ما هو جهاز الحماية من الاندفاع (SPD)؟

جهاز الحماية من الاندفاع (SPD) هو جهاز كهربائي مصمم لحماية المعدات الكهربائية من الجهد الزائد العابر. عادة ما تكون هذه الفولتية الزائدة ناتجة عن ضربات الصواعق أو عمليات التبديل ويمكن أن تتلف أو تقلل من أداء الأنظمة الكهربائية والإلكترونية.

الغرض الرئيسي من جهاز SPD هو الحد من الجهد الزائد إلى مستوى أكثر أمانًا للمعدات. من خلال القيام بذلك، فإنه يضمن طول العمر والموثوقية للأجهزة الإلكترونية ويقلل من التوقف عن العمل وتكاليف الصيانة.

يمكن استخدام أجهزة الحماية من الاندفاع (SPDs) للمساعدة في حماية التركيبات الكهربائية والمعدات المتصلة بها من التأثير الضار المحتمل للجهد الزائد العابر.

هناك ثلاثة أنواع شائعة من SPD:

- نوع 1 SPD يتم تركيبه في الأصل، على سبيل المثال، لوحة التوزيع الرئيسية.
- نوع 2 SPD يتم تركيبه في لوحات التوزيع الفرعية.
  (تتوفر أجهزة SPD من النوعين 1 و 2 معًا وعادة ما يتم تركيبها في وحدات المستهلك.)
- نوع 3 SPD يتم تركيبه بالقرب من الحمل المحمي. يجب تثبيت هذه الأجهزة فقط كملحق لجهاز SPD من النوع 2.

تاريخ أجهزة الحماية من الاندفاع

تم تطوير أجهزة الحماية من الاندفاع استجابة للحاجة المتزايدة لحماية المعدات الكهربائية من ارتفاعات الجهد. يمكن أن تحدث هذه الارتفاعات بسبب عوامل مختلفة، مثل ضربات الصواعق أو انقطاع التيار الكهربائي أو عمليات التبديل. كانت أقدم أشكال الحماية من الاندفاع أساسية وغالبًا ما تكون غير فعالة. ومع ذلك، مع تقدم التكنولوجيا، تقدمت أيضًا درجة تعقيد أجهزة SPD.

تكونت أجهزة SPD المبكرة بشكل أساسي من فجوات شرارة بسيطة، والتي وفرت الحد الأدنى من الحماية. مثل إدخال مقاومات أكسيد المعادن (MOVs) في السبعينيات علامة فارقة مهمة. يمكن لـ MOVs امتصاص ارتفاعات أكبر، مما يوفر حماية أفضل للمعدات الإلكترونية الحساسة. على مر السنين، تطورت أجهزة SPD لتشمل ميزات مثل فواصل حرارية وقدرات مراقبة متقدمة، مما يجعلها أكثر موثوقية وكفاءة.

كيف يعمل جهاز الحماية من الاندفاع؟

يعمل جهاز SPD عن طريق تحويل أو تحديد تيار الاندفاع إلى الأرض وتثبيت الجهد المتبقي إلى مستوى آمن للأجهزة المتصلة. يتكون عادةً من مكونات مثل مقاومات أكسيد المعادن (MOVs) وأنابيب تفريغ الغاز وثنائيات قمع الجهد العابر التي تتفاعل مع ارتفاعات الجهد وتوجه الاندفاع إلى الأرض أو التوصيل المحايد.

المكونات الرئيسية:

1. مقاوم أكسيد المعادن (MOV): مقاوم غير خطي يغير المقاومة مع الجهد المطبق. يوصل ارتفاعات الجهد العالي بعيدًا عن المعدات الحساسة.

2. أنابيب تفريغ الغاز (GDT): تستخدم للحماية من ارتفاعات الجهد العابر العالية عن طريق تأيين الغاز داخل حاوية محكمة الإغلاق، مما يسمح للاندفاع بالمرور.

3. ثنائيات قمع الجهد العابر (TVS): توفر وسيلة لتثبيت أو تحديد الجهد وتبديد طاقة الاندفاع.

ما هي الفولتية الزائدة العابرة؟

يمكن تعريف الفولتية الزائدة العابرة على أنها ذروات جهد عالية المدة القصيرة ذات حواف صاعدة سريعة، والتي يشار إليها عادةً باسم ‘الاندفاعات’، والتي يمكن أن تتراوح من بضعة فولتات إلى عدة آلاف من الفولتات على شبكة المستهلك ذات الجهد المنخفض، لمدة لا تزيد عن مللي ثانية.

