جهاز الحماية للهزافة (SPD) هو جهاز يستخدم لحماية المعدات الإلكترونية من طاقة الطاقة أو الفولتية العابرة. وهي متصلة بالتوازي مع دائرة طاقة التحميل التي تحتاج إلى حماية ويمكن استخدامها أيضًا في شبكات إمداد الطاقة على جميع المستويات. سوف تتناقص هذه المقالة في مبدأ العمل لأجهزة الحماية للارتفاع ودورها المهم في النظم الكهربائية.

ما هي العواصف؟

العواصف عابرة على الفولتية التي يمكن أن تصل إلى عشرات الكيلوفولت مع فترات في ترتيب microseconds. على الرغم من مدة قصيرة ، يمكن أن يتسبب محتوى الطاقة العالي في مشاكل خطيرة في المعدات المتصلة بالخط مثل الشيخوخة المبكرة للمكونات الإلكترونية أو فشل المعدات أو الاضطرابات في الخدمة والخسارة المالية.

أصل العواصف

من المعروف أن Lightning هو المصدر الأكثر أهمية للجرعات - تم تسجيل البلاغات لتصل إلى مليون فولت وما بين 10000 إلى 200000 أمبير. ومع ذلك ، فإن البرق يشكل فقط جزءًا من جميع الأحداث المؤقتة في المنشأة. نظرًا لأن العابرين يمكن أن ينشأوا من كل من المصادر الخارجية (مثل البرق) والمصادر الداخلية ، يجب أن يكون لدى المرافق نظام حماية البرق وحماية الطفرة.

البرق: المصدر الأكثر تدميرا للارتفاع. استنادًا إلى معيار IEC 61643-12 ، يمكن أن تصل الطاقة من Lightning إلى 200 كيلومتر. ومع ذلك ، تشير التقديرات إلى أن 65 ٪ أقل من 20KA و 85 ٪ أقل من 35KA.

الحث: تشمل المصادر السحابة إلى البرق السحابي أو تأثيرات البرق القريبة حيث يستحث التدفق الحالي الجهد الزائد على خطوط التوريد أو غيرها من الموصلات المعدنية.

لا توجد طريقة لمعرفة حقًا متى ، ومكان ، أو الحجم ، أو مدة/شكل موجة للارتفاع. لذلك ضمن المعايير ، تم وضع بعض الافتراضات واختار 2 من الطول الموجي الرئيسي لمحاكاة أحداث الطفرة المختلفة:

- التوصيل

التوصيل أو 10/350μs يحاكي الطاقة من التأثير المباشر البرق.

- تعريفي
الحث أو 8/20μs يحاكي الطاقة من تأثير البرق غير المباشر.

المصادر الداخلية:

- إنها تأتي من تبديل شبكة الأداة المساعدة ، وانفصال المحركات أو الأحمال الاستقرائية الأخرى. يتم تحليل الطاقة من هذه المصادر أيضا مع شكل الموجة 8/20.

- لا تحدث عابرة فوق الفولتية فقط في خطوط توزيع الطاقة ، كما أنها شائعة في أي سطر يتكون من موصلات معدنية ، مثل الاتصالات الهاتفية والاتصالات والقياس والبيانات.

دور الأجهزة الواقية للارتفاع

تحكم أجهزة الحماية في الفولتية العابرة عن طريق تحويل أو الحد من التيارات الطفرة ، وحماية المعدات الإلكترونية الحساسة المتصلة بها ، مثل أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون والغسالات ودوائر السلامة (مثل أنظمة الكشف عن الحرائق وإضاءة الطوارئ). تحتوي هذه الأجهزة على دوائر إلكترونية حساسة عرضة للتلف الناتج عن الجهد الزائد العابر ؛ وبالتالي ، تلعب الأجهزة الواقية للارتداد دورًا حاسمًا في حماية أنظمة التثبيت الكهربائية.

بدون SPD المناسب ، يمكن للأحداث المؤقتة أن تلحق الضرر بالمعدات الإلكترونية وتؤدي إلى تعطل مكلفة. لذلك ، لا يمكن المبالغة في أهمية زيادة الأجهزة الوقائية في حماية المعدات الكهربائية.

