في هذه الصفحة
A جهاز حماية من زيادة التيار الكهربائي (SPD) يحد من الجهد الزائد العابر عن طريق تحويل تيار الاندفاع عبر مسار حماية متحكم فيه. تظل معظم أجهزة SPD للطاقة ذات الجهد المنخفض في حالة استعداد ذات معاوقة عالية أثناء التشغيل العادي وتصبح موصلة أثناء حدوث اندفاع، مما يقلل من إجهاد الجهد الذي يصل إلى المعدات في اتجاه التيار.
لا يجعل جهاز SPD تيار الاندفاع يختفي، كما أنه لا يغني عن قاطع الدائرة، أو التأريض والربط الصحيحين، أو نظام الحماية الخارجية من الصواعق. إنه طبقة منسقة واحدة في النظام الكهربائي للحماية.
إذا كنت تقيم المنتجات بدلاً من تعلم مبدأ التشغيل، فراجع مجموعة أجهزة الحماية من الاندفاع الكهربائي VIOX لتطبيقات AC و DC والتطبيقات الكهروضوئية.
ماذا يعني اختصار SPD في الأنظمة الكهربائية؟
يرمز اختصار SPD إلى جهاز الحماية من ارتفاع الجهد (Surge Protective Device). هذا هو المصطلح المستخدم في المعايير الكهربائية، والمواصفات الفنية، وجداول اللوحات، وورقة البيانات الخاصة بالمنتج. “واقي الاندفاع” هو تعبير يومي أوسع، بينما SPD هو المصطلح الهندسي الأكثر دقة لجهاز مصمم للحد من الجهد الزائد العابر وتوصيل تيار الاندفاع.
كلمة عابر مهم. يستجيب جهاز SPD لاضطرابات الجهد قصيرة المدة. وهو غير مصمم لتنظيم الإمداد الذي يظل مرتفعاً جداً أو منخفضاً جداً بشكل مستمر.
للقراء الذين يحتاجون فقط إلى الاختصار والمصطلحات، انظر نموذج SPD الكامل في الكهرباء.
ما الذي يفعله جهاز SPD—وما الذي لا يفعله؟
أسهل طريقة لفهم جهاز SPD هي فصل وظيفته عن وظائف الحماية المجاورة.
| وظيفة الحماية | ما يعالجه | ما لا يحل محله |
|---|---|---|
| جهاز الحماية من زيادة التيار | الجهد الزائد العابر قصير المدة وتيار الاندفاع المرتبط به | قاطع الدائرة، التأريض، الربط، تنظيم الجهد، أو الحماية الكاملة من الصواعق |
| قاطع الدائرة أو المصهر | التيار الزائد المستمر وأعطال القصر الكهربائي | تحديد الجهد العابر |
| نظام التأريض والربط | جهد المرجع، ومسار تيار العطل، والربط متساوي الجهد | جهاز يحد من الجهد العابر عند أطراف توصيل المعدات |
| منظم الجهد أو حامي الجهد التلقائي | الجهد الزائد طويل الأمد، أو انخفاض الجهد، أو تذبذب الجهد، اعتماداً على الجهاز | تحويل سريع لتيار الصواعق |
| نظام الحماية الخارجية من الصواعق | اعتراض وتوصيل تيار الصواعق المباشر خارج الهيكل أو عبره | التنسيق الداخلي للارتفاعات المفاجئة في الجهد التي تدخل دوائر الطاقة والإشارة |
يمكن لـ SPD دعم الحماية من الصواعق عن طريق الحد من الارتفاعات المفاجئة في الجهد الموصلة والمستحثة، ولكن جهاز SPD بحد ذاته لا يشكل نظاماً متكاملاً للحماية من الصواعق. وبالمثل، قد يوفر قاطع الدائرة حماية احتياطية مطلوبة لـ SPD، لكن الجهازين يؤديان وظائف مختلفة.
