الحماية من التيار المتردد مقابل التيار المستمر: ما الفرق؟

تعد الحماية من زيادة التيار أمرًا أساسيًا لسلامة ووقت تشغيل الأنظمة الكهربائية الحديثة. اختيار الحق جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) يبدأ بفهم كيف تتصرف أنظمة التيار المتردد والتيار المستمر بشكل مختلف في ظل الظروف العابرة - وخاصة انقراض القوس (التقاطع الصفري للتيار المتردد مقابل التيار المستمر بدون تقاطع صفري) وتصميم المكونات (ثنائية الاتجاه مقابل MOVs أحادية الاتجاه). يشرح هذا الدليل الفرق بين AC SPD وDC SPD، ويحدد معايير IEC/UL المطبقة، ويوضح كيفية تحديد SPD الذي يلبي احتياجات التطبيق والامتثال الخاصة بك.

1. مقدمة

إن الجهد الزائد العابر، والمعروف أيضًا باسم ارتفاع الطاقة، عبارة عن ارتفاعات قصيرة الأمد في الجهد يمكن أن تؤدي إلى إتلاف أو تدمير المعدات الإلكترونية الحساسة. يمكن أن تكون هذه الزيادات ناجمة عن ضربات البرق، أو عمليات تبديل الشبكة، أو تبديل الأحمال الكبيرة، أو بدء تشغيل المعدات الاستقرائية. تم تصميم أجهزة SPD، والتي تسمى أيضًا مانعات الصواعق أو مانعات الصواعق، لاكتشاف هذه الارتفاعات وتحويلها قبل أن تصل إلى المعدات المحمية.

ولكن ليست كل الزيادات المفاجئة - أو SPDs - متساوية. تُظهر أنظمة التيار المتردد (التيار المتناوب) والتيار المستمر (التيار المباشر) سلوكيات كهربائية مختلفة تمامًا، وبالتالي، تتطلب أساليب حماية من زيادة التيار. لكل إيك 61643-11/-31, ، يحد SPD من جهد التيار الزائد ويحول تيار التيار خلال نانو ثانية، مما يحمي المعدات النهائية.

2. ما هي الحماية من زيادة التيار المتردد؟

حماية من التيار المتردد تم تصميمه للأنظمة الكهربائية حيث يتغير اتجاه الجهد بشكل دوري - عادةً عند 50 هرتز أو 60 هرتز. تُستخدم هذه الأنظمة على نطاق واسع في المنازل السكنية والمباني التجارية والمصانع وشبكات الأتمتة الصناعية. وفق إيك 61643-11, ، يتم تصنيف أجهزة SPD الخاصة بالتيار المتردد إلى النوع 1 والنوع 2 والنوع 3، كل منها مخصص لنقطة تثبيت مختلفة داخل نظام التوزيع.

الخصائص الرئيسية للتيار المتردد SPDs

• تعمل ضمن جهد الشبكة المشترك مثل 115 فولت، 230 فولت، 400 فولت، وحتى 690 فولت تيار متردد.

• عملية ثنائية الاتجاه للتعامل مع تبديل قطبية الموجات الجيبية للتيار المتردد.

• انقراض القوس من خلال المعابر الصفرية الطبيعية لشكل موجة التيار المتردد، مما يجعل قطع الاتصال أكثر أمانًا وكفاءة.

• MOVs شائعة الاستخدام (متغيرات أكسيد المعدن) لامتصاص الطاقة المفاجئة؛ في النوع الأول من SPDs، غالبًا ما يتم دمج MOVs مع GDTs (أنابيب تفريغ الغاز) أو غرف القوس لتحمل نبضات البرق عالية الطاقة (أشكال موجية 10/350 ميكروثانية).

• التنسيق مع الحماية الأولية (MCB أو المصهر) مطلوب؛ أفضل الممارسات هي الحفاظ على طول سلك SPD قصيرًا قدر الإمكان، ومن الناحية المثالية أقل من 0.5 متر، لتقليل الجهد المتبقي.

