در برابر نوسانات برق را برای تأسیسات الکتریکی الزامی می‌کند. رعایت این مقررات نه تنها رعایت آنها را تضمین می‌کند، بلکه با کاهش خطر آتش‌سوزی‌های الکتریکی یا نقص تجهیزات ناشی از نوسانات برق، ایمنی کلی را نیز افزایش می‌دهد.
• الزامات بیمه: برخی از بیمه‌نامه‌ها ممکن است نصب دستگاه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق را به عنوان شرطی برای پوشش بیمه الزامی کنند. این موضوع اهمیت وجود SPDهای DC را برای محافظت از دارایی‌های ارزشمند بیشتر برجسته می‌کند.

انتخاب دستگاه حفاظت در برابر نوسانات برق DC مناسب

هنگام انتخاب یک دستگاه حفاظت در برابر نوسانات برق DC (SPD)، چندین مشخصات و ملاحظات کلیدی برای اطمینان از حفاظت بهینه برای سیستم شما ضروری است. در اینجا یک راهنمای جامع برای انتخاب یک SPD DC مناسب ارائه شده است.

الف. مشخصات کلیدی که باید در نظر گرفته شوند

1. حداکثر ولتاژ عملیاتی پیوسته (MCOV) MCOV بالاترین ولتاژی است که SPD می‌تواند به طور مداوم و بدون خرابی تحمل کند. انتخاب SPD با درجه MCOV که از ولتاژ عملیاتی عادی سیستم DC شما فراتر رود، بسیار مهم است. برای سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی، این مقدار معمولاً از 600 ولت تا 1500 ولت متغیر است که به کاربرد و پیکربندی خاص بستگی دارد.
2. جریان تخلیه نامی (اینچ) این مشخصات نشان دهنده جریان ضربه ای معمولی است که SPD می‌تواند بدون افت ولتاژ مکرراً تحمل کند. رتبه بندی In بالاتر نشان دهنده عملکرد بهتر در شرایط ضربه های مکرر است. مقادیر معمول برای SPD های DC بسته به کاربرد، از 20kA تا 40kA متغیر است.
3. حداکثر جریان تخلیه (Imax) Imax نشان دهنده حداکثر جریان ضربه ای است که SPD می تواند در طول یک رویداد ضربه ای بدون خرابی تحمل کند. انتخاب SPD با Imax کافی برای تحمل ضربه های احتمالی در محیط شما، که اغلب با 10kA، 20kA یا بالاتر ارزیابی می شود، بسیار مهم است.
4. سطح حفاظت ولتاژ (Up) حداکثر ولتاژی است که می‌تواند در طول یک رویداد افزایش ولتاژ در تجهیزات تحت حفاظت ظاهر شود. مقدار Up پایین‌تر نشان دهنده حفاظت بهتر برای اجزای حساس است. مقادیر معمول Up برای SPD های DC حدود 3.8 کیلوولت است، اما می‌تواند بر اساس الزامات طراحی و کاربرد متفاوت باشد.

ب. آپشن‌های رایج DC SPD در بازار

چندین تولیدکننده معتبر طیف وسیعی از SPD های DC را متناسب با کاربردهای مختلف ارائه می‌دهند:

• SPD های DC تمام‌عیار: این دستگاه‌ها که به دلیل طراحی مستحکم و مطابقت با استانداردهای بین‌المللی شناخته شده‌اند، معمولاً دارای رنج MCOV از ۶۶۰ ولت تا ۱۵۰۰ ولت و جریان تخلیه اسمی از ۲۰ کیلوآمپر تا ۴۰ کیلوآمپر هستند.
• محصولات LSP: این SPDها به طور خاص برای کاربردهای خورشیدی طراحی شده‌اند و می‌توانند سطوح ولتاژ بالا را در خود جای دهند و در عین حال محافظت مؤثر در برابر نوسانات برق و صاعقه در شبکه را فراهم کنند.
• برندهای دیگر: تولیدکنندگان مختلف، SPD های نوع ۱ و نوع ۲ را ارائه می‌دهند که برای نقاط نصب مختلف در سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی، سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری و کاربردهای صنعتی طراحی شده‌اند.