كيف يعمل SPD؟
يتم توصيل معظم أجهزة SPD الخاصة بأنظمة الطاقة ذات الجهد المنخفض على التوازي مع الدائرة التي تحميها. في ظل الجهد العادي، تظل عناصر الحد من الارتفاع المفاجئ في الجهد غير موصلة أو ذات معاوقة عالية جداً. وعندما يرتفع الجهد بسرعة فوق عتبة تشغيل الجهاز، تتغير حالة تلك العناصر وتوفر مساراً ذا معاوقة أقل لتيار الارتفاع المفاجئ.
يمكن تبسيط تسلسل التشغيل إلى خمس مراحل:
- التشغيل العادي: يظل جهد النظام ضمن نطاق التشغيل المستمر لـ SPD، لذا يظل مسار الحماية في وضع الاستعداد.
- بداية العابر: يؤدي تأثير البرق، أو التبديل، أو إزالة الأعطال، أو أي اضطراب آخر إلى ارتفاع سريع في الجهد.
- تغير الـ SPD للممانعة: يصبح مكون تحديد الجهد أو تبديل الجهد موصلاً للتيار.
- يسري تيار الاندفاع عبر مسار الحماية: يتم تحويل التيار بين الموصلات المحددة بواسطة تكوين الـ SPD، مما يقلل من إجهاد الجهد على المعدات الموجودة في اتجاه التيار.
- استعادة الـ SPD أو فصله: بعد الحدث، يعود الـ SPD القابل للخدمة إلى وضع الاستعداد. إذا وصل عنصر الحماية إلى حالة غير آمنة، فقد يقوم فاصل داخلي بعزله وتغيير مؤشر الحالة.
غالباً ما يتم وصف هذه الاستجابة بـ التثبيت, ، ولكن لا يستخدم كل SPD نفس التقنية الداخلية أو وضع الاستجابة.
تقنيات الحد من الاندفاعات الكهربائية الشائعة
| التكنولوجيا | السلوك النموذجي | الاستخدام الشائع | حد فاصل مهم. |
|---|---|---|---|
| مقاوم أكسيد المعدن (MOV) | يصبح موصلاً بشكل متزايد مع ارتفاع الجهد | أجهزة SPD لأنظمة التيار المتردد AC والتيار المستمر DC | يمكن أن يؤدي تراكم إجهاد الاندفاع الكهربائي إلى تدهور العنصر، لذا فإن الفصل الحراري ومؤشر الحالة أمران مهمان |
| أنبوب تفريغ الغاز (GDT) | يتحول إلى حالة تفريغ موصلة بعد حدوث القوس الكهربائي (sparkover) | حماية الطاقة والاتصالات والإشارات | يعتمد سلوك تيار المتابعة والتنسيق على التصميم |
| ثنائي (دايود) كابح الجهد العابر (TVS) | يوفر تثبيتاً سريعاً للانهيار الكهربائي | الإلكترونيات الحساسة ودوائر الإشارات ذات الجهد المنخفض | تتعامل بشكل عام مع دوائر ذات طاقة أقل من أجهزة SPD الخاصة بالطاقة الرئيسية |
يعتمد المزيج الصحيح للمكونات على النظام، ووضع الحماية، وحمل الطاقة، ومتطلبات الجهد المتبقي، ومعيار المنتج المعمول به. تقنية المكونات وحدها ليست طريقة اختيار كاملة.
