مدارهای سرج ارستر

سرج به چه معناست؟

سرج یا افزایش ناگهانی ولتاژ، به تغییرات سریع و غیرمنتظره در ولتاژ سیستم های الکتریکی گفته می شود که معمولاً به دلیل شرایط خارجی مانند رعد و برق، تماس با خطوط برق یا فعالیت های الکتریکی غیرقابل پیش بینی ایجاد می شود. این تغییرات می توانند تا چند هزار ولت نیز افزایش یابند و اگر به درستی مدیریت نشوند، می توانند به تجهیزات الکترونیکی آسیب جدی وارد کنند. یکی از دلایل عمده آسیب ها، این است که بسیاری از تجهیزات الکترونیکی حساسیت زیادی به تغییرات ولتاژ دارند. سرج ها به ویژه برای دستگاه هایی مانند کامپیوترها، سیستم های ذخیره سازی داده ها، تلویزیون ها و سایر تجهیزات پیشرفته الکترونیکی تهدیدی جدی به شمار می روند.

چرا به سرج ارستر نیاز داریم؟

  1. حفاظت از تجهیزات الکترونیکی حساس
    اضافه ولتاژهای گذرا ممکن است مدارهای نیمه‌رسانا، کنترل­‌ها، سنسور‌ها، لوازم برقی دقیق و تجهیزات دیجیتال را بسوزانند یا عمرشان را به‌شدت کاهش دهند.

  2. پیشگیری از خرابی‌ها و هزینه‌های زیاد تعمیر یا تعویض
    وقتی تجهیز بزرگ و گران‌قیمت مثل ترانسفورماتور یا ژنراتور آسیب ببیند، هزینه‌ها و توقف عملیات صنعتی زیاد می‌شود. نصب سرج ارستر جلوی بسیاری از این خسارات را می‌گیرد.
  3. افزایش پایداری برق و کاهش اختلالات
    نوسانات ولتاژ باعث نویز در سیستم، قطع و وصل غیرمترقبه و آسیب تدریجی به قطع‌کننده‌ها، کلیدها و مدارها می‌شوند. سرج ارستر کمک می‌کند سیستم هنگام رخداد اضافه ولتاژ سریعاً واکنش دهد.
  4. ایمنی ساختمان و کاربران
    اضافه ولتاژ ممکن است باعث جرقه، آتش‌سوزی، برق‌گرفتگی یا خطرات دیگر شود. سرج ارسترها با هدایت جریان اضافی به زمین، ایمنی را افزایش می‌دهند.

عوامل ایجاد نوسانات و اضافه ولتاژ

  1. رویدادهای داخلی در شبکه:
    مثلاً روشن و خاموش شدن بارهای القایی مثل موتورها، کولرها، دستگاه‌های با مصرف بالا؛ قطع و وصل کلیدها یا سوئیچینگ برق. این تغییرات ناگهانی جریان، ولتاژ را به طور موقت افزایش می‌دهند.

  2. خطاها در شبکه قدرت:
    اتصالات ناصحیح، خرابی سیم‌ها، بارگذاری بیش از حد، ضعف زمین (ارت) و یا تغییرات در مولفه‌های شبکه (مثلاً از دست رفتن فاز یا عدم تعادل) باعث وضعیت‌هایی می‌شوند که ولتاژ در فازهای سالم افزایش یابد.
  3. منابع خارجی طبیعی:
    اصلی‌ترین آنها: صاعقه و رعد و برق. همچنین انتقال القایی الکترومغناطیسی (EMI) ناشی از صاعقه یا میدان القایی در خطوط مجاور.
  4. تغییرات ولتاژ موقتی (Temporary Overvoltages):
    هنگامی که خطای زمین رخ می‌دهد یا شبکه تغییر وضعیت می‌دهد، ولتاژ در فازهای بدون خطا می‌تواند به طور موقتی بسیار افزایش یابد تا زمانی که خطا پاک شود.
    اثر مغناطیسی و القایی:
    جریان‌های بزرگ یا عبور ناگهانی جریان، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند که می‌تواند در سیم‌های مجاور ولتاژ ایجاد کند.
  5. ناهمگون بودن میدان زمین یا مقاومت ارت زیاد:
    اگر ارت خوب نباشد، اضافه ولتاژ بیشتری در قسمت‌های مختلف سیستم ایجاد می‌شود؛ جریان حاصل از نوسانات باید مسیری برای تخلیه داشته باشد؛ اگر مقاومت ارت زیاد باشد، ولتاژ بین اجزای مختلف سیستم متفاوت خواهد بود.

