تم تصميم جهاز الحماية من زيادة التيار، المعروف أيضًا باسم جهاز الحماية من زيادة التيار أو SPD، لحماية المكونات الكهربائية من الزيادات المفاجئة في الجهد التي قد تحدث في الدائرة الكهربائية.

عندما يتم إنتاج زيادة مفاجئة في التيار أو الجهد في الدائرة الكهربائية أو دائرة الاتصالات نتيجة للتداخل الخارجي، فإن جهاز الحماية من زيادة التيار قد يقوم بالتوصيل والتحويل في فترة زمنية قصيرة جدًا، مما يمنع التيار من إتلاف الأجهزة الأخرى في الدائرة .

تعد أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) طريقة فعالة من حيث التكلفة لمنع انقطاع التيار وتعزيز موثوقية النظام.

يتم تثبيتها عادةً في لوحات التوزيع وتلعب دورًا مهمًا في ضمان التشغيل السلس وغير المنقطع للأجهزة الإلكترونية في نطاق واسع من التطبيقات عن طريق الحد من الجهد الزائد العابر.

يعمل SPD عن طريق تحويل الجهد الزائد من الزيادات العابرة بعيدًا عن المعدات المحمية.وتتكون عادةً من مقاومات أكسيد المعدن (MOVs) أو أنابيب تفريغ الغاز التي تمتص الجهد الزائد وتعيد توجيهه إلى الأرض، وبالتالي حماية الأجهزة المتصلة.

يمكن أن تحدث زيادات الطاقة نتيجة لمجموعة متنوعة من الأسباب، بما في ذلك الصواعق، وتبديل الشبكة الكهربائية، والأسلاك الخاطئة، وتشغيل المعدات الكهربائية عالية الطاقة.كما يمكن أن تكون ناجمة عن الأحداث التي تحدث داخل المبنى، مثل بدء تشغيل المحركات أو تشغيل/إيقاف تشغيل الأجهزة الكبيرة.

يمكن أن يوفر تثبيت SPD العديد من الفوائد، بما في ذلك:

حماية المعدات الإلكترونية الحساسة من ارتفاع الجهد الكهربي.

منع فقدان البيانات أو الفساد في أنظمة الكمبيوتر.

إطالة العمر الافتراضي للأجهزة والمعدات من خلال حمايتها من الأعطال الكهربائية.

الحد من مخاطر الحرائق الكهربائية الناجمة عن ارتفاع التيار الكهربائي.

راحة البال عندما تعلم أن معداتك القيمة محمية.

يمكن أن يختلف العمر الافتراضي لجهاز SPD اعتمادًا على عوامل مثل جودته، وشدة الزيادات المفاجئة التي يواجهها، وممارسات الصيانة.بشكل عام، تتمتع أجهزة SPD بعمر افتراضي يتراوح من 5 إلى 10 سنوات.ومع ذلك، يوصى بفحص واختبار SPDs بانتظام واستبدالها حسب الحاجة لضمان الحماية المثلى.

قد تختلف الحاجة إلى أجهزة SPD وفقًا لعوامل مثل الموقع الجغرافي واللوائح المحلية وحساسية الأجهزة الإلكترونية المتصلة.يُنصح باستشارة كهربائي أو مهندس كهربائي مؤهل لتقييم احتياجاتك الخاصة وتحديد ما إذا كان SPD ضروريًا لنظامك الكهربائي.