إلى أين يذهب تيار الصدمة؟
من الشائع القول بأن جهاز SPD “يرسل تيار الاندفاع إلى الأرضي”، ولكن هذا الوصف غير مكتمل. يعمل جهاز SPD على تحديد الجهد بين الموصلات المتصلة بأنماط الحماية الخاصة به. واعتماداً على النظام الكهربائي وطوبولوجيا جهاز SPD، قد تشمل تلك الأنماط ما يلي:
- الخط إلى المحايد (L–N)
- الخط إلى التأريض الوقائي (L–PE)
- المحايد إلى التأريض الوقائي (N–PE)
- الخط إلى الخط (L–L)
- التيار المستمر الموجب إلى التيار المستمر السالب (DC+–DC−)
- موصل تيار مستمر (DC) بالتأريض الوقائي (PE)
يتبع تيار الاندفاع مسار الحماية والربط المتاح. ولهذا السبب تؤثر ترتيبات التأريض، ونمط الحماية، وتوجيه الموصلات، وطوبولوجيا جهاز SPD جميعها على الأداء الفعلي. يمكن لجهاز SPD قوي من الناحية الفنية أن يوفر حماية ضعيفة إذا أضاف مسار توصيله معاوقة مفرطة أثناء حدوث اندفاع سريع.
ما الذي يسبب الجهد الزائد العابر؟
الجهد الزائد العابر هو ارتفاع سريع وقصير المدة في الجهد فوق مستوى التشغيل الطبيعي. وقد يدخل عبر دائرة طاقة، أو سلسلة كهروضوئية، أو كابل اتصالات، أو خط مستشعر، أو أي مسار موصل آخر.
| المصدر | آلية نموذجية | الأنظمة المعرضة عادةً |
|---|---|---|
| تأثير البرق | الاقتران المباشر، أو الجهد المستحث، أو تيار الاندفاع الموصل | إمدادات المرافق، والمغذيات الخارجية، والمصفوفات الكهروضوئية، وخطوط الاتصالات والإشارات |
| تبديل المرافق والتوزيع | تبديل المحولات، وتبديل بنوك المكثفات، وإزالة الأعطال، أو إعادة تهيئة الشبكة | لوحات التوزيع الرئيسية والفرعية |
| تبديل الأحمال الحثية | القطع السريع للتيار في المحركات، أو ملفات الكونتاكتور، أو الملفات اللولبية، أو غيرها من الأحمال الحثية | لوحات التحكم الصناعية وأنظمة الأتمتة |
| التبديل الإلكتروني للطاقة | حواف التبديل السريعة والتفاعلات بين المحولات، والمشغلات، والعواكس، وأنظمة UPS، وأجهزة الشحن | الأنظمة الصناعية، والطاقة المتجددة، وشحن المركبات الكهربائية، والبنية التحتية للبيانات |
لا تُنشئ هذه المصادر أشكالاً موجية أو مستويات طاقة متطابقة. لذا، يعتمد اختيار SPD على مكان تركيب الجهاز وبيئة الاندفاع التي من المتوقع أن يتعامل معها.
أجهزة الحماية من اندفاع التيار (SPD) من النوع 1 والنوع 2 والنوع 3: توجيه موجز
تصف أنواع SPD أدوار الحماية المختبرة بموجب معيار معمول به. ولا ينبغي التعامل معها على أنها مجرد درجات جودة بسيطة.
| نوع SPD | دور الحماية العامة | سياق التركيب الشائع | القيم المقننة التي تتم مراجعتها عادةً |
|---|---|---|---|
| النوع الأول | يتعامل مع أحمال تيار الصواعق حيث يمكن توقع تيار صاعقة جزئي | مدخل الخدمة أو حدود الحماية من الصواعق | Iimp وشكل موجة الاختبار المرتبط به، بالإضافة إلى تنسيق الجهد والقصر الكهربائي |
| النوع الثاني | يوفر حماية على مستوى التوزيع ضد تأثيرات الصواعق المتبقية واندفاعات التبديل | لوحات التوزيع الرئيسية أو الفرعية ولوحات التحكم | متطلبات In و Imax و Up و Uc/MCOV ومتطلبات التنسيق |
| النوع 3 | يوفر حماية دقيقة للمعدات أو في اتجاه الحمل | بالقرب من المعدات الحساسة، مع التنسيق مع أجهزة SPD الموجودة في اتجاه المنبع | أداء موجة الدمج، ومستوى الحماية، وظروف التركيب |
| النوع 1+2 | يجمع بين مهام النوع 1 والنوع 2 المختبرة في منتج واحد | نقاط التوزيع الرئيسية التي تتطلب كلتا الوظيفتين | Iimp مع تصنيفات النوع 2 ذات الصلة |
يجب قراءة تصنيفات النوع وفقاً لمعايير IEC و UL ضمن معاييرها الخاصة وعلامات المنتج؛ فهي ليست جدول تحويل عالمي واحد لواحد. للحصول على مقارنة تفصيلية للموقع وشكل الموجة والتنسيق، انظر النوع 1 مقابل النوع 2 مقابل النوع 3 SPD.