انواع سرج ارستر بر اساس ساختار

در اینجا شرح انواع سرج ارستر بر اساس ساختار، مزایا و معایب هر نوع آمده است:

سرج ارستر نوع تخلیه جرقه‌ای (Spark Gap Arresters)

  • ساختار معمولاً دو الکترود که بین‌شان یک فاصله (gap) وجود دارد تا زمانی که ولتاژ به مقدار شکست برسد، جرقه بین الکترودها ایجاد شود و جریان اضافی را به زمین یا مسیر حفاظتی هدایت کند.
  • مزایا: تحمل جریان زیاد در زمان ضربهٔ ولتاژ، سادگی و دوام در مقابل تنش­های شدید.
  • معایب: زمان پاسخ اغلب بیشتر از برخی تکنولوژی‌های نیمه‌هادی؛ امکان وجود "جریان بعدی / follow-on current" (جریانی بعد از خاموش شدن ولتاژ گذرا) که باید کنترل شود.

سرج ارستر نوع تخلیه جرقه‌ای (Spark Gap Arresters)

  • ساختار معمولاً دو الکترود که بین‌شان یک فاصله (gap) وجود دارد تا زمانی که ولتاژ به مقدار شکست برسد، جرقه بین الکترودها ایجاد شود و جریان اضافی را به زمین یا مسیر حفاظتی هدایت کند.
  • مزایا: تحمل جریان زیاد در زمان ضربهٔ ولتاژ، سادگی و دوام در مقابل تنش­های شدید.
  • معایب: زمان پاسخ اغلب بیشتر از برخی تکنولوژی‌های نیمه‌هادی؛ امکان وجود "جریان بعدی / follow-on current" (جریانی بعد از خاموش شدن ولتاژ گذرا) که باید کنترل شود.

سرج ارستر نوع اکسید فلزی (Metal Oxide Varistor – MOV)

  • از موادی چون اکسید روی (ZnO) ساخته شده‌اند؛ در ولتاژ عادی مقاومت بالا دارند، اما وقتی ولتاژ از حد معین عبور کند، مقاومتشان کاهش می‌یابد و جریان را جذب یا به زمین هدایت می‌کنند.
  • مزایا: پاسخ سریع به نوسانات کوتاه، قابلیت استفاده در امواج تروجان ولتاژ کوچکتر، قیمت مناسب‌تر نسبت به بعضی روش‌ها.
  • معایب: عمر محدود در برابر دفعات زیاد ضربه ولتاژ؛ در صورت استفاده مکرر ممکن است عملکردشان کاهش یابد؛ گرمای ایجاد شده می‌تواند باعث خرابی یا سوختن MOV شود.

سرج ارستر نوع لوله گازی (Gas Discharge Tube – GDT)

  • یک ساختار بسته با گازی که میان دو الکترود محصور است؛ زمانی که ولتاژ به حد شکست برسد، گاز یونیزه می‌شود و مسیر هدایت جریان باز می‌شود. پس از گذر موج ولتاژ، به حالت عایق بازمی‌گردد.
  • مزایا: مقاومت بالای حالت خاموش (off)، توان تحمل جریان ضربه‌ای خیلی بالا، مناسب برای مصارف که امکان وجود نوسانات شدید است.
  • معایب: زمان پاسخ ممکن است بیشتر باشد از برخی MOVها؛ امکان جریان پیروی (“follow-on current”) به ویژه در سیستم‌های AC که اگر کنترل نباشد، می‌تواند مشکلات ایجاد کند.

