أنواع مختلفة من أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD)

1. مقدمة

تعتبر زيادة الطاقة بمثابة قتلة صامتة في الأنظمة الكهربائية الحديثة. من الإلكترونيات المنزلية إلى الأتمتة الصناعية ومحطات الطاقة الشمسية، حتى الجهد الزائد العابر يمكن أن يتسبب في توقف العمل أو إجراء إصلاحات مكلفة أو فشل المعدات. الحل؟ أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs).

في هذا الدليل، سنقوم بتقسيم الأنواع المختلفة لأجهزة الحماية من الاندفاع المفاجئ، وشرح كيفية عملها، ومقارنة تطبيقاتها. في النهاية، ستعرف بالضبط أنواع SPD التي تناسب نظامك - سواء كان منزلًا أو مركز بيانات أو تركيبًا كهروضوئيًا.

2. ما هي أجهزة الحماية من زيادة التيار؟

A جهاز حماية الطفرة (SPD) هو مكون أمان مثبت في النظام الكهربائي للحد من الجهد الزائد العابر الناتج عن الصواعق أو أحداث التبديل أو اضطرابات المرافق. إنه يعمل عن طريق تحويل الطاقة المفاجئة بأمان إلى الأرض، وحماية المعدات المتصلة.

فكر في SPD كصمام لتحرير الضغط: فهو لا يمنع حدوث الارتفاع، ولكنه يوجه الطاقة الزائدة بعيدًا عن الأجهزة الإلكترونية الحساسة.

3. كيف تعمل الحماية من زيادة التيار؟

تعتمد أجهزة SPD على مكونات مثل مكثفات الأكسيد المعدني (MOVs)، وأنابيب تفريغ الغاز (GDTs)، وفجوات الشرارة. عندما يتجاوز الجهد عتبة آمنة (Uc)، يتحول SPD إلى وضع التوصيل، مما يثبت التدفق إلى جهد متبقي أقل (أعلى).

المعلمات الرئيسية لفهم:

• Uc (الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر): الجهد الطبيعي الذي يمكن لـ SPD التعامل معه.

• أعلى (مستوى حماية الجهد): لقط الجهد الذي سوف “تراه” الأجهزة النهائية.”

• In / Imax (تيار التفريغ الاسمي والحد الأقصى): مقدار التيار الذي يمكن للجهاز استيعابه.

• Iimp (تيار الدافع): خاص بالنوع 1، الذي يمثل الأشكال الموجية لضربة البرق.

4. أنواع أجهزة الحماية من زيادة التيار

إن فهم أنواع SPD هو المفتاح لتصميم الحماية من زيادة التيار ذات الطبقات. المعايير الدولية مثل إيك 61643-11 (أك), IEC 61643-31 (تيار مستمر/كهروضوئي), ، و يو إل 1449 (أمريكا الشمالية) تحديد فئات مختلفة بناءً على أشكال موجية الاختبار، وقدرة الطاقة، وموقع التثبيت.

فيما يلي، نقوم بتفصيل الأنواع المختلفة من أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) التي ستواجهها، مع أدوارها الفنية وإرشادات التطبيق.

4.1 أجهزة SPD من النوع 1 (IEC 61643-11، الفئة الأولى، 10/350 ميكروثانية)

• تعريف: مصممة لتفريغ تيار البرق الجزئي. تم اختباره باستخدام شكل موجة نبضية تبلغ 10/350 ميكروثانية (Iimp) تمثل ضربة صاعقة مباشرة.

• نقطة التثبيت: مدخل الخدمة، عادة ما يكون أعلى لوحة التوزيع الرئيسية. غالبًا ما يستخدم في المباني المجهزة بنظام الحماية من الصواعق الخارجي (LPS).

• المعلمات الرئيسية:

  • Iimp (التيار النبضي): قدرة تيار البرق المقدرة.

  • Uc (الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر): يضمن عدم حدوث أي ضرر أثناء التشغيل العادي.

  • أعلى (مستوى حماية الجهد): الجهد المتبقي الذي تراه دوائر المصب.

• التكنولوجيا المستخدمة: فجوات شرارة، أو MOVs للخدمة الشاقة، أو تصميمات هجينة.

