جانمایی صحیح دستگاههای حفاظت از ولتاژهای ناگهانی (SPD) مهمترین عامل تعیینکننده این است که آیا تأسیسات شما در برابر یک رویداد الکتریکی فاجعهبار مقاومت میکند یا متحمل خسارت هزاران دلاری به تجهیزات میشود. در حالی که انتخاب ولتاژ نامی و ظرفیت جریان تخلیه صحیح مهم است، حتی بالاترین رتبه دستگاه نیز در صورت نصب در مکان اشتباه یا با طول سیم بیش از حد، از داراییهای شما محافظت نمیکند.
برای مهندسان برق و مدیران تأسیسات، هدف روشن است: انحراف انرژی گذرا قبل از رسیدن به بارهای حساس پاییندستی. این امر مستلزم یک رویکرد هماهنگ برای نصب است - که به عنوان حفاظت آبشاری شناخته میشود - که از ورودی سرویس شروع شده و به مدارهای شاخه فردی گسترش مییابد.
درک انواع SPD و طبقه بندیها
قبل از شناسایی نقاط نصب فیزیکی در تابلوی خود، باید بین سه دسته اصلی SPD که توسط استانداردهایی مانند UL 1449 و IEC 61643-11 تعریف شدهاند، تمایز قائل شوید. محل نصب به شدت توسط نوع دستگاه تعیین میشود.
- SPD های نوع 1: طراحی شده برای سمت خط ورودی سرویس. این دستگاههای سنگین، ولتاژهای ناگهانی با انرژی بالا را از منابع خارجی، از جمله برخورد مستقیم صاعقه و سوئیچینگ شبکه برق، تحمل میکنند. آنها هیچ حفاظت اضافه جریان خارجی ندارند و برای مقاومت در برابر ضربه کامل ولتاژهای ناگهانی ورودی ساخته شدهاند.
- SPD های نوع 2: در نظر گرفته شده برای سمت بار قطع کننده اصلی سرویس. اینها اسبهای بارکش حفاظت از ولتاژهای ناگهانی صنعتی هستند که در تابلوهای توزیع و تابلوهای فرعی نصب میشوند. آنها در برابر انرژی باقیمانده که از دستگاههای نوع 1 عبور میکند و ولتاژهای ناگهانی تولید شده داخلی از موتورها و درایوهای فرکانس متغیر (VFD) محافظت میکنند..
- SPD های نوع 3: دستگاههای نقطه استفاده که تا حد امکان نزدیک به بار محافظت شده نصب میشوند (معمولاً در عرض 10 متر). آنها ولتاژهای ناگهانی باقیمانده سطح پایین را برای محافظت از وسایل الکترونیکی حساس مانند PLC، کامپیوترها و تجهیزات پزشکی تحمل میکنند.
مکانهای نصب اصلی برای SPD
حفاظت موثر از ولتاژهای ناگهانی نیازمند یک استراتژی “دفاع در عمق” است. تکیه بر یک دستگاه واحد در ورودی سرویس اصلی به ندرت برای تأسیسات مدرن پر از ریزپردازندههای حساس کافی است.
1. ورودی سرویس اصلی
این اولین خط دفاعی شماست. SPD باید بلافاصله پس از ثانویه ترانسفورماتور برق و قبل از دستگاه حفاظت اضافه جریان تجهیزات سرویس اصلی (برای نوع 1) یا بلافاصله پس از قطع کننده اصلی (برای نوع 2) نصب شود. هدف در اینجا انحراف انرژی عظیم ناشی از ولتاژهای ناگهانی خارجی به زمین درست در نقطه ورود است و از گردش آن در سیستم زمین ساختمان جلوگیری میکند.
2. تابلوهای توزیع و تابلوهای فرعی
تأسیسات بزرگ اغلب دارای کابلهای طولانی بین تابلوی برق اصلی و تابلوهای توزیع پاییندستی هستند. این کابلها میتوانند ولتاژهای ناگهانی القایی ناشی از صاعقه یا تجهیزات ولتاژ بالا در نزدیکی را دریافت کنند. نصب SPDهای نوع 2 در این تابلوهای میانی، نوسانات ولتاژ را مهار کرده و از مدارهای شاخه محافظت میکند.