معرفی انواع مدارهای سرج ارستر

  1. مدار تک‌مرحله‌ای (Single-Stage Circuit)
    • در این مدار سرج ارستر به صورت تنها و در یک نقطهٔ حفاظتی بکار می‌رود، معمولاً در ورودی اصلی تابلو یا در نزدیکی تجهیز حساس.
    • مزایا: ساده‌بودن، هزینه کمتر، نصب و نگهداری آسان‌تر.
    • معایب: اگر نوسانات شدید یا ولتاژ اضافه زیاد باشد، یک دستگاه ممکن است نتواند تمام انرژی گذرا را مهار کند؛ همچنین فاصله سیم‌کشی بالاتر بعد از ارستر موجب کم شدن اثر حفاظتی می‌شود. این وضعیت معمولاً در مدارهای صنعتی یا ساختمان‌های بزرگ مناسب نیست.
    • نمونه کاربرد: حفاظتی در تابلو اصلی ورودی برق ساختمان یا برای دستگاهی خاص که حساسیت زیادی به ولتاژ دارد.
  2. مدار چندمرحله‌ای (Multi-Stage or Cascaded Circuit)
    • این نوع مدار شامل چند سطح حفاظتی است؛ برای مثال، یک سرج ارستر در ورودی اصلی برق (مرحله اول)، سپس یک یا دو ارستر دیگر در تابلوهای فرعی نزدیک تجهیزات حساس (مرحله دوم و سوم).
    • مزایا: کاهش ولتاژ عبوری («let-through voltage») بسیار مؤثرتر، حفاظت بهتر در برابر نوسانات ترکیبی (صاعقه + سوئیچینگ)، دو مرحله شدن یا بیشتر باعث می‌شود نوساناتی که ارستر اول نمی‌تواند کاملاً جذب کند، در مراحل بعدی تضعیف شوند. 
    • معایب: هزینه بیشتر، پیچیدگی نصب و هماهنگی بین اجزاء، نیاز به فضا و سیم‌کشی مناسب، نگهداری دقیق‌تر.
    • نمونه کاربرد: مراکز داده، بیمارستان‌ها، تولید صنعتی حساس، جایی که تجهیزات الکترونیکی گران و حیاتی‌اند.
  3. مدار سری (Series Connection)
    • در مدار سری، ارستر یا بخشی از مدار حفاظتی به صورت سری با مسیر جریان بار قرار می‌گیرد (یعنی جریان عبوری از بار باید از داخل این مدار حفاظتی عبور کند). این نوع گاهی برای فیلترها یا مدارهایی که باید هر جریان به طور مستقیم از درون اجزای محافظ عبور کند، استفاده می‌شود. 
    • مزایا: کنترل دقیق‌تر نسبت به ولتاژ عبوری، حساسیت کمتر به طول سیم‌های اتصالی؛ می‌تواند برای محافظت در برابر نویز با فرکانس بالا مفید باشد.
    • معایب: باید توان عبور جریان بار را داشته باشد؛ اگر ارستر سری خراب شود یا قطع شود، بار بعد از آن قطع خواهد شد؛ هزینه بیشتر و توانایی تحمل گرما و قدرت الکتریکی بالا در اجزای سری لازم است.
    • مناسب برای: تجهیزات فوق حساس، سیستم‌های مخابراتی یا دیتا، یا در ترکیب با حفاظت موازی.
  4. مدار موازی (Parallel Connection)
    • در این حالت، سرج ارستر موازی با بار (بار الکتریکی یا مسیر تجهیز) نصب می‌شود، یعنی بین فاز و نول یا بین فاز و ارت قرار دارد، به طوری که در شرایط عادی تأثیری بر جریان بار ندارد مگر وقتی اضافه ولتاژ رخ دهد؛ آن‌گاه ارستر جریان اضافی را به زمین منحرف می‌کند.
    • مزایا: عمل سریع در لحظه اضافه ولتاژ، نصب ساده‌تر، عدم تأثیر بر عملکرد عادی بار؛ مناسب برای بسیاری از کاربردهای عمومی محافظت در تابلو برق یا برق ساختمان.
    • معایب: طول سیم اتصالی (lead length) مؤثر است؛ اگر مسیر اتصال بین ارستر و تجهیز محافظت‌شده زیاد باشد، ولتاژ عبوری بیشتر خواهد شد؛ همچنین اگر جریان سرج زیاد باشد، باید ارسترهای با ظرفیت جریان بالا استفاده شوند.
    • مناسب برای: محافظت کلی در تابلو اصلی، محافظت تجهیزات خانگی، لوازم برقی مصرفی معمولی.

