مبدأ حماية الطفرة لتبديل إمدادات الطاقة
جهاز حماية الطفرة (SPD) ، المعروف أيضًا باسم واقي زيادة التيار ، هو جهاز حماية غير خطي يستخدم للحد من الجهد الزائد العابر وتوجيه تدفق التيار في الأنظمة الحية ، ويستخدم لحماية الأجهزة الكهربائية ذات مستويات الجهد المنخفض أو الأنظمة الإلكترونية محمية من الصواعق والنبضات الكهرومغناطيسية الصاعقة أو تلف التشغيل الزائد. في السنوات الأخيرة ، تطورت أنظمة المعلومات الإلكترونية (مثل التلفزيون ، والهاتف ، والاتصالات ، وشبكة الكمبيوتر ، وما إلى ذلك) بسرعة ، وظهر عدد كبير من أجهزة المعلومات الإلكترونية وأصبحت شائعة. غالبًا ما تكون هذه الأنظمة والمعدات باهظة الثمن ومهمة ، كما أن جهد التشغيل وتحمل مستوى الجهد الكهربائي منخفض جدًا ، لذا فهي معرضة بشدة لبرق النبضات الكهرومغناطيسية. لذلك ، فإن SPD مطلوب لحماية الجهد.
نظرًا للمعايير المختلفة التي تتبعها مختلف البلدان ، فإن مواصفات المنتج ليست موحدة ، كما أن تعريف المعلمة له تركيزه الخاص ، وهو أدنى بكثير من مواصفات المنتجات الكهربائية الأخرى ، مما يسبب إزعاجًا كبيرًا للتصميم والاختيار. في التصميم الهندسي ، يمكن تقسيم العلامات التجارية الشائعة إلى منتجات محلية ومنتجات أوروبية ومنتجات أمريكية حسب مكان المنشأ. إعدادات المعلمات للمنتجات المحلية فوضوية ، بمواصفات مختلفة وضغط متبقي مرتفع. تحاكي بعض إعدادات النماذج للمنتجات المعيارية المنتجات الأوروبية ، ويتبع بعضها معايير المعايرة الوطنية. يتم تمييز معظم المنتجات بـ In و Imax. نظرًا لأن المنتجات المحلية لها متطلبات منخفضة نسبيًا لمواقع التطبيق ، ودرجات بناء منخفضة ، ومعدات كبيرة تتحمل قيم الجهد ، يمكن تخفيف بعض متطلبات المعلمات بشكل مناسب.
تحدد المنتجات الأوروبية بشكل عام الحد الأقصى لتيار التفريغ ، ويتم أيضًا تعيين طراز المنتج وفقًا لهذه المعلمة. على سبيل المثال ، XXX65 و XXX40 لعلامة تجارية أوروبية مشهورة ، القيمتان 65 و 40 هما Imax. ومع ذلك ، فإن المعيار الصيني ينص بوضوح على أنه يجب استخدام تيار التفريغ الاسمي في اختيار النوع ، وهو موقف محرج يواجه في التصميم الهندسي في الوقت الحالي. بعد التحقق من معلومات المنتج ، لا تتجاوز قيمة In لـ XX65 20 كيلو أمبير ، ولا تتجاوز قيمة In لـ XX40 15 كيلو أمبير. وفقًا للقيمة الموصى بها لـ GB50343 ، لا يمكن استخدام هذين المنتجين إلا لحماية المستوى الثالث لمحطة المعدات ، ولكن في التصميم الفعلي ، يتم تثبيتهما على المستويين الأول والثاني ، والذي من الواضح أنه غير متوافق مع معلمات الاختيار للمعيار الوطني ، والجهد المتبقي أعلى ، النماذج العادية تتجاوز بشكل عام 1200 فولت ، بمجرد أن تكون بيئة الأسلاك غير جيدة ، فمن السهل تجاوز قيمة الجهد الصمود للمعدات. بشكل عام ، تكون قيمة Uc للمنتجات الأوروبية صغيرة ، ويتم تحديد جهد الخط بشكل انتهازي ، لذلك من السهل أن تكون مضللاً عند اختيار النموذج.