كيف يعمل SPD؟

هناك مكون واحد على الأقل غير خطي من SPD ، والذي في ظل ظروف مختلفة ، يتحولون بين حالة مقاومة عالية ومنخفضة. في الفولتية التشغيلية العادية ، تكون SPDs في حالة مقاومة عالية ولا تؤثر على النظام. عندما يحدث جهد عابر على الدائرة ، ينتقل SPD إلى حالة من التوصيل (أو المعاوقة المنخفضة) ويحول الطاقة المؤقتة والعودة إلى مصدره أو أرضه. هذا يحد أو يشبك سعة الجهد إلى مستوى أكثر أمانًا. بعد تحويل العابرة ، يعيد SPD تلقائيًا إعادة تعيينه مرة أخرى إلى حالة المقاومة العالية.

مبدأ العمل في واقي الارتفاع هو كما يلي:

- العملية العادية

في حالة عدم وجود طفرة ، لا يكون لجهاز حماية الطفرة أي تأثير على النظام الذي يتم تثبيته فيه. يعمل كدائرة مفتوحة ، مع الحفاظ على

العزلة بين الموصلات الحية والأرض.

- خلال زيادة
عند حدوث زيادة في الجهد ، سيقلل جهاز حماية الطفرة من مقاومةه في النانوسية ويحول تيار الطفرة. في هذا

النقطة ، تتصرف SPD مثل الدائرة المغلقة ، ودائرة قصيرة الجهد الزائد وتقييدها على القيم المقبولة للمتصل كهربائيا

معدات المصب.

- ما بعد الفرخ
بمجرد توقف زيادة النبض ، سيقوم جهاز حماية الطفرة بإعادة مقاومةه الأصلية ويعود إلى حالة الدائرة المفتوحة ، ويستمر إلى ذلك

مراقبة ظروف الجهد في النظام الكهربائي.

3p أو 4p؟ متى يتطلب قطب N-PE؟

يتم تثبيت أجهزة حماية الطفرة (SPDs) بشكل متوازي في المنبع من المعدات الكهربائية في وضع ، وخلال أي حدث مفرط في الجهد ، سيكون SPD بمثابة مسار منخفض التبعية إلى الأرض. هذا ينقل طاقة الجهد العالي بعيدًا عن المعدات المصب قبل أن يتم تجاوز تصنيف الجهد ، وبالتالي تجنب الأضرار.

التحقيق المشترك فيما يتعلق بـ SPDs هو التمييز بين تطبيق أجهزة 3 عمود و 4 عمود. في حالة أنظمة الأسلاك TN-CS ، يرتبط الموصل المحايد مباشرة بالأرض (رابط الرجال). إذا تم تثبيت SPD على بعد 10 أمتار من رابط هذا الرجال ، لا يلزم سوى جهاز من 3 عمود. أصبح عمود N-PE الإضافي الذي توفره 4 أجهزة قطبية زائدة عن الحاجة في هذا الموقف حيث يوجد بالفعل طريق إلى الأرض من خلال المحايدة عبر رابط الرجال.

ومع ذلك ، إذا تم تثبيت SPD أكثر من 10 أمتار من رابط الرجال ، مطلوب SPD 4 عمود. مع زيادة مقاومة الأرض مع طول الكابل ، فإن طاقة الطفرة لديها الآن القدرة على دخول الشبكة بعد ربط الرجال وتلف المعدات المصب.

تصنيف الحماة

يتم تصنيف أجهزة الحماية إلى أنواع وفقًا لسعة التفريغ.

النوع 1:
■ تم اختباره باستخدام شكل موجي 10/350 (اختبار الفئة I) ، والذي يحاكي التيار الناتج عن ضربة صاعقة مباشرة.
■ القدرة على تصريف تيارات عالية جدًا على الأرض ، مما يوفر مستوى حماية الجهد.

■ يجب أن يكون مصحوبًا بحماقات المصب من النوع 2. تم تصميمه للاستخدام في لوحات إمدادات الطاقة الواردة حيث يخاطر بضرب البرق

مرتفع ، على سبيل المثال في المباني ذات نظام الحماية الخارجي.

النوع 2:
■ تم اختباره باستخدام شكل موجي 8/20 μs (اختبار الفئة II) ، والذي يحاكي التيار المنتج في حالة إضراب التبديل أو البرق على

خط التوزيع أو المجال.
■ القدرة على تصريف التيارات العالية على الأرض ، وتوفير مستوى حماية الجهد المتوسط. مصممة للاستخدام في لوحات التوزيع الموجودة

في اتجاه المصب من حماة النوع 1 أو في لوحات إمدادات الطاقة الواردة في المناطق ذات التعرض المنخفض لضربات البرق.