کاربردهای مهم سرج ارستر در صنایع مختلف

  1. شبکه‌های انتقال و توزیع برق (Power Transmission & Distribution)
    • محافظت از ترانسفورماتورها، کلیدها و تجهیزات سوئیچ‌گیر در ایستگاه‌های پست برق در برابر ضربه‌های صاعقه‌ای و اضافه ولتاژ ناشی از سوئیچینگ خطوط.
    • در نقاط گذار بین خطوط هوایی و زیرزمینی خط برق استفاده می‌شود تا از ولتاژهای القایی و اتصالات ناگهانی ناشی از تغییر وضعیت حفاظتی جلوگیری شود.
  2. صنایع تولیدی و کارخانه‌ها
    • حفاظت ماشین‌آلات سنگین مانند موتورها، ژنراتورها و درایوهای الکتریکی حساس از نوسانات ولتاژ.
    • سیستم‌های کنترل و اتوماسیون (PLC, SCADA و سایر سیستم‌های کنترل فرآیند) چون این‌ها نسبت به هرگونه ولتاژ اضافه بسیار آسیب‌پذیرند.
  3. مصالح انرژی‌های تجدیدپذیر (Renewable Energy Installations)
    • مزارع خورشیدی و انرژی بادی معمولاً در معرض تابش بیشتر نور خورشید و شرایط جوی شدید قرار دارند. سرج ارسترها در این مکان‌ها برای محافظت از اینورترها، تابلوها، کابل‌ها و تابش صاعقه بسیار مهم‌اند.
    • جلوگیری از آسیب به اجزای الکتریکی حساس در سیستم خورشیدی (پنل‌ها، مبدّل dc-ac) یا توربین بادی.
  4. مخابرات و مراکز داده (Telecommunications & Data Centers)
    • دستگاه‌های ارتباطی، سرورها، تجهیزات شبکه، مودم‌ها، و سایر قطعات الکترونیکی بسیار حساس‌اند. حتی یک ولتاژ گذرای کوچک هم ممکن است باعث از بین رفتن داده‌ها یا خرابی قطعی شود. نصب سرج ارستر در ورودی تغذیه یا مسیر کابل‌ها کمک بزرگی می‌کند.
    • ایستگاه‌های ارتباطی، دکل‌ها؛ به خصوص در مناطق با صاعقه زیاد.
  5. صنعت حمل‌ونقل (Transportation)
    • شبکه‌های قطار برقی، مترو، تراموا و تجهیزات راه‌آهن نیازمند حفاظت از سیستم سیگنالینگ، خط تغذیه و تجهیزات الکترونیکی می‌باشند. نوسانات ولتاژ ممکن است باعث خطا در سیستم‌ها شود که خطرناک است.
    • ایستگاه‌های شارژ وسایل نقلیه برقی (EV charging stations) به ویژه در مناطق باز در برابر رعد و برق و نوسانات شبکه، باید محافظت شوند.
  6. ساختمان‌ها، مراکز تجاری و تأسیسات عمومی
    • بخش روشنایی، تأسیسات سرمایش و گرمایش، تجهیزات تهویه مطبوع (HVAC)، آسانسورها، پمپ‌ها و غیره — نوسانات ولتاژ ممکن است باعث اختلال یا آسیب به موتورهای برقی یا سیستم کنترل شوند. نصب سرج ارستر در تابلوهای تغذیه یا نزدیک تجهیزات مهم مفید است.
    • تجهیزات پزشکی در بیمارستان‌ها ــ که باید به صورت پایدار و ایمن کار کنند؛ حتی یک ولتاژ اضافه ناگهانی کوچک می‌تواند عملکرد حساس دستگاه را به هم بزند.
  7. ایمنی و پایداری سیستم‌ها و کاهش هزینه‌ها
    • استفاده از سرج ارسترها باعث کاهش خاموشی‌ها، افزایش عمر تجهیزات، جلوگیری از تعمیرات مکرر، و در نهایت کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
    • در مناطق پرخطر از نظر رعد و برق، یا مناطقی که شبکه برق ناپایدار است، سرج ارسترها کمک می‌کنند خطرات ناشی از افزایش ولتاژ را کاهش دهند.

