أنواع أجهزة الحماية من الطفرة الصناعية واستراتيجيات الحماية المتدرجة
31/10/2025
ستقدم هذه المقالة بشكل منهجي الأنواع وطرق التصنيف وكيفية بناء نظام حماية متدرج فعال لها واقيات الطفرة الصناعية (SPD).
التصنيف حسب المبدأ الفني وقدرة التفريغ
هذه هي طريقة التصنيف الأساسية لـ SPD، والتي تحدد بشكل مباشر سيناريوهات التطبيق ومستويات الحماية الخاصة بها، وتعتمد عادةً على المعايير الدولية مثل IEC 61643.
القدرة على التفريغ: قادر على تحمل وإطلاق ضربات البرق المباشرة أو تيار البرق الجزئي (محاكاة شكل موجة 10/350 ميكروثانية)؛ يمكن أن تصل تيارات الاختبار عادةً إلى عشرات الكيلومترات.
سيناريوهات التطبيق: يتم تركيبه بشكل أساسي عند مدخل خزانة التوزيع الرئيسية للمبنى (MDB) كجهاز حماية أساسي لتحرير تيار الصواعق من الخطوط الخارجية (مثل خطوط الكهرباء).
النوع 2 (النوع 2/T2): محدد الجهد
المبدأ الفني: المكون الأساسي هو المكثف (MOV). تحت الجهد العادي، تظهر MOV مقاومة عالية؛ عندما يحدث ارتفاع في الجهد الزائد، تنخفض مقاومتها بشكل حاد، متجاوزة التيار ومثبتة الجهد إلى مستوى آمن.
قدرة التفريغ: أجهزة الحماية من زيادة التيار من النوع 2 يستخدم لتفريغ ضربات البرق المستحثة والجهد التشغيلي الزائد (محاكاة شكل موجة 8/20 ميكروثانية)، مع قدرة تفريغ تتراوح عادة من عدة آلاف إلى عشرات الآلاف من الأمبيرات.
سيناريوهات التطبيق: يتم تركيبها أسفل خزانة التوزيع الرئيسية في خزانة التوزيع (لوحة التوزيع، SDB) أو قبل خزانة التحكم الخاصة بالمعدات المهمة، لتكون بمثابة حماية ثانوية لتوفير الحماية لمعظم المعدات الكهربائية.
النوع 3 (النوع 3/T3): الحماية المتقدمة
المبدأ الفني: يستخدم عادة MOVs الدقيقة، أو أنابيب تفريغ الغاز، أو صمامات TVS الثنائية، مما يؤدي إلى استجابة سريعة للغاية وانخفاض الجهد المتبقي (مستوى الحماية).
سعة التفريغ: سعة التفريغ صغيرة نسبيًا، وتستخدم في المقام الأول لقمع زيادة الجهد المتبقي بشكل أكبر.
سيناريوهات التطبيق: أجهزة الحماية من زيادة التيار من النوع 3 تم تركيبها بالقرب جدًا من المعدات المحمية، كما هو الحال في مقبس الجهاز أو لوحة المقبس، لتوفير الحماية الدقيقة. عادةً ما يلزم استخدامه مع SPD من النوع 2 ولا يمكن تثبيته بمفرده.
Spd المجمعة (النوع 1+2): الحل المتكامل
المبدأ الفني: يدمج هذا الجهاز فجوة شرارة من النوع 1 ومكثف من النوع 2، مما يوفر مزايا قدرة التفريغ العالية ومستوى الحماية المنخفض.
سيناريوهات التطبيق: أجهزة الحماية من زيادة التيار SPD (النوع 1+2) المدمجة مناسبة للتطبيقات ذات المساحة المحدودة أو التي تتطلب تصميمًا مبسطًا. يمكن تركيبه مباشرة في خزانة التوزيع الرئيسية عند مدخل المبنى، مما يوفر حماية مشتركة من المستوى الأول والثاني.