أنواع SPD لتطبيقات التيار المتردد

• النوع 1 SPD - مثبتة عند مدخل الخدمة؛ يتحمل تيارات البرق المباشرة (Iimp 10/350 s).

• النوع 2 SPD - مثبتة على لوحات التوزيع؛ يحمي من طفرات التبديل والبرق غير المباشر (In/Imax 8/20 s).

• النوع 3 SPD - يتم تركيبها بالقرب من المعدات الحساسة؛ يوفر حماية جيدة ضد العواصف المتبقية.

التطبيقات النموذجية

• لوحات مدخل الخدمة الرئيسية (النوع 1)

• لوحات توزيع المباني (النوع الثاني)

• لوحات التحكم في البيئات الصناعية (النوع الثاني)

• حماية عند نقطة الاستخدام أو على مستوى المقبس للأجهزة الحساسة التي تعمل بالتيار المتردد (النوع 3)

مثال من منتج بريتك ايه سي اس بي دي يتراوح

• BR-50GR (النوع 1): تم تصنيفها لـ Uc 275/320/440 فولت، مع جهد يصل إلى 25 كيلو أمبير (10/350 ميكروثانية)؛ مثالية للحماية من الصواعق عند مدخل الخدمة في أنظمة TN/TT.

• BR-12.5M (النوع 1+2 هجين): يتعامل مع كل من نبضات البرق والتحويلات، مما يجعله مناسبًا للمنشآت الصناعية.

• BR-40 وBR-30FU (النوع 2): مُصنف لـ Uc 275 فولت، مع 20 كيلو أمبير / Imax 40 كيلو أمبير (8/20 ميكروثانية)؛ يدمج BR-30FU مصهرًا احتياطيًا، مما يبسط عملية التثبيت ويحسن السلامة.

• BR-230/BR275-6 (النوع 3): مصمم لحماية المعدات الطرفية، مع الجهد المتبقي المنخفض (أعلى ≥ 1.5 كيلو فولت).

3. ما هي الحماية من زيادة التيار المستمر؟

حماية من زيادة التيار المستمر تم تصميمه لأنظمة التيار المباشر، حيث تتدفق الكهرباء في اتجاه واحد دون معابر طبيعية صفرية. على عكس أنظمة التيار المتردد التي تستفيد من عكس الجهد الدوري، تمثل أنظمة التيار المستمر تحديًا هندسيًا فريدًا: الأقواس لا تنطفئ ذاتيًا. وهذا يعني أن أجهزة DC SPD تتطلب تبريدًا أكثر قوة للقوس، وفصلًا حراريًا، وآليات تحرير ميكانيكية لضمان السلامة ومنع الهروب الحراري.

الميزات الرئيسية لـ DC SPDs

• تقييمات الجهد: مصمم بشكل نموذجي من 500 فولت تيار مستمر إلى 1500 فولت تيار مستمر، ويغطي مصفوفات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وأنظمة تخزين البطاريات (BESS)، وشبكات الشحن السريع بالتيار المستمر.

• اختيار MOV أحادي الاتجاه: لاستيعاب قطبية التيار المستمر، تستخدم وحدات SPD للتيار المستمر محركات MOV أحادية الاتجاه، مما يضمن التثبيت الصحيح للتدفق لتدفق التيار في اتجاه واحد.

• قمع القوس: نظرًا لأن التيار المستمر يفتقر إلى التقاطع الصفري، فإن وحدات SPD للتيار المستمر تدمج عمليات الفصل الحراري سريعة المفعول، أو أنابيب تفريغ الغاز (GDTs)، أو غرف القوس لكسر تيارات الصدع بأمان.

• التعامل مع الطفرة العالية: تم تصميمه لامتصاص زيادات الطاقة العالية مع تقييمات In/Imax تصل إلى 20-40 كيلو أمبير (8/20 ميكروثانية) وأجهزة من النوع 1+2 مُصنفة لنبضات البرق Iimp.