ما هي تصنيفات SPD المهمة؟
قد تظهر الملصقات الأمامية عدة قيم للجهد والتيار. كل منها يجيب على سؤال هندسي مختلف.
| التصنيف أو العنصر | السؤال الذي تجيب عليه |
|---|---|
| جهد التشغيل المستمر الأقصى (Uc / MCOV) | هل يمكن أن يظل SPD متصلاً بشكل مستمر عند جهد النظام الفعلي وترتيب التأريض؟ |
| مستوى الحماية (Up / VPR) | ما هو التيار المتبقي أو جهد التمرير المرتبط بظروف الاختبار المحددة؟ تعتمد المصطلحات على المعيار المعمول به. |
| في | ما هو تيار التفريغ الاسمي الذي تم اختبار SPD من أجله؟ |
| Imax | ما هي القيمة القصوى لتيار التفريغ من النوع Type 2 المعلن عنها بموجب طريقة الاختبار المعمول بها؟ |
| Iimp | هل تم تصميم واختبار جهاز SPD للعمل مع تيارات الصواعق من النوع Type 1؟ |
| التنسيق ضد قصر الدائرة (الشورت سيركت) | هل تركيب جهاز SPD مناسب لتيار القصر المتاح وحماية النسخ الاحتياطي المطلوبة؟ |
| نمط الحماية والطوبولوجيا | أي أزواج الموصلات محمية، وهل يتوافق الترتيب مع نظام التأريض؟ |
| بيان الحالة | كيف يمكن لأفراد الصيانة تحديد وحدة مفصولة أو منتهية الصلاحية؟ |
لا تعتبر قيمة kA الأعلى خياراً أفضل تلقائياً. فقد يكون جهاز SPD ذو تصنيف تيار مثير للإعجاب غير مناسب إذا كان جهد التشغيل المستمر، أو مستوى الحماية، أو الطوبولوجيا، أو تنسيق القصر الكهربائي، أو مسار التركيب غير صحيح.
الاستخدام كيفية قراءة ورقة بيانات جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) لسير عمل المواصفات الكامل. الأدلة المخصصة على Uc و Up و In مقابل Imax اشرح أزواج التصنيف هذه بمزيد من التفصيل.
أجهزة الحماية من اندفاع التيار (SPD) الخاصة بـ AC و DC و PV والإشارات ليست قابلة للتبديل
“يصف مصطلح ”SPD" وظيفة حماية، وليس منتجاً عالمياً واحداً. إذ يختلف سلوك الجهد، ونظام العزل، وظروف الأعطال، وأنماط الحماية، وإطار الاختبار باختلاف التطبيقات.
