اضافه بار، اضافه ولتاژ و اضافه جریان چیست و چه تفاوت‌هایی با هم دارند؟

تازه‌کارها و افراد تازه‌وارد در حوزه الکترونیک هنگام یادگیری مفاهیم اولیه در مطالب تئوری و مطالعات مهندسی برق و الکترونیک مانند اتصال کوتاه، اضافه جریان، اضافه ولتاژ و اضافه بار و… اغلب مفهوم درست آنها را فراموش می‌کنند. به طور کلی چندین مفهوم اساسی در حوزه برق و الکترونیک وجود دارد که به علت شباهت زیاد دائما به جای یکدیگر استفاده می‌شوند. به همین خاطر اگر جدیدا در این زمینه مشغول شده‌اید بهتر است برای جلوگیری از قاطی شدن این مفاهیم، ابتدا یاد بگیرید اضافه بار، اضافه ولتاژ یا اضافه جریان چیست و همچنین تفاوت اضافه ولتاژ و اضافه جریان را مشخص کنید. حال بیایید در این مقاله از پینیون با این مفاهیم آشنا شده و ببینیم که تفاوت اضافه بار، اضافه ولتاژ و اضافه جریان چیست؟

اضافه جریان چیست؟

حالتی که در آن جریان به دلیل اضافه بار یا اتصال کوتاه بیش از حد معمول جریان پیدا می‌کند، اضافه جریان نام دارد. زمانی که یک اتصال کوتاه رخ می‌دهد، شدت جریان نسبتا زیادی در مدار شروع به عبور می‌کند؛ تا جایی که سطح ولتاژ در پایانه‌های بار تقریبا صفر خواهد شد. این موضوع می‌تواند منجر به آتش‌سوزی، خرابی عایق، آسیب جدی به تجهیزات و سیستم قدرت و حتی انفجارهای بسیار خطرناکی شود.

به عنوان مثال، یک نقطه قطع‌کننده مدار ۱۲۵ آمپری، با رتبه بندی ۲۰۰ درصد را داریم که به مداری با بار ۱۰۰ آمپر وصل شده و به حد مجاز خود می‌رسد. زمانی که جریان بار زیاد و به مرز ۱۲۵ آمپر می‌رسد، قطع خواهد شد. با این حال، اگر جریان بار تا ۲۰۰ آمپر برود، قطع‌کننده فورا مدار را از اضافه جریان حاصل از اتصال کوتاه یا موارد دیگر حفظ می‌کند؛ بنابراین، اضافه جریان را می‌توان اساسا هر موقعیتی دانست که در آن جریان از طریق یک هادی یا وسیله‌ای دیگر از مقدار مورد نظر عبور کرده و بیشتر می‌شود. این موقعیت‌ها می‌تواند ناشی از اضافه بار یا اتصال کوتاه باشد، زیرا هر دو رخدادهایی ناشی از جریان بیش از حد هستند.

حفاظت در برابر اضافه جریان چیست؟

به طور کلی، حفاظت در برابر جریان اضافه یا همان اضافه جریان در واقع همان محافظت در برابر اتصال کوتاه است؛ زیرا در چنین جریاناتی جریان‌های بیش از اندازه در مدار شروع به عبور می‌کند که در نهایت ممکن است آسیب و خسارات نسبتا قابل توجهی به تجهیزات متصل وارد شود. گزینه‌های مختلفی از دستگاه‌های محافظت در برابر جریان مانند رله‌های اضافه جریان، قطع‌کننده‌های مدار، فیوزها، سنسورهای دما و کلیدهای برق حالت جامد وجود دارد که امروزه زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین می‌توان از یک مدارشکن حرارتی – مغناطیسی نیز جهت محافظت در برابر اضافه جریان و اضافه بار استفاده کرد. خرید اینورتر هم گزینه مناسبی برای حفاظت در برابر اضافه جریان است.