3. سطح تجهیزات (نقطه استفاده)
برای بارهای حیاتی مانند سرورهای مرکز داده، ماشینهای CNC یا تابلوهای کنترل اعلام حریق، یک SPD نوع 3 مستقیماً در ورودی تجهیزات نصب میشود. این امر هرگونه ولتاژ ناگهانی تولید شده داخلی در مدار شاخه را برطرف کرده و محکمترین مهار ولتاژ را فراهم میکند.
نصب SPD نوع 1: الزامات ورودی سرویس
نصب یک SPD نوع 1 مستلزم رعایت پروتکلهای ایمنی و عملکرد دقیق است. از آنجایی که این دستگاهها در سمت خط قطع کننده سرویس قرار دارند، به طور دائم متصل هستند و باید جریانهای خطای بالا را تحمل کنند.
مشخصات مکان
SPD نوع 1 را تا حد امکان از نظر فیزیکی به هادیهای فاز ورودی نزدیک نصب کنید. در یک تابلوی توزیع اصلی استاندارد، این اغلب به معنای نصب دستگاه مستقیماً روی محفظه از طریق یک نیپل یا در داخل یک محفظه اختصاصی در صورت استفاده از طراحی تابلوی برق یکپارچه است.
روش اتصال
دستگاههای نوع 1 معمولاً به صورت موازی متصل میشوند. شما فازها (L1، L2، L3) و نول (N) را مستقیماً از هادیهای ورودی سرویس یا شینههای اصلی میگیرید.
- نکته ایمنی: از آنجایی که هیچ قطع کننده بالادستی در تأسیسات برای قطع وجود ندارد، دستگاههای نوع 1 اغلب شامل فیوزهای داخلی یا قطع کنندههای حرارتی برای جداسازی ایمن واحد در صورت خرابی هستند.
- اتصال به زمین: هادی زمین باید با کوتاهترین مسیر ممکن به هادی الکترود زمین اصلی یا شینه زمین متصل شود.
نصب SPD نوع 2: قرارگیری در تابلوی توزیع
SPDهای نوع 2 رایجترین دستگاههایی هستند که برقکاران تجاری با آنها مواجه میشوند. آنها در سمت بار قطع کننده اصلی نصب میشوند، معمولاً از طریق یک قطع کننده مدار اختصاصی متصل میشوند.
موقعیت نصب ترجیحی
در داخل یک تابلوی برق، موقعیت بهینه برای SPD و قطع کننده مدار تغذیه کننده آن بلافاصله مجاور لولههای اصلی یا قطع کننده مدار اصلی است..
- چرا موقعیت مهم است: قرار دادن SPD در بالای تابلو (نزدیکترین به فید ورودی) امپدانس مسیر شینه را به حداقل میرساند. اگر SPD را در پایین یک تابلوی 42 مداره نصب کنید، ولتاژ ناگهانی باید در کل طول شینه حرکت کند و به طور بالقوه ولتاژهای بالاتری را در سراسر ساختار تابلو قبل از فعال شدن SPD القا کند.
قطع کننده مدار در مقابل اتصال مستقیم
در حالی که اتصال مستقیم به شینه (با استفاده از کیتهای اتصال) کمترین امپدانس را ارائه میدهد، استفاده از یک قطع کننده مدار اختصاصی (به عنوان مثال، 30 آمپر یا 60 آمپر، بسته به مشخصات سازنده) روش استاندارد برای دستگاههای نوع 2 است. این امر امکان جداسازی ایمن SPD را برای تعمیر و نگهداری یا تعویض بدون خاموش کردن کل تابلو فراهم میکند.
