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

مقدمه

پاسخ کوتاه: ارستر یا SPD (Surge Protective Device) سه نوع اصلی دارد: نوع ۱ در تابلو ورودی ساختمان که بخشی از جریان مستقیم صاعقه را تحمل می‌کند، نوع ۲ در تابلوهای توزیع که اضافه‌ولتاژهای القایی و کلیدزنی را می‌گیرد، و نوع ۳ نزدیک تجهیزات حساس که آخرین پلهٔ حفاظت است. این سه نوع با هم و به‌صورت هماهنگ، ولتاژ صاعقه را مرحله‌به‌مرحله پایین می‌آورند.

ارستر در حالت عادی مثل یک مدار باز است. وقتی ولتاژ ضربه‌ای می‌رسد، در چند نانوثانیه هادی می‌شود، جریان ضربه را به شینهٔ ارت و سیستم زمین می‌فرستد و ولتاژ را در سطح حفاظت خود (⁦Up⁩) نگه می‌دارد؛ سطحی که باید پایین‌تر از تحمل تجهیزات باشد. ارستر بخش اصلی حفاظت ثانویه صاعقه است. انتخاب و جانمایی آن به سطح حفاظت صاعقه، سیستم اتصال زمین و نواحی حفاظت صاعقه (LPZ) بستگی دارد؛ استانداردهای اصلی IEC 61643-11 برای خود ارستر، IEC 60364-5-53 برای انتخاب و نصب، و IEC 62305-4 برای حفاظت تجهیزات‌اند.

دسته‌بندی انواع SPD

ارستر نوع ۱ (Type 1)

• کجا: تابلو ورودی یا اصلی ساختمانی که صاعقه‌گیر دارد، یا خط ورودی هوایی.
• آزمون: جریان ضربه‌ای ⁦Iimp⁩ با شکل موج ⁦10/350 µs⁩، که شبیه جریان مستقیم صاعقه است.
• مقدار: اگر محاسبه نشده باشد، IEC 60364-5-53 دست‌کم ⁦12.5 kA⁩ برای هر مسیر حفاظت می‌خواهد.
• المان رایج: گپ جرقه‌ای یا وریستور با ظرفیت زیاد.
• نمونه‌ها: ارستر برق کلاس ۱ سه‌فاز TNC، کلاس ۱ سه‌فاز TNS و کلاس ۱ سه‌فاز TT.

ارستر نوع ۲ (Type 2)

• کجا: تابلوهای توزیع و فرعی، و تابلو ورودی ساختمان‌هایی که صاعقه‌گیر ندارند.
• آزمون: جریان تخلیهٔ نامی ⁦In⁩ با شکل موج ⁦8/20 µs⁩؛ حداقل ⁦5 kA⁩ طبق IEC 60364-5-53.
• المان رایج: وریستور اکسید فلزی (MOV).
• در برابر: اضافه‌ولتاژ القایی صاعقه‌های نزدیک و اضافه‌ولتاژ کلیدزنی.
• نمونه‌ها: ارستر برق کلاس ۲ سه‌فاز TNC، کلاس ۲ سه‌فاز TNS و کلاس ۲ سه‌فاز TT.

ارستر نوع ۳ (Type 3)

• کجا: نزدیک تجهیزات حساس؛ پریز، رک و تابلوی کنترل.
• آزمون: موج ترکیبی ولتاژ ⁦1.2/50 µs⁩ و جریان ⁦8/20 µs⁩.
• المان رایج: وریستور کوچک، گاهی همراه با فیلتر.
• نکته: نوع ۳ همیشه پشت یک ارستر نوع ۲ نصب می‌شود و به‌تنهایی کافی نیست. نمونه‌ها: ارستر برق کلاس ۳ سه‌فاز TNC و ارستر پریزی.

شکل موج 10/350 و 8/20 چه می‌گویند؟

عدد اول زمان رسیدن به پیک و عدد دوم زمان افت تا نصف پیک، بر حسب میکروثانیه است. موج 10/350 بسیار طولانی‌تر است؛ با پیک برابر، بار الکتریکی آن نزدیک ۳۰ برابر و انرژی آن حدود ۲۰ برابر موج 8/20 است. برای همین ارستر نوع ۲ را نمی‌شود جای نوع ۱ در ورودی ساختمان دارای صاعقه‌گیر نصب کرد، حتی اگر عدد کیلوآمپر آن بزرگ‌تر باشد.