تحدث هذه الاندفاعات بسبب الإطلاق المفاجئ للطاقة المخزنة مسبقًا أو التي تم تحريضها بوسائل أخرى. يمكن أن تجد هذه الطاقة طريقها بعد ذلك إلى التركيبات الكهربائية، وتحدث بشكل طبيعي إما بشكل غير مباشر من ضربات الصواعق أو مباشرة من ضربات الصواعق، أو يتم إنشاؤها عن طريق تبديل وتشغيل بعض المعدات داخل التركيب.

كيف تحدث الفولتية الزائدة العابرة؟

يمكن أن تحدث الفولتية الزائدة العابرة بسبب الأصل الجوي إذا تعرضت الممتلكات نفسها أو البنية التحتية لنقل الكهرباء القريبة لضربة صواعق. من المرجح أن تحدث هذه الأنواع من الفولتية الزائدة العابرة عندما تتسبب ضربة صواعق مباشرة على خط طاقة أو هاتف علوي مجاور في توصيل الجهد الزائد العابر على طول الخطوط إلى الممتلكات القريبة، مما قد يتسبب في أضرار كبيرة للتركيبات الكهربائية والمعدات المرتبطة بها.

الأسباب الشائعة:

1. ضربات الصواعق: يمكن أن تؤدي الضربات المباشرة أو القريبة إلى جهد عالٍ.

2. عمليات التبديل: التغييرات المفاجئة في الحمل الكهربائي، مثل تشغيل أو إيقاف تشغيل المعدات شديدة التحمل.

3. الأعطال الكهربائية: دوائر قصيرة أو أعطال داخل نظام توزيع الطاقة.

4. التفريغ الكهروستاتيكي (ESD): التفريغ من التلامس البشري أو مصادر كهروستاتيكية أخرى.

العوامل الخارجية:

— الصواعق: تحدث الاندفاعات الأكثر حدة بسبب الصواعق، والتي يمكن أن تدخل آلاف الفولتات في الأنظمة الكهربائية.

— تبديل الشبكة: يمكن أن تؤدي التغييرات في شبكة توزيع الطاقة، مثل تخفيف الأحمال أو إزالة الأعطال، إلى حدوث اندفاعات عابرة.

العوامل الداخلية:

— دورات بدء/إيقاف المحرك: يمكن للأحمال الاستقرائية مثل المحركات والمحولات أن تسبب اندفاعات التبديل.

— ظروف الخطأ: يمكن أن يؤدي التقوس وإزالة الأعطال داخل النظام إلى توليد الفولتية الزائدة العابرة.

التطورات في تكنولوجيا SPD

أجهزة SPD الحديثة فعالة للغاية، وتدمج التقنيات المتقدمة لتعزيز أدائها. تقدم هذه الأجهزة الآن حماية متعددة المراحل، وتجمع بين مكونات مختلفة لتوفير تغطية شاملة ضد الاندفاعات. يضمن دمج الحماية الحرارية أن أجهزة SPD يمكنها الفصل بأمان عند ارتفاع درجة حرارتها، مما يمنع المزيد من الضرر.

علاوة على ذلك، أحدث تطوير أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2 والنوع 3 ثورة في طريقة حماية الأنظمة الكهربائية. تم تصميم أجهزة SPD من النوع 1 للتعامل مع ضربات الصواعق المباشرة، مما يجعلها مثالية للتركيبات الصناعية والتجارية. تحمي أجهزة SPD من النوع 2 من الاندفاعات المتبقية من الضربات غير المباشرة وعمليات التبديل، بينما توفر أجهزة SPD من النوع 3 حماية محلية للمعدات الحساسة.

الأنواع الرئيسية لأجهزة SPD

يتم تصنيف أجهزة الحماية من الاندفاع (SPDs) إلى أنواع مختلفة بناءً على نقاط التثبيت ومستوى الحماية التي توفرها. يساعد فهم هذه الأنواع في تحديد جهاز SPD المناسب لاحتياجاتك الخاصة. الأنواع الرئيسية لأجهزة SPD هي النوع 1 والنوع 2 والنوع 3.

