كيفية اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار أحادي الطور؟

مقدمة

تعد الزيادات المفاجئة واحدة من أكثر التهديدات التي يتم الاستهانة بها في الأنظمة الكهربائية. يمكن أن يؤدي الجهد الزائد المفاجئ، سواء كان ناجمًا عن البرق أو تبديل الشبكة أو حتى المعدات الداخلية، إلى تدهور العزل أو قواطع الرحلات أو تدمير الأجهزة الحساسة في لحظة. يعد جهاز الحماية من زيادة التيار أحادي الطور (SPD) هو خط الدفاع الأول. فهو يحول الطاقة الزائدة إلى الأرض ويضمن بقاء الجهد الكهربي الذي يصل إلى أجهزتك ضمن الحدود الآمنة.

بالنسبة للمهندسين الكهربائيين ومتخصصي المشتريات، لا يتمثل التحدي في استخدام SPD أحادي الطور، ولكن في كيفية اختيار النوع المناسب. يوفر هذا الدليل منهجًا واضحًا وتقنيًا وعمليًا يجمع بين المعايير الدولية وأفضل الممارسات الهندسية والخبرة الواقعية.

ما هو جهاز الحماية من زيادة التيار أحادي الطور؟

يتم تركيب جهاز حماية من زيادة التيار أحادي الطور في أنظمة تيار متردد أحادية الطور 230/240 فولت للحماية من الجهد الزائد العابر. إنه يعمل من خلال البقاء سلبيًا تحت الجهد العادي، ولكن بمجرد حدوث زيادة، يصبح مسارًا منخفض المعاوقة ويعيد توجيه تيار التدفق إلى الأرض.

يتم تطبيق أجهزة الحماية أحادية الطور على نطاق واسع في لوحات التوزيع السكنية والمباني التجارية وأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ولوحات التحكم الصناعية. وفي كل حالة، تعمل على إطالة عمر المعدات، وتقليل وقت التوقف عن العمل، وتوفير الامتثال لمتطلبات السلامة الحديثة.

معايير IEC وتصنيف SPD

يجب أن يتوافق اختيار جهاز الحماية من زيادة التيار أحادي الطور مع المعايير الدولية في المقام الأول إيك 61643-11 و إيك 61643-12. تحدد هذه الأشكال الموجية للاختبار والتصنيف وإرشادات التثبيت:

• النوع 1 SPD: تم اختباره باستخدام شكل موجة 10/350 ميكروثانية، وهو مصمم لتحمل تيارات البرق المباشرة. يتم تركيبها عند مدخل الخدمة حيث توجد الخطوط الهوائية أو أنظمة الحماية من الصواعق.

• النوع 2 SPD: تم اختباره باستخدام شكل موجة 8/20 ميكروثانية، وهو يحمي من طفرات التحويل والصواعق غير المباشرة. عادة ما يتم تركيبها في لوحات التوزيع.

• النوع 3 SPD: يتم تركيبه بالقرب من الأحمال الحساسة، مما يضمن انخفاض الجهد المتبقي (أعلى). يستخدم كمرحلة أخيرة من الحماية.

إذا كنت تريد التعمق أكثر في التصنيف التفصيلي لـ SPDs وكيفية تعريف كل نوع في المعايير والتطبيقات العملية، يمكنك استكشاف مقالتنا المخصصة هنا: تصنيف SPDs.

المعلمات الرئيسية التي يجب مراعاتها

عند مقارنة أجهزة SPDs أحادية الطور المختلفة، هناك عدة معلمات مهمة للاختيار الصحيح:

• Uc (الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر): الحد الأقصى لجهد RMS الذي يمكن للجهاز التعامل معه دون تدهور. بالنسبة لأنظمة 230/240 فولت، القيمة القياسية هي 275 فولت تيار متردد بين الخط والمحايد.

• أعلى (مستوى حماية الجهد): الجهد المثبت أثناء الطفرة. تتطلب الإلكترونيات الحساسة ما يصل إلى أقل من 1.5-2.5 كيلو فولت.

• في (تيار التفريغ الاسمي): التيار الذي يمكن لـ SPD تفريغه بشكل متكرر دون فشل. يجب أن يتعامل SPD الجيد أحادي الطور مع 20 كيلو أمبير (8/20 ميكروثانية) على الأقل.

• Imax (الحد الأقصى لتيار التفريغ): الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يتحمله SPD في حدث واحد، عادةً 40 كيلو أمبير أو أكثر.