نقش سرج ارستر در حفاظت تجهیزات حساس

  • محدود کردن ولتاژ اضافه (Voltage Clamping / Let-Through Voltage)
  • هدایت ایمن انرژی اضافی به زمین (Safe Energy Discharge)
  • زمان پاسخ سریع (Fast Response)
  • افزایش عمر تجهیزات و کاهش خرابی تدریجی
  • حفظ کیفیت برق و کاهش اختلالات
  • حفظ ایمنی سیستم و پیشگیری از خسارات جبران‌ناپذیر

سرج ارستر ترکیبی 5093533 OBO مدار

روش‌های نصب صحیح سرج ارستر

  1. انتخاب محل مناسب نصب
    • ارستر را تا حد امکان نزدیک نقطه‌ای که برق وارد تابلو یا تجهیزات حساس می‌شود نصب کنید. هر چه مسیر سیم اتصال به سرج ارستر کوتاه‌تر باشد، مقاومت کمتر و عملکرد بهتر خواهد بود.
    • در تابلوهای اصلی ورودی برق ساختمان یا تابلوهای توزیع بین بخش‌ها (Distribution Board) قبل از تجهیزاتی مانند اینورترها، کنترل­ها، یا دستگاه‌های حساس نصب گردد. 
  2. استفاده از سیم اتصال زمین (ارت) با مقطع و کیفیت مناسب
    • سیم زمین باید مقاومتی بسیار پایین داشته باشد و دارای مقطع کافی باشد (برای مثال حداقل ۴ میلی‌متر مربع برای SPDs نوع II بر اساس برخی استانداردها) تا بتواند جریان اضافی را سریع و ایمن به زمین هدایت کند.
    • اتصالات زمین باید مطمئن، سالم و بدون خوردگی باشند و در محلی به تابلو زمین اصلی یا الکترود ارت متصل شوند. 
  3. کاهش طول سیم‌ها (Lead Length)
    • مسیر بین سرج ارستر و تجهیزات (فاز و نول یا ارت) باید بسیار کوتاه نگه داشته شود تا اندوکتانس (اندازه‌گیری تأخیر الکترومغناطیسی) کاهش یابد؛ حتی چند متر سیم اضافی ممکن است ولتاژ عبوری را به میزانی برساند که تجهیزات حساس آسیب ببینند.
    • برای حفاظت مطلوب، طول سیم اتصال به زمین نیز باید کم باشد. سکته‌گاه‌های اتصال به زمین باید نزدیک باشند. 
  4. طبقه‌بندی حفاظتی (Cascading Protection یا چند مرحله‌ای)
    • استفاده از چند مرحله حفاظت؛ مثلاً SPD نوع I در ورودی اصلی، SPD نوع II در تابلوهای فرعی، SPD نوع III نزدیک به دستگاه حساس. این کار می‌تواند ولتاژ عبوری را کاهش دهد و از تجهیزات حساس در سطوح مختلف محافظت کند. 
    • مطمئن شوید که این مراحل حفاظتی با هم هماهنگ‌اند (یعنی U_p، I_n و سایر پارامترها به گونه‌ای انتخاب شوند که ارستر دوم توان تحمل شرایطی که ارستر اول عبور داده است را داشته باشد).
  5. رعایت استانداردها و توانمندی‌های فنی دستگاه