1. النوع 1 SPD

تم تصميم أجهزة SPD من النوع 1 للحماية من الاندفاعات عالية الطاقة، والتي تحدث في المقام الأول بسبب ضربات الصواعق المباشرة أو الأحداث عالية الجهد. يتم تثبيتها عادةً قبل لوحة التوزيع الرئيسية، إما عند مدخل الخدمة أو مدمجة في لوحة القاطع الأولية. يمكن لهذه الأجهزة التعامل مع الجزء الأكبر من الاندفاع، وتوجيه الطاقة الزائدة بأمان إلى الأرض.

— صناعي: حيوي للمصانع والعمليات واسعة النطاق حيث يكون خطر الاندفاعات الناجمة عن الصواعق كبيرًا.

— تجاري: يتم تنفيذه في المباني التجارية، وخاصة تلك التي تحتوي على أنظمة حماية خارجية من الصواعق (LPS).

— سكني: ضروري للمنازل في المناطق التي تشهد نشاطًا متكررًا للصواعق أو تلك التي تحتوي على هوائيات خارجية أو هياكل معدنية أخرى.

الفوائد:

– يوفر أعلى مستوى من الحماية من الاندفاع متصل مباشرة بإمداد الطاقة الوارد.

– قدرة كبيرة على امتصاص الطاقة.

– خط الدفاع الأول ضد الاندفاعات الكبيرة.

أمثلة على التطبيقات:

– مداخل الخدمة الكهربائية

– لوحات التوزيع الرئيسية في المجمعات التجارية

– المباني التي تحتوي على أنظمة حماية خارجية من الصواعق

2. النوع 2 SPD

تم تصميم أجهزة SPD من النوع 2 للحماية من الاندفاعات المتبقية التي مرت عبر أجهزة SPD من النوع 1 أو تلك الاندفاعات المقترنة بشكل غير مباشر. يتم تثبيتها في لوحة التوزيع الرئيسية أو اللوحات الفرعية داخل المبنى. تعتبر أجهزة SPD من النوع 2 ضرورية للحماية من الاندفاعات التي تنشأ من عمليات التبديل وضمان الحماية المستمرة عبر النظام الكهربائي.

— سكني: يتم تثبيته بشكل شائع في المنازل لتوفير طبقة ثانوية من الدفاع بعد أجهزة SPD من النوع 1.

— تجاري: يستخدم في مباني المكاتب والمؤسسات التجارية الأخرى لحماية من الاندفاعات الداخلية.

— صناعي: يتم تركيبه في اللوحات الفرعية الكهربائية داخل مصانع التصنيع وغيرها من الإعدادات الصناعية لتوفير حماية محلية.

الفوائد:

– يوفر حماية قوية ضد الاندفاعات المتبقية.

– يعزز كفاءة نظام الحماية من الاندفاع بشكل عام من خلال معالجة الاندفاعات المتولدة داخليًا.

– يمنع تلف المعدات الحساسة المتصلة بلوحات التوزيع.

أمثلة على التطبيقات:

– لوحات التوزيع الرئيسية والفرعية في العقارات السكنية

– الأنظمة الكهربائية للمباني التجارية

– لوحات الآلات والمعدات الصناعية

3. النوع 3 SPD

تم تصميم أجهزة SPD من النوع 3 للحماية من الاندفاعات منخفضة الطاقة ويتم تثبيتها بالقرب من المعدات الإلكترونية الحساسة. توفر هذه الأجهزة حماية محلية وتستخدم عادةً لحماية الأجهزة والأجهزة الإلكترونية وغيرها من معدات المستخدم النهائي. تعتبر أجهزة SPD من النوع 3 خط الدفاع الأخير في تسلسل الحماية من الاندفاع.

— سكني: يحمي الأجهزة المنزلية وأنظمة الترفيه وأجهزة الكمبيوتر والإلكترونيات الحساسة الأخرى.

— تجاري: يستخدم لمعدات المكاتب وأنظمة نقاط البيع والأجهزة الإلكترونية الهامة الأخرى.

— صناعي: يوفر الحماية لأنظمة التحكم وأجهزة الاستشعار والإلكترونيات الصناعية الحساسة الأخرى.

الفوائد:

– يوفر حماية دقيقة للأجهزة الإلكترونية الحساسة.

– يحمي من الاندفاعات التي قد تمر عبر أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2.