اضافه بار چیست؟

در پاسخ به این سوال که اضافه بار چیست باید بگوییم که در شرایطی که بار، جریانی بیشتر از حد معمول یا مقدار نامی آن بگیرد اضافه جریان رخ خواهد داد. مثلا یک مفتول مسی با قطری در حدود ۱ میلی‌متر قادر است جریانی ۲۰ آمپری را به راحتی با حفظ موارد ایمنی انتقال دهد. به منظور محافظت از مدار الکترونیکی، به حداقل ۲۰ آمپر یا ۱۲۵ درصد آمپر بار نیاز است؛ از ضرب این ۲۰ آمپر در ۱۲۵ درصد آمپر بار، میزان آمپر لازم برای محافظت به دست می‌آید. در این مثال این مقدار به ۲۵ آمپر می‌رسد؛ بنابراین، در چنین شرایطی، برای اطمینان از حفاظت، باید حداکثر از مدارشکن  25A استفاده کرد. با این حال، اگر به جای این مدارشکن تصمیم به استفاده از قطع‌کننده مدار ۳۰ تا ۳۵ آمپری بگیریم، در واقع جریانی در حدود ۳۰ تا ۳۵ آمپر را از مدار بار عبور خواهیم داد.

آسیب های اضافه بار در مدار

در چنین حالتی ممکن است قطع‌کننده‌های مدار نسبت به جریان اسمی ظرفیت خود که همان ۲۰ آمپر است، مقدار جریان بیشتری را عبور دهند. در نتیجه، این احتمال وجود دارد که سیم‌ها گرم شده و یا حتی آتش بگیرند و به مدار و وسایل متصل به آن خسارت زیادی وارد نمایند. این در حالی است که قطع کننده قطع نخواهد شد؛ چراکه برای محافظت از کلید مدار با اندازه و درجه مناسب استفاده نشده است. در رابطه با مفهوم اضافه بار مثال دیگری که می‌توان به آن اشاره کرد، اتصال یک بار ۱.۵ کیلوواتی به دینام، ترانسفورماتور ۱ کیلوواتی است. بدین معنا که این اجازه وجود دارد تا به جای جریان نامی تا 0.1 برابر جریان بالاتری وارد مدار شود. در نهایت می‌توان گفت که اضافه بار یک نوع جریان اضافه است که در برخی موارد منجر به گرم شدن بیش از اندازه دستگاه‌های متصل خواهد شد.

همچنین بخوانید: اینورتر چگونه کار می کند؟

حفاظت در برابر اضافه بار چیست؟

به محافظت در برابر گرمای بیش از حد است که در اثر جریان بیش از اندازه در مدار برای یک بازه زمانی خاص به وجود می‌آید، حفاظت از اضافه بار گفته می‌شود. برای اطمینان از محافظت در برابر اضافه بار، معمولا قطع‌کننده‌های مدار آهسته و رله‌های اضافه بار کاربرد دارند. مدارشکن‌های مغناطیسی – حرارتی نیز با هدف محافظت در برابر جریان اضافه و اضافه بار استفاده می‌شود.

همان‌طور که پیش‌تر ذکر کردیم وظیفه حفاظت در برابر جریان اضافه توسط عنصر مغناطیسی انجام می‌شود؛ این در حالی است که عنصر حرارتی از مدار در برابر اضافه بار محافظت می‌کند. در چنین حالتی با افزایش جریان زمان خاموش شدن نیز کوتاه‌تر خواهد شد. به علاوه معمولا زمانی که ۱۲۰ تا ۱۶۰ درصد جریانی بیشتر از جریان نامی در مدار شروع به عبورکردن کند، حالت حفاظت اضافه بار فعال می‌شود.

اضافه ولتاژ چیست؟

شرایطی که در آن ولتاژ عرضه شده یا همان ولتاژ تغذیه بالاتر از ولتاژ نامی باشد، همان طور که سازنده سیستم آن را مشخص کرده است، وضعیت اضافه ولتاژ نام دارد. اصولا اضافه ولتاژ با توجه به نامی که دارد، منبع تغذیه ولتاژ بالاتر از مقدار مجاز در مقایسه با ولتاژ نامی اسمی آن است. این بدین معناست که ولتاژی بالاتر از حد مجاز اضافه ولتاژ نامیده می‌شود. در کل زمانی که ولتاژ تغذیه برابر یا بیشتر از ۱.۱ یا 110 درصد ولتاژ مجاز یک دستگاه می‌شود، از این مقدار به عنوان اضافه ولتاژ یاد می‌شود.