    • ولتاژ نامی ارستر باید متناسب با ولتاژ سیستم باشد؛ نباید خیلی پایین‌تر از ولتاژ عملیاتی باشد تا در حالت نرمال دچار اشباع یا آسیب نشود. 
    • جریان ضربه‌ای (Impulse Current) و جریان نامی تخلیه باید مناسب انتخاب شوند تا توانایی کنترل سوج بزرگ را داشته باشد.
  6. تثبیت مکان و محکم بستن دستگاه
    • ارستر باید در مکانی نصب شود که در معرض ضربه مکانیکی، ارتعاش شدید، رطوبت زیاد یا آلودگی نباشد. با محفظه مناسب یا پوشش محیطی محافظت شود.
    • اتصالات مکانیکی باید محکم باشند؛ پین و پیچ اتصالات باید بسته شوند تا احتمال شل شدن در اثر گرما یا ارتعاش کاهش یابد. 
  7. ایمنی و رعایت مقررات
    • نصب سرج ارستر باید توسط فرد متخصص یا برق‌کار دارای صلاحیت انجام شود و مطابق با استانداردهای محلی و ملی برق صورت گیرد.
    • قبل از نصب، برق شبکه قطع شده و اطمینان حاصل شود که کار در شرایط ایمن انجام می‌شود. پس از نصب، تست عملکرد، محاسبه مقاومت زمین، و بررسی وضعیت عملکرد ارستر الزامی است.

استانداردهای بین‌المللی سرج ارستر

در اینجا استانداردهای بین‌المللی مهم مرتبط با سرج ارستر (Surge Protective Devices – SPDs) را به زبان فارسی همراه با توضیح آورده‌‌ام:
  1. IEC 61643-01:2024 :استاندارد عمومی برای SPDs ولتاژ پایین؛ شامل الزامات طراحی، آزمون‌ها، پارامترهای حفاظتی برای سیستم‌های برق AC تا حدود ۱۰۰۰ ولت و سیستم‌های DC تا ۱۵۰۰ ولت.
  2. IEC 61643-11 :بخشی از سری 61643 که به SPDs متصل به شبکه قدرت ولتاژ پایین اختصاص دارد؛ مشخصات دقیق عملکرد و آزمایش برای شرایط عملیاتی ولتاژ پایین.
  3. IEC 61643-21: برای خطوط داده، مخابرات و سیگنال‌ها (data and communication lines) موارد مخصوص تست و الزامات محافظتی را تعیین می‌کند.
  4. IEC 61643-31 :برای کاربردهای خاص DC، به خصوص سیستم‌های فتوولتائیک (PV – خورشیدی) الزامات محافظتی و آزمون‌ها را مشخص می‌کند. 
  5. IEC 62305 :مربوط به حفاظت در برابر رعد و برق و حفاظت ساختاری و الکترونیکی کلی؛ شامل بخش‌های گوناگون برای ارزیابی ریسک، طراحی سیستم حفاظت خارجی و داخلی، تاثیرات بر برق و لوازم الکترونیکی داخل سازه.
  6. IEC 61000-4-5 :استاندارد مرتبط با تابع ایمنی الکترومغناطیسی (EMC) — آزمون امواج صاعقه‌ای و ولتاژ گذرا (surge immunity)؛ تعریف شکل موج تست، ولتاژ و جریان امواج گذرا استاندارد.