بعض المكونات الشائعة للحماية من زيادة التيار المستخدمة في تصنيع SPDs هي مقاومات أكسيد المعدن (MOVs)، وثنائيات انهيار الانهيار الجليدي (ABDs - المعروفة سابقًا باسم ثنائيات انهيار السيليكون أو SADs)، وأنابيب تفريغ الغاز (GDTs).MOVs هي التقنية الأكثر استخدامًا لحماية دوائر طاقة التيار المتردد.يرتبط تصنيف التيار المفاجئ لـ MOV بمنطقة المقطع العرضي وتكوينه.بشكل عام، كلما كانت مساحة المقطع العرضي أكبر، كلما ارتفع تصنيف تيار التيار للجهاز.تكون MOVs بشكل عام ذات هندسة مستديرة أو مستطيلة ولكنها تأتي في عدد كبير من الأبعاد القياسية التي تتراوح من 7 مم (0.28 بوصة) إلى 80 مم (3.15 بوصة).تختلف تقييمات التيار المفاجئ لهذه المكونات الواقية من زيادة التيار بشكل كبير وتعتمد على الشركة المصنعة.كما تمت مناقشته سابقًا في هذا البند، من خلال توصيل MOVs في صفيف متوازي، يمكن حساب قيمة تيار الاندفاع ببساطة عن طريق إضافة تصنيفات التيار المفاجئ لـ MOVs الفردية معًا للحصول على تصنيف تيار الاندفاع للمصفوفة.وعند القيام بذلك، ينبغي النظر في تنسيق التشغيل.

هناك العديد من الفرضيات حول أي مكون، وما هي البنية، ونشر تكنولوجيا محددة تنتج أفضل SPD لتحويل التيار المتصاعد.بدلاً من تقديم جميع الخيارات، من الأفضل أن تدور مناقشة تصنيف التيار الزائد أو تصنيف تيار التفريغ الاسمي أو قدرات التيار الزائد حول بيانات اختبار الأداء.بغض النظر عن المكونات المستخدمة في التصميم، أو الهيكل الميكانيكي المحدد الذي تم نشره، فإن ما يهم هو أن يحتوي SPD على تصنيف تيار مفاجئ أو تصنيف تيار التفريغ الاسمي المناسب للتطبيق.

تنص النسخة الحالية من لوائح الأسلاك IET، BS 7671:2018، على أنه ما لم يتم إجراء تقييم للمخاطر، يجب توفير الحماية ضد الجهد الزائد العابر حيث يمكن أن تكون العواقب الناجمة عن الجهد الزائد:

تؤدي إلى إصابة خطيرة أو خسارة في حياة الإنسان؛أو

يؤدي إلى انقطاع الخدمات العامة و/أو الإضرار بالتراث الثقافي؛أو

يؤدي إلى توقف النشاط التجاري أو الصناعي.أو

تؤثر على عدد كبير من الأفراد الموجودين في مكان واحد.

تنطبق هذه اللائحة على جميع أنواع المباني بما في ذلك المنازل والتجارية والصناعية.

في حين أن لوائح الأسلاك الخاصة بـ IET ليست بأثر رجعي، حيث يتم تنفيذ العمل على دائرة موجودة داخل التثبيت الذي تم تصميمه وتثبيته على إصدار سابق من لوائح الأسلاك IET، فمن الضروري التأكد من أن الدائرة المعدلة تتوافق مع أحدث الإصدار، سيكون هذا مفيدًا فقط إذا تم تثبيت SPDs لحماية التثبيت بالكامل.

القرار بشأن شراء SPDs هو في يد العميل، ولكن يجب تزويده بالمعلومات الكافية لاتخاذ قرار مستنير بشأن ما إذا كان يرغب في حذف SPDs.يجب اتخاذ القرار بناءً على عوامل الخطر المتعلقة بالسلامة وبعد تقييم تكلفة أجهزة SPD، والتي قد تكلف ما لا يقل عن بضع مئات من الجنيهات، مقابل تكلفة التركيبات الكهربائية والمعدات المتصلة بها مثل أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون والمعدات الضرورية، على سبيل المثال، كشف الدخان والتحكم في الغلايات.

يمكن تركيب الحماية من زيادة التيار في وحدة استهلاكية موجودة إذا توفرت مساحة فعلية مناسبة، أو إذا لم تكن هناك مساحة كافية، فيمكن تركيبها في حاوية خارجية مجاورة لوحدة المستهلك الحالية.

