התקן הגנה מפני נחשולי מתח, המכונה גם מגן מתח או SPD, נועד להגן על רכיבים חשמליים מפני עליות מתח שעלולות להתרחש במעגל החשמלי.

בכל פעם שנוצרת עלייה פתאומית בזרם או במתח במעגל החשמלי או במעגל התקשורת כתוצאה מהפרעות חיצוניות, התקן ההגנה מפני נחשולי מתח עלול לבצע הולכה ולבצע ניתוק תוך פרק זמן קצר מאוד, ובכך למנוע מהנחשול לפגוע במכשירים אחרים במעגל.

התקני הגנה מפני נחשולי מתח (SPD) הם שיטה חסכונית למניעת הפסקות חשמל ולשיפור אמינות המערכת.

הם מותקנים בדרך כלל בלוחות חלוקה וממלאים תפקיד חשוב בהבטחת פעולה חלקה ובלתי מפריעה של מכשירים אלקטרוניים במגוון רחב של יישומים על ידי הגבלת מתח יתר חולף.

ממסר הגנה מפני זרם (SPD) פועל על ידי הסטת מתח עודף מנחשולי מתח חולפים הרחק מהציוד המוגן. הוא מורכב בדרך כלל מווריסטורים של תחמוצת מתכת (MOV) או מצינורות פריקת גז שסופגים את המתח העודף ומפנים אותו לאדמה, ובכך מגנים על המכשירים המחוברים.

נחשולי מתח יכולים להתרחש ממגוון סיבות, כולל מכות ברק, ניתוק רשת החשמל, חיווט לקוי והפעלת ציוד חשמלי בעל הספק גבוה. הם יכולים להיגרם גם מאירועים המתרחשים בתוך בניין, כגון הפעלת מנועים או הפעלה/כיבוי של מכשירים גדולים.

התקנת SPD יכולה לספק מספר יתרונות, כולל:

הגנה על ציוד אלקטרוני רגיש מפני קפיצות מתח מזיקות.

מניעת אובדן או פגיעה בנתונים במערכות מחשוב.

הארכת תוחלת החיים של מכשירים וציוד על ידי הגנה עליהם מפני הפרעות חשמליות.

הפחתת הסיכון לשריפות חשמליות הנגרמות כתוצאה מקפיצות מתח.

שקט נפשי בידיעה שהציוד היקר שלך מוגן.

אורך החיים של ממסר SPD יכול להשתנות בהתאם לגורמים כמו איכותו, חומרת קפיצות המתח שהוא נתקל בהן ושיטות התחזוקה. באופן כללי, לממסרים SPD אורך חיים הנעה בין 5 ל-10 שנים. עם זאת, מומלץ לבדוק ולבדוק באופן קבוע את הממסרים ולהחליפם לפי הצורך כדי להבטיח הגנה אופטימלית.

הצורך ב-SPDs עשוי להשתנות בהתאם לגורמים כמו מיקום גיאוגרפי, תקנות מקומיות ורגישות הציוד האלקטרוני המחובר. מומלץ להתייעץ עם חשמלאי או מהנדס חשמל מוסמך כדי להעריך את הצרכים הספציפיים שלך ולקבוע אם SPD נחוץ למערכת החשמל שלך.

כמה רכיבים נפוצים להגנה מפני נחשולי מתח המשמשים בייצור SPDs הם וריסטורים של תחמוצת מתכת (MOVs), דיודות פריקת מפולת שלגים (ABDs - לשעבר דיודות סיליקון מפולת שלגים או SADs), ושפופרות פריקה גז (GDTs). MOVs הם הטכנולוגיה הנפוצה ביותר להגנה על מעגלי חשמל AC. דירוג זרם הנחשול של MOV קשור לשטח החתך ולהרכבו. באופן כללי, ככל ששטח החתך גדול יותר, כך דירוג זרם הנחשול של המכשיר גבוה יותר. MOVs הם בדרך כלל בעלי גיאומטריה עגולה או מלבנית אך מגיעים בשפע של מידות סטנדרטיות הנעות בין 7 מ"מ (0.28 אינץ') ל-80 מ"מ (3.15 אינץ'). דירוגי זרם הנחשול של רכיבי הגנה מפני נחשולי מתח אלה משתנים במידה רבה ותלויים ביצרן. כפי שנדון קודם לכן בסעיף זה, על ידי חיבור ה-MOVs במערך מקבילי, ניתן לחשב ערך זרם נחשול פשוט על ידי חיבור דירוגי זרם הנחשול של ה-MOVs הבודדים יחד כדי לקבל את דירוג זרם הנחשול של המערך. בכך, יש לשקול תיאום של התפעול.

