مدار محافظت در برابر اضافه ولتاژ يا ولتاژهاي ناشي از صاعقه به كمك GDT

آشنايي با GDT يا Gas Discharge Tube

GDT ها لوله هايي هستند كه از گاز به خصوصي پر شده اند و براي محدوده وسيعي از مدار هاي الكترونيكي و الكتريكي براي محافظت در برابر اضافه ولتاژ هاي صاعقه و نوسانات برق مورد استفاده قرار مي گيرند. اين المان ها معمولاً دو پايه يا الكترود دارند كه در داخل محفظه و در داخل گاز قرار دارند. اما براي مصارف الكترونيكي معمولاً به جاي گاز داخل آنها با ماده اي از جنس سراميك پر مي شود. و براي مصارف نظامي الكترونيكي كه رده بالاترين قطعات و با كيفيت ترين قطعات مورد استفاده قرار مي گيرند از تيوب هاي حاوي گاز استفاده مي شود. مشخصه هاي الكتريكي اين تيوب ها به فشار گاز و تركيب گاز و همچنين به فاصله دو الكترود وابسته است. بيشتر گازهايي كه در GDT ها استفاده مي شود در زير ذكر شده اند:

گاز هيدروژن
گاز ديتريوم
گاز نوبل
بخار عناصر (شامل فلزات و غير فلزات)
گاز هاي ديگر
گاز هاي عايق

در زير نمونه اي از GDT كه با سراميك پر شده است مي بينيد.

GDT ها به گونه اي طراحي شده اند كه در ولتاژ خاصي شروع به رسانا شدن مي كنند و به اين ترتيب مانع از افزايش ولتاژ مي شوند. هر GDT ولتاژ خاص خود را دارد و همچنين يك ظرفيت جرياني دارد كه آنرا براي مدار به خصوصي مناسب خواهد ساخت. يك مدار ساده برق گير را در ادامه خواهيد ديد.

مدار محافظ صاعقه و اضافه ولتاژ

در یک دوره زمانی یک ماهه در خطوط برق به تعداد بالا اضافه ولتاژ هاي ناخواسته ناشی از صاعقه یا کلیدزنی القا می شود. اين اضافه ولتاژ ها براي مصرف كنندهاي الكتريكي مناسب نیستند و سبب کاهش عمر آنها می شوند به خصوص قطعات الكترونيكي حساسيت بيشتري به اين ولتاژ ها دارند اين ولتاژ ها معمولاً دامنه زياد و زمان كوتاهي دارند كه به آنها اضافه ولتاژ هاي گذرا مي گوييم.

ولتاژ هاي گذرا معمولاً توسط ديگر قطعات و تجهيزات القا مي شوند كه اين پديده در بيشتر اوفات توسط انرژي ذخيره شده در خازن ها، سلف ها و بارهايي كه چنين خاصيتي دارند ايجاد مي شود. موتورهاي الكتريكي كه در آسانسور ها، مدار هاي گرمايش و سرمايش و يخچال ها نمونه هايي از بار هاي سلفي هستند كه مي توانند بر روي يك خط برق 220 ولت اضافه ولتاژ هايي تا 1000 ولت ايجاد كنند. و همچنين درايور هاي موتورهاي DC ، كنترل دور هاي موتور هاي AC ، اينورتر ها، منابع برق DC سوييچينگ و منابع تغذيه پرتابل نمونه هايي از توليد كننده هاي اضافه ولتاژ هاي گذرا از نوع ديگر هستند.

مدار الکترونیکی محافظ نوسانات برق و صاعقه

در شكل يك مدار پايه سد كننده اضافه ولتاژ هاي گذرا را مي بينيد كه از يك VDR يا Voltage Dependent Resistor و يك GDT تشكيل شده است كه به صورت سري به يكديگر متصل شده اند. مدار بين فاز و نول بسته مي شود. در حالت عادي هيچ جرياني از GDT و VDR نمي گذرد. وقتي كه ولتاژ از مجموع ولتاژ GDT و VDR بگذرد جريان شروع به عبور از این المان ها مي كند. و هر چه ولتاژ بالاتر رود جريان GDT و VDR هم بيشتر مي شود و به اين ترتيب اين دو المان مانع از افزايش ولتاژ دو سر خود مي شوند. و زمانيكه ولتاژ به مقدار نرمال باز مي گردد دوباره GDT و VDR رسانايي خود را متوقف مي كنند و به حالت كار عادي خود باز مي گردند مدار بدون مشكل به كار خود ادامه مي دهد. ممكن است جرياني كه از اين دو المان حفاظتي مي گذرد آنقدر زياد باشد كه موجب صدمه زدن به مدار شود براي اين منظور بايد يك فيوز حفاظتي در برابر اضافه جريان در مسير جريان قرار گيرد فيوز جريان هاي بالا را قطع مي كند چون اين اتفاق ممكن است به تعداد بالا تكرار شود بنابراين بايد فيوز ها به صورت خودكار ريست شوند و دوباره مسير را ببندند. اين مدار براي اين طراحي شده است كه از قطعات و مدار هاي حساس الكترونيكي در برابر اضافه ولتاژ هاي گذرا محافظت كند. دو لامپ نئون هم در مدار در نظر گرفته شده اند تا وضعيت مدار را نشان دهند.

VDR كه مخفف Voltage Dependent Resistor و به معناي مقاومت وابسته به ولتاژ است يك قطعه الكترونيكي است كه مانند ديود نمودار ولتاژ-جريان آن غير خطي است. VDR در حقيقت يك مقاومت متغيير هم هست و معمولا از آنها براي محافظت از مدار ها در برابر اضافه ولتاژ ها استفاده مي شود اين المان ها به صورت موازي با مدار اصلي بسته مي شوند تا در صورت بروز اضافه ولتاژ جريان بالا از طريق آنها مسير خود را ببندد و به اين ترتيب از مدار اصلي محافظت مي كنند.