اهمیت مدیریت ولتاژ در سیستم های الکتریکی
اضافه ولتاژ (Overvoltage) به هرگونه افزایش پتانسیل الکتریکی در یک سیستم بالاتر از ولتاژ نامی یا ولتاژ کار مجاز تجهیزات گفته می شود. این پدیده یکی از جدی ترین اختلالات کیفیت توان (Power Quality) است که به طور مداوم عایق الکتریکی تجهیزات و کابل ها را تحت فشار قرار می دهد و می تواند منجر به آسیب های فاجعهبار و قطعیهای پرهزینه شود.
اگرچه مهندسین برق با طراحی مناسب تلاش می کنند تا حد زیادی این اختلالات را کنترل کنند، اما سیستم های AC به دلیل ماهیت سینوسی و وجود عناصر ذخیره کننده انرژی (اندوکتانس و خازن)، در معرض طیف گسترده ای از اضافه ولتاژها هستند که بررسی دقیق آن ها برای ایمنی و پایداری شبکه حیاتی است.
دسته بندی انواع اضافه ولتاژ
برای درک بهتر، اضافه ولتاژها معمولاً بر اساس منشأ و مدت زمان به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
۱. اضافه ولتاژهای گذرای (Transient Overvoltages)
این نوع اضافه ولتاژها دارای دامنه بسیار بالا و مدت زمان بسیار کوتاه (در حد میکروثانیه تا چند میلی ثانیه) هستند و بیشتر به دلیل پدیده های سوئیچینگ یا عوامل جوی رخ می دهند.
نوع | منشأ اصلی | ویژگیهای کلیدی |
صاعقه (Lightning Surges) | تخلیه جوی و برخورد صاعقه به خطوط انتقال یا تجهیزات. | شدیدترین نوع اضافه ولتاژ، با دامنه ای تا میلیون ها ولت. |
کلیدزنی (Switching Surges) | قطع و وصل ناگهانی کلیدها، دیژنکتورها، یا عملکرد فیوزها، به ویژه در بارهای القایی و خازنی. | دامنه کمتر از صاعقه، اما همچنان مخرب. ناشی از پدیده هایی مانند قطع جریان صفر اجباری و وصل خطوط بی بار. |
۲. اضافه ولتاژهای موقت (Temporary Overvoltages - TOV)
این ولتاژها دارای فرکانس نامی شبکه (50 یا 60 هرتز) هستند و مدت زمان بیشتری (از چند سیکل تا چند ساعت) طول می کشند. دامنه آن ها معمولاً کمتر از ولتاژهای گذرا است، اما به دلیل طولانی تر بودن زمان، می توانند آسیب جدی به عایق تجهیزات وارد کنند.
- اتصال تک فاز به زمین: در سیستم های با زمین نشده یا زمین با امپدانس بالا، خطای فاز به زمین باعث افزایش ولتاژ فازهای سالم تا 3√ برابر ولتاژ نامی می شود.
- اثر فرانتی (Ferranti Effect): افزایش ولتاژ در انتهای خطوط انتقال طولانی بی بار یا کم بار به دلیل ماهیت خازنی خط.
- نوسانات بار: تغییرات بزرگ در توان اکتیو و راکتیو شبکه و عملکرد نامناسب رگولاتورهای ولتاژ.
- رزونانس: در مدارهای حاوی اندوکتانس و خازن (مانند خازن های اصلاح ضریب توان و سلف های ترانسفورماتور) ممکن است در فرکانس نامی یا هارمونیک ها، رزونانس رخ داده و ولتاژ بسیار بالا برود.
👇لیست محصولات خازن صنعتی بهنیکو
منابع و علل عمده ایجاد اضافه ولتاژ
منابع ایجاد اضافه ولتاژ در سیستم های قدرت صنعتی AC بسیار متنوع هستند. در ادامه، برخی از مهم ترین علل بررسی شده اند:
الف) منابع خارجی (جوّی)
- روشنایی (صاعقه): اصلی ترین و مخرب ترین منبع اضافه ولتاژ است که به دو صورت برخورد مستقیم به هادی ها یا القای الکترومغناطیسی (هنگام تخلیه صاعقه در نزدیکی خطوط) رخ می دهد.