كيف تعمل أجهزة SPD
واقي زيادة التيار مناسب لحماية إمدادات الطاقة ذات الجهد المنخفض 220 / 380V. إنه مكون غير خطي. وفقًا لمعيار IEC ، فإن واقي زيادة التيار هو جهاز يقوم بشكل أساسي بقمع الجهد الزائد والتيار الزائد للخط الذي تم إجراؤه. يلعب واقي الطفرة دورًا وقائيًا. الشرط الأساسي هو أنه يجب أن يتحمل تيار البرق المتوقع مروره ، ومن خلال أقصى جهد لقط للاندفاع ، يمكن أن يطفئ بشكل فعال التدفق المستمر لتردد الطاقة المتولد بعد مرور تيار البرق ، ويمنع التدفق اللحظي الاندفاع إلى خط الطاقة وخط نقل الإشارة. يكون الجهد الزائد محدودًا ضمن نطاق الجهد الذي يمكن أن يتحمله الجهاز أو النظام ، أو يتم تسريب تيار البرق القوي إلى الأرض لحماية المعدات أو النظام المحمي من التلف الناتج عن الاصطدام.
يختلف نوع وهيكل واقيات زيادة التيار وفقًا للأغراض المختلفة ، ولكن يتم تضمين عنصر واحد على الأقل لتحديد الجهد غير الخطي. تشمل أدوات الوقاية من زيادة التيار المستخدمة بشكل شائع MOV (متغير أكسيد المعادن) وأنابيب تفريغ الغاز. تحتوي ارتفاعات الطاقة على قدر كبير من الطاقة ولا يمكن إيقافها. لهذا السبب ، تتمثل إستراتيجية حماية المعدات الكهربائية الحساسة من التلف الناتج عن الاندفاعات الكهربائية في تحويل الارتفاع بعيدًا عن المعدات إلى الأرض.
يتكون الواقي من زيادة التيار MOV من ثلاثة أجزاء: الوسط عبارة عن مادة أكسيد معدني ، ويتم توصيل اثنين من أشباه الموصلات بالطاقة والأرض. عند حدوث زيادة ، تعمل MOV على الفور ، ويكون وقت الاستجابة من 1 إلى 3 نانوثانية. "V" في MOV هو ريوستات. في لحظة الاستجابة ، تنخفض مقاومة MOV من القيمة القصوى إلى صفر أوم تقريبًا ، ويتدفق التيار الزائد إلى الأرض عبر MOV. تستمر المعدات الكهربائية المحمية في العمل تحت جهد العمل العادي. تتميز عناصر أشباه الموصلات بخاصية المقاومة المتغيرة مع تغير الجهد. عندما يكون الجهد أقل من قيمة معينة ، فإن حركة الإلكترونات في أشباه الموصلات تخلق مقاومة عالية. على العكس من ذلك ، عندما يتجاوز الجهد تلك القيمة المحددة ، تتغير حركة الإلكترونات وتنخفض مقاومة أشباه الموصلات بما يقارب الصفر أوم. الجهد طبيعي ، واقي زيادة التيار MOV خامل ، مما لا يؤثر على خط الطاقة.
مؤشرات إيجابيات وسلبيات واقي زيادة التيار MOV: (1) لقط الجهد: يشير إلى قيمة الجهد التي ستؤدي إلى توصيل MOV بالأرض. كلما انخفض جهد التثبيت ، كان أداء الحماية أفضل. (2) قدرة امتصاص / تبديد الطاقة: تشير هذه القيمة الاسمية إلى مقدار الطاقة التي يمكن أن يمتصها واقي زيادة التيار قبل أن يحترق ، بالجول. كلما زادت القيمة ، كان أداء الحماية أفضل. (3) وقت الاستجابة: لا ينفصل واقيات زيادة التيار على الفور ، فلديهم تأخير طفيف في الاستجابة للزيادة.
جهاز حماية الطفرة الشائع الآخر هو أنبوب تصريف الغاز. تعمل أنابيب تفريغ الغاز هذه بنفس الشيء مثل MOVs ، فهي تنقل التيار الزائد من الحياة إلى الأرض باستخدام غاز خامل كموصل بين السلكين. عندما يكون الجهد في نطاق معين ، فإن تكوين الغاز يحدد أنه موصل ضعيف. إذا زاد الجهد عن هذا النطاق ، فسيكون التيار قويًا بما يكفي لتأيين الغاز ، مما يجعل أنبوب تفريغ الغاز موصلًا جيدًا للغاية. إنه يوصل التيار إلى الأرض حتى يعود الجهد إلى المستويات الطبيعية ، ثم يصبح موصلًا ضعيفًا مرة أخرى.
