محافظ اضافه ولتاژ یک وسیله کلیدی است که در سیستم های قدرت برای سرکوب ولتاژهای غیرعادی بالا و تضمین ایمنی عایق و عملکرد پایدار تجهیزات الکتریکی استفاده می شود. عملکرد اصلی آن این است که به سرعت اضافه ولتاژها را در محدوده قابل قبول برای تجهیزات زمانی که شرایط غیرعادی مانند برخورد رعد و برق، تکانه های سوئیچینگ، افزایش ولتاژ فرکانس برق، یا اضافه ولتاژهای تشدید در شبکه برق رخ می دهد، محدود کند. این امر از خرابی عایق، آسیب قطعات و خاموش شدن سیستم جلوگیری می کند، بنابراین حفاظتی غیر قابل تعویض در تمام جنبه های تولید، انتقال، توزیع و مصرف برق ایجاد می کند.
اصل کار یک محافظ اضافه ولتاژ بر اساس ویژگی های مقاومت غیر خطی و مکانیسم های جذب انرژی است. اجزای اصلی مورد استفاده شامل وریستورهای اکسید فلزی (MOVs)، وریستورهای کاربید سیلیکون، شکافهای تخلیه و ماژولهای سرکوب کامپوزیت هستند. هنگامی که ولتاژ در محدوده نرمال باشد، محافظ در حالت مقاومت بالا عمل میکند و به سختی بر عملکرد عادی سیستم تأثیر میگذارد. هنگامی که ولتاژ از آستانه تعیین شده فراتر رفت، مقاومت آن به شدت کاهش مییابد و یک مسیر مقاومت کم ایجاد میکند، جریان اضافه تولید شده توسط اضافه ولتاژ به زمین را دور زده یا محدود میکند و در نتیجه پیک ولتاژ اعمال شده به تجهیزات محافظتشده را کاهش میدهد. انواع مختلف محافظ های اضافه ولتاژ را نیز می توان با قطع حرارتی، فیوزها یا کلیدهای اینترلاک ترکیب کرد تا به قطع جریان خطا و نشان دادن وضعیت، متعادل کردن پاسخ سریع و ایزوله ایمن دست یابد.
در سطح کاربرد، محافظهای اضافه ولتاژ را میتوان به سریهای-ولتاژ پایین، متوسط-ولتاژ-و ولتاژ بالا تقسیم کرد تا با سطوح مختلف ولتاژ و محیطهای نصب سازگار شوند. انواع ولتاژ پایین بیشتر در ساختمانهای سیستمهای توزیع برق، ایستگاههای پایه ارتباطی، منبع تغذیه سیگنال حملونقل ریلی، و قسمت جلویی لوازم خانگی حساس برای جلوگیری از آسیب ناشی از ولتاژ ناشی از برخورد صاعقه یا سوئیچینگ شبکه استفاده میشوند. انواع ولتاژ متوسط معمولاً در ترانسفورماتورهای توزیع، تابلو برق و مراکز کنترل موتورهای صنعتی یافت می شوند تا در برابر تأثیر ترکیبی اضافه ولتاژهای عملیاتی و اضافه ولتاژهای جوی مقاومت کنند. انواع ولتاژ بالا بر روی شینهای پست، خطوط هوایی و پایانههای کابل برای سرکوب ولتاژهای گذرا ناشی از برخورد صاعقه و تشدید سیستم در مسافتهای طولانی مستقر میشوند. برای نیروگاههای انرژی جدید، سیستمهای ذخیره انرژی و ریزشبکههای DC، محافظهای اختصاصی اضافه ولتاژ DC میتوانند با افزایش ولتاژ ناشی از فرآیندهای سوئیچینگ مبدل و تغییرات ناگهانی در تابش خورشیدی مقابله کنند و توانایی مقاومت تجهیزات متصل به شبکه را بهبود بخشند.
مزایای فنی محافظ های اضافه ولتاژ در سرعت پاسخگویی سریع، ظرفیت حمل جریان قوی و طول عمر قابل نظارت منعکس می شود. محصولات با کیفیت بالا میتوانند در نانوثانیه تا میکروثانیه راهاندازی شوند، جریانهای هجومی دهها کیلو آمپر را جذب کنند، و بازخوردی را در مورد روند تخریب از طریق حسگرهای داخلی{2}}دما یا رابطهای نظارت بر وضعیت ارائه دهند، و پشتیبانی پیشبینیکننده را برای نگهداری ارائه میکنند. طرح های مدولار و قابل اتصال، جایگزینی میدان را تسهیل می کند و زمان قطع برق را کاهش می دهد. محفظههای مقاوم در برابر شعله-مقاوم در برابر انفجار،-مقاوم در برابر انفجار و خوردگی-قابلیت اطمینان طولانی-در محیطهای خارجی، شیمیایی یا دریایی را تضمین میکنند.
با افزایش پیچیدگی سیستم های قدرت و متنوع شدن دلایل اضافه ولتاژ، محافظ های اضافه ولتاژ به سمت یکپارچگی و هوشمندی چند عملکردی-در حال تکامل هستند. به عنوان مثال، ادغام توابع شمارش نوسانات، ارزیابی تخریب، و توابع ارتباط از راه دور می تواند یک سیستم آگاهی از وضعیت و هشدار اولیه ایجاد کند. ارتباط با بسته شدن مجدد خودکار و دستگاه های ثبت عیب می تواند اطلاعات کامل رویداد را حفظ کند و در عین حال ولتاژهای اضافه را سرکوب کند و از تجزیه و تحلیل تصادف پشتیبانی کند.
به طور کلی، محافظ های اضافه ولتاژ، با عملکرد اصلی خود یعنی محدود کردن سریع ولتاژ، اتلاف انرژی، و حفاظت عایق، اولین خط دفاعی در برابر اضافه ولتاژهای گذرا و گذرا را تشکیل می دهند. آنها تجهیزات فنی اساسی برای اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار سیستم های قدرت و افزایش طول عمر تجهیزات هستند و نقش حیاتی در شبکه های برق مدرن و سناریوهای مختلف مصرف برق دارند.
