مبدأ حماية الطفرة من إمدادات الطاقة المنظمة
جهاز حماية الطفرة (SPD)، المعروف أيضًا باسم واقي الطفرة، هو جهاز حماية غير خطي يستخدم للحد من الجهد الزائد العابر وتوجيه تيار التفريغ المفاجئ في الأنظمة الحية، ويستخدم لحماية الأجهزة الكهربائية ذات مستويات الجهد المنخفض أو الأنظمة الإلكترونية محمية من الصواعق والنبضات الكهرومغناطيسية البرق أو أضرار الجهد الزائد أثناء التشغيل. في السنوات الأخيرة، تطورت أنظمة المعلومات الإلكترونية (مثل التلفزيون والهاتف والاتصالات وشبكات الكمبيوتر وغيرها) بسرعة، وظهر عدد كبير من أجهزة المعلومات الإلكترونية وأصبحت شائعة. غالبًا ما تكون هذه الأنظمة والمعدات باهظة الثمن ومهمة، كما أن جهد عملها ومستوى جهد تحملها منخفضان جدًا، لذا فهي معرضة بشدة للنبضات الكهرومغناطيسية البرقية. ولذلك، مطلوب SPD لحماية الجهد.
نظرًا للمعايير المختلفة التي تتبعها مختلف البلدان، فإن مواصفات المنتج غير موحدة، كما أن تحديد المعلمة له أيضًا تركيز خاص به، وهو أدنى بكثير من مواصفات المنتجات الكهربائية الأخرى، مما يجلب إزعاجًا كبيرًا للتصميم والاختيار. في التصميم الهندسي، يمكن تقسيم العلامات التجارية الشائعة إلى منتجات محلية ومنتجات أوروبية ومنتجات أمريكية وفقًا لمكان المنشأ. إعدادات المعلمات للمنتجات المحلية فوضوية، بمواصفات مختلفة وضغط متبقي مرتفع. تحاكي بعض إعدادات النماذج الخاصة بالمنتجات القياسية المنتجات الأوروبية، ويتبع بعضها معايير المعايرة الوطنية. يتم وضع علامة على معظم المنتجات بـ In و Imax. نظرًا لأن المنتجات المحلية لديها 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 تعيين طراز المنتج أيضًا وفقًا لهذه المعلمة. على سبيل المثال، XXX65 وXXX40 لعلامة تجارية أوروبية مشهورة، القيمتان 65 و40 هما Imax. ومع ذلك، فإن المعيار الصيني ينص بوضوح على أنه ينبغي استخدام تيار التفريغ الاسمي لاختيار النوع، وهو موقف محرج يواجهه التصميم الهندسي في الوقت الحاضر. بعد التحقق من معلومات المنتج، لا تتجاوز قيمة In XX65 20 كيلو أمبير، ولا تتجاوز قيمة In XX40 15 كيلو أمبير. وفقًا للقيمة الموصى بها GB50343، لا يمكن استخدام هذين المنتجين إلا لحماية المستوى الثالث لمحطة المعدات، ولكن في التصميم الفعلي، يتم تثبيتهما على المستويين الأول والثاني، وهو ما يتعارض بشكل واضح مع معلمات التحديد من المعيار الوطني، والجهد المتبقي العالي، تتجاوز النماذج العادية بشكل عام 1200 فولت، بمجرد أن تكون بيئة الأسلاك ليست جيدة، فمن السهل تجاوز قيمة جهد الصمود للمعدات. بشكل عام، قيمة Uc للمنتجات الأوروبية صغيرة، ويتم تمييز جهد الخط بشكل انتهازي، لذلك من السهل أن تكون مضللاً عند اختيار النموذج.
