فهم أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs)

الحاجة إلى الحماية من الطفرة

عالم اليوم مليء بالمنتجات الإلكترونية والأجهزة الكهربائية المعرضة للتلف الناتج عن ارتفاع الجهد الزائد

يمكن أن تؤدي الزيادات المفاجئة الناجمة عن التفريغ الساكن أو الأحمال السعوية والحثية أو البرق إلى تدمير المعدات والمكونات الإلكترونية المتطورة المستخدمة في التطبيقات الصناعية والتجارية بسرعة. تؤدي هذه الزيادات إلى إصابة العمليات بالشلل - وخاصة أنظمة البيانات والاتصالات التي تعتمد عليها كل مؤسسة تقريبًا اليوم.,

الإصدار الثامن عشر من متطلبات الحماية من زيادة التيار

في حين أن الإصدار السابع عشر عمل على أساس احتمال حدوث ضربة صاعقة - السبب الرئيسي لارتفاع الكهرباء - وفقًا لمعايير AQ، فإن BS7671:2018 يأخذ في الاعتبار بدلاً من ذلك عواقب الضربة والزيادة المرتبطة بها. على وجه التحديد، تنص اللائحة 443.4 على أنه يجب تثبيت SPD حيث تشمل العواقب الناجمة عن الجهد الزائد ما يلي:

• ‘إصابة خطيرة أو خسارة في الأرواح’
• ‘انقطاع الخدمات العامة و/أو الإضرار بالتراث الثقافي’
• ‘توقف النشاط التجاري أو الصناعي’
• ‘التأثير على عدد كبير من الأفراد المتجمعين’

وهذا يعني فعليًا أن كل شيء باستثناء المساكن المنزلية الصغيرة يجب أن يتمتع الآن بحماية كافية من زيادة التيار.

أسباب وعواقب العواصف الكهربائية

تحدث معظم الزيادات المفاجئة في الكهرباء إما عن طريق الصواعق أو عن طريق تبديل الكهرباء. يمكن أن تحمل صاعقة البرق تيارًا بقوة 200000 أمبير، وهي خطيرة بشكل خاص حيث يمكن أن تسبب وميض البرق حريقًا أو صدمة كهربائية. تميل زيادات التحويل الناتجة عن إيقاف تشغيل الأحمال الحثية الكبيرة إلى أن تكون أقل تطرفًا ولكنها أكثر تكرارًا، مما قد يحد من العمر التشغيلي لمكونات النظام.

• الصواعق – تأثير واسع النطاق، وتيار وجهد عاليان، ولكن حدوثهما أقل شيوعًا.
• تبديل الطاقة - زيادة الحوادث:

1. تبديل أحمال المرافق والعميل - المحركات، والأحمال الكبيرة، والأعطال، وبنوك المكثفات، وتشغيل الصمامات وقواطع الدائرة، وما إلى ذلك.
2. تبديل المصدر - الشبكة الذكية، ومجموعات المولدات، وأنظمة الطاقة الكهروضوئية، وتوليد طاقة الرياح، وما إلى ذلك.

فيما يتعلق بـ SPDs، فإنها تعمل على منع تلف جميع أجزاء التركيبات الكهربائية والأجهزة الملحقة بها. يحدث هذا بسبب تجاوز الجهد الزائد العابر حد التحمل المقدر للمعدات الكهربائية، مما يتسبب في حدوث أضرار مثل المكونات المحروقة والعزل المتدهور وحتى الأسلاك المنصهرة.

أنواع أجهزة الحماية من الطفرة

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من أجهزة الحماية من زيادة التيار شائعة الاستخدام، اعتمادًا على مكان تركيبها داخل التثبيت.

أولاً، أجهزة SPD من النوع 1 قادرة على تفريغ تيار البرق الجزئي بشكل موجة يبلغ 10/350 ميكروثانية. وهذا يجعلها مناسبة للتركيب على جانب العرض بمدخل الخدمة الرئيسي، مما يحمي التثبيت بأكمله بما في ذلك لوحة الخدمة من الجهد الزائد. عادةً، يستخدمون فجوة شرارة لتوجيه التدفق إلى الأرض ومنعه من الوصول إلى المبنى.

ثانيًا، تهدف أجهزة الحماية من الصدمات (SPD) من النوع 2 إلى حماية المعدات الملحقة بالتركيب. يتم وضعها على جانب الحمل من مدخل الخدمة الرئيسي عبر طور محايد أو طور طور وتمنع انتشار الجهد الزائد من خلال مكثف أكسيد معدني (MOV) مع موجة تيار تبلغ 8/20 ميكروثانية. تحافظ MOVs على مقاومة عالية جدًا حتى يتم مواجهة ارتفاع الجهد، وعند هذه النقطة تنخفض المقاومة بشكل كبير ويمكن توجيه التيار الزائد إلى الأرض.