نصب SPD نوع 3: حفاظت نقطه استفاده
SPDهای نوع 3 اغلب نادیده گرفته میشوند اما برای حفاظت از تجهیزات ضروری هستند. اینها را میتوان به صورت سختافزاری در یک جعبه اتصال سیمکشی کرد، روی ریل DIN در داخل یک کابینت کنترل نصب کرد یا در یک پریز ادغام کرد.
- مجاورت: اینها را در عرض 30 فوت (10 متر) از بار محافظت شده نصب کنید. اگر طول سیم از این مقدار بیشتر شود، اثربخشی مهار ولتاژ به دلیل نوسان و اثرات بازتاب ولتاژ در کابل کاهش مییابد.
- 协调： اطمینان حاصل کنید که دستگاه نوع 3 با دستگاههای نوع 1 و نوع 2 بالادستی هماهنگ شده است. ولتاژ مهار دستگاه پاییندستی باید کمتر از ولتاژ مقاومت تجهیزاتی باشد که از آن محافظت میکند، اما به اندازه کافی بالا باشد تا اطمینان حاصل شود که SPD سنگین بالادستی عمده انرژی ولتاژ ناگهانی را تحمل میکند.
بهترین شیوههای نصب حیاتی
نصب فیزیکی SPD به اندازه مشخصات داخلی دستگاه مهم است. یک SPD 100 کیلو آمپری که با سیمهای بلند و خمیده نصب شده است، عملکرد بسیار بدتری نسبت به یک SPD 50 کیلو آمپری که با سیمهای کوتاه و مستقیم نصب شده است، دارد.
قانون “طول سیم”
ولتاژهای ناگهانی رویدادهای فرکانس بالا هستند. در این فرکانسها، اندوکتانس سیم باعث ایجاد افت ولتاژ قابل توجهی میشود. قانون کلی این است: سیمهای اتصال را تا حد امکان کوتاه نگه دارید، در حالت ایدهآل زیر 10 اینچ (250 میلیمتر).
- معادله: پنجمعبور = پنجممهار + (ل × di/dt)
- جایی که ل اندوکتانس است (تابعی از طول سیم) و di/dt نرخ افزایش جریان است.
- هر اینچ سیم تقریباً 15-25 ولت به ولتاژ عبوری در طول یک ولتاژ ناگهانی اضافه میکند. یک کابل 3 فوتی میتواند صدها ولت اضافه کند و محافظت را بیفایده کند.
مسیرهای سیمکشی مستقیم
از خمیدگیهای تند 90 درجه در هادیها خودداری کنید. خمیدگیها اندوکتانس و امپدانس را افزایش میدهند. در صورت لزوم از منحنیهای جارویی استفاده کنید. سیم باید مانند یک خط مستقیم و محکم از قطع کننده/شینه به پایانههای SPD به نظر برسد.
اتصال به زمین و همبندی
SPD انرژی را به زمین منحرف میکند. اگر مسیر زمین مقاومت بالا یا امپدانس بالایی داشته باشد، انرژی جایی برای رفتن ندارد. اطمینان حاصل کنید که هادی زمین سبز/زرد مستقیماً به شینه زمین تابلو متصل شده است. از شاسی محفظه فلزی به عنوان تنها مسیر زمین برای SPD استفاده نکنید. یک سیم اختصاصی بکشید.
اشتباهات رایج نصب که باید از آنها اجتناب کرد
حتی برقکاران با تجربه نیز میتوانند هنگام نصب حفاظت از ولتاژهای ناگهانی اشتباه کنند. از این اشتباهات رایج اجتناب کنید:
- “دم خوکی” کردن سیمها: پیچاندن سیم اضافی در داخل تابلو برای اینکه “مرتب” به نظر برسد. این کار یک سلف هسته هوا ایجاد میکند که از رسیدن ولتاژ ناگهانی به SPD جلوگیری میکند و در عوض آن را به داخل تجهیزات شما میفرستد. سیمها را به طول برش دهید.