استانداردهای منطقه‌ای و سایر استانداردهای مهم

  • UL 1449 (ایالات متحده) — برای SPDs در AC و DC؛ در آزمون‌ها و ایمنی مربوط به ایالات متحده کاربرد دارد. 

  • CSA C22.2 (کانادا) — استانداردهای حفاظت در برابر اضافه ولتاژ در شبکه‌های برق ولتاژ پایین مطابق شرایط کانادا. 

  • EN 61643-11 — برگرفته از IEC 61643-11؛ برای کشورهای اروپایی تطبیق داده شده است.

مفاهیم کلیدی در این استانداردها

  • Uc (Maximum Continuous Operating Voltage): ولتاژ عملیاتی پیوسته‌ای که SPD باید بدون آسیب یا کاهش عملکرد متحمل شود. 

  • In (Nominal Discharge Current): جریان نامی تخلیه — مقدار جریانی که SPD باید بتواند در شرایط نرمال و چند بار تکرار تحمل کند.

  • Up (Voltage Protection Level): مقدار ولتاژ عبوری یا ولتاژ حفاظت شده – حد ولتاژی که SPD پس از واکنش به یک surge اجازه می‌دهد از خود عبور کند؛ باید کمتر از ولتاژ تحمل شده توسط تجهیزات حساس باشد.

  • Shape of surge waveform (مانند موج 1.2/50-8/20 µs): استانداردها تعریف موج تست برای ولتاژها و جریان‌های گذرا را دارند.

تفاوت سرج ارستر با فیوز و کلید محافظ جان

در ادامه، تفاوت‌ سرج ارستر و محافظ ولتاژ(SPD / Surge Protective Device)، فیوز / مدارشکن (Fuse / MCB / Circuit Breaker) و کلید محافظ جان (RCD / RCCB / Residual Current Device) را توضیح می‌دهم:

تعریف کوتاه هر دستگاه

  1. سرج ارستر: دستگاهی است که برای محافظت الکترونیکی در برابر نوسانات گذرا (Spike / Surge) ولتاژ طراحی شده است؛ هنگام افزایش ناگهانی ولتاژ، مسیر کم‌مقاوم ایجاد می‌کند تا انرژی اضافی را به زمین یا مسیر حفاظتی هدایت کند و از آسیب دیدن تجهیزات جلوگیرد. 

  2. فیوز / مدارشکن: دستگاهی که در صورت عبور جریان بیشتر از مقدار مجاز (OL = Overload) یا در حالت اتصال کوتاه (Short Circuit)، سیم را قطع می‌کند تا جلوگیری از گرمایش بیش از حد و خطر حریق شود. فیوز معمولاً یک بار مصرف است؛ مدارشکن قابل قطع و وصل مجدد است.

  3. کلید محافظ جان (RCD / RCCB): دستگاهی که تفاوت بین جریان رفت و برگشت فاز و نول را کنترل می‌کند. اگر مقداری از جریان به زمین نشت کند (Leakage)، RCD سریعاً برق را قطع می‌کند تا از برق‌گرفتگی انسان یا آسیب جدی جلوگیری شود.