ج. ملاحظات هزینه برای SPD های DC

هزینه عامل مهمی در انتخاب یک SPD DC است، اما نباید تنها عامل مورد توجه باشد:

• سرمایه‌گذاری اولیه در مقابل صرفه‌جویی بلندمدت: اگرچه SPD های با کیفیت بالاتر ممکن است هزینه اولیه بالاتری داشته باشند، اما می‌توانند در درازمدت با جلوگیری از آسیب به تجهیزات گران‌قیمت و کاهش هزینه‌های نگهداری، در هزینه‌ها صرفه‌جویی کنند.
• هزینه‌های صدور گواهینامه و انطباق: اطمینان حاصل کنید که SPD انتخاب شده استانداردهای ایمنی مربوطه را برآورده می‌کند (به عنوان مثال، UL 1449، IEC 61643-31). دستگاه‌هایی که دارای گواهینامه‌های مناسب هستند ممکن است هزینه بالاتری داشته باشند اما اطمینان از قابلیت اطمینان و عملکرد را فراهم می‌کنند.
• هزینه‌های نصب: در نظر بگیرید که آیا SPD نیاز به نصب حرفه‌ای دارد یا اینکه می‌تواند به راحتی توسط پرسنل آشنا به سیستم‌های الکتریکی نصب شود. هزینه‌های نصب می‌تواند بسته به پیچیدگی متفاوت باشد.
  

بهترین شیوه‌های نصب

نصب صحیح SPD های DC برای به حداکثر رساندن اثربخشی آنها بسیار مهم است. بهترین شیوه‌های کلیدی عبارتند از:

• قرار دادن SPDها در نقاط بحرانی مانند سمت ورودی اینورترها و جعبه‌های کمباینرها
• نصب SPD های اضافی در دو انتهای کابل های با طول بیش از 10 متر
• اطمینان از اتصال مناسب زمین تمام سطوح رسانا و سیم‌کشی‌های ورودی یا خروجی به سیستم
• انتخاب SPDهایی که از نظر ایمنی و قابلیت اطمینان با استانداردهای صنعتی مربوطه مانند UL 1449 یا IEC 61643-31 مطابقت دارند

این دستورالعمل‌ها به بهینه‌سازی عملکرد حفاظت در برابر نوسانات برق و افزایش ایمنی کلی سیستم‌های الکتریکی در کاربردهای خورشیدی، شارژ خودروهای برقی و صنعتی کمک می‌کنند.

نصب و نگهداری SPD های DC

نصب و نگهداری صحیح دستگاه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق DC (SPD) برای اطمینان از اثربخشی آنها در محافظت از تجهیزات حساس در برابر نوسانات ولتاژ بسیار مهم است. در اینجا یک راهنمای دقیق در مورد بهترین شیوه‌های نصب و نگهداری SPD های DC ارائه شده است.

الف. تکنیک‌های نصب مناسب

1. تعیین مکان بهینه: SPD جریان مستقیم را تا حد امکان نزدیک به تجهیزات تحت حفاظت، مانند اینورترهای خورشیدی یا سیستم‌های باتری نصب کنید. این کار طول کابل‌های اتصال را به حداقل می‌رساند و خطر افزایش ولتاژ القایی در طول مسیر کابل را کاهش می‌دهد.
2. سیستم را خاموش کنید. قبل از نصب، مطمئن شوید که کل سیستم خاموش و از خطرات الکتریکی احتمالی ایزوله شده است. این امر برای ایمنی در حین نصب بسیار مهم است.
3. SPD را وصل کنید. اکثر SPD های DC سه ترمینال دارند: مثبت (+)، منفی (-) و زمین (PE یا GND). کابل‌های مربوطه را از منبع DC و سیستم اتصال زمین به درستی به ترمینال‌های مربوطه خود در SPD وصل کنید و از اتصالات ایمن برای جلوگیری از قوس الکتریکی اطمینان حاصل کنید.
4. نصب ایمن از یک محفظه مناسب استفاده کنید که SPD را از عوامل محیطی محافظت کند و در عین حال اتلاف حرارت کافی را فراهم کند. SPD باید به طور ایمن نصب شود، معمولاً در حالت عمودی با ترمینال‌های رو به پایین برای جلوگیری از تجمع رطوبت.
5. آزمایش پس از نصب پس از اتمام نصب، سیستم را آزمایش کنید تا از عملکرد صحیح آن و اینکه SPD محافظت کافی در برابر نوسانات برق را فراهم می‌کند، اطمینان حاصل کنید.