التصنيف الموسع لأجهزة الحماية من الطفرة الصناعية
بالإضافة إلى أنواع التكنولوجيا الأساسية، يمكن أيضًا تصنيف أجهزة SPD الصناعية وفقًا لأبعاد أخرى.
التصنيف حسب نوع مصدر الطاقة
مصدر طاقة التيار المتردد SPD: يستخدم لحماية أنظمة إمداد طاقة التيار المتردد، مثل شبكات الطاقة الصناعية 380 فولت/220 فولت.
مزود طاقة التيار المستمر (SPD): يستخدم لحماية أنظمة إمداد طاقة التيار المستمر، مثل أنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية، ومحركات محركات التيار المستمر، وإمدادات طاقة محطة الاتصالات الأساسية.
طاقة التيار المتردد SPD مقابل طاقة التيار المستمر SPD
ميزة
قوة التيار المتردد SPD
تيار مستمر الطاقة SPD
التطبيق الأساسي
اللوحات الكهربائية الرئيسية والفرعية والدوائر الفرعية في المنازل والمكاتب والمنشآت الصناعية.
مصفوفات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وأنظمة تخزين البطاريات، ومحطات شحن المركبات الكهربائية، والاتصالات، والسيارات، والنقل البحري، والنقل العام.
جهد النظام
يتبع الفولتية القياسية للتيار المتردد (على سبيل المثال، 120 فولت، 230 فولت، 400 فولت، 480 فولت).
متغير للغاية (على سبيل المثال، 12 فولت، 24 فولت، 48 فولت للبطاريات؛ 600 فولت إلى 1500 فولت لسلاسل الطاقة الشمسية).
السلوك الحالي
التيار المتردد. يتجاوز الجهد الصفر 100 أو 120 مرة في الثانية. هذا يساعد إطفاء القوس الكهربائي.
التيار المباشر. الجهد ثابت ولا يتجاوز الصفر. هذا يجعل الانحناء أكثر استدامة وخطورة.
تحدي التصميم الرئيسي
إدارة الجهد الزائد العابر. يساعد التقاطع الصفري للتيار المتردد بشكل طبيعي على مقاطعة متابعة التيار.
قمع القوس. يتمثل التحدي الأساسي في إخماد “تيار المتابعة” بأمان من مصدر التيار المستمر بعد حدوث زيادة مفاجئة دون اشتعال النيران في SPD.
التكنولوجيا والمكونات الداخلية
الاستخدامات في المقام الأول متغيرات أكسيد المعدن (MOVs) وأحيانًا أنابيب تفريغ الغاز (GDTs). التصاميم واضحة نسبيا.
يستخدم أكثر قوة وسائل التحقق مع غرف/حشوات خاصة للتبريد القوسي. الاعتماد بشكل أكبر على GDTs مصمم خصيصًا للتيار المستمر، والذي يمكنه التعامل بأمان مع جهد التيار المستمر المستمر دون تسريب.
تصنيف الجهد (UC)
مُصنف للتشغيل المستمر بجهد التيار المتردد RMS القياسي (على سبيل المثال، 275 فولت، 320 فولت، 440 فولت).
مُصنف للتشغيل المستمر بجهد نظام تيار مستمر محدد (على سبيل المثال، 1000 فولت تيار مستمر، 1500 فولت تيار مستمر).
الانفصال والسلامة
غالبًا ما تشتمل على فاصلات حرارية لتعطيل MOV التي تدهورت بسبب العديد من الزيادات المفاجئة.
حاسمة وأكثر قوة. يتطلب آليات فشل متقدمة لفصل SPD فعليًا عن مصدر التيار المستمر بطريقة آمنة من الفشل، حيث إن قوس التيار المستمر المستمر يشكل خطرًا كبيرًا على الحريق.
معايير الشهادة
UL 1449 (أمريكا الشمالية)، IEC 61643-11 (الدولية).