مفهوم کاهش مرحله‌ای و هماهنگی SPD

ولتاژ ضربه‌ای صاعقه روی خط‌ها می‌تواند به ده‌ها کیلوولت برسد. ارسترها آن را پله‌به‌پله پایین می‌آورند. ارستر ورودی سطح حفاظت را معمولاً در حد ۱٫۵ تا ۲٫۵ کیلوولت نگه می‌دارد. ارستر نوع ۲ آن را پایین‌تر می‌آورد و نوع ۳، نزدیک تجهیز، ولتاژ را زیر حد تحمل تجهیزات الکترونیکی (۱٫۵ کیلوولت در شبکهٔ ۲۳۰ ولت) نگه می‌دارد. همچنین نوسان ولتاژ در کابل بلند بین تابلو و تجهیز را از بین می‌برد.

هماهنگی یعنی هر ارستر سهم خود از انرژی را بگیرد و ارستر کوچک‌تر زودتر از بزرگ‌تر از کار نیفتد. بین گپ جرقه‌ای نوع ۱ و وریستور نوع ۲ معمولاً طول کابل یا سلف جداکننده لازم است، مگر سازنده هماهنگی آن‌ها را بدون فاصله تضمین کرده باشد. پس ارسترهای یک زنجیره را بهتر است از یک خانواده و طبق جدول هماهنگی سازنده انتخاب کرد. اگر فاصلهٔ تجهیز از آخرین ارستر زیاد باشد (معمولاً بیش از حدود ۱۰ متر)، ارستر نوع ۳ نزدیک تجهیز لازم می‌شود.

ارسترهای ترکیبی (Combined SPD)

ارستر ترکیبی چند نوع را در یک ماژول دارد؛ مثل نوع ۱+۲ یا ۱+۲+۳. هماهنگی داخلی آن را سازنده تضمین کرده است، جای کمتری در تابلو می‌گیرد و نصب ساده‌تری دارد. برای ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری، ارستر ترکیبی در تابلو ورودی رایج‌ترین انتخاب است. در تأسیسات بزرگ با تابلوهای متعدد، همچنان ارستر نوع ۲ در تابلوهای فرعی و نوع ۳ نزدیک تجهیزات لازم است. نمونه‌ها: ارستر ترکیبی کلاس ۳+۲+۱ سه‌فاز TNC، سه‌فاز TNS، سه‌فاز TT، ترکیبی ۲+۱ سه‌فاز TNC و ترکیبی ۲+۱ با فیلتر EMI.

آرایش ارستر در تابلو برق: TN-C، TN-S و TT (3+1)

• TN-C: سه ماژول از سه فاز به PEN.
• TN-S و بخش TN-S سیستم TN-C-S: چهار ماژول از سه فاز و نول به PE.
• TT: آرایش «۳+۱»: سه وریستور از فازها به نول و یک گپ جرقه‌ای از نول به PE. در تک‌فاز آرایش «۱+۱» است. گپ جرقه‌ای نول به PE نمی‌گذارد خرابی یک وریستور، بدنه‌ها را از راه الکترود زمین برق‌دار کند. نمونه: ارستر ترکیبی تک‌فاز TT 1+1.

برای همین ارسترهای برق ما با نام‌های TNC، TNS و TT عرضه می‌شوند. همهٔ آن‌ها را در سرج ارستر برق ببینید.

ارستر خطوط داده، مخابرات و سامانه‌های خاص

خط‌های داده و مخابرات ارستر مخصوص خود را می‌خواهند که طبق IEC 61643-21 آزمون می‌شوند و باید با ولتاژ کار، سرعت انتقال و نوع کانکتور خط هماهنگ باشند. نمونه‌ها: ارستر داده RJ45، ارستر PoE، ارستر BNC و ارستر RS485 در سرج ارستر خطوط دیتا. برای سامانه‌های خورشیدی ارستر DC فتوولتاییک (حفاظت نیروگاه خورشیدی)، برای اعلام حریق ارستر اعلام حریق و برای محیط‌های قابل انفجار اسپارک گپ مخصوص محیط‌های EX را عرضه می‌کنیم.

انتخاب ارستر در یک نگاه

سیم‌های اتصال ارستر را کوتاه نگه دارید؛ مجموع طول آن‌ها ترجیحاً از ۰٫۵ متر بیشتر نشود (ارتینگ، همبندی و EMC). طراحی حفاظت اضافه‌ولتاژ و انتخاب SPD و نصب ارستر را انجام می‌دهیم؛ برای انتخاب ارستر، نقشهٔ تک‌خطی و سیستم اتصال زمین را برای کارشناسان ما بفرستید یا از صفحهٔ تماس با ما با ما تماس بگیرید.