ب. هماهنگی با سایر اجزای سیستم

محافظت مؤثر در برابر نوسانات برق نیاز به هماهنگی با سایر اجزای سیستم الکتریکی دارد:

• سیستم اتصال به زمین: اطمینان حاصل کنید که SPD طبق قوانین الکتریکی محلی به درستی به زمین متصل شده است. یک اتصال زمین قابل اعتماد و با مقاومت کم برای انحراف موثر ولتاژ ضروری است.
• ادغام با سایر SPDها: در سیستم‌های بزرگتر، ممکن است چندین SPD در نقاط مختلف (مثلاً در دو انتهای کابل‌های طولانی) لازم باشد. برای نصب‌هایی که طول کابل از 10 متر بیشتر است، قرار دادن SPDهای اضافی در نزدیکی اینورتر و آرایه خورشیدی را برای اطمینان از حفاظت جامع در نظر بگیرید.
• سازگاری با تجهیزات: SPD ای را انتخاب کنید که با ولتاژ نامی و مشخصات دستگاه‌های متصل مطابقت داشته باشد تا از حفاظت بهینه بدون تداخل با عملکرد عادی اطمینان حاصل شود.

ج. تعمیر و نگهداری و آزمایش منظم

نگهداری منظم برای اطمینان از عملکرد مؤثر SPD های DC بسیار حیاتی است:

• بازرسی‌های بصری: به صورت دوره‌ای SPDها را از نظر علائم آسیب فیزیکی، خوردگی یا اتصالات شل بررسی کنید. اطمینان حاصل کنید که همه اجزا سالم هستند و به درستی کار می‌کنند.
• آزمایش عملکردی: انجام آزمایش‌های روتین برای تأیید عملیاتی بودن SPDها. این ممکن است شامل بررسی ولتاژهای کلمپ و انجام آزمایش‌های مقاومت عایق برای شناسایی هرگونه خطای احتمالی یا کاهش عملکرد باشد.
• مستندسازی: سوابق فعالیت‌های تعمیر و نگهداری، بازرسی‌ها و نتایج آزمایش را ثبت کنید تا عملکرد را در طول زمان پیگیری کرده و هرگونه روندی را که ممکن است نشان‌دهنده خرابی قریب‌الوقوع باشد، شناسایی کنید.

د. شاخص‌های پایان عمر و جایگزینی

تشخیص اینکه چه زمانی یک SPD جریان مستقیم به پایان عمر خود رسیده است، برای حفظ حفاظت از سیستم بسیار مهم است:

• شاخص‌های پایان عمر: بسیاری از SPD های مدرن دارای شاخص‌های بصری (مانند LED) هستند که وقتی حداکثر ظرفیت اضافه ولتاژ خود را جذب کردند و نیاز به تعویض داشتند، سیگنال می‌دهند. در طول بازرسی‌های معمول به این شاخص‌ها توجه کنید.
• کاهش عملکرد: اگر تغییرات قابل توجهی در عملکرد سیستم ایجاد شود یا اگر تجهیزات با وجود نصب SPD شروع به آسیب دیدن کنند، ممکن است نشان دهنده این باشد که SPD دیگر مؤثر نیست.
• برنامه تعویض: بر اساس توصیه‌های سازنده یا بهترین شیوه‌های صنعتی، یک برنامه تعویض ایجاد کنید. تعویض منظم SPD های قدیمی می‌تواند از خرابی‌های غیرمنتظره در هنگام افزایش ناگهانی ولتاژ جلوگیری کند.

