نوسانات برق در سیستم‌های حفاظتی

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: نوسانات گذرا قوی‌ترین و مخرب‌ترین نوسانات ولتاژ در شبکه فشار ضعیف به واسطه تخلیه بار الکتریکی صاعقه به وقوع می‌پیوندد. صاعقه‌ای که به دلیل دور بودن از محل مصرف کننده ها، از دید اکثر مردم پوشیده می‌ماند.

 

هنگام اصابت مستقیم به سیستم حفاظتی خارجی، میزان بسیار زیادی انرژی آزاد گشته و با نوسان بسیار شدید و مخربی بر روی کابل‌ها جاری می‌گردد. در اماکنی که سیستم‌های حفاظتی در برابر این نوسانات (برق گیر) نصب نشده باشد، این عواقب به حدی گسترش می‌یابند که کل مصرف کنندگان یک منطقه را از شبکه خارج نموده، جریان برق قطع شده و خسارات شدیدی در کنار آتش سوزی و ... وارد می‌آورد. اما همچنان ولتاژ القاء شده در تاسیسات ساختمان ها، کابل‌های برق، تلفن و شبکه موجب خسارات می‌شود و تا جایی که رفت و برگشت این ولتاژ شدید در مواد مستهلک شود، ادامه خواهد یافت.

 

 

با وجود این که نوسانات ناشی از کلید زنی (سوئیچینگ) در شبکه، به شدت تخلیه بار الکتریکی صاعقه نمی‌باشد، روزانه با تعداد دفعات بسیار زیادتری نسبت به صاعقه به وقوع می‌پیوندد و موجب خطا در عملکرد یا از کارافتادگی فوری سیستم الکتریکی می‌شود.

طبق قوانین فیزیکی، میزان نوسان ولتاژ ناشی از کلید زنی به ۲ تا ۳ برابر ولتاژ شبکه می‌رسد. نوسانات ناشی از صاعقه در مواردی تا ۲۰ برابر ولتاژ شبکه می‌رسند و حامل میزان بسیار زیادی از انرژی مخرب می‌باشد. اغلب اختلالات هنگامی اتفاق می‌افتد که در اثر نوسانات کوچک و دائمی قبلی (که اکثرا در اثر کلید زنی روزمره به وقوع پیوسته اند) مقاومت قطعات الکتریکی و الکترونیکی کاهش یافته و در نهایت به صورت غافلگیرانه، یک شوک ناگهانی چه در اثر صاعقه و چه در اثر کلید زنی، وسیله برقی را می‌سوزاند. در صورت محافظت سیستم‌های الکتریکی، مخابراتی، تصویری و ... در برابر این گونه نوسانات روزمره نامحسوس، سالم ماندن ادوات الکتریکی در برابر نوسان قوی کلید زنی و همچنین نوسانات شدید صاعقه امکان پذیر است.


اصابت مستقیم به ساختمان

اگر ضربه صاعقه به سیستم حفاظتی خارجی (صاعقه گیر) و یا سقف زمین شده که قادر به حمل و انتقال میزان زیاد جریان به چاه ارت باشد، برخورد نماید، انرژی صاعقه به صورت ایمن به زمین منتقل می‌گردد و مانع از خسارت فیزیکی به بنای ساختمان می‌شود. هر چند هنوز مساله تمام نشده و حفاظت کامل، صرفا از طریق آنتن صاعقه گیر ممکن نیست! با ورود انرژی صاعقه به چاه ارت، سطح ولتاژ کل سیستم ارتینگ ساختمان بالا می‌رود. این افزایش پتانسیل الکتریکی موجب برقرار گشتن جریان الکتریکی در سیستم ارتینگ کل ساختمان می‌گردد. علاوه بر سیستم الکتریکی، کابل‌های مخابراتی، اطلاعاتی، تصویری و ... مرتبط با این واحد نیز شدیدا متاثر گشته و همچنین ترانسفورمر منطقه‌ای متصل به محل برخورد صاعقه تحت نفوذ این جریان قرار می‌گیرد. (میزان تعداد تا ۲۰۰ کیلو آمپر)


اصابت مستقیم صاعقه به خط فشار ضعیف هوایی:

اصابت مستقیم صاعقه به خط فشار ضعیف هوایی و یا خطوط مخابراتی می‌تواند میزان بسیار زیاد جریان ناشی از صاعقه را به ساختمان مشرف به آن خطوط هدایت نماید. تجهیزات الکتریکی در این ساختمان که مصرف کننده خط فشار ضعیف هوایی محسوب می‌شوند، تحت خطر بسیار زیاد خسارات ناشی از این نوسان شدید می‌باشند (میزان تهدید تا ۱۰۰ کیلو آمپر).


نوسانات سوئیچینگ (کلید زنی) در شبکه فشار ضعیف

این گونه نوسانات در اثر عملیات قطع و وصل کلید‌های قدرت یا قطع و وصل شدن بارهای القایی و خازنی شبکه و اتصال متداول در شبکه به وقوع می‌پیوندند. به طور خاص، هنگامی که مصرف کنندگان بزرگ همچون کارخانجات تولیدی، شبکه‌های روشنایی یا ترانسفورمرهای قوی از مدار خارج می‌شوند (خاموش می‌گردند) امکان خسارت دیدگی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی واقع شده در نزدیکی آن اماکن به شدت بالا می‌رود (میزان تهدید تا چندین کیلو آمپر)


به هم آمیختگی (تزویج) نوسانات به واسطه ضربه صاعقه در فواصل دور و نزدیک:

حتی اگر دو سیستم حفاظتی در برابر صاعقه و برق گیرهای حفاظت در برابر نوسانات در سیستم الکتریکی نصب گردیده باشد، یک ضربه صاعقه محلی می‌تواند میدان مغناطیسی قابل توجهی ایجاد نماید که در خطوط انتقال نیرو نیز ولتاژ زیادی القاء می‌نماید.

تزویج القایی یا الکتریکی می‌تواند تا شعاع ۲ کیلومتری محل برخورد صاعقه به زمین، موجب خسارات شدید به دستگاه‌های برق گردد (میزان تهدید تا چندین آمپر).