ترانس های ایزوله و سرج ارستر

دستگاه های حفاظت در برابر سرج یا (SPD)  که معمولا به عنوان سرکوب کننده ولتاژهای گذرا یا TVSSs نیز شناخته می شوند، تجهیزات غیر خطی برش دهنده ولتاژ می باشند. سرج ارسترها در خطوط جهت حفاظت نصب می شوند(بصورت موازی با تجهیزات) و بنابراین نیازی نیست تا با جریان خط تطبیق داشته باشد.
سرج ارسترها معمولا دارای امپدانس بزرگ تحت شرایط ولتاژ نامی شبکه می باشند.در شرایط گذرا ولتاژ خط توسط ولتاژ گذرا افزایش پیدا می کند تا نقطه ای که سرج ارستر عمل کند.سپس سرج ارستر به سرعت به وضعیت امپدانس کم تغییر وضعیت می دهد و انرژی اضافی گذرا (جریان) را به زمین انتقال می دهد بنابراین ولتاژ گذرا را به سطح ایمن کاهش می دهد. سرج ارستر بعد از شرایط گذرا ریست می شود.

سرج ارستر با فیلتر سری درحقیقت یک ارستر بهبود یافته طبق استاندارد بوده که یک فیلتر پایین گذر و RFI/EMI به آن اضافه شده است. این فیلترینگ مرحله دوم سرعت نرخ هر برش ولتاژ را کاهش داده، بعلاوه میرایی ولتاژ برش داده شده و نویز سیگنال کوچکی که ممکن است در خروجی ارستر ظاهر شود را کاهش می دهد.این سرج فیلتر بصورت سری با دستگاه نصب می شود بنابراین باید تحمل حداکثر جریان مدار را داشته باشد.

ترانس های ایزوله معمولا متشکل از دو سیم پیچ مجزا با یک شیلد مغناطیسی بین سیم پیچ ها جهت کنترل نویز می باشد. این ترانس باید تحمل حداکثر بار را داشته و بنابراین باید در اندازه مناسب باشد.بعلاوه استفاده از تجهیزات غیر خطی برش ولتاژ، عملکرد این ترانس با تضعیف (میرایی) می باشد.تضعیف یا میرایی بصورت معمول با دسیبل dB برای نویزهای سیگنال کوچک بیان می شود.(شرایط گذرای بزرگ که باعث میرایی قابل ملاحظه ترانس می شود منظورمان نمی باشد.) بیان هر 20دسیبل میرایی برابر با کاهش 10 برابری نویز ولتاژ می باشد.با این وجود 60 دسیبل میرایی برابر با 1000درصد کاهش نویز ولتاژ بین ورودی و خروجی می باشد.
مزیت اصلی ترانس های ایزوله، ایزوله سازی ورودی با خروجی می باشد بخصوص در مواردی که مدار خروجی میتواند مجددا زمین شود و از ورودی و یا سایر منابع نویز زمین ایزوله می شود.

دو سیم پیچ ترانس ایزوله سازه بلوکی مفیدی برای کاربرد های کیفیت توان می باشد. در واقع این دستگاه به ذات بهبود دهنده کیفیت توان نمی باشد اما ترانس ایزوله یکی از موثرترین تجهیزات موجود برای برگشت دادن نویزهای حالت مشترک می باشد.ترانس های ایزوله تاثیر خیلی کمی بر میرایی نویزهای حالت تفاضلی دارند به ویژه در فرکانس های پایین چون این تجهیز جهت عملکرد در فرکانس قدرت طراحی شده است.
ترانس ایزوله زمانی که با شیلد یا زمین مناسب همرا ه شود، می تواند بصورت موثری در برابر نویزهای حالت مشترک فرکانس بالا عمل کرده و از انتشار آن ها به تجهیزات پایین دست از طریق منبع تغذیه یا سیستم زمین جلوگیری کند.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده، یک ترانسفورماتور ایزوله شیلد شده برای نویزهای حالت مشترک فرکانس بالا مسیری فراهم میکند تا از طریق کوپلینگ خازنی به صفحه زمین شده جاری گشته و بنابراین به زمین برگردد.برای موثرتر کردن این صفحه، صفحه و هسته ترانس و هادی های زمین شده باید به یکدیگر در یک نقطه مشترک متصل شوند.( همانطور که در شکل نشان داده شده است)      