UL 1449 (لتطبيقات محددة للتيار المستمر)، وIEC 61643-11، وUL 497B، ومعايير محددة للأنظمة الكهروضوئية مثل IEC 62548.
التصنيف حسب نوع الإشارة
لا تحتوي البيئات الصناعية على خطوط الكهرباء فحسب، بل تحتوي أيضًا على العديد من خطوط الإشارة والتحكم. تم تصميم أجهزة SPD الخاصة بالإشارة خصيصًا لحماية خطوط الجهد المنخفض هذه، مثل:
● شبكة/إيثرنت SPD
● RS-232/485/422 المنفذ التسلسلي SPD
● مدخلات/مخرجات تناظرية/رقمية SPD
● الكبل المحوري SPD (يستخدم للمراقبة بالفيديو، والهوائيات، وما إلى ذلك)
التصنيف حسب هيكل التركيب
أجهزة الحماية من زيادة التيار
يبدو وكأنه محول ويتم توصيله مباشرة بمقبس الحائط. يستخدم بشكل أساسي لحماية جهاز واحد وينتمي إلى النوع 3.
أجهزة الحماية من زيادة التيار
يسمح التصميم المعياري القياسي بتركيبه على سكة DIN في خزانة التوزيع، تمامًا مثل قاطع الدائرة الكهربائية. هذا هو الشكل الأكثر شيوعًا في التطبيقات الصناعية، حيث يسهل التثبيت والاستبدال ومراقبة الحالة (عبر اتصالات الإشارة عن بعد). النوع 1 والنوع 2 هما في الغالب من هذا النوع.
أجهزة الحماية من زيادة التيار من النوع الصندوقي
يتم دمج وحدات SPD أو الصمامات أو قواطع الدائرة في حاوية حماية واحدة، والتي تُستخدم بشكل شائع في صناديق المعدات الخارجية أو الميدانية.
كيفية بناء نظام حماية متدرج (متدرج)؟
لا يمكن لـ SPD واحد أن يوفر حماية مثالية، لذا يلزم وجود استراتيجية حماية متدرجة (أو متدرجة).
مبدأ الحماية المتدرجة
المفهوم الأساسي للحماية المتدرجة هو “التفريغ خطوة بخطوة والتثبيت طبقة تلو الأخرى”.”
المستوى 1 (النوع 1/النوع 1+2): عند الخط الوارد الرئيسي، يمتص ويفرغ الغالبية العظمى من طاقة التدفق الهائلة، مما يحد من الجهد الزائد لعدة كيلو فولت إلى مستوى أقل (على سبيل المثال، 1500-2500 فولت).
المستوى 2 (النوع 2): عند لوحة التوزيع، يقوم أيضًا بتفريغ الزيادات المتبقية التي اخترقت المستوى 1 ويثبت الجهد الكهربائي إلى مستوى أكثر أمانًا (على سبيل المثال، 1000-1500 فولت).
المستوى 3 (النوع 3): في الواجهة الأمامية للمعدات، يوفر القمع النهائي للزيادات الطفيفة المتبقية، مما يوفر أقل جهد متبقي ممكن (عادةً أقل من 1000 فولت)، مما يضمن السلامة المطلقة لمنافذ المعدات الدقيقة.
يجب الحفاظ على مسافة خط معينة (يوصى عمومًا بأن تكون أكثر من 10 أمتار) بين كل مستوى من مستويات SPD للاستفادة من مقاومة الخط لتنسيق الطاقة. إذا كانت المسافة غير كافية، تكون مكونات الفصل (مثل محاثات الفصل المخصصة أو الصمامات/قواطع الدائرة المناسبة) مطلوبة لضمان عمل كل مستوى من مستويات SPD في تسلسل منسق.
مثال على تكوين Spd في السيناريوهات الصناعية النموذجية
السيناريو: مركز التحكم الآلي في خط الإنتاج
غرفة التوزيع الرئيسية (MDB): قم بتركيب وحدات SPD من النوع 1+2 لحماية مدخلات الطاقة للمبنى بأكمله.