ملاحظات ایمنی برای SPD های DC

هنگام کار با دستگاه‌های محافظت در برابر نوسانات برق DC (SPD)، اولویت‌بندی ایمنی بسیار مهم است. در اینجا چند نکته کلیدی آورده شده است:

الف. مدیریت ولتاژهای DC بالا

سیستم‌های DC، به ویژه در کاربردهای فتوولتائیک خورشیدی، می‌توانند در ولتاژهای بسیار بالا، اغلب از چند صد ولت تا ۱۵۰۰ ولت، کار کنند. هنگام نصب و نگهداری SPD های DC، اقدامات احتیاطی ایمنی لازم است:

• هنگام کار با سیستم‌های جریان مستقیم با ولتاژ بالا، از تجهیزات حفاظت فردی مناسب (PPE) مانند دستکش‌های عایق و محافظ صورت استفاده کنید.
• قبل از انجام هرگونه کار روی SPD جریان مستقیم یا اجزای متصل، مطمئن شوید که سیستم به درستی از برق خارج و قفل شده است.
• برای جابجایی و نصب ایمن DC SPD، دستورالعمل‌های سازنده را دنبال کنید.

ب. اهمیت اتصال زمین مناسب

یک سیستم اتصال زمین مؤثر و با امپدانس پایین برای عملکرد ایمن SPD های DC بسیار مهم است. یک مسیر زمین با مقاومت بالا می‌تواند منجر به افزایش خطرناک پتانسیل زمین در هنگام وقوع نوسانات ولتاژ شود و خطراتی را برای پرسنل و تجهیزات ایجاد کند. همیشه اطمینان حاصل کنید که:

• SPD جریان مستقیم با استفاده از یک هادی کوتاه و ضخیم به درستی به سیستم اتصال زمین متصل شده است.
• سیستم اتصال به زمین، مطابق با ضوابط و استانداردهای الکتریکی محلی برای مقاومت و ظرفیت مدیریت جریان خطا است.
• آزمایش‌های دوره‌ای برای تأیید صحت سیستم اتصال زمین انجام می‌شود.

ج. هماهنگی با قطع‌کننده‌ها و فیوزهای DC

SPD های DC باید با سایر وسایل حفاظت در برابر اضافه جریان مانند فیوزها و قطع کننده های مدار هماهنگ شوند تا از عملکرد صحیح آنها اطمینان حاصل شود:

• SPD های DC معمولاً در سمت خط فیوزها و قطع کننده ها نصب می شوند تا اولین خط دفاعی در برابر موج های ولتاژ بالا باشند.
• مطمئن شوید که حداکثر جریان تخلیه SPD (Imax) از جریان خطای موجود در نقطه نصب بیشتر باشد.
• تأیید کنید که سطح حفاظت ولتاژ SPD (Up) کمتر از ولتاژ قابل تحمل تجهیزات متصل و دستگاه‌های هماهنگ‌کننده باشد.

با در نظر گرفتن این ملاحظات ایمنی، نصاب‌ها می‌توانند خطرات را به حداقل برسانند و عملکرد قابل اعتماد SPDهای DC را در کاربردهای ولتاژ بالا مانند سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی تضمین کنند.

روندهای آینده در حفاظت در برابر نوسانات برق DC

با افزایش محبوبیت سیستم‌های جریان مستقیم، به ویژه در کاربردهای انرژی تجدیدپذیر و خودروهای الکتریکی، پیشرفت‌هایی در حفاظت از نوسانات جریان مستقیم در حال ظهور است:

الف. ادغام با سیستم‌های نظارت هوشمند

SPD های مدرن DC به طور فزاینده ای از ویژگی های هوشمندی استفاده می کنند که امکان نظارت و تشخیص از راه دور را فراهم می کنند:

• حسگرها و ماژول‌های ارتباطی داخلی امکان نظارت بر وضعیت SPD و داده‌های مربوط به رویداد افزایش ولتاژ را به صورت بلادرنگ فراهم می‌کنند.
• پلتفرم‌های مبتنی بر ابر، نظارت و تجزیه و تحلیل متمرکز را برای بهینه‌سازی نگهداری و پیش‌بینی خرابی‌ها ارائه می‌دهند.
• هشدارهای خودکار، اپراتورها را از مشکلات احتمالی مطلع می‌کنند و امکان تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را فراهم می‌کنند.