النوع 3:
■ تم اختباره مع شكل موجي 1.2/50 - 8/20 μs (اختبار الفئة الثالثة) ، والذي يحاكي التيار والجهد الذي يمكن أن يصل إلى الجهاز

أن تكون محميًا.
■ القدرة على تصريف التيارات المتوسطة على الأرض ، وتوفير مستوى حماية الجهد المنخفض. مثبت دائمًا في اتجاه مجرى النهر من النوع 2

الحماية المصممة لحماية المعدات أو المعدات الحساسة التي تقع أكثر من 20 مترًا من الجهاز من النوع 2.

ميزات SPD بناءً على معيار IEC 61643

معلمات الحامي:

- مستوى الحماية: الحد الأقصى للجهد المتبقي بين المحطات لجهاز الحماية أثناء تطبيق تيار الذروة.

- في التيار الاسمي: ذروة تيار في 8/20 μs الموجي يمكن أن يقاوم جهاز الحماية 20 مرة دون الوصول إلى نهاية الحياة

- IMAX الحد الأقصى لتيار التصريف: ذروة تيار مع شكل موجة 8/20 μs الذي يمكن لجهاز الحماية تحمل.

- UC الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر: أقصى جهد فعال يمكن تطبيقه بشكل دائم على محطات الحماية

جهاز.

- IMIM IMPULSE التيار: ذروة تيار مع 10/350 μs الموجي يمكن أن يتحمله جهاز الحماية دون الوصول إلى نهاية الحياة.

من أين تبدأ تصميم الحماية؟

كأصل التثبيت ، فإن لوحة التبديل الرئيسية هي المكان المناسب لبدء تصميم SPDs على الشبكة.

كيف تبدأ تصميم الحماية؟

كما ذكرنا سابقًا ، لا يعتمد تصميم حماية SPD على تصنيفات الصدع المقدمة من المحول ، فإنه يعتمد فقط على مستوى التعرض أمام الطفرة. إذن ، ما هو SPD الذي يتعين علينا تثبيته في لوحة التبديل الرئيسية؟

انظر الرسم البياني أعلاه من معيار IEC 63205-1 الذي يعرض تشتت أعلى البرق الذي تم النظر فيه: 200ka @ 10/350μs.

في أسوأ السيناريو ، يتم إجراء 50 ٪ من هذه الطاقة بعيدًا على الأرض تاركة 100KA إمكانات عبر مرحلة 3 شبكات ومحايدة.

هنا ينصح بشدة بشدة بحالات البرق في أو بالقرب من اتصال المبنى - على وجه الخصوص عندما يكون للمبنى قضيب البرق.

في "السيناريو الطبيعي" ، يُفترض أن أي ضربة مباشرة مباشرة على الشبكة ستكون على مسافة من التثبيت بحيث يتم تفريق 50 ٪ من الطاقة إلى الأرض عبر موصلات أخرى قبل الدخول إلى نقطة اتصالك. في هذا السيناريو ، يوصى بجهاز مع 12.5KA @ 10/350μs (IIMP) النوع 1. علاوة على ذلك ، استنادًا إلى معيار IEC 61643-12 ، 12.5 KA هو الحد الأدنى لتصنيف KA عند الحاجة إلى نوع 1.

إذا كان مستوى التعرض للتثبيت أقل من السيناريوهات الموصوفة أعلاه ، فيمكن مراعاة SPD من النوع 2 (IMAX) جنبًا إلى جنب مع خطر وتكلفة المعدات والتعطل.

هل أحتاج إلى تثبيت مرحلة ثالثة من أجهزة حماية الطفرة؟

يمكن النظر في المرحلة الثالثة من حماية الطفرة المثبتة في الحمل النهائي اعتمادًا على ما يحمله ، ومدى أهمية التوقف عن العمل ، ومكلفة ، وحساسة. إذا كانت تكلفة الجهاز و/أو التوقف مرتفعًا ، فإن تثبيت جهاز المرحلة الثالثة من النوع 3 (1.5/50) سيؤدي إلى زيادة خطر الوصول إلى أي طاقة للارتداد الأخير.

أمثلة على التطبيقات التي يجب أن تتضمن المرحلة الثالثة من حماية الطفرة هي:

■ المستشفيات
■ مراكز البيانات
■ المطارات
■ الخدمات المصرفية والتأمين
■ النقل