ومن المفيد أيضًا التحقق من شركة التأمين الخاصة بك حيث قد تنص بعض السياسات على أنه يجب تغطية المعدات بـ SPD وإلا فلن يتم دفع التعويضات في حالة وجود مطالبة.

يتم تقييم تصنيف الواقي من زيادة التيار (المعروف باسم الحماية من الصواعق) وفقًا لنظرية الحماية من الصواعق للتقسيم الفرعي IEC 61643-31 وEN 50539-11، والتي يتم تثبيتها عند تقاطع القسم.تختلف المتطلبات والوظائف الفنية.يتم تركيب جهاز الحماية من الصواعق للمرحلة الأولى بين منطقة 0-1، وهو مرتفع لمتطلبات التدفق، والحد الأدنى لمتطلبات IEC 61643-31 & EN 50539-11 هو إجمالي (10/350) 12.5 كا، والثاني والثالث يتم تثبيت المستويات بين المناطق 1-2 و2-3، وذلك بشكل أساسي لقمع الجهد الزائد.

تعد أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) ضرورية لحماية المعدات الإلكترونية من التأثيرات الضارة للجهد الزائد العابر الذي يمكن أن يسبب تلفًا وتوقف النظام وفقدان البيانات.

في كثير من الحالات، يمكن أن تكون تكلفة استبدال المعدات أو إصلاحها كبيرة، خاصة في التطبيقات ذات المهام الحرجة مثل المستشفيات ومراكز البيانات والمنشآت الصناعية.

لم يتم تصميم قواطع الدائرة والصمامات للتعامل مع هذه الأحداث ذات الطاقة العالية، مما يجعل الحماية الإضافية من زيادة التيار ضرورية.

في حين أن أجهزة SPD مصممة خصيصًا لتحويل الجهد الزائد العابر بعيدًا عن المعدات، مما يحميها من التلف ويطيل عمرها الافتراضي.

في الختام، SPDs ضرورية في البيئة التكنولوجية الحديثة.

مبدأ العمل SPD

المبدأ الأساسي وراء SPDs هو أنها توفر مسارًا منخفض المقاومة إلى الأرض للجهد الزائد.عندما تحدث طفرات أو ارتفاعات في الجهد، تعمل أجهزة SPD عن طريق تحويل الجهد الزائد والتيار إلى الأرض.

بهذه الطريقة، يتم خفض حجم الجهد الكهربي الوارد إلى مستوى آمن لا يؤدي إلى إتلاف الجهاز المتصل.

لكي يعمل، يجب أن يحتوي جهاز الحماية من زيادة التيار على مكون غير خطي واحد على الأقل (مكثف أو فجوة شرارة)، والذي يتحول في ظل ظروف مختلفة بين حالة المعاوقة العالية والمنخفضة.

وتتمثل مهمتها في تحويل التفريغ أو التيار الدافع والحد من الجهد الزائد في المعدات النهائية.

تعمل أجهزة الحماية من زيادة التيار في الحالات الثلاث المذكورة أدناه.

أ. الحالة الطبيعية (غياب الطفرة)

في حالة عدم وجود ظروف زيادة مفاجئة، لن يكون لـ SPD أي تأثير على النظام ويعمل كدائرة مفتوحة، ويظل في حالة مقاومة عالية.

ب. أثناء ارتفاع الجهد

في حالة ارتفاع الجهد وارتفاعه، ينتقل SPD إلى حالة التوصيل وتنخفض ممانعته.وبهذه الطريقة، فإنه سيحمي النظام عن طريق تحويل التيار النبضي إلى الأرض.

ج. العودة إلى التشغيل العادي

بعد تفريغ الجهد الزائد، يعود SPD إلى حالته الطبيعية ذات المقاومة العالية.

تعد أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) مكونات أساسية للشبكات الكهربائية.ومع ذلك، قد يكون اختيار SPD المناسب لنظامك أمرًا صعبًا.

