ولتاژ سرج در دستگاه­ها و سیستم­ های الکتریکی رخ می­دهد. تفاوت آن­ها در مدت زمان و قدرت آن­ها می­باشد. متناسب با علت پیدایش، ولتاژ سرج می­تواند چند صد میکرو ثانیه، ساعت­ها و یا روزها به طول انجامد. دامنه آن می­تواند از چند میلی ولت تا ده­ها هزار ولت تغییر کند.

تبعات ناشی از برخورد مستقیم یا غیر مستقیم صاعقه می­تواند یکی از علل ولتاژهای سرج باشد. در اینجا، در طول ولتاژ سرج، جریان سرج بالا با دامنه بیش از ده­ها هزار آمپر نیز می­تواند رخ دهد. در این مورد، عواقب بسیار جدی خواهند بود. این امر به این دلیل است که اثر مخرب قبل از هر چیز به قدرت پالس  آن بستگی دارد.

پدیده ولتاژ سرج

هر دستگاه الکتریکی یک توان عایقی خاص دارد. اگز تراز ولتاژ سرج از این توان تجاوز کند، سبب خرابی یا خسارت می­شود. ولتاژ سرج در محدوده بالا یا کیلو ولت معمولا اضافه ولتاژ گذرای کوتاه مدتی خواهند بود.

آن­ها معمولا از چند صد میکرو ثانیه تا چند میلی ثانیه به طول می­انجامند. بیشترین دامنه این ولتاژهای گذرا به چند کیلو ولت می­رسد که سبب افزایش شیب ولتاژ می­شود.

حفاظت سرج تنها چیزی است که می­تواند کمک کند. درواقع بطور کلی اپراتور یک سیستم الکتریکی آسیب مادی سیستم را با حفاظت مربوطه جایگزین می­کند. با این حال تفاوت زمان بین قطع سیستم و تعمیر آن به خودی خود یک ریسک محسوب می­شود.

اغلب این قطعی توسط بیمه پوشش داده نمی­شود و در یک دوره زمانی کوتاه در قیاس با هزینه حفاظت سرج و صاعقه می­تواند هزینه به مراتب گزاف­تری داشته باشد.

علل

مدت زمان و دامنه ولتاژ سرج به علل مختلف وابسته است.

اصابت صاعقه

اصابت صاعقه­ ها بالاتر از همه عوامل دیگر (پالس الکترومغناطیسی صاعقه، LEMP بیشترین پتانسیل را برای آسیب رساندن دارا می­باشد. آن­ها باعث اضافه ولتاژ گذرا که می­تواند در فواصل بزرگ گسترش یابد و اغلب با جریان­های سرج دامنه بالا در ارتباط است، می­شوند.

حتی اثرات غیر مستقیم اصابت صاعقه می­تواند سبب افزایش ولتاژ سرج به چنیدین کیلو ولت شود که این امر نیز به نوبه خود موجب می­شود تا جریان سرج به ده­ها هزارآمپر  برسد.

به رغم مدت زمان بسیار کوتاه (چند صد میکرو ثانیه تا چند میلی ثانیه) چنین اتفاقی می­تواند منجر به قطعی کامل یا حتی تخریب دستگاه آسیب دیده شود.

برخوردهای صاعقه پتانسیل بالایی برای تخریب دارد.

عملیات سوئیچینگ (کلیدزنی)

عملیات سوئیچینگ (پالس الکترومغناطیسی سوئیچینگ، SEMP) می­تواند ولتاژ سرج القا شده تولید کند که در خط گسترش می­یابد. در حالت اتصال کوتاه، جریان­های بسیار زیاد می­توانند ظرف چند میلی ثانیه به گردش در آیند. این تغییرات کوتاه مدت جریان می­تواند سبب اضافه ولتاژ گذرا شود.

موتورهای الکتریکی با ولتاژ سرج القایی توان بالا ناشی از جریان سوئیچینگ

تخلیه الکتروستاتیکی

تخلیه الکتروستاتیکی (ESD) میان دو جسم با پتانسیل الکتریکی مختلف رخ می­دهد که سبب تبادل بار می­شود. تبادل بار ناگهانی منجر به ولتاژ سرج مختصری می­شود. این امر منجر به خطر افتادن قطعات حساس الکترونیکی می­شود.

تخلیه الکتروستاتیکی برای وسایل الکترونیکی حساس ایجاد خطر می­کند

انواع کوپلینگ

ولتاژهای سرج به شیوه­های مختلف می­توانند به یک مدار برسند. در واقعیت، معمولا یک نوع همپوشانی بین انواع مختلف کوپلینگ­ها وجود دارد.

کوپلینگ گالوانی

دو مدار که در یک مسیر هدایت الکتریکی به یکدیگر متصل می­شوند، می­توانند بطور مستقیم و بطور متقابل یکدیگر را تحت تاثیر قرار دهند. تغییر در ولتاژ یا جریان یک مدار سبب واکنش متناظر در مدار دیگر می­شود.

کوپلینگ (تزویج) القایی

افزایش سریع شدت جریان از طریق یک هادی یک میدان مغناطیسی در اطراف هادی ایجاد می­کند. اگر یک هادی دیگر در این میدان مغناطیسی قرار گیرد، با توجه به اصل القایی، یک اختلاف ولتاژ به علت تغییر در قدرت میدان مغناطیسی ایجاد می­شود.

کوپلینگ (تزویج) خازنی

یک میدان الکتریکی بین دو نقطه با پتانسیل­های مختلف ایجاد می­شود. حامل­های بار یک شی که در این میدان قرار دارند با توجه به قدرت و جهت میدان مطابق با اصل فیزیکی تاثیر متقابل در یک راستا قرار می­گیرند. به این ترتیب اختلاف پتانسیل در داخل شی نیز رخ می­دهد که به عبارت دیگر همان اختلاف ولتاژ می­باشد.

مسیر عملکرد

ولتاژ حالت مشترک ( ولتاژ نامتقارن)

در ابتدا ولتاژهای سرج حالت مشترک یک اخطار را به شی که بین پتانسیل­های فعال ( هادی­های فازها و خنثی) و پتانسیل زمین قرار دارد می­فرستد.

ولتاژ حالت مشترک

ولتاژ حالت عادی ( ولتاژ متقارن، حالت دیفرانسیل )

در ابتدا ولتاژهای سرج متقارن یک اخطار به شی که بین پتانسیل فعال قرار دارد می­فرستد.

ولتاژ حالت عادی