مبدأ الحماية من زيادة الطاقة
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.
نظرًا للمعايير المختلفة التي تتبعها مختلف البلدان، فإن مواصفات المنتجات ليست موحدة، كما أن تحديد المعلمات له أيضًا تركيز خاص به، وهو أقل بكثير من مواصفات المنتجات الكهربائية الأخرى، مما يجلب إزعاجًا كبيرًا للتصميم والاختيار. في التصميم الهندسي، يمكن تقسيم العلامات التجارية الشائعة بشكل أساسي إلى منتجات محلية ومنتجات أوروبية ومنتجات أمريكية بناءً على مكانها الأصلي. إعدادات المعلمات للمنتجات المحلية فوضوية، مع مواصفات متنوعة وجهد متبقي عالي. تم إعداد بعض نماذج المنتجات الموحدة لتقليد المنتجات الأوروبية، بينما يتبع البعض الآخر المعايير القياسية الوطنية. تحمل معظم المنتجات علامة In وImax. نظرًا لانخفاض متطلبات المنتجات المحلية لمواقع التطبيق، وانخفاض مستويات البناء، وقيم الجهد العالي التي تتحمل المعدات، يمكن تخفيف بعض متطلبات المعلمات بشكل مناسب.
يتم تصنيف المنتجات الأوروبية عمومًا على أنها الحد الأقصى لتيار التفريغ، ويتم أيضًا تعيين نموذج المنتج بناءً على هذه المعلمة. على سبيل المثال، علامة تجارية أوروبية مشهورة XXX65 وXXX40، حيث تكون القيمتان 65 و40 هي Imax. ومع ذلك، تنص المعايير الصينية بوضوح على أنه ينبغي استخدام تيار التفريغ الاسمي في الاختيار، 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. إذا تم اتباع القيم الموصى بها GB50343، فلا يمكن استخدام هذين المنتجين إلا للحماية ثلاثية المستويات في نهاية الجهاز. ومع ذلك، في التصميم الفعلي، يتم تثبيتها على المستويين الأول والثاني، وهو ما يتعارض بشكل واضح مع معايير الاختيار للمعايير الوطنية، والجهد المتبقي مرتفع. تتجاوز النماذج العادية بشكل عام 1200 فولت. بمجرد أن تكون بيئة الأسلاك ليست جيدة، فمن السهل تجاوز قيمة جهد تحمل المعدات. بشكل عام، تتمتع المنتجات الأوروبية بقيمة Uc صغيرة نسبيًا وتكون انتهازية في تصنيف جهد الخط، مما يجعل من السهل التضليل عند اختيار النماذج.
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 مزايا وعيوب أجهزة الحماية من زيادة التيار (MOVs) هي: (1) جهد التثبيت: يمثل قيمة الجهد الذي سيؤدي إلى توصيل MOVs 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