أقصى جهد التشغيل المستمر (UC)

يجب أن يكون الجهد المقنن لـ SPD متوافقًا مع جهد النظام الكهربائي لتوفير الحماية المناسبة للنظام.سيؤدي تصنيف الجهد المنخفض إلى إتلاف الجهاز ولن يؤدي التصنيف الأعلى إلى تحويل عابر بشكل صحيح.

وقت الاستجابة

يوصف بأنه وقت تفاعل SPD مع العابرين.كلما كانت استجابة SPD أسرع، كانت الحماية التي يوفرها SPD أفضل.عادة، تتمتع أجهزة SPD القائمة على صمام ثنائي زينر بأسرع استجابة.تتميز الأنواع المملوءة بالغاز بوقت استجابة بطيء نسبيًا، كما تتمتع الصمامات وأنواع MOV بأبطأ وقت استجابة.

تيار التفريغ الاسمي (في)

يجب اختبار SPD عند شكل موجة 8/20μs والقيمة النموذجية لـ SPD ذات الحجم المصغر السكني هي 20 كيلو أمبير.

الحد الأقصى لتيار التفريغ النبضي (Iimp)

يجب أن يكون الجهاز قادرًا على التعامل مع الحد الأقصى للتيار المفاجئ المتوقع على شبكة التوزيع لضمان عدم فشله أثناء حدث عابر ويجب اختبار الجهاز باستخدام شكل موجة 10/350 ميكروثانية.

تحامل الجهد

هذا هو جهد العتبة وفوق مستوى الجهد هذا، يبدأ SPD في تثبيت أي جهد عابر يكتشفه في خط الطاقة.

الشركة المصنعة والشهادات

يعد اختيار SPD من شركة مصنعة معروفة حاصلة على شهادة من منشأة اختبار محايدة، مثل UL أو IEC، أمرًا بالغ الأهمية.تضمن الشهادة أن المنتج قد تم فحصه واجتيازه لجميع متطلبات الأداء والأمان.

إن فهم إرشادات الحجم هذه سيمكنك من تحديد أفضل جهاز للحماية من زيادة التيار لتلبية احتياجاتك وضمان حماية فعالة من زيادة التيار.

تم تصميم أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) لتوفير حماية موثوقة ضد الجهد الزائد العابر، ولكن هناك عوامل معينة يمكن أن تؤدي إلى فشلها.فيما يلي بعض الأسباب الكامنة وراء فشل SPDs:

1. زيادة الطاقة المفرطة

أحد الأسباب الرئيسية لفشل SPD هو الجهد الزائد، ويمكن أن يحدث الجهد الزائد بسبب ضربات البرق، أو ارتفاع الطاقة، أو الاضطرابات الكهربائية الأخرى.تأكد من تركيب النوع الصحيح من SPD بعد إجراء حسابات التصميم المناسبة وفقًا للموقع.

2. عامل الشيخوخة

نظرًا للظروف البيئية بما في ذلك درجة الحرارة والرطوبة، تتمتع أجهزة SPD بفترة صلاحية محدودة وقد تتدهور بمرور الوقت.علاوة على ذلك، يمكن أن تتضرر أجهزة SPD بسبب ارتفاع الجهد المتكرر.

3. قضايا التكوين

تم تكوينه بشكل خاطئ، كما هو الحال عندما يتم ربط SPD الذي تم تكوينه بواسطة wye بحمل متصل عبر دلتا.قد يؤدي ذلك إلى تعريض SPD لجهد كهربائي أكبر، مما قد يؤدي إلى فشل SPD.

4. فشل المكون

تحتوي أجهزة SPD على عدة مكونات، مثل مقاومات أكسيد المعدن (MOVs)، التي يمكن أن تفشل بسبب عيوب التصنيع أو العوامل البيئية.

5. التأريض غير السليم

لكي يعمل SPD بشكل صحيح، من الضروري التأريض.يمكن أن يتعطل جهاز SPD أو قد يصبح مصدر قلق للسلامة إذا تم تأريضه بشكل غير صحيح.