ب. پیشرفت‌ها در فناوری‌های DC SPD

تحقیق و توسعه مداوم منجر به بهبود فناوری‌های DC SPD می‌شود:

• مواد و طرح‌های جدید، ظرفیت تحمل نوسانات و دوام قطعاتی مانند وریستورهای اکسید فلزی (MOV) را افزایش می‌دهند.
• SPD های هیبریدی چندین فناوری حفاظتی (مثلاً MOVها و دیودهای بهمنی سیلیکونی) را برای بهینه سازی عملکرد در طیف وسیعی از شرایط افزایش ولتاژ ترکیب می‌کنند.
• کوچک‌سازی و یکپارچه‌سازی، راه‌حل‌های DC SPD فشرده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تری را برای کاربردهای توزیع‌شده فراهم می‌کند.

ج. استانداردهای در حال تکامل برای حفاظت از سیستم‌های جریان مستقیم

با رواج بیشتر سیستم‌های DC، سازمان‌های استاندارد در تلاشند تا دستورالعمل‌هایی را برای حفاظت ایمن و قابل اعتماد از آنها تدوین کنند:

• استانداردهای موجود مانند UL 1449 و IEC 61643 در حال به‌روزرسانی هستند تا الزامات منحصر به فرد سیستم‌های DC را برآورده کنند.
• استانداردهای جدیدی در حال ظهور هستند تا کاربردهای نوظهوری مانند زیرساخت‌های شارژ خودروهای برقی و سیستم‌های ذخیره انرژی را پوشش دهند.
• هماهنگ‌سازی استانداردهای بین‌المللی، پذیرش جهانی و تجارت فناوری‌های DC SPD را تسهیل می‌کند.

کاربردهایی فراتر از انرژی خورشیدی

در حالی که کاربردهای خورشیدی تمرکز اصلی هستند، SPD های DC نقش‌های حیاتی در سایر بخش‌ها نیز ایفا می‌کنند. در ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی، این دستگاه‌ها از شارژرهای EV در برابر نوسانات ناشی از اختلالات شبکه یا برخورد صاعقه محافظت می‌کنند و ایمنی و طول عمر زیرساخت‌های شارژ را تضمین می‌کنند.. محیط‌های صنعتی نیز از SPDهای DC بهره‌مند می‌شوند، جایی که آنها ماشین‌آلات حساس و سیستم‌های کنترل را از نوسانات الکتریکی که می‌توانند عملیات را مختل کرده و باعث خرابی‌های پرهزینه شوند، محافظت می‌کنند. . تطبیق‌پذیری SPDهای DC، آنها را در محیط‌های مختلف ولتاژ بالای DC ضروری می‌کند و محافظت جامعی در برابر اختلالات الکتریکی غیرمنتظره فراهم می‌کند.

استانداردها و مقررات

استاندارد	توضیحات	نکات کلیدی
کمیسیون مستقل انتخابات ۶۱۶۴۳-۱۱	الزامات و آزمایش SPDها در سیستم‌های توزیع برق فشار ضعیف	تا ۱۰۰۰ ولت AC یا ۱۵۰۰ ولت DC را پوشش می‌دهد معیارهای عملکرد را تشریح می‌کند
کمیسیون مستقل انتخابات ۶۱۶۴۳-۲۱	الزامات خاص برای SPDها در سیستم‌های فتوولتائیک	به چالش‌های مدار DC در سیستم‌های خورشیدی می‌پردازد. تضمین توانایی مدیریت شرایط افزایش ناگهانی انرژی خورشیدی
کمیسیون مستقل انتخابات ۶۱۶۴۳-۳۱	الزامات مربوط به SPD های مورد استفاده در تجهیزات فناوری اطلاعات	مدارهای AC و DC را پوشش می‌دهد تمرکز بر حفاظت از دستگاه‌های الکترونیکی حساس
استاندارد UL 1449	استاندارد آزمایشگاه‌های بیمه‌گر برای دستگاه‌های محافظ در برابر نوسانات برق	شامل معیارهای تست عملکرد و ایمنی اغلب در آمریکای شمالی برای مصارف مسکونی و تجاری مورد نیاز است.
IEEE C62.41	راهنمایی در مورد مشخصه‌های ولتاژ و جریان ضربه‌ای در سیستم‌های قدرت	به طراحی SPD ها برای مقاومت در برابر شرایط افزایش ولتاژ مورد انتظار کمک می کند بینش‌هایی را برای تولیدکنندگان فراهم می‌کند

