اضافه ولتاژ چیست؟

اضافه ولتاژ (overvoltage): منابع و اثرات

عایق الکتریکی در سیستم های قدرت به طور مداوم تحت فشار ناشی از بار های مختلف است. همچنین سیستم های الکتریکی در معرض انواع مختلفی از اختلالات هستند که به طور اجتناب ناپذیری ولتاژ اضافی ایجاد می کنند. با این حال، مهندسین برق، با بکار گیری طراحی مناسب بسیاری را این اخلالات را تحت کنترل دارند که تا حد زیادی از مقدارهای بالای اضافه ولتاژ جلوگیری می کند.

توجه به این نکته نیز مهم است که سیستم های AC در معرض انواع زیادی از اضافه ولتاژ هستند که در سیستم های DC یافت نمی شوند. از این رو لازم است بررسی دقیق تری از مشکلات اضافه ولتاژ بر سیستم های AC انجام شود.

اضافه ولتاژ و حوادث آن

منابع ایجاد اضافه ولتاژ

منابع متنوع زیادی از اضافه ولتاژها برای آسیب رساندن به عایق سیستم های توزیع برق صنعتی AC وجود دارد. در این موارد بارز تری که سبب اضافه ولتاژهای می شود، را بررسی می کنیم.

  • اضافه ولتاژ ناشی از الکتریسیته ساکن
  • تماس فیزیکی سیستم ولتاژ بالاتر
  • مدارهای خازنی القایی سری اثرات رزونانس
  • اتصال کوتاه متناوب تکراری
  • نوسانات سوئیچینگ
  • قطع جریان صفر اجباری
  • اتصالات اتوترانسفورماتور
  • روشنایی

اضافه ولتاژ ناشی از الکتریسته ساکن

شن و ماسه یا گرد و غبار ناشی از باد می تواند به شدت شارژ شود. ولتاژ نسبتاً بالایی را به هادی های الکتریکی منتقل می شود. تسمه‌های متحرکی که روی قرقره‌های غیرفلزی کار می‌کنند نیز می‌توانند ولتاژهای بالایی را با وسایل استاتیک ایجاد کنند. در صورت اتصال نامناسب قاب‌های محصور الکتریکی به هادی‌های سیستم الکتریکی ایجاد می شوند.

علاوه بر اتصال به زمین سیستم های الکتریکی، مهم است که قاب های ماشین های الکتریکی و تمام محفظه های فلزی حاوی هادی های مدار الکتریکی به طور موثر به زمین متصل شوند.

تماس فیزیکی سیستم ولتاژ بالاتر

زمانی که هادی های یک مدار الکتریکی با ولتاژ بالا با هادی های یک مدار ولتاژ پایین تر در تماس باشند، آنگاه پتانسیل یکسانی در هر دو مدار در نقطه تماس وجود خواهد داشت. همچنین اگر مدار ولتاژ پایین زمین نول خود را نداشته باشد، پتانسیل آن به سیستم ولتاژ بالا افزایش می یابد و فلاش اوور رخ می دهد.

اگر سیستم ولتاژ پایین نزدیک به پتانسیل زمین قرارگیرد، در اثر از یک پارامتر خنثی با زمین طبیعی، مقادیر بالایی از جریان ممکن است از سیستم ولتاژ بالا جاری شود، اما ولتاژ بسیار کمتری نسبت به سیستم خنثی ایزوله ظاهر می شود.

مدارهای خازنی القایی سری اثرات رزونانس

  سیستم AC غیر زمینی-خنثی معمولاً در معرض ولتاژهای اضافی ناشی از این مورد است. گاهی سیستم های غیر پایه خنثی را به جای جدا شدن واقعی از زمین، به طور خازنی به زمین کوپل کرده اند. تشخیص این موضوع اهمیت زیادی دارد.