– يضمن متانة وموثوقية معدات المستخدم النهائي.

أمثلة على التطبيقات:

– واقيات الاندفاع الموصولة للإلكترونيات المنزلية

– واقيات الاندفاع لمعدات المكاتب

– واقيات الاندفاع المخصصة لأنظمة التحكم الصناعية

هل يجب علي تثبيت SPD؟

فوائد تثبيت SPD:

1. الحماية: يحمي المعدات الإلكترونية الحساسة من التلف.

2. طول العمر: يطيل عمر الأنظمة والأجهزة الكهربائية عن طريق تخفيف التآكل والتلف المرتبط بالاندفاع.

3. السلامة: يقلل من خطر نشوب حريق بسبب الاندفاعات الكهربائية.

4. توفير التكاليف: يخفض تكاليف الصيانة والاستبدال بسبب التلف المرتبط بالاندفاع.

العوامل التي يجب مراعاتها:

1. البيئة: يجب على المناطق المعرضة للصواعق أو المعدات الكهربائية الثقيلة إعطاء الأولوية لأجهزة SPD.

2. حساسية المعدات: الأجهزة ذات الحساسية العالية لتقلبات الجهد، مثل أجهزة الكمبيوتر ومعدات الاتصالات والأجهزة الطبية، تستفيد بشكل كبير من أجهزة SPD.

3. الامتثال: تأكد من أن جهاز SPD يفي بالرموز الكهربائية المحلية ومعايير الصناعة.

توصيات الخبراء:

استشر كهربائيًا مرخصًا لتقييم احتياجاتك الخاصة والتوصية بالنوع والتقييم المناسبين لجهاز SPD لتركيبك. تعد الصيانة الدورية والاختبار الدوري لأجهزة SPD المثبتة ضرورية أيضًا لضمان الأداء الأمثل.

تركيب وصيانة أجهزة SPD

يعد التركيب والصيانة المناسبة لأجهزة SPD أمرًا بالغ الأهمية لضمان فعاليتها. يجب أن يتم تركيب أجهزة SPD بواسطة متخصصين مؤهلين، باتباع إرشادات الشركة المصنعة ومتطلبات لوائح الأسلاك الإصدار الثامن عشر. تعد عمليات الفحص والصيانة الدورية ضرورية أيضًا لضمان عمل أجهزة SPD بشكل صحيح وتوفير الحماية اللازمة.

أثناء التثبيت، من المهم التأكد من توصيل أجهزة SPD بالتوازي مع النظام الكهربائي، مما يسمح لها بتحويل الجهد الزائد إلى الأرض. يضمن هذا الإعداد أن أجهزة SPD يمكنها حماية النظام بأكمله دون التدخل في العمليات العادية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تثبيت أجهزة SPD بالقرب من المعدات المحمية قدر الإمكان، مما يقلل من المسافة التي يجب أن تنتقل فيها طاقة الاندفاع.

تتضمن الصيانة الدورية لأجهزة SPD التحقق من علامات التلف أو التآكل، والتأكد من أن جميع التوصيلات آمنة، واستبدال أي أجهزة تعرضت للخطر بسبب الاندفاعات السابقة. تتضمن العديد من أجهزة SPD الحديثة مؤشرات الحالة التي توفر معلومات في الوقت الفعلي حول حالة الجهاز، مما يسهل تحديد متى تكون الصيانة مطلوبة.

تلعب أجهزة الحماية من الاندفاع دورًا حيويًا في حماية المعدات الكهربائية والإلكترونية من الجهد الزائد العابر. من خلال فهم مبادئ عملها وأنواعها وفوائدها، يمكنك اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن حماية أنظمتك الكهربائية. يمكن أن يؤدي التركيب والصيانة المناسبة لأجهزة SPD إلى تعزيز السلامة والموثوقية وطول عمر معداتك، مما يجعلها مكونًا لا غنى عنه في التركيبات الكهربائية الحديثة.

تذكر أن الاستثمار في أجهزة SPD يمكن أن يوفر تكاليف وتوترًا كبيرين عن طريق منع التلف الناتج عن ارتفاعات الجهد غير المتوقعة. سواء للتطبيقات السكنية أو التجارية أو الصناعية، فإن التأكد من حماية نظامك باستخدام جهاز SPD المناسب هو خيار حكيم وضروري.