• Iimp (تيار النبض): خاص بأجهزة SPD من النوع 1، تم اختبارها باستخدام شكل موجة 10/350 ميكروثانية. تبدأ القيم عند 12.5 كيلو أمبير، ويوصى بـ 25 كيلو أمبير في المناطق عالية الخطورة.

• وقت الاستجابة: تعمل أجهزة SPDs بالنانو ثانية. كلما كان التفاعل أسرع، كانت الحماية أفضل للإلكترونيات الحساسة.

يجب أن تتوافق هذه المعلمات دائمًا مع مستوى تعرض النظام ونوع التأريض وفئة عزل المعدات.

نظام التأريض وتكوينات الأسلاك

غالبًا ما يتم التغاضي عن نوع التأريض، ولكنه أحد العوامل الأكثر حسمًا عند اختيار جهاز الحماية من الاندفاع المفاجئ أحادي الطور.

• أنظمة تي تي: يتطلب 1P+N (وتسمى أيضًا 1+1) SPD. يستخدم هذا التكوين حماية MOV بين الخط والمحايد، بالإضافة إلى فجوة شرارة أو عنصر مخصص بين المحايد وPE. إنه يضمن التفريغ المتحكم به إلى الأرض، وهو أمر حيوي في TT حيث يمكن أن ترتفع الإمكانات المحايدة أثناء الأعطال.

• أنظمة TN-S أو TN-C-S: يمكن استخدام إما 1P أو 1P+N حسب تصميم لوحة التوزيع. ويجب حماية كلا المسارين من خط إلى محايد ومن خط إلى أرض.

• أنظمة TN-C: عادةً ما يتم تطبيق 1P أو 2P SPDs اعتمادًا على ما إذا كان يمكن الوصول إلى موصل PEN.

بالنسبة لجميع الأنظمة، تظل قواعد توصيل الأسلاك كما هي: حافظ على اتصال SPD بالأرض قصيرًا قدر الإمكان، ومن الناحية المثالية أقل من 0.5 متر. تعمل الخيوط الطويلة على زيادة الحث وبالتالي زيادة الجهد المتبقي الذي سيراه الجهاز المحمي.

دليل الاختيار خطوة بخطوة

وهذا هو قلب عملية صنع القرار. يبحث العديد من المهندسين والمشترين بشكل خاص عن كيفية اختيار SPD أحادي الطور، لذلك يوفر هذا القسم خريطة طريق مفصلة وعملية:

الخطوة 1: تقييم المخاطر والتعرض

تحديد ما إذا كان المبنى يحتوي على نظام خارجي للحماية من الصواعق (LPS) أو يتم إمداده عن طريق الخطوط الهوائية. إذا كانت الإجابة بنعم، فإن وجود SPD من النوع 1 عند مدخل الخدمة إلزامي. بالنسبة للإمدادات تحت الأرض في المناطق منخفضة المخاطر، قد يكون النوع 2 عالي السعة كافيًا.

الخطوة 2: تحديد نظام التأريض

تحقق مما إذا كان التثبيت الخاص بك هو TT أو TN-S أو TN-C-S أو TN-C. يحدد هذا ما إذا كنت بحاجة إلى 1P SPD، أو 1P+N SPD، أو 2P SPD. يمكن أن يؤدي تحديد تكوين الأسلاك الخاطئ إلى جعل SPD غير فعال.

الخطوة 3: تحديد مرحلة الحماية

• عند مدخل الخدمة: النوع 1 أو النوع 1+2 SPD مدمج.

• في لوحات التوزيع: النوع 2، مع دخل ≥ 20 كيلو أمبير وImax ≥ 40 كيلو أمبير.

• عند الأحمال الحساسة: النوع 3، لتقليل مقاومة عزل الأجهزة الإلكترونية.

الخطوة 4: حدد التقييمات الفنية

مطابقة تقييمات SPD لنظامك:

• Uc: 275 فولت تيار متردد لأنظمة 230/240 فولت.

• لأعلى: يجب أن يكون أقل من فئة عزل المعدات (IEC 60664: Cat II ≈ 2.5 كيلو فولت، Cat III ≈ 4 كيلو فولت).

• In/Imax/Iimp: حسب مستوى التثبيت ومنطقة الخطر.

الخطوة 5: خطة التنسيق بين المراحل

يجب أن تعمل SPDs معًا. يجب أن يمتص جهاز المنبع الطاقة دون تمرير جهد مدمر في اتجاه مجرى النهر، في حين يقوم جهاز SPD في اتجاه مجرى النهر بضبط الحماية. حافظ على مسافة 10 أمتار على الأقل بين الأجهزة، أو قم بإدخال محاثة فصل لضمان تقاسم الطاقة بشكل سليم.