اتصال کوتاه متناوب تکراری

اضافه ولتاژهای قابل توجهی را می توان در سیستم های صنعتی AC غیر زمینی یا اتصالات متناوب با خطای زمین ایجاد کرد. ویژگی متناوب مسیر اتصال کوتاه ممکن است منجر به موارد زیر شود:

  • لرزشی که باعث می شود هادی الکتریکی به طور متناوب با زمین تماس پیدا کند.
  • پراکندگی ذرات فلز رسانای مذاب که به طور متناوب یک مسیر رسانا را به زمین ایجاد می کند.
  • شکست پی در پی و آب بندی فضای جداکننده بین هادی و زمین
  • ایجاد شکاف به عنوان یک مورد اساسی در ایجاد اضافه ولتاژ شدید
  • فاصله ثابت بین هادی و زمین است که سبب افزایش تدریجی ولتاژ شکست می شود.
نوسانات سوئیچینگ

عملیات سوئیچینگ مدار تغییر ناگهانی در پارامترهای مدار ایجاد می کند و می تواند مسئول ایجاد اضافه ولتاژ باشد، اگرچه معمولاً مدت زمان کوتاهی طول می کشد و بیش از دو تا سه برابر معمول نیست.

مهم است بدانیم قطع کننده های کلید AC معمولی مخالفت بسیار کمی با جریان مدار دارند، اما برای ایجاد قدرت دی الکتریک به سرعت در جریان صفر معمولی عمل می کنند و از برقراری مجدد جریان در طول نیم چرخه بعدی جلوگیری می کنند.

وقفه در یک سیکل جریان معمولی صفر رخ می دهد که در آن زمان انرژی مغناطیسی ذخیره شده صفر است. درک کیفی مکانیسمی که در آن چنین اضافه ولتاژهایی تولید می شود مفید خواهد بود.

قطع جریان صفر اجباری

بحث اضافه ولتاژهای سوئیچینگ تا کنون وقفه را فقط در یک جریان معمولی صفر در نظر گرفته است. اصطلاح نیروی جریان صفر یا قطع جریان صفر برای توصیف مکانیزم قطع کننده (چه فیوز، کلید، بخش سیم کوچک و غیره) استفاده می شود که دارای خاصیت ایجاد یک ولتاژ ضد بزرگ در مخالفت با جریان است و می تواند جریان را به مقدار صفر در زمانی متفاوت از سیکل طبیعی جریان صفر مدار وادار کند.

اگر هر عنصری در مدار الکتریکی توانایی ایجاد افت پتانسیل بالا در جریان را داشته باشد، پتانسیل توسعه یافته روی هادی های مدار متصل ظاهر می شود. اضافه ولتاژهای توسعه یافته تا زمانی که انرژی ذخیره شده در عناصر القایی مدارها تلف نشود، ادامه می یابند.

اتصالات اتوترانسفورماتور

از اتوترانسفورماتورها  نباید برای اتصال دو سیستم الکتریکی با سطوح عایق متفاوت باید در سیستم های صنعتی استفاده کرد مگر اینکه هر دو را کاملاً به زمین متصل کرده باشید. اتصال متداول فلزی مشترک بین دو سیستم که توسط سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور تشکیل می‌شود. همچنین این تمایل وجود دارد که سیستم ولتاژ پایین‌تر را تقریباً در معرض همان ولتاژهای موقتی قرار دهد که در سیستم ولتاژ بالاتر انتظار می‌رود.

برخی استثناها نیز وجود دارد بطور مثال اگر سیستمی طراحی شود که ابتدا در ولتاژ 2400 ولت کار کند و بعداً به 4160 ولت تبدیل شود و تمام تجهیزات آن حاوی سطوح عایق متناسب با پتانسیل کاری 4100 ولت باشد، استفاده از یک اتوترانسفورماتور مناسب برای اتصال این سیستم 2400 ولت با 4160 ولت دیگر مناسب خواهد بود.

روشنایی

بیشترین اضافه ولتاژهایی که سیستم های برق صنعتی در معرض آن قرار می گیرند، ناشی از روشنایی هستند. برای جلوگیری از خرابی تجهیزات پرهزینه و وقفه های سرویس، محدود کردن این اضافه ولتاژها با اقدامات حفاظتی مناسب ضروری است.

دیدگاهتان را بنویسید

برای مشاوره رایگان تماس بگیرید

09901680274