تولیدکنندگان برجسته SPD های DC

1. VIOXVIOX راهکارهای جامع حفاظتی در زمینه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق و حفاظت در برابر صاعقه/ارتینگ برای صنایع مختلف، از جمله سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی ارائه می‌دهد. وب‌سایت: https://viox.com/
2. شرکت دهن (Dehn Inc.) که در سال ۱۹۱۰ تأسیس شد و در فلوریدا، ایالات متحده مستقر است، به خاطر راه‌حل‌های نوآورانه‌اش در حفاظت از نوسانات برق در صنایع مختلف شناخته شده است. آنها طیف وسیعی از SPD های متناسب با کاربردهای AC و DC را ارائه می‌دهند. وب‌سایت: https://www.dehn-usa.com/
3. شرکت فونیکس کانتکت این شرکت آلمانی متخصص در مهندسی برق و فناوری اتوماسیون است و طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های محافظت در برابر نوسانات برق را برای کاربردهای مختلف، از جمله سیستم‌های جریان مستقیم، تولید می‌کند. وب‌سایت: https://www.phoenixcontact.com/
4. شرکت ری‌کپ (Raycap) که در سال ۱۹۸۷ تأسیس شد و دفتر مرکزی آن در کلیرواتر لوپ، پست فالز، آیداهو، ایالات متحده آمریکا قرار دارد، انواع راه‌حل‌های محافظت در برابر نوسانات برق را متناسب با بخش‌های مخابرات و انرژی‌های تجدیدپذیر ارائه می‌دهد. وب‌سایت: https://www.raycap.com/
5. سیتل، که در سال ۱۹۳۷ در فرانسه تأسیس شد، در زمینه راهکارهای حفاظت در برابر نوسانات برق تخصص دارد و طیف گسترده‌ای از محصولات را برای کاربردهای مختلف، از جمله سیستم‌های جریان مستقیم، ارائه می‌دهد. وب‌سایت: https://citel.fr/
6. سالتک، یک شرکت پیشرو در جمهوری چک که در زمینه توسعه و تولید دستگاه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق برای سیستم‌های برق فشار ضعیف، مخابرات و مراکز داده فعالیت می‌کند. وب‌سایت: https://www.saltek.eu/
7. شرکت ZOTUP که در سال ۱۹۸۶ در برگامو، ایتالیا تأسیس شد، طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های حفاظت در برابر نوسانات برق را برای کاربردهای مختلف ارائه می‌دهد. وب‌سایت: https://www.zotup.com/
8. مرسن، متخصص جهانی در تخصص‌های الکتریکی و مواد پیشرفته برای صنایع پیشرفته، مرسن راه‌حل‌های محافظت در برابر نوسانات برق را برای کاربردهای مختلف ارائه می‌دهد. وب‌سایت: https://ep-us.mersen.com/
9. ProsurgeProsurge دستگاه‌های محافظت در برابر نوسانات برق گسترده‌ای را که به‌طور خاص برای سیستم‌های فتوولتائیک (PV) و سایر کاربردهای DC طراحی شده‌اند، ارائه می‌دهد و محافظت قابل اعتمادی را در برابر نوسانات ولتاژ تضمین می‌کند. وب‌سایت: https://prosurge.com/