الخطوة 6: ضمان الحماية المناسبة من التيار الزائد

يتطلب كل SPD حماية احتياطية. ما لم يتضمن SPD منصهرًا مدمجًا، قم بتركيب MCB أو منصهر على التوالي. وهذا يمنع أحداث الدائرة القصيرة عندما يصل SPD إلى نهاية العمر الافتراضي.

الخطوة 7: ضع في اعتبارك مدة الخدمة والصيانة

تتحلل SPDs بمرور الوقت. اختر النماذج مع:

• نوافذ مؤشر الحالة التي تظهر الظروف الخضراء/الحمراء.

• اتصالات الإشارة عن بعد للمراقبة في أنظمة التحكم.

• وحدات إضافية قابلة للاستبدال، لذا لا تتطلب الصيانة إعادة توصيل الأسلاك.

إن اتباع هذه العملية خطوة بخطوة يضمن أن جهاز SPD أحادي الطور الخاص بك لا يتم تقييمه بشكل صحيح فحسب، بل يتم أيضًا تثبيته وصيانته بشكل صحيح لضمان الموثوقية على المدى الطويل.

نصائح التثبيت العملية والأخطاء الشائعة

حتى أفضل أجهزة الحماية أحادية الطور سوف تفشل إذا تم تركيبها بشكل غير صحيح. اتبع هذه المبادئ الهندسية:

• حافظ على الخيوط قصيرة ومباشرة، أقل من 0.5 متر.

• كابلات الطاقة والإشارة منفصلة لتجنب زيادات الاقتران.

• لا تقم بتجميع أسلاك SPD مع الدوائر المحمية.

• قم دائمًا بتوصيل أرضي SPD بأقرب شريط ربط متساوي الجهد.

• احترام مسافات التنسيق بين مراحل SPD المختلفة.

تتضمن الأخطاء الشائعة تركيب مرحلة واحدة فقط، أو نسيان حماية N-PE في أنظمة TT، أو زيادة حجم أجهزة SPD دون حاجة فعلية. كل من هذه الأمور تقلل من كفاءة الحماية وتزيد التكاليف دون فائدة.

تطبيقات المثال

• التطبيقات السكنية: نوع 2 SPD (في 20 كيلو أمبير، Imax 40 كيلو أمبير، أعلى < 1.5 كيلو فولت) المثبت في لوحة التوزيع الرئيسية يحمي الأجهزة الإلكترونية المنزلية من اضطرابات الشبكة.

• المباني التجارية: يضمن نظام SPD من النوع 1+2 في لوحة المفاتيح الرئيسية جنبًا إلى جنب مع SPD من النوع 2 في لوحات التوزيع الأرضية استمرارية الخدمة.

• المنشآت الصناعية: وحدات SPD من النوع 1 تم تصنيفها عند 25 كيلو أمبير Iimp عند مدخل الخدمة، مع وحدات SPD من النوع 2 المنسقة في مراكز التحكم في المحركات ووحدات SPD من النوع 3 التي تحمي PLC.

• أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية: على جانب التيار المستمر، استخدم أجهزة SPD ذات التصنيف الكهروضوئي. على جانب التيار المتردد، يعمل SPD أحادي الطور من النوع 2 عند مخرج العاكس على حماية كل من العاكس وواجهة الشبكة.

خاتمة

يتطلب اختيار جهاز الحماية من الاندفاع المفاجئ أحادي الطور المناسب أكثر من مجرد مسح ورقة البيانات. ويعني ذلك فهم نظامك، وتقييم المخاطر، وتطبيق معايير IEC، ومطابقة المعلمات بعناية.

• عند المدخل، قم بالحماية من البرق من النوع 1.

• في التوزيع، اعتمد على الأجهزة القوية من النوع 2.

• بالنسبة للإلكترونيات الحساسة، أضف النوع 3 عند نقطة الاستخدام.

• احترم دائمًا نظام التأريض وممارسات الأسلاك واحتياجات الصيانة.

ومن خلال تطبيق هذه المبادئ، يمكن للمهندسين الكهربائيين ومتخصصي المشتريات التأكد من أن أنظمتهم ليست متوافقة فحسب، بل أيضًا مرنة وفعالة من حيث التكلفة وجاهزة للمستقبل.