با توجه به الزام نصب SPD برابر مقررات ملی ساختمان و هم‍چنین اهمیت نصب این وسیله حفاظتی با توجه به افزایش روزافزون وسایل حساس برقی، سوالات متداول در زمینه SPD گردآوری شده و بدان پاسخ داده شده است:


سوال 1: آیا نصب SPD فقط برای ساختمان‌های بلند مرتبه اجباریست؟

خیر، برای تمامی ساختمان‌ها باید محاسبات ارزیابی ریسک نصب SPD انجام گردد و در صورت لزوم، نصب آن اجباریست. انجام محاسبات ساده می‌باشد و نباید با محاسبات مدیریت ریسک در حفاظت از صاعقه (مطابق IEC 62305-2) اشتباه گرفته شود. جهت آشنایی با نحوه انجام محاسبات ارزیابی ریسک نصب SPD بر روی این لینک کلیک نمایید.

محاسبات ارزیابی ریسک نصب SPD

سوال 2: عملکرد SPD را به طور خلاصه توضیح دهید؟

SPDها به عنوان کنترل کننده ولتاژ عمل می‌کنند و به صورت موازی با تاسیسات نصب می‌شوند. SPDها دارای مقاومت بالایی هستند و هنگامی که اضافه ولتاژ گذرا در سیستم (به دلایل جوی و یا کلیدزنی) ظاهر می‌شود، امپدانس داخلی SPD کاهش می‌یابد و در نتیجه جریان ناشی از اضافه ولتاژ گذرا از طریق SPD منحرف شده و به زمین هدایت می‌شود و از تجهیزات حساس عبور نمی‌کند.

نحوه کارکرد SPD

سوال 3: اضافه ولتاژ گذرا چیست و چه فرقی با اضافه ولتاژ عادی دارد؟

اضافه ولتاژ گذرا بیانگر افزایش کوتاه مدت ولتاژ بین دو یا چند هادی است. منظور از کوتاه مدت، دوره‌های زمانی بین میکرو ثانیه تا چند میلی ثانیه است. افزایش ولتاژ می‌تواند از چند صد ولت تا چند هزار ولت باشد. ولی اضافه ولتاژ عادی بیانگر افزایش پایدار (با دامنه کم) ولتاژ منبع تغذیه است که بیش از چند ثانیه ماندگار باشد.

انواع اضافه ولتاژ - A: هارمونیک - B: افزایش یا افت لحظه‌ای ولتاژ - C: ولتاژ گذرای ناشی از کلیدزنی - D: اضافه ولتاژ ناشی از برخورد غیر مستقیم صاعقه - E: اضافه ولتاژ ناشی از برخورد مستقیم صاعقه

SPD وسیله‌ای است برای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ گذرا و جالب آنکه در برابر اضافه ولتاژ عادی نه تنها عملکردی ندارد، بلکه به احتمال زیاد خواهد سوخت.

عملکرد SPD در برابر اضافه ولتاژ گذرا و اضافه ولتاژ عادی

سوال 4: مد مشترک چیست؟

در حالت کلی مدها به ترکیب هادی‌هایی که اضافه ولتاژ گذرا در آنها اتفاق می‌افتد اشاره دارد و شامل دو نوع است: مد مشترک و مد تفاضلی. و تفاوت‌های زیر را دارند:

  • مد مشترک به صورت اضافه ولتاژ بین هادی‌های برق‌دار و زمین ظاهر می‌شود ولی مد تفاضلی به صورت اضافه ولتاژ بین هادی‌های برق‌دار (فاز به فاز یا فاز به نول) ظاهر می‌شود.
  • اضافه ولتاژ ناشی از صاعقه معمولا به صورت مد مشترک منتشر می‌شوند در حالی که اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی به صورت مد تفاضلی.

انتشار اضافه ولتاژ گذرا به صورت مد مشترک

  • به طور معمول ضربه‌های مد مشترک بزرگ‌تر از ضربه‌های مد تفاضلی است و در صورتی که از ولتاژ قابل تحمل تجهیزات بالاتر رود سبب تخلیه الکتریکی و شکست عایقی خواهد شد.
  • مد مشترک برای تمامی وسایلی که بدنه‌ی آنها به زمین وصل هستند خطرناک می‌باشد و مد تفاضلی مخصوصا برای تجهیزات الکتریکی و سخت‌افزارهای حساس مانند سیستم‌های کامپیوتری خطرناک هستند.

