انواع ارستر (SPD) و نقش آن‌ها در کاهش ولتاژ صاعقه | حفاظت مرحله‌ای مطابق IEC

مقدمه

ارستر یا دستگاه حفاظت در برابر اضافه‌ولتاژ (Surge Protective Device – SPD) یکی از مهم‌ترین عناصر حفاظت ثانویه در تأسیسات الکتریکی و مخابراتی است. وظیفه اصلی این تجهیز، هدایت جریان‌های ضربه‌ای صاعقه یا کلیدزنی به مسیر ایمن ارت و در عین حال محدود کردن ولتاژ باقی‌مانده (Residual Voltage – Up) تا سطحی است که تجهیزات الکترونیکی بتوانند آن را تحمل کنند.

بر اساس استانداردهای IEC 62305-4، IEC 61643 و IEC 60364، انتخاب و جانمایی SPD باید متناسب با سطح حفاظتی (LPL)، نوع سیستم ارتینگ و تقسیم‌بندی ناحیه‌های حفاظتی صاعقه (LPZ) انجام شود.

دسته‌بندی انواع SPD

ارستر نوع 1 (Type 1)

• اولین سد دفاعی در برابر صاعقه

• نصب در ورودی اصلی ساختمان یا تابلو برق اصلی

• شکل موج تست: 10/350 μs

• المان‌ها: Spark Gap یا Thyristor

• توانایی تخلیه مستقیم جریان‌های شدید صاعقه (ده‌ها کیلوآمپر)

• مقاومت عبوری بسیار کم → انتقال انرژی صاعقه بدون تخریب

ارستر نوع 2 (Type 2)

• مرحله دوم حفاظت در برابر ولتاژهای گذرا

• نصب در تابلوهای توزیع فرعی

• شکل موج تست: 8/20 μs

• المان اصلی: MOV – Metal Oxide Varistor

• نقش: کاهش ولتاژهای باقی‌مانده از Type 1 و اضافه‌ولتاژهای ناشی از کلیدزنی

• پاسخ سریع و مناسب برای القاها و نوسانات داخلی

ارستر نوع 3 (Type 3)

• لایه نهایی حفاظت، نزدیک به تجهیزات حساس

• نصب در پریزها، رک‌های مخابراتی، تجهیزات IT و کنترل صنعتی

• تست ترکیبی: 1.2/50 μs – 8/20 μs

• المان‌ها: Zener Diodes، TVS Diodes

• پاسخ در حد نانوثانیه برای حفاظت از بردهای الکترونیکی

• نقش: تثبیت نهایی ولتاژ و جلوگیری از آسیب به مدارات حساس

مفهوم کاهش مرحله‌ای و هماهنگی SPD

صاعقه می‌تواند ولتاژهایی در حد صدها کیلوولت ایجاد کند. فرآیند کاهش مرحله‌ای ولتاژ به این شکل است:

• SPD نوع 1: کاهش به چند کیلوولت

• SPD نوع 2: کاهش به چند صد ولت

• SPD نوع 3: کاهش به سطح ایمن برای تجهیزات (کمتر از آستانه تحمل بردهای الکترونیکی)

این فرآیند که به آن هماهنگی مرحله‌ای (Cascading & Coordination) گفته می‌شود، اساس طراحی صحیح حفاظت ثانویه است.

ارسترهای ترکیبی (Combined SPD)

در برخی پروژه‌ها از ارسترهای ترکیبی (Type 1+2 یا Type 1+2+3) استفاده می‌شود. این تجهیزات:

• ترکیب چند نوع SPD در یک ماژول

• مناسب برای مکان‌های با محدودیت فضا یا نیاز به سطح حفاظت بالا

• پرکاربرد در بیمارستان‌ها، دیتا سنترها، ایستگاه‌های مخابراتی

• مزیت: سادگی نصب و هماهنگی داخلی

• محدودیت: در پروژه‌های بزرگ، زنجیره SPDهای مجزا همچنان ترجیح داده می‌شود