 

ترانسفورماتور ایزوله شیلد شده میتواند در برابر نویزهای حالت مشترک و حالت های گذرای سطح پایین موثر عمل کند ولی برای تضعیف نویزهای حالت تفاضلی و حالت های گذرا موثر نمی باشد.ترانس های ایزوله از طریق حذف هارمونیک های سه فاز و جذب هارمونیک های مضرب سوم در ترانس های ستاره مثلث باعث بهبود کیفیت توان شده و ایجاد نقطه زمین مرجع پایدار از طریق باندینگ نول زمین در سمت ثانویه ترانس است.



اکنون به بررسی یک ولتاژ و جریان بزرگ و گذرا القا شده به خط قدرت توسط تاثیر مستقیم یا غیر مستقیم صاعقه ویا سوئیچینگ می پردازیم.چنانچه این حالت های گذرا تفاضلی (دیفرانسیلی) باشند(مثلا القا شده به یک خط دارای نول) ، ترانس ایزوله بصورت موثر این اثرات حالت گذرا بصورت کم یا بدون میرایی عبور می دهد.به این دلیل این اتفاق می افتد چون ترانس ایزوله جهت عبور فرکانس قدرت حالت تفاضلی طراحی شده است، و فرکانس حالت گذرای ایجاد شده توسط صاعقه تا ده ها کیلوهرتز می رسد(مثلا به خوبی در باند عبور از اغلب ترانس های ایزوله). چنانچه در سایر باندها، این سیگنال ها حالت مشترک هستند، بنابراین یک ترانس ایزوله مناسب حفاظت موثری در برابر سرج های که توسط ولتاژهایی که بیشتر از پیک ترانس نباشند ایجاد می شوند، فراهم می کند. در بعضی موارد، بزرگی پیک ولتاژ در اثر برخورد مستقیم صاعقه به بالادست ، ولتاژ کم ورودی در ورودی به تجهیزات میتواند باعث افزایش نسبت عایقی ترانس ایزوله 1به1 شود و منجر به جرقه و صدمات عایقی به تجهیزات پایین دست شود.

شایعترین دلیل مشکلات قابلیت اطمینان تجهیزات کیفیت توان صنعت، ولتاژهای گذرای حالت تفاضلی می باشد. تجهیزات الکترونیکی حساسیت بیشتری به سرج های حالت تفاضلی نسبت یه حالت مشترک دارند.نتیجه می شود که اگرچه اکثر پالس های صاعقه حالت مشترک هستند در نقطه کوپلینگ، در نقطه اتصال زمین - نول تبدیل به سرج های حالت تفاضلی می شوند. بنابراین ترانسفورماتورهای ایزوله در برگشت دادن اغلب سرج های حالت گذرا ناکارآمد هستند. یک تجهیز کارآمد جهت حفاظت در برابر حالات گذرا یک سرج ارستر با فیلتر پایین گذر سری می باشد.ُاین روش موثر و کارآمد برای حفاظت در هر دوحالت مشترک و تفاضلی و حفاظت نویز می باشد.

در نتیجه، یک همپوشانی در حفاظت ترانس ایزوله و سرج ارسترهای ترکیبی با فیلتر پایین گذر وجود دارد، اما بخاطر بازده بیشتر، سایز، وزن و هزینه، سرج ارستر برای اکثر موارد صنعتی بهتر می باشد.سرج ارسترها با ابعاد و وزن کمتر حفاظت برتر دربرابر حالات گذرای تفاضلی بوده و بطور تقریبی برای 85 تا 90 درصد نویزهای صنعتی حفاظت مطلوبی ایجاد می کند.این باعث می شود که با هزینه کمتر، انتخاب اول برای حفاظت اکثر تجهیزات الکترونیکی حساس از جمله PLC ها می باشد.ترانسفورماتورهای ایزوله همچنان بهترین راهکار برای برخی از سایت های کوچک که دارای نویزهای الکتریکی زمین بوده یا در مکانهایی که که نیاز به ایزولاسیون باشد. با این وجود یک سرج ارستر نیاز است اضافه گردد تا حفاظت حالت گذرای تفاضلی را فراهم نمای