انتشار اضافه ولتاژ گذرا به صورت مد تفاضلی

سوال 5: چند نوع SPD وجود دارد؟

SPDها با توجه به تجهیزی که قرار است حفاظت کنند به انواع زیر تقسیم بندی می‌شوند:
1- SPDهای سیستم تغذیه که خود نیز به سه دسته تقسیم می‌گردند:

1-1: کلاس حفاظتی 1 

2-1: کلاس حفاظتی 2 

3-1: کلاس حفاظتی 3

SPD سیستم تغذیه

2- SPDهای دیتا، سیگنال و آنتن که این دسته نیز با توجه به نصب آن در مرز منطقه‌های (زون) حفاظتی به سه دسته تقسیم می‌شوند.

SPD دیتا

3- اسپارک گپ؛ در مواردی که هم‌بندی در سیستم زمین و حفاظت در برابر صاعقه به صورت مستقیم به مجاز نباشد، باید از اسپارک گپ ایزوله کننده جهت اجرای اصل هم‌پتانسیل سازی استفاده نمود.

اسپارک گپ ایزوله کننده

سوال 6: کلاس حفاظتی 1و 2 و 3 چه تفاتی با هم دارند؟

مفهوم این کلاس‌های حفاظتی به شرح زیر می‌باشند:

کلاس حفاظتی 1: از این نوع جهت حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از برخورد مستقیم صاعقه استفاده می‌شود و معمولا در مکانی که دارای سیستم حفاظت از صاعقه‌ی خارجی می‌باشد نصب می‌گردد.

کلاس حفاظتی 2: جهت حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از کلیدزنی و برخورد غیر مستقیم صاعقه از این نوع استفاده می‌شود. در واقع این نوع SPD سیستم حفاظت اصلی برای تاسیسات برقی با ولتاژ کم می‌باشد و در هر تابلوی برقی نصب شده و از انتشار اضافه ولتاژ در تاسیسات برقی جلوگیری نموده و از بارها حفاظت می‌کند.

کلاس حفاظتی 3: این نوع جهت حفاظت محلی از بارهای حساس می‌باشد. SPD نوع 3 ظرفیت تخلیه الکتریکی پایینی دارند. بنابراین فقط باید به عنوان مکمل SPD نوع 2 و در مجاورت بارهای حساس استفاده شوند.

جانمایی صحیح انواع کلاس حفاظتی SPD

سوال 7: این همه مشخصات درج شده بر روی SPD به چه معنایی هستند؟

SPDها دارای یک سری از مشخصه‌ها هستند که در حالت کلی به دو نوع عمومی و اختصاصی تقسیم می‌شوند. در ادامه مهم‌ترین آن‌ها شرح داده می‌شود:

1- مشخصه‌های عمومی:

- حداکثر ولتاژ عملکرد مداوم (Uc): بیانگر حداکثر ولتاژی است که می‌تواند به صورت پیوسته به SPD اعمال شود. اگر بالاتر از این ولتاژ به مدت طولانی به SPD اعمال گردد، SPD خواهد سوخت.

- سطح حفاظت ولتاژ (Up در In): این پارامتر کارایی SPD را در محدودسازی اضافه ولتاژهای گذرا در دو سر آن تعیین می‌کند و بیانگر بزرگترین مقدار ولتاژ ظاهر شده در بین پایانه‌ها در زمان فعال بودن SPD و هنگام عبور جریان In از آن است. این مشخصه در هماهنگی با حداکثر ولتاژ قابل تحمل تجهیزات تعیین می‌گردد.

- جریان تخلیه نامی (In): بیانگر حداکثر مقدار جریان شکل موج 8/20 میکروثانیه (شکل موجی که در استاندارد IEC برای مشخص کردن امواج جریان ناشی از برخورد غیرمستقیم صاعقه تعریف شده است) است که SPD می‌تواند حداقل 20 بار آن را تخلیه کند. مقدار بالای In به معنی طول عمر بیشتر برای SPD است.