• الامتثال والشهادة:

  • يجب أن يتوافق مع IEC 61643-31 (لأجهزة SPD الكهروضوئية DC) أو يو ال 1449 (لأنظمة التيار المستمر في أمريكا الشمالية، حتى 1500 فولت تيار مستمر).

  • اعتمادًا على متطلبات المشروع أو المتطلبات الإقليمية، قد تحمل المنتجات شهادات TÜV أو CB أو UL إضافية للامتثال للشبكة وتدقيق السلامة.

التطبيقات النموذجية للحماية من زيادة التيار المستمر

• مصفوفات الطاقة الشمسية الكهروضوئية (حماية السلسلة أو صندوق التجميع، عادةً 1000 فولت تيار مستمر أو 1500 فولت تيار مستمر).

• أنظمة تخزين طاقة البطارية (BESS) لحلول الشبكة أو الشبكات الصغيرة.

• محطات شحن المركبات الكهربائية (EV)، وخاصة الشحن السريع بالتيار المستمر.

• أبراج الاتصالات وأنظمة الطاقة المتجددة (محولات توربينات الرياح، شبكات التيار المستمر الهجين).

أمثلة من بريتك DC SPD يتراوح

• BRPV3-1000 (النوع 1+2 DC SPD)

  • تصنيف الجهد: Uc = 1000 فولت تيار مستمر

  • تيار التفريغ الاسمي: In = 20 كيلو أمبير

  • الحد الأقصى لتيار التفريغ: Imax = 40 كيلو أمبير (8/20 ميكروثانية)

  • مستوى حماية الجهد: أعلى ≥ 3.8 كيلو فولت

  • الميزات: فاصل حراري + إشارة عن بعد للمراقبة في الوقت الحقيقي.

• BRPV3-1500 (النوع 1+2 DC SPD)

  • تصنيف الجهد: Uc = 1500 فولت تيار مستمر

  • تيار التفريغ الاسمي: In = 20 كيلو أمبير

  • الحد الأقصى لتيار التفريغ: Imax = 40 كيلو أمبير

  • مستوى حماية الجهد: يصل إلى 4.5 كيلو فولت

  • الميزات: تصميم الغرفة القوسية + القطع الحراري، مما يضمن التشغيل الموثوق في محطات الطاقة الكهروضوئية والبنية التحتية للمركبات الكهربائية.

4. ما الفرق بين الحماية من زيادة التيار المتردد والتيار المستمر؟

على الرغم من أن AC SPDs وDC SPDs تبدو متشابهة للوهلة الأولى، إلا أن مبادئ التصميم والمعايير ومتطلبات التطبيق الخاصة بها مختلفة تمامًا. يلخص الجدول أدناه الاختلافات الرئيسية بين AC SPD وDC SPD:

4.1 خصائص التيار الكهربائي: التيار المتردد مقابل التيار المستمر

يعكس التيار المتردد اتجاهه بشكل دوري (الموجة الجيبية)، مما يسمح بنقاط عبور الصفر الطبيعية. يتدفق التيار المستمر في اتجاه واحد بشكل مستمر (شكل موجي مسطح)، مما يجعل إطفاء القوس أكثر صعوبة.

التضمين:

تستفيد أجهزة SPD للتيار المتردد من التقاطع الصفري لانقطاع القوس، بينما تتطلب أجهزة SPD للتيار المستمر آليات أكثر قوة لقمع القوس بسبب خصائص الشكل الموجي.

4.2 ارتفاع الموجي

• غالبًا ما يكون لموجات التيار المتردد أشكال موجية جيبية أكثر سلاسة.
• تكون زيادات التيار المستمر أقصر وأسرع وأكثر مفاجأة مع الجهد العلوي المسطح

احتياجات وقت الاستجابة:

تتطلب وحدات SPD للتيار المستمر عادةً أوقات استجابة أسرع (≥25ns) للحماية من العابرين السريعين.