(1) خط الطاقة SPD
نظرًا لأن طاقة الصواعق كبيرة جدًا ، فمن الضروري إطلاق طاقة الصواعق على الأرض خطوة بخطوة من خلال طريقة التفريغ الهرمي. في المنطقة غير المحمية من الصواعق المباشرة (LPZ 0 أ) أو عند تقاطع منطقة الحماية من الصواعق المباشرة (LPZ 0 B) ومنطقة الحماية الأولى (LPZ1) ، قم بتثبيت واقي من زيادة التيار أو واقي من زيادة التيار الكهربائي الذي يحد من الجهد والذي اجتاز اختبار التصنيف من الفئة الأولى كأول المستوى الأول من الحماية هو تفريغ تيار البرق المباشر ، أو عندما يصطدم خط نقل الطاقة مباشرة بالبرق ، فإنه سيفرغ الطاقة الهائلة التي يتم إجراؤها. قم بتركيب واقي من زيادة الجهد يحد من الجهد عند تقاطع كل قسم (بما في ذلك منطقة LPZ1) بعد منطقة الحماية الأولى ، كمستوى حماية ثانٍ أو ثالث أو أعلى. واقي المستوى الثاني هو جهاز حماية للجهد المتبقي لواقي المستوى السابق وضربة الصواعق المستحثة في المنطقة. عندما يحدث امتصاص طاقة صاعقة كبيرة في المستوى الأمامي ، لا يزال هناك جزء كبير جدًا للمعدات أو واقي المستوى الثالث. سيتم نقل الطاقة وتحتاج إلى مزيد من الامتصاص بواسطة واقي المستوى الثاني. في الوقت نفسه ، فإن خط النقل الذي يمر عبر جهاز الحماية من الصواعق من المستوى الأول سيحرض أيضًا إشعاع النبض الكهرومغناطيسي. عندما يكون الخط طويلًا بدرجة كافية ، تصبح طاقة البرق المستحث كبيرة بدرجة كافية ، مما يتطلب واقيًا من المستوى الثاني لتفريغ المزيد من طاقة البرق. يحمي واقي المستوى الثالث طاقة البرق المتبقية التي تمر عبر واقي المستوى الثاني. وفقًا لمستوى جهد تحمل المعدات المحمية ، إذا كان بإمكان الحماية من الصواعق ذات المستويين أن تحد من الجهد أقل من مستوى جهد تحمل الجهاز ، فلن يتطلب الأمر سوى مستويين من الحماية ؛ إذا كان مستوى جهد تحمل الجهاز منخفضًا ، فأربعة مستويات أو حتى مستويات حماية أكثر.
خط الإشارة SPD
مع التطبيق الواسع لأنظمة المعلومات ، نظرًا للعدد الكبير من خطوط الشبكة ومستوى الجهد المنخفض لتحمل المعدات الإلكترونية ، فإن الصواعق أكثر ضررًا لأنظمة المعلومات. ينتج ضرر البرق لنظام المعلومات بشكل أساسي عن النبضات الكهرومغناطيسية الصاعقة ، بما في ذلك موجة الجهد الزائد البرق التي يتم إجراؤها على طول الخط ، والهجوم المضاد عالي الإمكانات الناتج عن تيار البرق على السلك الأرضي ، والحث الكهروستاتيكي والحث الكهرومغناطيسي للصاعقة حقل كهرومغناطيسي. تشمل التدابير الوقائية للنبضات الكهرومغناطيسية الاعتراض ، والتحويل ، والترابط المتساوي الجهد ، والدرع ، والتأريض ، والأسلاك المعقولة. يعد تثبيت SPD على خط الإشارة مقياسًا مهمًا لنظام المعلومات لمنع النبضات الكهرومغناطيسية. يمكن أن تلعب في نفس الوقت دور الاعتراض ، والتحويل ، والترابط المتساوي. يجب توصيل خط الإشارة SPD بمنفذ إشارة الجهاز المحمي. يتم توصيل طرف الخرج الخاص به بمنفذ الجهاز المحمي ، والذي يمكن تقسيمه إلى اتصال تسلسلي واتصال متوازي ، ويتم تثبيته بشكل عام في سلسلة على خط الإشارة. لذلك ، عند اختيار إشارة SPD ، يجب اختيار SPD مع خسارة إدخال أصغر.