مشخصات درج شده بر روی SPD

2- مشخصه‌های اختصاصی:

- برای کلاس حفاظتی 1:

- جریان ضربه (Imps): حداکثر مقدار جریان یک شکل موج 10/350 میکروثانیه (شکل موجی که در استاندارد IEC برای مشخص کردن امواج جریان ناشی از برخورد مستقیم صاعقه تعریف شده است) است که SPD می‌تواند حداقل 5 بار آن را تخلیه کند.

- جریان تعقیب فرونشاننده اتوماتیک (Ifi): پیک جریان (تامین شده توسط شبکه برق) که پس از تخلیه جریان ایمپالسی از درون SPD عبور می‌کند و SPD قادر است پس از صاعقه به طور اتوماتیک آن را قطع کند.

- برای کلاس حفاظتی 2:

- حداکثر جریان تخلیه (Imax): برابر حداکثر مقدار جریان شکل موج 8/20 میکروثانیه که SPD قادر به تخلیه آن به تعداد یک بار است.

- برای کلاس حفاظتی 3:

- ولتاژ مدار باز (Uoc): جهت آزمایش این نوع کلاس کاربرد دارد.

سوال 8: ولتاژ قابل تحمل تجهیزات چیست؟

ولتاژ قابل تحمل تجهیزات (Uw) بیانگر حداکثر ولتاژ مقدار ضربه است که سبب وقوع خرابی دائمی از طریق شکست عایقی نمی‌شود. مطابق استاندارد IEC انتخاب سطح حفاظت Up برای SPD باید با توجه به بارهای مورد حفاظت انجام شود. در جدول زیر قابلیت تحمل ضربه انواع تجهیزات را از دیدگاه اضافه ولتاژ نشان می‌دهد.

ولتاژ قابل تحمل تجهیزات مطابق استانداردهای IEC 60364-4-44, IEC 60664-1 و IEC 60730-1

مفهوم گروه مکانی تجهیزات

سوال 9: اتصال نوع CT1 به چه معناست؟

همانطور که در پاسخ سوال 4 به آن اشاره شد، حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا در مد مشترک و مد تفاضلی انجام می‌شود. بر این اساس دو نوع اتصال کلی CT1 و CT2 برای نصب SPDها استفاده می‌شود.

- اتصال CT1:

در این نوع چیدمان SPDها، حفاظت بین هادی‌های برق‌دار (فاز و نول) و هادی PE را فراهم می‌کند. به این نوع اتصال چیدمان 0 + 4 هم می‌گویند. اتصال CT1 در مرحله اول حفاظت مد مشترک را انجام می‌دهد و اگر حفاظت مد تفاضلی لازم باشد نیاز به نصب SPDهای اضافی بین هادی‌های برق‌دار می‌باشد (فاز و نول). البته عموما حفاظت بین فازها (فاز به فاز) اجرا نمی‌گردد.

اتصال CT1

- اتصال CT2:

در این چیدمان SPDها، حفاظت بین هادی‌های فاز و نول و نیز بین نول و PE را فراهم می‌کند. به این نوع اتصال، چیدمان 1 + 3 هم می‌گویند. در واقع اتصال CT2 ترکیبی از حفاظت مد مشترک و مد تفاضلی را تامین می‌کند.

اتصال CT2

سوال 10: چگونه SPD مناسب را برای تاسیسات برقی انتخاب کنم؟

این سوال دارای جواب پیچیده‌ای می‌باشد ولی در اینجا به طور مختصر انتخاب SPD مناسب در کلاس حفاظتی 2 را شرح خواهیم داد:

ولتاژ عملکردی Uc:

با توجه به آرایش سیستم زمین، حداکثر مقدار ولتاژ عملکردی پیوسته SPD باید برابر یا بیشتر از مقادیر جدول زیر باشد:

این جدول حداقل مقدار ولتاژ را نمایش می‌دهند - UT حداکثر اضافه ولتاژ موقتی است که SPD می‌تواند تحمل کند

سطح حفاظت ولتاژ Up:

مقدار Up باید مطابق جدول پاسخ سوال 8 انتخاب گردد. هم‌چنین مطابق استاندارد IEC 60364 به طور کلی سطح حفاظت ولتاژ نصب شده‌ی Up برای تجهیزات حساس در تاسیسات الکتریکی 230/400 ولت برابر 2/5 کیلوولت می‌باشد. و در ضمن هیچ‌گاه Up نباید بیشتر از Uw باشد.