ישנן השערות רבות לגבי איזה רכיב, איזו טופולוגיה ופריסת טכנולוגיה ספציפית מייצרים את ה-SPD הטוב ביותר להסטת זרם נחשול. במקום להציג את כל האפשרויות, עדיף שהדיון בדירוג זרם נחשול, דירוג זרם פריקה נומינלי או יכולות זרם נחשול יסובב סביב נתוני בדיקות ביצועים. ללא קשר לרכיבים המשמשים בתכנון, או למבנה המכני הספציפי שנפרס, מה שחשוב הוא של-SPD יש דירוג זרם נחשול או דירוג זרם פריקה נומינלי המתאים ליישום.

המהדורה הנוכחית של תקנות החיווט של IET, BS 7671:2018, קובעת כי אלא אם כן מתבצעת הערכת סיכונים, יש לספק הגנה מפני מתח יתר חולף כאשר התוצאה הנגרמת ממתח יתר עלולה:

לגרום לפגיעה חמורה בחיי אדם או לאובדן חיי אדם; או

לגרום להפרעה לשירותים ציבוריים ו/או נזק למורשת תרבותית; או

לגרום להפרעה לפעילות מסחרית או תעשייתית; או

משפיעים על מספר רב של אנשים המתגוררים יחד.

תקנה זו חלה על כל סוגי הנכסים, לרבות מבנים פרטיים, מסחריים ותעשייתיים.

בעוד שתקנות החיווט של IET אינן רטרואקטיביות, כאשר מתבצעות עבודות על מעגל קיים בתוך התקנה שתוכננה והותקנה לפי מהדורה קודמת של תקנות החיווט של IET, יש לוודא שהמעגל המתוקן עומד בתקן המהדורה העדכנית ביותר. הדבר יהיה מועיל רק אם יותקנו ממיר הגנה מפני זרם (SPD) כדי להגן על ההתקנה כולה.

ההחלטה האם לרכוש ממסרי SPD נתונה בידי הלקוח, אך יש לספק לו מספיק מידע כדי לקבל החלטה מושכלת האם ברצונו לוותר על ממסרי SPD. יש לקבל החלטה על סמך גורמי סיכון בטיחותיים ולאחר הערכת עלות של ממסרי SPD, שעשויים לעלות רק כמה מאות פאונד, לעומת עלות ההתקנה החשמלית והציוד המחובר אליהם כגון מחשבים, טלוויזיות וציוד הכרחי, לדוגמה, גילוי עשן ובקרות דוד.

ניתן להתקין הגנה מפני נחשולי מתח ביחידת צריכה קיימת אם קיים מקום פיזי מתאים, או אם אין מספיק מקום זמין, ניתן להתקין אותה במארז חיצוני הסמוך ליחידת צריכה קיימת.

כדאי גם לבדוק עם חברת הביטוח שלכם, מכיוון שחלק מהפוליסות עשויות לציין כי ציוד חייב להיות מכוסה ב-SPD, אחרת הן לא ישלמו במקרה של תביעה.

דירוג מגן הנחשולים (הידוע בכינויו הגנה מפני ברקים) מוערך בהתאם לתורת הגנה מפני ברקים של IEC 61643-31 ו-EN 50539-11, המותקנת בצומת המחיצה. דרישות טכניות ותפקודים שונים זה מזה. התקן הגנה מפני ברקים בשלב הראשון מותקן בין אזור 0-1, גבוה לדרישת הזרימה, הדרישה המינימלית של IEC 61643-31 ו-EN 50539-11 היא Itotal (10/350) 12.5 ka, והרמות השנייה והשלישית מותקנות בין אזורי 1-2 ו-2-3, בעיקר כדי לדכא את מתח היתר.

התקני הגנה מפני נחשולי מתח (SPD) חיוניים בהגנה על ציוד אלקטרוני מפני ההשפעות המזיקות של מתח יתר חולף שעלול לגרום נזק, השבתת מערכת ואובדן נתונים.

במקרים רבים, עלות החלפת או תיקון ציוד יכולה להיות משמעותית, במיוחד ביישומים קריטיים למשימה כמו בתי חולים, מרכזי נתונים ומפעלים תעשייתיים.

מפסקי זרם ונתיכים אינם מתוכננים להתמודד עם אירועים עתירי אנרגיה אלה, מה שהופך את ההגנה מפני נחשולי מתח נוספת לנחוצה.

בעוד שממירי SPD מתוכננים במיוחד להסיט מתח יתר חולף מהציוד, להגן עליו מפני נזק ולהאריך את תוחלת החיים שלו.

לסיכום, SPDs חיוניים בסביבה הטכנולוגית המודרנית.

עקרון העבודה של SPD

העיקרון הבסיסי מאחורי ממסרי SPD הוא שהם מספקים נתיב בעל עכבה נמוכה לאדמה עבור מתח עודף. כאשר מתרחשים קפיצות או נחשולי מתח, ממסרי SPD פועלים על ידי הסטת המתח והזרם העודפים לאדמה.

בדרך זו, עוצמת המתח הנכנס יורדת לרמה בטוחה שאינה פוגעת במכשיר המחובר.

כדי לפעול, התקן הגנה מפני נחשולי מתח חייב להכיל לפחות רכיב לא ליניארי אחד (וריסטור או פער ניצוצות), אשר בתנאים שונים עובר בין מצב עכבה גבוהה למצב עכבה נמוכה.