• حالات الاستخدام:

  • المنشآت الصناعية وأبراج الاتصالات والمستشفيات.

  • المباني الشاهقة في المناطق ذات كثافة البرق العالية.

• مثال: سيتطلب المصنع المزود بقضبان الصواعق على السطح وجود أجهزة حماية من الصواعق من النوع 1 عند مصدر الإمداد الرئيسي الوارد.

4.2 أجهزة SPD من النوع 2 (IEC 61643-11، الفئة II، 8/20 s)

• تعريف: يتعامل مع تبديل العواصف وتأثيرات البرق غير المباشرة. تم اختباره باستخدام شكل موجة تيار 8/20 ميكروثانية (In، Imax).

• نقطة التثبيت: لوحات التوزيع الرئيسية أو الفرعية داخل المنشأة.

• المعلمات الرئيسية:

  • في (تيار التفريغ الاسمي): التحمل تحت العواصف المتعددة.

  • Imax (الحد الأقصى لتيار التفريغ): أقصى قدرة على زيادة التيار.

  • لأعلى: يجب التنسيق مع كل من النوع الأول والنوع الثالث.

• التكنولوجيا المستخدمة: الوحدات المعتمدة على MOV، والتي غالبًا ما تكون قابلة للتوصيل لسهولة الاستبدال.

• حالات الاستخدام:

  • المنازل السكنية ومباني المكاتب ومحلات البيع بالتجزئة.

  • الحماية القياسية في المناطق ذات خطر الطفرة المعتدلة.

• مثال: عادةً ما يستخدم المكتب الصغير الذي لا يحتوي على LPS خارجي وحدات SPD من النوع 2 في اللوحة الرئيسية.

هل تريد تفصيلاً؟ اقرأ دليلنا الكامل: ما هو جهاز الحماية من زيادة التيار من النوع 2؟

4.3 أجهزة SPD من النوع 3 (IEC 61643-11، الفئة III، موجة مجمعة)

• تعريف: حماية دقيقة للمعدات الطرفية. تم اختباره باستخدام موجة مركبة (جهد 1.2/50 ميكروثانية + تيار 8/20 ميكروثانية).

• نقطة التثبيت: أقرب ما يمكن إلى الجهاز المحمي (منفذ المقبس، مدخل الجهاز).

• المعلمات الرئيسية:

  • لأعلى: مستوى تثبيت منخفض جدًا لحماية الأحمال الحساسة.

  • يجب استخدامه بالتنسيق مع النوع 2 من المنبع.

• التكنولوجيا المستخدمة: تم دمج MOVs مع المرشحات لمزيد من التوهين.

• حالات الاستخدام:

  • أجهزة الكمبيوتر ومحركات LED والإلكترونيات الطبية وأنظمة التحكم.

• مثال: يتطلب جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي في المستشفى وجود نوع 3 SPD بالقرب من الجهاز، ويعمل جنبًا إلى جنب مع النوع 2.

تعرف على المزيد في مقالتنا المخصصة: ما هو حامي الطفرة من النوع 3؟

4.4 مجموعة SPDs T1+T2

• تعريف: تم اختبار وحدة SPD واحدة لكل من الأشكال الموجية من الفئة الأولى (10/350 ميكروثانية) والفئة الثانية (8/20 ميكروثانية).

• فائدة: يحمي من الصواعق المباشرة وكذلك تحويل العواصف في جهاز واحد.

• نقطة التثبيت: دخول الخدمة عندما تكون المساحة أو الميزانية محدودة بتعدد الأجهزة.

• حالات الاستخدام:

  • تحتاج المباني التجارية أو السكنية متوسطة الحجم إلى حلول مدمجة.

  • المواقع التي يصعب فيها التنسيق بين النوع 1 والنوع 2 المنفصلين.

• مثال: قد تقوم لوحة المفاتيح الرئيسية لمركز التسوق بتثبيت T1 + T2 SPD لتبسيط الحماية.

4.5 T2 + T3 مجموعة SPDs

• تعريف: يتم اختبار الأجهزة الهجينة لأداء الفئتين II وIII.

• فائدة: يوفر كلا من مستوى التوزيع والحماية الطرفية.