دقت داشته باشید که Up مهم‌ترین خصیصه در انتخاب و کارایی SPD است به همین دلیل توصیه می‌شود سطح حفاظت ولتاژ SPD از مقدار 80 درصد ولتاژ قابل تحمل تجهیزات (Uw) کمتر باشد.

جریان تخلیه نامی In و حداکثر جریان تخلیه Imax:

این دو پارامتر بر اساس تخمین میزان واقع شدن در معرض صاعقه و متناسب با موقعیت ساختمان تعریف می‌شود. می‌توان با استفاده از جدول زیر این مقادیر را انتخاب کرد:

مقادیر توصیه شده In و Imax توسط شرکت ABB

تعداد پل‌ها:

با توجه به آرایش سیستم زمین، لازم است که چیدمان SPD جهت تضمین حفاظت در مد مشترک و در مد تفاضلی فراهم گردد. نیاز به حفاظت مد مشترک و مد تفاضلی با توجه به آرایش سیستم زمین مطابق جدول زیر تعیین می‌گردد:

حفاظت مورد نیاز در مد مشترک و مد تفاضلی با توجه به آرایش سیستم زمین

توجه داشته باشید که در سیستم TN-S یا TN-C-S چنانچه فاصله بین SPD و محل جدایی نول و PE کمتر از 50 سانتی‌متر باشد، می‌توان SPD بین نول و PE (در اتصال CT1 و CT2) را حذف کرد.

بعد از این موارد بیایید با هم مثالی را بررسی کنیم. فرض کنیم می‌خواهیم مشخصات SPD یک منزل مسکونی در شهرستان بانه مطابق این فرضیات تعیین کنیم. خواهیم داشت:

Uc> 253 v - Up<2 kv

 In = 30 kA - Imax =70 kA

 تعداد پل: 2 - نحوه اتصال: 1 + 1

سوال 11: اگر در تابلو برق اصلی ساختمان SPD را نصب کنیم، دیگر در تابلو برق‌های پایین دست احتیاجی به نصب دوباره آن نیست؟

مطابق استاندارد IEC 60364-4-53 بند 534.4.9 طول موثر حفاظت SPD ده متر می‌باشد و در نتیجه چنانچه فاصله دو تابلو بیش از 10 متر باشد باید مجددا در تابلوی پایین دست نصب گردد.

عدم حفاظت مناسب تجهیز

حفاظت مناسب تجهیز

سوال 12: آیا SPD احتیاج به حفاظت بالادست دارد؟

پاسخ سوال شما هم بله است، هم خیر. در بالادست SPD احتیاج به نصب وسیله حفاظتی داریم ولی جهت حفاظت تاسیسات برقی و نه SPD! بگذارید مسئله را بیشتر توضیح دهیم:

به دلایل زیر ممکن است SPDها دچار پایان عمر خود شوند و یا به اصطلاح بسوزند:

  • پایان طول عمر طبیعی
  • جریان تخلیه از حداکثر ظرفیت SPD فراتر رود
  • به دلیل خطا در سیستم توزیع (تغییر فاز/نول، قطع نول)
  • از بین رفتن تدریجی مقاومت غیرخطی

بعد از رخ دادن این اتفاق، فاز مستقیم به ارت وصل خواهد شد و باعث بوجود آمدن اتفاقات ناگواری در تاسیسات برقی من‌جمله آتش‌سوزی خواهد شد. به همین دلیل باید در زمان وقوع این اتفاق، SPD از مدار خارج شود. مشخصات وسیله حفاظتی بهتر است مطابق دستورالعمل سازنده انتخاب شده و نصب گردد ولی در هر حال باید سه مشخصه زیر را داشته باشد:

  1. تحمل جریان صاعقه
  2. ظرفیت قطع برابر یا بیشتر از جریان اتصال کوتاه مورد انتظار (Isc) در نقطه نصب باشد
  3. حفاظت از تاسیسات در برابر اتصال کوتاه

به این وسیله حفاظتی SCPD (Short Circuit Protection Device) می‌گویند.

