مبدأ تبديل الحماية من زيادة التيار الكهربائي
جهاز حماية الطفرة (SPD)، المعروف أيضًا باسم جهاز حماية الطفرة، هو جهاز حماية غير خطي يستخدم في الأنظمة الحية للحد من الجهد الزائد العابر وتوجيه تيار التفريغ المفاجئ. يتم استخدامه لحماية الأنظمة الكهربائية أو الإلكترونية ذات مستويات تحمل الجهد المنخفض من ضربات البرق أو النبضات الكهرومغناطيسية أو تلف الجهد الزائد التشغيلي. في السنوات الأخيرة، تطورت أنظمة المعلومات الإلكترونية (مثل التلفزيون والهاتف والاتصالات وشبكات الكمبيوتر وغيرها) بسرعة، وظهر وانتشر عدد كبير من أجهزة المعلومات الإلكترونية. غالبًا ما تكون هذه الأنواع من الأنظمة والمعدات باهظة الثمن ومهمة، وتتميز بجهد تشغيل منخفض وتتحمل مستويات الجهد، مما يجعلها شديدة التعرض للنبضات الكهرومغناطيسية البرقية. ولذلك، ينبغي استخدام SPD للحماية من الجهد الزائد.
مبدأ عمل SPD
يعتبر واقي التيار مناسبًا لحماية مصدر الطاقة منخفض الجهد 220/380 فولت وهو مكون غير خطي. وفقًا لمعايير IEC، فإن واقي التيار هو جهاز يستخدم بشكل أساسي لقمع الجهد الزائد والتيار الزائد لخط النقل. الشرط الأساسي لكي يلعب واقي التيار دورًا وقائيًا هو مقاومة تيار البرق المتوقع وإطفاء تردد الطاقة المستمر للتيار المستمر المتولد بعد تدفق البرق من خلال أقصى جهد تثبيت للزيادة. إنه يحد من الجهد الزائد الفوري الذي يدخل خط الطاقة أو خط نقل الإشارة إلى نطاق الجهد الذي يمكن أن يتحمله الجهاز أو النظام، أو يقوم بتفريغ تيار البرق القوي في الأرض لحماية المعدات أو النظام المحمي من الأضرار الناجمة عن التأثير.
تختلف أنواع وهياكل أدوات الحماية من زيادة التيار وفقًا لاستخداماتها المختلفة، ولكنها تحتوي على عنصر واحد محدد للجهد غير الخطي على الأقل. تشتمل أدوات الحماية من زيادة التيار شائعة الاستخدام على MOVs (MetalOxideVaristors) وأنابيب تفريغ الغاز. تحتوي العواصف الكهربائية على طاقة قوية ولا يمكن إيقافها. لهذا السبب، فإن استراتيجية حماية المعدات الكهربائية الحساسة من أضرار الطفرة هي تحويل الطفرة من المعدات ومن ثم التدفق إلى الأرض.
يتكون جهاز الحماية من زيادة التيار MOV من ثلاثة أجزاء: مادة أكسيد معدنية في المنتصف، متصلة بواسطة اثنين من أشباه الموصلات بمصدر الطاقة والسلك الأرضي. عند حدوث زيادة، تعمل MOV على الفور بزمن استجابة يبلغ 1-3 نانو ثانية. "V" في MOV هو مقاومة متغيرة. في لحظة الاستجابة، تنخفض مقاومة MOV من قيمتها القصوى إلى ما يقرب من صفر أوم، ويتدفق التيار الزائد إلى الأرض من خلال MOV. تستمر المعدات الكهربائية المحمية في العمل بجهد التشغيل العادي. تتمتع مكوناتها شبه الموصلة بخاصية تغيير المقاومة مع تغير الجهد. عندما ينخفض الجهد إلى ما دون قيمة معينة، فإن حركة الإلكترونات في شبه الموصل تولد مقاومة عالية. على العكس من ذلك، عندما يتجاوز الجهد هذه القيمة المحددة، ستتغير حركة الإلكترونات، وستنخفض مقاومة أشباه الموصلات إلى ما يقرب من الصفر أوم. الجهد الكهربي طبيعي، وجهاز الحماية من زيادة التيار MOV خامل على الجانب، دون التأثير على خط الطاقة.
مؤشرات لمزايا وعيوب أجهزة الحماية من زيادة التيار (MOVs):
(1) جهد التثبيت: يمثل قيمة الجهد الذي سيؤدي إلى توصيل MOV بالسلك الأرضي. كلما انخفض جهد التثبيت، كان أداء الحماية أفضل.
(2) قدرة امتصاص/تبديد الطاقة: تمثل هذه القيمة الاسمية 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، وسيكون هناك تأخير طفيف في استجابتها للزيادات المفاجئة.
جهاز آخر شائع للحماية من زيادة التيار هو أنبوب تفريغ الغاز. أنابيب تفريغ الغاز هذه لها نفس وظيفة MOVs، حيث تقوم بنقل التيار الزائد من السلك الحي إلى السلك الأرضي، وتحقيق هذه الوظيفة باستخدام الغاز الخامل كموصل بين السلكين. عندما يكون الجهد ضمن نطاق معين، فإن تركيبة الغاز تحدد أنه موصل رديء. إذا ارتفع الجهد وتجاوز هذا النطاق، فإن قوة التيار ستكون كافية لتأيين الغاز، مما يجعل أنبوب تفريغ الغاز موصلًا جيدًا جدًا. سوف يقوم بتوصيل التيار إلى السلك الأرضي حتى يعود الجهد إلى المستويات الطبيعية، وبعد ذلك يصبح موصلًا معيبًا.