| التطبيق | السؤال الرئيسي قبل الاختيار | المورد التالي لـ VIOX |
|---|---|---|
| توزيع الجهد المنخفض للتيار المتردد (AC) | ما هو جهد النظام، وترتيب التأريض، ونقطة التركيب، ونوع SPD المطلوب؟ | عائلة منتجات VIOX SPD |
| دوائر التيار المستمر DC الخاصة بالطاقة الشمسية PV | ما هو أقصى جهد للـ PV، وطوبولوجيا التيار المستمر DC، والتعرض للصواعق، وموقع العاكس/صندوق التجميع؟ | كيفية اختيار جهاز حماية من اندفاع التيار SPD لنظام طاقة شمسية |
| أنظمة المركبات الكهربائية EV، والبطاريات، وأنظمة التيار المستمر DC الصناعية | ما هي فئة جهد التيار المستمر DC، وبيئة الأعطال، وترتيب العزل، وحدود المعدات المطبقة؟ | دليل أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر (DC SPD) |
| خطوط الاتصالات، والبيانات، والتحكم | ما هو جهد الإشارة، والواجهة، وعرض النطاق الترددي، والدرع، وترتيب التأريض الذي يجب الحفاظ عليه؟ | دليل اختيار أجهزة حماية الإشارة من زيادة التيار (SPD) |
إن استخدام جهاز SPD للتيار المتردد AC في دائرة تيار مستمر DC خاصة بالـ PV لمجرد أن كلا المنتجين يظهران قيمة kA متشابهة ليس بديلاً صالحاً. يجب التحقق من متطلبات الجهد والاختبار الخاصة بالتطبيق من ورقة البيانات والمعيار المعمول به.
أين يتم تركيب جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD)؟
يمكن تركيب أجهزة SPD عند مدخل الخدمة، أو لوحة التوزيع الرئيسية، أو لوحة التوزيع الفرعية، أو لوحة التحكم، أو عند حدود المعدات، أو عند مجمع الطاقة الكهروضوئية أو واجهة العاكس، أو عند نقطة دخول الإشارة. يعتمد الموقع الصحيح على مستوى التعرض، وهيكلية النظام، ومسار الكابلات، وحساسية المعدات، والتنسيق مع أجهزة الحماية في المنبع والمصب.
يعد التركيب جزءاً من أداء جهاز SPD. يجب أن تتبع موصلات التوصيل مخطط الشركة المصنعة وأن يتم توجيهها لتقليل الطول غير الضروري، والحلقات، والمعاوقة المشتركة. يجب أن تتبع الصمامات الاحتياطية أو قاطع الدائرة، عند الحاجة، تعليمات المنتج وظروف تيار القصر المتاحة.
لاستراتيجية التموضع، استخدم أين يتم تركيب SPDs في لوحة كهربائية. بالنسبة للسؤال المنفصل حول توصيل قاطع الدائرة والحماية الاحتياطية، انظر هل يمكن توصيل جهاز SPD بقاطع دائرة موجود؟.
كيفية الانتقال من “ما هو جهاز SPD؟” إلى القرار الهندسي الصحيح
بعد اتضاح مبدأ التشغيل، استخدم السؤال الذي يتوافق مع مهمتك التالية:
| سؤالك التالي | استخدم هذه الصفحة |
|---|---|
| أي نوع يجب تركيبه في كل مرحلة من مراحل الحماية؟ | النوع 1 مقابل النوع 2 مقابل النوع 3 SPD |
| كيف يجب تفسير الملصق وورقة البيانات؟ | كيفية قراءة ورقة بيانات جهاز الحماية من زيادة التيار (SPD) |
| ما الفرق بين جهاز الحماية من اندفاع التيار SPD ومانعة الصواعق؟ | جهاز الحماية من اندفاع التيار SPD مقابل مانعة الصواعق |
| أين يجب وضع جهاز الحماية من اندفاع التيار SPD في نظام اللوحة الكهربائية؟ | أين يتم تركيب SPDs |
| ما هي الأخطاء التي يمكن أن تؤثر سلباً على عملية التركيب؟ | أخطاء تركيب SPD وطرق معالجتها |
| ما هي عائلات منتجات AC أو DC أو PV المتاحة؟ | أجهزة الحماية من زيادة التيار VIOX |
الخطوة التالية الصحيحة ليست اختيار أكبر رقم للتيار، بل هي تحديد النظام الكهربائي، ونقطة التركيب، ومستوى التعرض، والمعدات المحمية، والمعيار المطبق، وأنماط الحماية المطلوبة قبل مقارنة تصنيفات المنتجات.