جنبه سرج ارستر فیوز / مدارشکن کلید محافظ جان (RCD)
مقابله با چه خطری حفاظت در برابر ولتاژ گذرا / نوسانات شدید ولتاژ، صاعقه، سوئیچینگ خطوط الکتریکی. حفاظت در برابر جریان زیاد: اضافه جریان و اتصال کوتاه؛ جلوگیری از گرمایش کابل‌ها، حریق و آسیب به سیم‌کشی. حفاظت انسان و تجهیزات در برابر جریان نشتی به زمین؛ جلوگیری از برق‌گرفتگی و خطرات ایمنی.
زمان واکنش بسیار سریع؛ چون نوسانات گذرا خیلی سریع‌اند؛ SPD باید خیلی سریع فعال شود تا ولتاژ اضافی به تجهیزات نرسد. واکنش معمولاً سریع در هنگام اتصال کوتاه یا اضافه بار، اما نه به سرعت ولتاژ گذرا؛ بعضی MCBها ممکن است تأخیر اندکی داشته باشند. زمان قطع بسیار کوتاه (میلی‌ثانیه‌ها) در صورت تشخیص نشت جریان؛ معمولاً برای حفاظت جان.
آیا قطع دائمی دارد یا موقتی؟ بعد از عبور نوسان یا سوختن بخش محافظتی، ممکن است نیاز به تعویض باشد؛ بعضی حالت‌ها قابل تعمیر یا تعویض قطعه داخلی دارند. وقتی جریان زیاد باشد، قطع می‌کند؛ پس از رفع خطا می‌توان دوباره وصل کرد (در مدارشکن). فیوز یکبار مصرف است. قطع قابل برگشت؛ پس از رفع مشکل نشت جریان، می‌توان آن را دوباره وصل کرد.
مکان نصب معمول نزدیک تجهیزات حساس یا در تابلو ورودی اصلی به منظور محافظت از کل سیستم یا بخش‌های خاص. در تابلوهای توزیع، هر مدار جداگانه برای محافظت سیم و دستگاه‌ها در برابر بار زیاد. معمولاً بر روی کل مدار یا برخی شاخه‌ها برای حفاظت کاربران؛ در مکان‌هایی که خطر تماس با بدنه یا جریان نشتی زیاد است.
آیا می‌تواند جان انسان را محافظت کند؟ نه مستقیماً؛ کار آن جلوگیری از آسیب تجهیزات بر اثر ولتاژ بالاست، اما اگر ولتاژ بالا باعث نشتی جریان به بدنه شود، لازم است RCD یا حفاظت جان استفاده شود. فیوز و مدارشکن اگر جریان ناشی از خطای بدنه زیاد باشد، کمک می‌کنند ولی تمرکزشان بر حفاظت مدار و سیم‌کشی است. بله؛ یکی از وظایف اصلی‌اش جلوگیری از برق‌گرفتگی و محافظت جان انسان.

مثال‌ها تا روشن‌تر شود

  1. فرض کن دستگاه الکترونیکی خیلی حساس دارید؛ یک موج ولتاژ گذرا بر اثر صاعقه یا قطع و وصل کلید بزرگ وارد شبکه شود. سرج ارستر جلوی آن موج را می‌گیرد یا انرژی آن را به زمین هدایت می‌کند تا آسیب نرسد. فیوز این موج را تشخیص نمی‌دهد چون جریان زیادی ایجاد نمی‌شود (ولتاژ زیاد است نه جریان زیاد)، پس فیوز قطع نمی‌کند. RCD هم کاری به ولتاژ زیاد ندارد مگر اینکه آن ولتاژ باعث نشت جریان به زمین شود.

  2. اگر بار زیاد روی مدار ایجاد شود، مثلاً چند دستگاه سنگین به یک مدار وصل شده‌اند، جریان زیاد شود، فیوز یا مدارشکن قطع خواهد کرد تا سیم‌ها داغ نشوند یا خطر آتش‌سوزی پیش نیاید. این مورد برای سرج ارستر و RCD کاربرد ندارد.

  3. اگر دستگاهی خراب شود و بدنه آن به سیم ارت یا بدنه‌ی دستگاه مجاور راه اتصال داشته باشد، ممکن است جریان نشتی داشته باشد. RCD این را تشخیص می‌دهد و برق را قطع می‌کند تا فرد به زمین برق‌گرفته نشود؛ سرج ارستر جلوی این را نمی‌گیرد مگر اینکه ولتاژ ناشی از نشتی بالا رود و SPD فعال شود.