ب) منابع داخلی (سیستمی و سوئیچینگ)
- نوسانات سوئیچینگ و قطع جریان صفر اجباری: عملیات قطع و وصل کلیدهای قدرت به ویژه قطع جریان های القایی کوچک (مانند ترانس های بی بار) توسط کلیدهای خلاء (VCB) می تواند پالس های ولتاژ شدید تولید کند.
- اتصال کوتاه متناوب تکراری: در سیستم های با نوترال زمین نشده، خطای فاز به زمین می تواند به صورت متناوب قطع و وصل شده و باعث ایجاد ولتاژهای رزونانسی بالا و مخرب شود (مانند لرزش هادی و تماس موقت با زمین).
- مدارهای خازنی-القایی (اثرات رزونانس): کوپلینگ خازنی به زمین در سیستم های غیرزمین، در ترکیب با اندوکتانس مدار، می تواند منجر به رزونانس سری یا فرورزونانس شود که ولتاژ فازها را به شدت افزایش می دهد.
- اتصالات اتوترانسفورماتور: اتوترانسفورماتورها به دلیل اتصال فلزی مشترک بین سیم پیچ های ولتاژ بالا و پایین، می توانند ولتاژهای گذرا و موقت سیستم ولتاژ بالاتر را تقریباً به سیستم ولتاژ پایین تر منتقل کنند؛ مگر اینکه هماهنگی عایقی مناسب در هر دو سمت رعایت شود.
ج) منابع الکترواستاتیک و تماس
- اضافه ولتاژ ناشی از الکتریسیته ساکن: سایش ذرات (مانند گرد و غبار یا تسمه های متحرک) می تواند ولتاژهای استاتیک بالا تولید کند که در صورت اتصال نامناسب قاب های فلزی به هادی ها یا زمین، به سیستم تزریق می شوند.
- تماس فیزیکی سیستم ولتاژ بالاتر: تماس اتفاقی یک هادی ولتاژ بالا با هادی مدار ولتاژ پایین تر (به دلیل پارگی، نصب نادرست و...) که می تواند پتانسیل مدار کم ولتاژ را تا حد ولتاژ بالای مخرب بالا ببرد.
اثرات مخرب اضافه ولتاژ بر تجهیزات صنعتی
اضافه ولتاژ، فارغ از منشأ آن، سه تهدید اصلی برای سیستمهای الکتریکی و الکترونیکی ایجاد می کند:
- آسیب عایقی (Insulation Failure):
- کاهش عمر عایق (Aging) و تخریب دی الکتریک تجهیزات (مانند سیم پیچ های ترانسفورماتور، موتورها، کابل ها و خازن ها).
- فلاش اُوِر (Flashover) یا آرک الکتریکی (Arcing) بر روی مقره ها یا داخل تجهیزات، که منجر به اتصال کوتاه و انفجار می شود.
- خرابی دستگاه های الکترونیکی حساس:
- میکروپروسسورها، درایوها، PLC ها، و تجهیزات کنترلی در برابر نوسانات ولتاژ بالا بسیار آسیب پذیرند و ممکن است دچار سوختگی یا از دست دادن داده شوند.
- کاهش کیفیت توان و اختلال در عملکرد:
- ری ست شدن سیستم های کنترلی، عملکرد نادرست رله های حفاظتی، و ایجاد نویز در خطوط ارتباطی.
راهکارهای جامع حفاظت در برابر اضافه ولتاژ
حفاظت مناسب در برابر اضافه ولتاژ نیازمند یک استراتژی جامع و هماهنگ است که شامل موارد زیر می شود:
- استفاده از برقگیرها (Surge Arresters / Lightning Arresters):
- برقگیرهای اکسید فلز (MOV) مهم ترین تجهیز حفاظتی هستند که به صورت موازی با تجهیزات نصب شده و در لحظه وقوع اضافه ولتاژ، مسیر کم مقاومت برای تخلیه جریان به زمین فراهم می کنند و ولتاژ را در یک حد ایمن (سطح حفاظتی برقگیر) نگه می دارند.
- سیستم زمین (Grounding) موثر:
- یک سیستم زمین قوی و کم مقاومت، کلید اصلی برای تخلیه ایمن انرژی اضافه ولتاژ (به ویژه صاعقه) به زمین است. تمام قاب های فلزی ماشین ها، محفظه ها و نوترال سیستم باید به طور موثر زمین شوند.