- هادیهای با اندازه نامناسب: در حالی که جریانهای هجومی کوتاه هستند، اما شدید هستند. برای تحمل تنش مکانیکی و چگالی جریان، از گیج توصیه شده توسط سازنده (معمولاً #10 AWG یا #8 AWG) پیروی کنید.
- نصب SPDها در سیستمهای بدون اتصال به زمین: اکثر SPDهای استاندارد به یک مرجع زمین نیاز دارند. نصب یک SPD نوع Wye استاندارد بر روی یک سیستم دلتای بدون اتصال به زمین، بدون بررسی برگه مشخصات، میتواند منجر به خرابی فوری دستگاه یا خطرات ایمنی شود.
- نادیده گرفتن چراغهای نشانگر: SPD را در جایی نصب کنید که LEDهای وضعیت یا نمایشگر قابل مشاهده باشند. یک SPD پنهان که خود را برای محافظت از سیستم فدا کرده است، هیچ محافظتی در برابر موج بعدی ارائه نمیدهد.
ملاحظات نصب خاص صنعت
ساختمانهای تجاری
در برجهای اداری و فضاهای خردهفروشی، تمرکز اغلب بر روی سیستمهای روشنایی و HVAC است.
- قرار دادن: SPDهای نوع 2 را در تابلوهای توزیع روشنایی نصب کنید. درایورهای LED به طور ویژهای نسبت به گذراها حساس هستند.
- اتاقهای داده: از ترکیبی از نوع 2 در تابلوی برق و SPDهای نوع 3 نصب شده روی رک برای محافظت از سرور استفاده کنید.
تأسیسات صنعتی
کارخانههای تولیدی با گذراهای سوئیچینگ داخلی مداوم از VFDها و موتورها سروکار دارند.
- قرار دادن: هر مرکز کنترل موتور (MCC) باید دارای یک SPD نوع 2 باشد.
- تابلوهای PLC: SPDهای اختصاصی DIN-rail در داخل کابینتهای کنترل برای جلوگیری از خراب شدن منطق و خرابی، اجباری هستند.
مسکونی
خانههای مدرن اساساً شبکههای هوشمندی با لوازم خانگی، شارژرهای EV و اینورترهای خورشیدی هستند.
- قرار دادن: یک SPD نوع 1 یا نوع 2 در واحد مصرفکننده اصلی، الزامات NEC 2020/2023 (ماده 242) را برآورده میکند.
- فضای بیرونی: کندانسورهای AC و پمپهای استخر اغلب به SPDهای اختصاصی نصب شده روی قطعکننده نیاز دارند.
نتيجه گيری
تعیین محل نصب SPDها در تابلوی برق شما یک موضوع حدس و گمان نیست - این یک تصمیم مهندسی محاسبه شده بر اساس سلسله مراتب دستگاه و فیزیک است. یک دستگاه نوع 1 در ورودی سرویس، انرژی صاعقه خارجی را دور نگه میدارد، در حالی که دستگاههای نوع 2 و نوع 3 در تابلوهای توزیع و ورودیهای تجهیزات، گذراهای سوئیچینگ داخلی را که با گذشت زمان باعث تخریب الکترونیک میشوند، کنترل میکنند.
قانون طلایی را به خاطر بسپارید: مکان، طول و صافی. نوع مناسب SPD را در منطقه مناسب نصب کنید، هادیها را کوتاهتر از 10 اینچ نگه دارید و از خمهای تند خودداری کنید.
در VIOX, ، ما دستگاههای محافظت در برابر موج خود را مهندسی میکنیم تا نیازهای سخت زیرساختهای صنعتی و تجاری مدرن را برآورده کنیم. تیمهای فنی ما برای کمک به مطالعات هماهنگی و ارزیابی سایت در دسترس هستند تا اطمینان حاصل شود که تأسیسات شما به سطح حفاظت تأیید شده دست مییابد. داراییهای حیاتی خود را در برابر افزایش قدرت بعدی آسیبپذیر نگذارید - سیستم خود را با VIOX امروز ایمن کنید.