• نقطة التثبيت: الألواح الفرعية قريبة من الأحمال الحساسة، خاصة إذا تجاوز طول الكابل 10 أمتار.

• حالات الاستخدام:

  • مراكز البيانات، غرف الخادم، خزائن التحكم الصناعية.

• مثال: يمكن لخط التشغيل الآلي للمصنع المزود بكابل طويل يمتد إلى PLCs استخدام T2+T3 SPD بالقرب من لوحات PLC.

4.6 النوع 4 SPDs (UL 1449، أمريكا الشمالية فقط)

• التعريف (UL 1449): لا يُقصد من تجميعات المكونات أن تكون أجهزة مستقلة ولكنها مدمجة في معدات OEM.

• الفئات الفرعية:

  • تجميعات المكونات من النوع 4 (CA): أجزاء SPD المعبأة مسبقًا للمصنعين.

  • مكونات النوع 5: MOVs الخام أو GDTs.

• نقطة التثبيت: الأجهزة الداخلية أو مصادر الطاقة أو اللوحات المصممة خصيصًا.

• حالات الاستخدام:

  • يقوم مصنعو المعدات الأصلية بتصميم معدات محمية من زيادة التيار.

  • معدات صناعية متخصصة في سوق أمريكا الشمالية.

• مثال: تقوم إحدى الشركات المصنعة لـ UPS بدمج مجموعات SPD من النوع 4 داخل منتجاتها.

4.7 أجهزة SPDs الكهروضوئية/التيار المستمر (IEC 61643-31، حتى 1500 فولت تيار مستمر)

• تعريف: أجهزة الحماية من زيادة التيار مصممة للدوائر الكهروضوئية والتيار المستمر.

• معايير الاختبار: تحدد المواصفة القياسية IEC 61643-31 متطلبات تطبيقات التيار المستمر.

• نقطة التثبيت: صناديق تجميع المصفوفات الكهروضوئية، والعاكسات، ولوحات توزيع التيار المستمر.

• المعلمات الرئيسية:

  • Ucpv: الجهد الكهروضوئي المستمر المقدر (600 فولت، 1000 فولت، 1500 فولت).

  • In / Imax: التعامل مع التيار الزائد على جانب التيار المستمر.

  • زمن الاستجابة: يجب أن يكون سريعًا بما يكفي للعاكسات القائمة على أشباه الموصلات.

• حالات الاستخدام:

  • مزارع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق، والأنظمة الكهروضوئية على الأسطح، ومرافق تخزين البطاريات.

• مثال: ستحتاج إلى مزرعة طاقة شمسية بقدرة 1500 فولت تيار مستمر T1 + T2 PV SPDs في صناديق الموحد ومدخلات العاكس.

نصيحة احترافية للقراء: استخدم دائمًا أ نظام SPD المنسق. النوع 1 عند المدخل، والنوع 2 عند اللوحات الفرعية، والنوع 3 بالقرب من الأحمال الحرجة. بالنسبة للطاقة الكهروضوئية، أضف النوع 2 أو T1+T2 DC SPDs كما هو محدد في IEC 61643-31.

5. أجهزة SPD من النوع 1 مقابل النوع 2 مقابل النوع 3

إذا كنت تريد التعمق أكثر، فراجع مدونتنا المخصصة حول هذا الموضوع هنا:
الفرق بين النوع 1 والنوع 2 والنوع 3 من أجهزة SPD

فيما يلي مقارنة سريعة لمساعدتك في اختيار نوع SPD المناسب:

ملخص

• اكتب 1 SPDs التعامل مع ضربات البرق المباشرة عالية الطاقة (10/350 ميكروثانية).

• النوع 2 SPDs التخفيف من طفرات التبديل والضربات غير المباشرة (8/20 ميكروثانية).

• اكتب 3 SPDs حماية المعدات الحساسة في الميل الأخير (الشكل الموجي المركب).