4.3 مبادئ تصميم وتشغيل أجهزة SPD

• سرعة التيار المتردد: مصممة لقطبية الجهد المتناظرة وإدخال موجة جيبية
• العاصمة سبد: مصمم للدوائر الحساسة للقطبية وتدفق التيار أحادي الاتجاه

التكنولوجيا المستخدمة: تستخدم كل من أجهزة التيار المتردد والتيار المستمر SPD بشكل شائع MOVs (مكثفات أكسيد المعدن)، وقطع الاتصال الحراري، وأحيانًا GDTs (أنابيب تفريغ الغاز). لفهم كيفية عمل هذه المكونات داخل جهاز الحماية من زيادة التيار، راجع دليلنا التفصيلي كيف يعمل SPD.

4.4 تقييمات الجهد وقدرة الطفرة

• أجهزة SPD للتيار المتردد: تتراوح من 115 فولت إلى 600 فولت
• DC SPDs: تتراوح من 500 فولت إلى 1500 فولت

مثال:

يعالج DC SPD FLY1-40PV ما يصل إلى 40 كيلو أمبير؛ يتراوح تيار AC SPD USP2 حتى 120 كيلو أمبير، وفقًا للطراز.

4.5 بيئات التطبيق

• سرعة التيار المتردد: مكاتب، منازل، تكييف هواء، لوحات تحكم
• العاصمة سبد: الطاقة المتجددة، الاتصالات الخارجية، أنظمة النقل

التسامح البيئي:

عادةً ما تدعم أجهزة DC SPD نطاقات درجات الحرارة الأوسع والرطوبة النسبية بسبب التطبيقات الخارجية.

4.6 إطفاء القوس

• مكيف الهواء: ينطفئ القوس بشكل طبيعي عند معبر الصفر
• العاصمة: يتطلب تبريد القوس الميكانيكي/الحراري بسبب عدم وجود انعكاس قطبي.

لماذا يهم:

يمكن أن يؤدي عدم كفاية قمع القوس في مانعات التيار المستمر إلى الهروب الحراري والحرائق.

4.7 المعايير والاختبار وإصدار الشهادات

• معايير التيار المتردد SPD: يو إل 1449، آي إي سي 61643-11 (النوع 1، 2، 3)
• معايير DC SPD: EN 50539-11، IEC 61643-31، UL 1449 (PV، BESS، تركيز EV)

مثال:

يجب التحقق من فئة الحماية من زيادة التيار عبر ملصقات SPD المعتمدة من TUV لضمان امتثال الشبكة.

5. كيفية اختيار SPD المناسب

لا يقتصر اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) الصحيح على تصنيف الجهد الكهربي فحسب، بل يتضمن أيضًا موضع التثبيت وتنسيق الحماية والامتثال للمعايير الدولية. فيما يلي العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها:

1. قم بمطابقة SPD مع جهد النظام الخاص بك

• أنظمة التيار المتردد (IEC 61643-11 / UL 1449)

  • 230/400 فولت (شبكات TN/TT): اختر يو سي 275 فولت نماذج.

  • مثال: Britec BR-40/30FU - النوع 2 SPD، Uc 275 V، في 20 كيلو أمبير، Imax 40 كيلو أمبير، مع مصهر مدمج للحماية الاحتياطية.

• أنظمة الطاقة الكهروضوئية DC (IEC 61643-31 / UL 1449 ≥1500 Vdc)

  • مصفوفات 600 فولت تيار مستمر، أو 1000 فولت تيار مستمر، أو 1500 فولت تيار مستمر: حدد تصنيف DC Uc المطابق.

  • مثال: بريتك BRPV3-1000 (UC 1000 Vdc) أو BRPV3-1500 (UC 1500 فولت تيار مستمر) - النوع 1+2 DC SPDs لصناديق التجميع والمحولات الكهروضوئية.

نصيحة: تأكد دائمًا من أن Uc الخاص بـ SPD (جهد التشغيل المستمر) هو ≥ 1.2 × جهد النظام الاسمي لتجنب التقادم المبكر.