وأخيرًا، تعد أجهزة SPD من النوع 3 أصغر حجمًا بكثير ويجب استخدامها فقط مع جهاز من النوع 2. وهي مصممة خصيصًا لحماية المعدات الحساسة مثل أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر من الجهد الزائد. تميل موجات الجهد الخاصة بها إلى أن تكون حوالي 1.5/50 ثانية وموجات التيار تميل إلى أن تكون حوالي 8/20 ثانية.

اختيار وتطبيق نظام الطاقة AC SPD

بعد تحديد فئة SPD المطلوبة، يجب تحديد الجهد والتكوين الصحيحين.

نظام تن-سي

في هذا النظام، يتم دمج الموصل الأرضي المحايد والوقائي في موصل واحد في جميع أنحاء النظام. يُشار إلى هذا الموصل باسم PEN، وهو “أرض وقائية ومحايدة”. يتم توصيل جميع أجزاء المعدات الموصلة المكشوفة بـ PEN.

نظام TN-S

في هذا النظام، يتم تشغيل موصل أرضي محايد وواقي منفصل طوال الوقت. عادة ما يكون موصل الأرض الواقية (PE) موصلًا منفصلاً، ولكن يمكن أيضًا أن يكون الغلاف المعدني لكابل الطاقة. يتم توصيل جميع أجزاء المعدات الموصلة المكشوفة بموصل PE.

نظام TN-C-S

في هذا النظام، يتم تكوين العرض وفقًا لـ TN-C، بينما يتم تكوين التثبيت النهائي وفقًا لـ TN-S. يحدث موصل PEN المدمج عادةً بين المحطة الفرعية ونقطة الدخول إلى المبنى، ويتم فصل الأرض والمحايد في لوحة التوزيع الرئيسية. يُعرف هذا النظام أيضًا باسم التأريض الوقائي المتعدد (PME) أو التأريض المتعدد المحايد (MEN). يتم تأريض موصل PEN للإمداد في عدد من النقاط عبر الشبكة ويكون بشكل عام قريبًا مننقطة دخول المستهلك قدر الإمكان.

نظام تي تي

نظام يحتوي على نقطة واحدة من مصدر الطاقة مؤرضة والأجزاء الموصلة المكشوفة من التركيب متصلة بأقطاب كهربائية مؤرضة مستقلة. لا يتم تأريض محايد العرض الوارد في لوحة التوزيع الرئيسية.

في نظام TT، لكي تعمل أجهزة الحماية من التيار الزائد (الصمامات وقواطع الدائرة) بالطريقة المقصودة، من المهم ألا تتصل أجهزة SPD مباشرة من الطور إلى الأرض الواقية، ولكن من الطور إلى الحياد والمحايد إلى الأرض. لذلك، يحمل SPD المحايد إلى PE كلاً من PE إلى تيار نبضي محايد وPE إلى تيارات نبضية مرحلية. يوصى باستخدام SPD ليكون GDT (أنبوب تفريغ الغاز) نظرًا لخصائصه الفائقة في التعامل مع الطاقة بشكل عام.

نظام تكنولوجيا المعلومات

لا يحتوي النظام على اتصال مباشر بين الأجزاء الحية والأرض، ولكن يتم توصيل جميع الأجزاء الموصلة المكشوفة للتركيب بأقطاب كهربائية مؤرضة مستقلة. يكون المصدر إما عائمًا أو مؤرضًا من خلال مقاومة عالية (للحد من تيارات الخلل). وهذا يعني أنه خلال خطأ الطور إلى الأرض، تستمر الأنظمة في العمل. تم اكتشاف ذلك، وبدأت جهود الصيانة لتصحيح الخطأ. ومع ذلك، خلال هذا الوقت، يرتفع جهد الطور إلى الأرض إلى الخط المعتاديجب أن يتحمل جهد الخط وأجهزة SPD المثبتة هذا الأمر خلال هذا الوقت. لا تستخدم معظم أنظمة تكنولوجيا المعلومات المثبتة موصلاً محايدًا - حيث يتم تشغيل المعدات من خط إلى آخر. يُستخدم نظام تكنولوجيا المعلومات عادةً في المنشآت القديمة في دول مثل النرويج وفرنسا. كما أنه يستخدم في تطبيقات خاصة، مثل أقسام العناية المركزة في المستشفيات والتطبيقات الصناعية الخاصة.

تنسيق الحماية من الطفرة

يجب أن تتمتع أجهزة SPD بمستوى حماية أقل بكثير من جهد تحمل النبض المقدر. يجب أيضًا أن تكون أجهزة SPDs دائمًا من نفس الشركة المصنعة.

أحد العوامل المهمة التي يجب مراعاتها عند تثبيت الحماية من زيادة التيار هو الطول الإجمالي للأسلاك التي تربط SPD بالتثبيت. وينبغي أن تكون قصيرة قدر الإمكان، ويفضل أن يكون إجماليها أقل من 0.5 متر ولا يزيد مجموعها بأي حال من الأحوال عن متر واحد. يجب دائمًا تثبيت SPDs وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة ويفضل أن يكون ذلك على جانب العرض الخاص بـ RCDs.