واقي التيار مناسب لحماية مصدر الطاقة منخفض الجهد 220/380 فولت. إنه مكون غير خطي. وفقًا لمعايير IEC، فإن واقي التيار هو جهاز يعمل بشكل أساسي على منع الجهد الزائد والتيار الزائد للخط الموصل. يلعب واقي التيار دورًا وقائيًا. الشرط الأساسي هو أنه يجب أن يتحمل تيار البرق الذي من المتوقع أن يمر عبره، ومن خلال الحد الأقصى لجهد التثبيت للزيادة، يمكنه إطفاء التدفق المستمر لتردد الطاقة المتولد بشكل فعال بعد مرور تيار البرق، ومنع حدوث لحظية اندفاع إلى خط الطاقة وخط نقل الإشارة. يكون الجهد الزائد محدودًا ضمن نطاق الجهد الذي يمكن أن يتحمله الجهاز أو النظام، أو يتسرب تيار البرق القوي إلى الأرض لحماية المعدات أو النظام المحمي من التلف الناتج عن التأثير.
يختلف نوع وهيكل أدوات الحماية من زيادة التيار وفقًا للأغراض المختلفة، ولكن يتم تضمين عنصر تحديد جهد غير خطي واحد على الأقل. تشتمل أدوات الحماية من زيادة التيار شائعة الاستخدام على MOV (مكثف أكسيد المعدن) وأنابيب تفريغ الغاز. تحتوي طفرات الطاقة على الكثير من الطاقة ولا يمكن إيقافها. ولهذا السبب، تتمثل استراتيجية حماية المعدات الكهربائية الحساسة من التلف الناتج عن الزيادات الكهربائية في تحويل التيار بعيدًا عن المعدات إلى الأرض.
يتكون جهاز الحماية من زيادة التيار MOV من ثلاثة أجزاء: الوسط عبارة عن مادة أكسيد معدنية، واثنين من أشباه الموصلات متصلة بالطاقة والأرض. عند حدوث زيادة، تعمل MOV على الفور، ويتراوح وقت الاستجابة من 1 إلى 3 نانو ثانية. "V" في MOV هو مقاومة متغيرة. في لحظة الاستجابة، تنخفض مقاومة MOV من القيمة القصوى إلى ما يقرب من صفر أوم، ويتدفق التيار الزائد إلى الأرض من خلال MOV. تستمر المعدات الكهربائية المحمية في العمل تحت جهد التشغيل العادي. تتمتع عناصرها شبه الموصلة بخاصية تغيير المقاومة مع تغير الجهد. عندما يكون الجهد أقل من قيمة معينة، فإن حركة الإلكترونات في شبه الموصل تخلق مقاومة عالية. وعلى العكس من ذلك، عندما يتجاوز الجهد تلك القيمة المحددة، تتغير حركة الإلكترونات وتنخفض مقاومة شبه الموصل إلى ما يقرب من الصفر أوم. الجهد الكهربي طبيعي، وأداة الحماية من زيادة التيار MOV في وضع الخمول، مما لا يؤثر على خط الطاقة.
مؤشرات إيجابيات وسلبيات جهاز الحماية من زيادة التيار MOV: (1) جهد التثبيت: يشير إلى قيمة الجهد الذي سيؤدي 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 التيار قبل أن يحترق، بالجول. كلما ارتفعت القيمة، كان أداء الحماية أفضل. (3) وقت الاستجابة: لا يتم قطع اتصال أجهزة الحماية من زيادة التيار على الفور، بل لديها تأخير طفيف في الاستجابة للزيادة.
جهاز آخر شائع للحماية من زيادة التيار هو أنبوب تفريغ الغاز. تقوم أنابيب تفريغ الغاز هذه بنفس الشيء الذي تقوم به أجهزة MOV، فهي تنقل التيار الزائد من الحي إلى الأرض باستخدام غاز خامل كموصل بين السلكين. عندما يكون الجهد في نطاق معين، فإن تركيبة الغاز تحدد أنه موصل رديء. إذا تجاوز الجهد الكهربائي هذا النطاق، فسيكون التيار قويًا بدرجة كافية لتأين الغاز، مما يجعل أنبوب تفريغ الغاز موصلًا جيدًا جدًا. يقوم بتوصيل التيار إلى الأرض حتى يعود الجهد إلى مستوياته الطبيعية، ثم يصبح موصلاً رديئاً مرة أخرى.