2. قم بتطبيق فئة الحماية المناسبة (النوع) على كل مستوى تثبيت

• النوع 1 (تيار البرق 10/350 ميكروثانية)

  • تم تركيبها عند مدخل الخدمة / التوزيع الرئيسي.

  • يعالج تيارات البرق المباشرة.

  • مثال: BR-12.5M النوع 1+2 SPD, ، Iimp 12.5 كيلو أمبير.

• النوع 2 (زيادات التبديل 8/20 ميكروثانية)

  • مثبتة على لوحات التوزيع الأرضية.

  • يحمي من تبديل العواصف والتيارات البرق المتبقية.

  • مثال: BR-40/30FU النوع 2 SPD (مع فاصل متكامل).

• النوع 3 (نقطة الاستخدام)

  • يتم تركيبها بالقرب من المعدات الحساسة (أجهزة الكمبيوتر والخوادم والأجهزة الطبية).

  • يحمي من الاندفاعات المتبقية التي لا يتم تثبيتها بواسطة SPDs المنبع.

القاعدة الهندسية: إذا كان طول الكابل بين مرحلتي الحماية >10 م، قم بتركيب أجهزة SPD إضافية عند كلا الطرفين لضمان التنسيق.

3. التأكد من التنسيق مع القواطع والصمامات

• يجب تنسيق SPDs مع صمامات MCB/RCB/الاحتياطية.

• بعض النماذج مثل بريتك BR-40/30FU, ، ودمج الفواصل الحرارية والحماية الاحتياطية، مما يقلل المساحة والتكلفة.

4. الامتثال للمعايير

• أجهزة SPD للتيار المتردد: اللجنة الكهروتقنية الدولية 61643-11، يو إل 1449

• PV DC SPDs: IEC 61643-31، UL 1449 (≥1500 فولت تيار مستمر)

تأكد دائمًا من أن SPD يحمل شهادات اختبار CE أو UL أو IEC المناسبة، خاصة بالنسبة للمشاريع الدولية.

الوجبات الجاهزة الرئيسية

إن اختيار SPD المناسب يعني مطابقة الجهد الكهربي، واختيار النوع الصحيح لكل مستوى تركيب، وضمان التنسيق المناسب، والامتثال لمعايير IEC/UL.

مع محفظة بريتيك (BR-12.5M، BR-40/30FU، BRPV3-1000، BRPV3-1500), ، يمكنك تغطية تطبيقات الطاقة الشمسية السكنية والتجارية والصناعية والكهروضوئية من خلال حماية معتمدة وعالية الأداء من زيادة التيار.

6. الاستنتاج

قد تبدو أجهزة الحماية من زيادة التيار المتردد والتيار المستمر متشابهة، ولكنها تخدم أنظمة مختلفة بشكل أساسي. تم تحسين أجهزة SPD للتيار المتردد لتطبيقات الموجة الجيبية في المباني والشبكات. تم تصميم DC SPDs لأشكال موجية ذات جهد مسطح في البنى التحتية DC المتجددة وعالية الجهد.

يعد اختيار SPD الصحيح أمرًا ضروريًا لحماية المعدات والحفاظ على الامتثال لمعايير السلامة.

لضمان الحماية المثلى:

• قم دائمًا بمطابقة نوع SPD مع النظام الحالي (AC أو DC)
• ضع في اعتبارك تصنيف الجهد وخصائص الشكل الموجي والقدرة على امتصاص الطاقة المطلوبة.
• اختر المنتجات المعتمدة (TUV، UL، CE) ذات التصنيفات المناسبة لفئة الحماية من زيادة التيار.

هل تحتاج إلى مساعدة في اختيار SPD الخاص بك؟ اتصل بأخصائي كهربائي معتمد أو مزود حماية من زيادة التيار للعثور على الحل المناسب للحماية من زيادة التيار المستمر أو حل الحماية من زيادة التيار المتردد لنظامك.