תפקידם הוא להסיט את זרם הפריקה או הדחף ולהגביל את מתח היתר בציוד במורד הזרם.

התקני הגנה מפני נחשולי מתח פועלים בשלושת המצבים המפורטים להלן.

א. מצב תקין (היעדר נחשול)

במקרה של תנאי חוסר נחשולי מתח, ל-SPD אין השפעה על המערכת והוא פועל כמעגל פתוח, והוא נשאר במצב עכבה גבוהה.

ב. במהלך עליות מתח

במקרה של קפיצות מתח וקפיצות מתח, זרם ה-SPD עובר למצב הולכה והעכבה שלו יורדת. בדרך זו, הוא יגן על המערכת על ידי הסטת זרם הדחף לאדמה.

ג. חזרה לפעילות רגילה

לאחר פריקת מתח היתר, ה-SPD חזר למצב העכבה הגבוהה הרגיל שלו.

התקני הגנה מפני נחשולי מתח (SPD) הם רכיבים חיוניים ברשתות חשמל. עם זאת, בחירת SPD מתאים למערכת שלך עשויה להיות בעיה קשה.

מתח הפעלה רציף מרבי (UC)

המתח המדורג של ה-SPD צריך להיות תואם למתח המערכת החשמלית כדי לספק הגנה מתאימה למערכת. דירוג מתח נמוך יותר יגרום נזק למכשיר ודירוג גבוה יותר לא יסיט את הטרנזיינט כראוי.

זמן תגובה

זה מתואר כזמן התגובה של SPD למעברים. ככל שה-SPD מגיב מהר יותר, כך ההגנה על ידי ה-SPD טובה יותר. בדרך כלל, SPD מבוססי דיודת זנר הם בעלי התגובה המהירה ביותר. לסוגים מלאי גז יש זמן תגובה איטי יחסית ולסוגי נתיכים ו-MOV יש את זמן התגובה האיטי ביותר.

זרם פריקה נומינלי (In)

יש לבדוק את SPD בעוצמת צורה של 8/20μs והערך הטיפוסי עבור SPD בגודל מיניאטורי למגורים הוא 20kA.

זרם פריקה מקסימלי (Iimp)

על ההתקן להיות מסוגל להתמודד עם זרם הנחשול המרבי הצפוי ברשת החלוקה כדי להבטיח שהוא לא ייכשל במהלך אירוע חולף, ויש לבדוק את ההתקן עם צורת גל של 10/350μs.

מתח הידוק

זהו מתח סף ומעל רמת מתח זו, SPD מתחיל ללכוד כל מתח חולף שהוא מזהה בקו החשמל.

יצרן ואישורים

בחירת ממסר הגנה מפני זרם (SPD) מיצרן ידוע בעל הסמכה ממכון בדיקה בלתי תלוי, כגון UL או IEC, היא קריטית. ההסמכה מבטיחה שהמוצר נבדק ועומד בכל דרישות הביצועים והאבטחה.

הבנת הנחיות המידות הללו תאפשר לכם לבחור את התקן ההגנה מפני נחשולי מתח הטוב ביותר עבור צרכיכם ולהבטיח הגנה יעילה מפני נחשולי מתח.

התקני הגנה מפני נחשולי מתח (SPD) מתוכננים לספק הגנה אמינה מפני מתח יתר חולף, אך גורמים מסוימים עלולים להוביל לכשל שלהם. להלן כמה מהסיבות הבסיסיות לכשל של SPD:

1. נחשולי מתח מוגזמים

אחת הסיבות העיקריות לכשל ב-SPD היא מתח יתר, מתח יתר יכול להתרחש עקב פגיעות ברק, קפיצות מתח או הפרעות חשמליות אחרות. יש לוודא התקנת ה-SPD המתאים לאחר חישובי תכנון נאותים בהתאם למיקום.

2. גורם הזדקנות

בשל תנאי סביבה, כולל טמפרטורה ולחות, ל-SPDs יש חיי מדף מוגבלים והם עלולים להתבלות עם הזמן. יתר על כן, SPDs עלולים להינזק מקפיצות מתח תכופות.

3. בעיות תצורה

הגדרה שגויה, כגון כאשר SPD בתצורת Wye מחובר לעומס המחובר דרך דלתא. דבר זה עלול לחשוף את ה-SPD למתחים גבוהים יותר, מה שעלול לגרום לכשל של ה-SPD.

4. כשל ברכיב

ממיר זרם ישר (SPD) מכיל מספר רכיבים, כגון וריסטורים של תחמוצת מתכת (MOV), שעלולים להיכשל עקב פגמי ייצור או גורמים סביבתיים.

5. הארקה לא נכונה

כדי שמפעיל מתח מוארק (SPD) יפעל כראוי, הארקה היא הכרחית. SPD עלול לגרום לתקלה או אף להפוך לבעיית בטיחות אם הוא מחובר לא נכון להארקה.