6. كيفية تركيب وتنسيق أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD)

التثبيت الصحيح لا يقل أهمية عن اختيار الأنواع المناسبة من أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD). يمكن أن تؤدي الأسلاك غير الصحيحة أو التنسيق السيئ إلى الإضرار بمستويات الحماية، حتى لو كان SPD نفسه يفي بمعايير IEC أو UL. استنادًا إلى IEC 61643-11، وIEC 61643-31، وUL 1449، والمبادئ التوجيهية الهندسية لشركتنا، إليك أفضل الممارسات الرئيسية:

1. أقصر قاعدة اتصال

• اجعل جميع أسلاك توصيل SPD قصيرة ومستقيمة قدر الإمكان، ومن الناحية المثالية ≥ 0.5 متر (كما هو موصى به في دليلنا الفني).

• تقدم الخيوط الطويلة ارتفاعًا حثيًا للجهد، مما يزيد من الجهد المتبقي (لأعلى) الذي تراه المعدات المحمية.

2. حجم الموصل الصحيح

• استخدم الموصلات ذات الحجم وفقًا لنوع SPD:

  • النوع 1 SPD: الحد الأدنى 16 مم² من النحاس (تيار البرق عالي الطاقة، Iimp).

  • النوع 2 SPD: الحد الأدنى 6 مم² من النحاس.

  • النوع 3 SPD: اتبع بيانات الشركة المصنعة، وعادةً ما تكون المقاطع العرضية أصغر بسبب انخفاض التيار.

• استخدم دائمًا الموصلات النحاسية ذات المعاوقة المنخفضة وتجنب الانحناءات الحادة.

3. الترابط متساوي الجهد

• يجب أن تكون جميع أجهزة SPD متصلة بنفس شريط التأريض الرئيسي أو نظام الربط متساوي الجهد.

• يضمن الترابط تفريغ الطاقة المفاجئة بأمان إلى الأرض، وتجنب الاختلافات المحتملة الخطيرة بين الدوائر.

4. تنسيق SPD

• التسلسل الهرمي لمستوى حماية الجهد (أعلى): يجب أن يكون لوحدات SPD الأولية (النوع 1) دائمًا أعلى من وحدات SPD النهائية (النوع 2/3).

• قاعدة المسافة: إذا كان الكابل بين SPDs والأحمال المحمية أطول من 10 أمتار، فقم بتثبيت SPD إضافي (على سبيل المثال، النوع 3) لحماية أفضل.

• التنسيق المتوازي: للحصول على حماية متعددة المراحل (النوع 1 + النوع 2 + النوع 3)، تأكد من التوزيع المناسب للطاقة بحيث لا يتم الضغط على أي جهاز واحد.

5. الحماية الاحتياطية (OCPD)

• استخدم دائمًا الصمامات أو قواطع الدائرة المخصصة لحماية SPD نفسه.

• يحدد دليلنا تصنيفات الصمامات الاحتياطية اعتمادًا على طراز SPD وImax/Iimp.

• يتطلب UL 1449 أيضًا حماية مناسبة من التيار الزائد لمنع ارتفاع درجة حرارة SPD أو الفشل أثناء الأحداث القاسية.

نصيحة للمحترفين: تحقق دائمًا من الامتثال لـ IEC 61643-11 (أجهزة SPD التي تعمل بالتيار المتردد)، IEC 61643-31 (أجهزة SPD الكهروضوئية/التيار المستمر)،, أو UL 1449 (أمريكا الشمالية) حسب منطقتك. يؤدي التثبيت والتنسيق الصحيحان إلى زيادة عمر SPD إلى أقصى حد وضمان سلامة النظام الكهربائي بأكمله.

7. الاستنتاج

أنواع أجهزة الحماية من زيادة التيار غير قابلة للتبديل — يلعب كل منها دورًا فريدًا في الدفاع عن الأنظمة الكهربائية.

• النوع 1 الدروع ضد ضربات البرق المباشرة.

• النوع 2 هو العمود الفقري للوحات التوزيع.

• النوع 3 يحمي أجهزتك الإلكترونية الأكثر حساسية.

• مجموعات وPV/DC SPDs تغطية التطبيقات المتخصصة والمتجددة.

من خلال فهم أنواع SPD ومعاييرها وقواعد التثبيت، يمكنك تصميم دفاع متعدد الطبقات يضمن السلامة ويقلل وقت التوقف عن العمل ويحمي الاستثمارات.