- فیلترها و خازن های ضربه (Surge Capacitors/Filters):
- خازن های نصب شده در نقاط حساس (مانند پایانه های ماشین های دوار) می توانند سرعت افزایش ولتاژ (dv⁄dt) را کاهش داده و از سیم پیچ ها در برابر ضربه های صاعقه و سوئیچینگ محافظت کنند.
- تجهیزات حفاظت سوئیچینگ (Switching Devices):
- استفاده از مقاومت های پیش وصل (Pre-Insertion Resistors) در کلیدهای قدرت برای میرا کردن اضافه ولتاژهای کلیدزنی.
اگر سیستم قدرت صنعتی شما مکرراً دچار اختلالات ناشی از اضافه ولتاژ می شود یا به دنبال بهینه سازی عملکرد و افزایش طول عمر تجهیزات هستید:
📞 مشاوره تخصصی خازن گذاری و بانک خازنی مجموعه بهنیکو:
برای جلوگیری از اثرات رزونانس و بهبود کیفیت توان، همین حالا با متخصصین فنی مجموعه بهنیکو تماس بگیرید و از مشاوره رایگان جهت نصب بانک خازنی و خازن گذاری متناسب با نیاز شبکه خود بهره مند شوید. 01144443988 - 01144443979
09901680274 - 09905261572
پرسش های متداول (FAQ)
۱. تفاوت اضافه ولتاژ و اضافه جریان چیست؟
اضافه ولتاژ (Overvoltage) به افزایش ولتاژ شبکه بالاتر از حد مجاز گفته می شود و عمدتاً باعث آسیب به عایق تجهیزات و قطعات الکترونیکی حساس می شود. در حالی که اضافه جریان (Overcurrent) به افزایش جریان شبکه بالاتر از حد نامی گفته می شود و عمدتاً باعث تولید حرارت بیش از حد و آسیب به هادی ها و سیم پیچها می شود. تجهیزات حفاظتی این دو پدیده (برقگیر برای اضافه ولتاژ و فیوز/کلید مینیاتوری برای اضافه جریان) متفاوت هستند.
۲. آیا رعد و برق تنها منبع اضافه ولتاژ است؟
خیر، رعد و برق (صاعقه) شدیدترین منبع خارجی اضافه ولتاژ گذرا است، اما عوامل داخلی مانند کلیدزنی، اتصال زمین تک فاز و رزونانس (به ویژه در سیستم های غیر زمینی) نیز می توانند اضافه ولتاژهای موقت و گذرا با دامنه بالا ایجاد کنند.
۳. چرا اضافه ولتاژ در سیستم های AC بیشتر از DC مطرح است؟
سیستم های AC به دلیل وجود خازن و سلف در مدار، مستعد پدیده های رزونانس و نوسانات سوئیچینگ هستند که با افزایش ناگهانی ولتاژ همراه است. در سیستم های DC، این پدیده های تشدیدکننده (مانند قطع جریان صفر طبیعی در کلیدزنی) به شکل کمتری رخ می دهند، هرچند اضافه ولتاژهای کلیدزنی و صاعقه در DC نیز نیازمند حفاظت هستند.
۴. اتصال نامناسب اتوترانسفورماتورها چگونه باعث اضافه ولتاژ می شود؟
در اتوترانسفورماتورها، چون سیم پیچ های ولتاژ بالا و پایین به صورت فیزیکی (متالیک) مشترک هستند، هرگونه موج ولتاژ گذرا یا موقت که به سمت ولتاژ بالاتر وارد شود، به دلیل این اتصال مشترک، تمایل دارد به سمت سیم پیچ ولتاژ پایین تر نیز منتقل شود و اگر سطح عایق سیستم ولتاژ پایین مناسب نباشد، آسیب وارد خواهد شد.
🟢 تأمین خازن های صنعتی با کیفیت
با توجه به اهمیت کیفیت عایق و توانایی تحمل ولتاژ در خازن ها، برای خرید انواع خازن های صنعتی فشار قوی و فشار ضعیف با بالاترین استانداردها، به فروشگاه آنلاین مجموعه بهنیکو مراجعه کنید.