به طور مثال اگر ولتاژ نامی یک دستگاه الکترونیکی ۲۳۰ ولت که در حدود AC ± 10 درصد است را تا ۲۵۰ ولت افزایش دهیم، منجر به یک ناپایداری در سیستم خواهد شد. این ناپایداری ایجاد شده توسط اضافه ولتاژ، در نهایت باعث یک گرمای بیش از حد می‌شود که می‌تواند به دستگاه تجهیزات متصل به آن خسارت زیادی وارد کند.

حفاظت در برابر اضافه ولتاژ چیست؟

با کمک دیودهای بهمن، دریچه‌های تخلیه گاز، میله صاعقه، بوق‌های قوسی، مقاومت‌های وابسته به ولتاژ و غیره می‌توان از اضافه ولتاژ حاصل از رعد و برق، صاعقه، نوسانات سوئیچ، خرابی عایق و مواردی از این قبیل محافظت کرد. در کل مداری که وظیفه حفاظت از اضافه ولتاژ را بر عهده دارد زمانی درست کار می‌کند که ولتاژ تغذیه بین ۱۱۰ تا ۱۳۰ در صد بیشتر از ولتاژ نامی خود دستگاه باشد؛ بنابراین با وجود منبع تغذیه دستگاه از ولتاژ اضافی که می‌تواند به آن آسیب وارد کند در امان خواهد ماند.

تفاوت اضافه ولتاژ و اضافه جریان در چیست؟

در مهندسی برق و الکترونیک، اضافه ولتاژ، ورودی فراتر از حد برنامه‌ریزی شده برای یک مدار یا عنصری از آن است که ممکن است شرایط خطرناکی را به وجود آورد. بسته به مدت آن، اضافه ولتاژ می‌تواند گذرا یا دائمی باشد و منجر به افزایش برق و خسارات جدی شود. این در حالی است که اضافه جریان به هر بار جریانی بیش از درجه ایمنی تجهیزات یا ظرفیت یک سیم هدایت‌کننده جریان گفته می‌شود که ممکن است در اثر اضافه بار، اتصال کوتاه یا خطای زمین ایجاد شود. دیگر تفاوت اضافه ولتاژ و اضافه جریان این است که جریان بیش از حد همیشه باعث آتش‌سوزی نخواهد شد.

سخن پایانی

به طور خلاصه، اضافه جریان یک اصطلاح گسترده‌تر است و شامل هر موقعیتی می‌شود که در آن جریان در مدار از مقدار مورد نظر فراتر می‌رود؛ این در حالی است که اضافه بار به طور خاص به شرایط پایداری اشاره دارد که در آن بار متصل به مدار جریان بیشتری نسبت به مدار طراحی شده برای کنترل ایمن عبور می‌دهد. همان‌طور که در متن نیز به آن اشاره کردیم افزایش ولتاژ بیش از اندازه یا همان اضافه ولتاژ نیز با جریان اضافه تفاوت‌هایی دارد در نهایت هر دو بار اضافه، اضافه ولتاژ و جریان بیش از حد می‌توانند منجر به آسیب تجهیزات، خطرات ایمنی و آتش‌سوزی الکتریکی شوند. با درک اهمیت این اصطلاحات و مفاهیم مورد استفاده در زمینه الکتریکی می‌توانید علاوه بر پیشرفت در این زمینه مطمئن باشید که از خانواده و وسایل زندگی‌تان در برابر خطر برق و آتش‌سوزی الکتریکی محافظت خواهید کرد.

سوالات متداول

• علت اضافه ولتاژ چیست؟

علت اضافه ولتاژ را می‌توان به عنوان مثال تعویض پالس موتورهای قوی، تجهیزات جوشکاری یا سایر وسایل الکتریکی بزرگ دانست.

• نام دیگر اضافه ولتاژ چیست؟

اضافه ولتاژهای تولید شده در سیستم قدرت در اثر عملیات سوئیچینگ به عنوان نوسان سوئیچینگ نیز شناخته می‌شود.