نحوه انتخاب جانمایی صحیح SCPD

سوال 13: چرا نباید طول اتصالات SPD بیشتر از 50 سانتی‌متر باشد؟

در پاسخ به این سوال بهتر است به طور کلی یک مطلب را عرض کنم. در نصب اتصالات SPD پنج قانون طلایی را داریم که باید رعایت شود:

قانون 1: طول اتصالات SPD بین شبکه (از طریق SCPD بیرونی) و ترمینال ارت نباید بیش از 50 سانتی‌متر باشد. جهت توضیحات بیشتر قانون اول می‌توانید بر روی این لینک کلیک نمایید.

رعایت قانون 50 سانتی‌متر

قانون 2: هادی فیدر خروجی حفاظت شده باید به ترمینال SPD یا SCPD وصل شود و به صورت فیزیکی از هادی ورودی از شبکه جدا باشد.

رعایت قانون دوم

قانون 3: هادی‌های فاز، خنثی و حفاظتی (PE) باید در یک سمت کناری تابلو قرار گیرند تا سطح حلقه ایجاد شده در تابلو به حداقل ممکن کاهش یابد.

قانون 4: هادی‌های ورودی SPD باید دور از هادی‌های خروجی حفاظت شده توسط SPD قرار گیرند تا از آلودگی هادی‌های حفاظت شده از طریق کوپلینگ مغناطیسی اجتناب گردد.

قانون 5: کابل‌ها باید در جنب قست‌های فلزی بدنه تابلو ثابت شوند تا سطح حلقه ایجاد شده در بدنه تابلو حداقل گردد و بتوان از مزیت شیلد آن در مقابل اختلالات الکترومغناطیسی بهره برد. در همه‌ی موارد باید دقت کرد که از قاب تابلو حتما از طریق کوتاه‌ترین اتصال ممکن ارت شده باشد. مورد دیگر اینکه در صورتی که از کابل‌های شیلددار استفاده گردد، می‌بایست از مسیرهای طولانی اجتناب گردد تا تاثیر شیلد شدن کاهش نباید.

رعایت قانون پنجم

سوال 14: آیا SPD برای صحت عملکرد آن، احتیاج به تست شدن دارد؟

به طور کلی ما در محل پروژه نمی‌توانیم تمام پارامترهای SPD را تست نماییم و تست آن احتیاج به آزمایشگاه‌های مخصوص دارد. ولی دستگاه‌های پرتابلی وجود دارند که گاها در بعضی از دستگاه‌های مولتی فانکشن تستر نیز موجود هستند که قابلیت تست SPD را فراهم می‌نمایند. این دستگاه‌ها فقط پارامتر UC را تست می‌نمایند و برای SPDهایی با ساختار متال اکسید وریستور و کپسول گازی کاربرد دارند. (تقریبا در تمام SPDهای کلاس حفاظتی 2 از این ساختار استفاده شده است).

قبل از توضیح نحوه تست به تصویر زیر دقت نمایید که مشخصه زمان - جریان یک SPD را نشان می‌دهد. درک این تصویر فهم نحوه تست SPD را برایتان میسر می‌نماید.

مشخصه زمان - جریان SPD

در واقع تست SPD همانند تست مقاومت عایقی است ولی با این تفاوت که مقدار ولتاژ تست به صورت پله به پله از صفر ولت DC افزایش داده شده و تا زمانی که جریان یک میلی‌آمپری یا بیشتر از SPD جاری نشود ادامه پیدا می‌کند. ولتاژ قرائت شده از روی نمایشگر دستگاه باید مساوی یا بیشتر از UC درج شده بر روی SPD باشد. جهت اطلاع بیشتر از جزئیات این تست می‌توانید ویدئوی مربوطه را از طریق این لینک مشاهده بفرمایید.

در ضمن چنانچه نشانگر بر روی SPD حاکی از پایان عمر آن بود (به رنگ قرمز درآمد)، باید SPD یا کاتریج مورد نظر جایگزین شوند.

نمونه‌ای از SPDهای معیوب که نشانگر آن‌ها قرمز شده‌اند


این مقاله مرتبا بروز خواهد شد. چنانچه سوالات دیگری در زمینه SPD دارید در کامنت‌ها مطرح نمایید، تا در آپدیت‌های بعدی مقاله بدان پاسخ دهیم.