خزانة التحكم في خط الإنتاج (SDB): قم بتثبيت SPDs من النوع 2 لحماية مصدر الطاقة لوحدات التحكم الأساسية مثل PLCs ومحولات التردد.
وحدة الإدخال/الإخراج PLC الأمامية: قم بتثبيت SPDs للإشارة على خطوط إشارة التحكم (على سبيل المثال، 24V DC).
محطة عمل المهندس: استخدم لوحات مقابس SPD من النوع 3 على المقابس لحماية الكمبيوتر والمبرمج.
محول شبكة ورشة العمل: قم بتثبيت وحدات SPD الخاصة بشبكة Ethernet على منافذ الشبكة.
التعليمات
كيفية اختيار نوع SPD المناسب بناءً على ظروف الموقع؟
الخطوة 1: تحديد موقع التثبيت. حدد T1 أو T1+2 لخزانة الخط الوارد الرئيسية؛ T2 لخزانة التوزيع؛ و T3 للواجهة الأمامية للمعدات.
الخطوة 2: التحقق من المعلمات الرئيسية. يجب أن يكون الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر (Uc) أكبر من أعلى جهد قد يحدث في شبكة الطاقة المحلية؛ يجب أن يفي تيار التفريغ الاسمي (In) والحد الأقصى لتيار التفريغ (Imax) بمتطلبات مستوى الحماية من الصواعق (LPL) لنقطة التثبيت؛ يجب أن يكون مستوى حماية الجهد (أعلى) أقل من قيمة جهد الصمود للمعدات المحمية.
الخطوة 3: خذ في الاعتبار عوامل أخرى، مثل نظام إمداد الطاقة (AC/DC)، وطريقة التثبيت (نموذجية/نوع الصندوق)، ومؤشر الحالة، ومتطلبات وظيفة الإشارة عن بعد.
الفحص والصيانة اليومية لـ SPD الصناعي
الفحص البصري المنتظم: تحقق من SPD بحثًا عن أي ضرر مادي، مثل الشقوق أو علامات الحروق.
راقب مؤشر الحالة: تحتوي معظم أجهزة SPD على مؤشر نافذة مرمز بالألوان (أخضر/أحمر). يشير اللون الأخضر إلى التشغيل العادي، ويشير اللون الأحمر إلى الفشل الذي يتطلب الاستبدال الفوري.
احتفظ بسجل الصيانة: سجل تاريخ التثبيت وتاريخ الفحص الأولي وتفاصيل الفحص اللاحق. حتى عندما تكون في حالة طبيعية، تتمتع أجهزة SPD بعمر افتراضي محدود؛ فمن المستحسن فحصها أو استبدالها بشكل دوري (على سبيل المثال، كل 3-5 سنوات) أو بعد حدوث زيادة كبيرة.
هل يمكن لأجهزة الحماية من زيادة التيار أن تمنع قواطع الدائرة من التعثر؟
تتمثل الوظيفة الأساسية لـ SPD في منع تلف المعدات بسبب الجهد الزائد، وليس منع قواطع الدائرة من التعثر.
خاتمة
من خلال فهم المبادئ الفنية وسيناريوهات التطبيق لأنواع مختلفة من أجهزة الحماية من الاندفاع الصناعي (SPD) (t1، t2، t3)، ودمجها مع الحماية الشاملة لخطوط الطاقة والإشارة، يمكننا بناء نظام حماية هرمي فعال (خطوة بخطوة).
#!trpst#trp-gettext data-trpgettextoriginal=16#!trpen#Optimized by #!trpst#trp-gettext data-trpgettextoriginal=15#!trpen#مسرع السيرافينيت#!trpst#/trp-gettext#!trpen##!trpst#/trp-gettext#!trpen#
