جهاز حماية من زيادة التيار المستمر

تم تصميم جهاز حماية التيار المستمر لتوفير الحماية للأنظمة والمعدات التي تعمل بالتيار المستمر من الارتفاعات المفاجئة أو ارتفاعات الجهد. تعمل أجهزة حماية التيار المستمر على قمع أو تحويل ارتفاعات الجهد لمنع تلف المكونات الإلكترونية الحساسة وفشل النظام وحتى فقدان البيانات.

جدول المحتويات

مبدأ العمل

يعد الاختيار الصحيح والتركيب والصيانة لأجهزة حماية التيار المستمر من زيادة التيار أمرًا ضروريًا لضمان الفعالية حماية من زيادة الجهد في أنظمة التيار المستمر. تختلف فعالية أداء جهاز SPD للتيار المستمر وفقًا لعوامل مثل تصنيف الارتفاع المفاجئ، وجهد التثبيت، ووقت الاستجابة، والتطبيق المحدد.

يمكنك تقسيم عمل جهاز حماية التيار المستمر على النحو التالي:

كشف الارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي

سيعمل جهاز حماية التيار المستمر على اكتشاف زيادة الجهد التي تتجاوز تصنيفه في نظام التيار المستمر. يراقب هذا الجهاز عادةً مستوى الجهد باستخدام دوائر خاصة لاكتشاف الزيادة المفاجئة في الجهد.

تثبيت الجهد

تستخدم أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر مكونات مثل المقاومات المتغيرة من أكسيد المعدن (MOVs) أو أنابيب التفريغ الغازي (GDTs) لتحقيق تثبيت الجهد. تظهر هذه المكونات مقاومة عالية للجهد ضمن الحدود الطبيعية، مما يسمح بتدفق التيار الكهربائي بشكل طبيعي.

ومع ذلك، فإن زيادة الجهد فوق الحد الأقصى تقلل من مقاومة المكون بشكل كبير، مما يخلق مسارًا منخفض المقاومة للتيار الزائد. يشار إلى الحد الأقصى الذي يُعتبر الجهد فوق الحد الأقصى فيه زيادة في الجهد باسم جهد التثبيت أو جهد السماح.

امتصاص الطاقة

تمتص المكونات الأساسية لجهاز الحماية من زيادة التيار الطاقة الزائدة عندما يتم تحويل زيادة الجهد عبر الجهاز. تم تصميم المقاومات المتغيرة من أكسيد المعدن (MOV) بحيث تتعطل عند الفولتية العالية مما يؤدي إلى تبديد زيادة التيار على شكل حرارة.

مبدأ عمل الحماية من زيادة التيار المستمر

تصنيف DC SPD

توجد طرق مختلفة يمكنك من خلالها تصنيف أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر وفقًا لتكوينها واستخدام أساس مشترك. تعتمد إحدى الطرق الشائعة لتصنيف أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر على مكونها الأساسي على النحو التالي:

أجهزة SPD للسيارات

تعمل أجهزة الحماية من زيادة التيار في تطبيقات السيارات على حماية الأنظمة والمكونات الإلكترونية في المركبات من التقلبات التدميرية وارتفاعات الجهد. وقد تنشأ هذه التقلبات بسبب التداخل الكهرومغناطيسي، وتفريغ الحمل، والارتداد الاستقرائي.

محولات التيار المستمر SPD مع المقاومات المتغيرة من أكسيد المعدن (MOVs)

تعد MOVs مكونات شائعة في أجهزة DC SPD التي توفر تثبيت الجهد وإمكانيات امتصاص الطاقة لحماية المعدات عن طريق تحويل الطفرات. هناك تصنيفات وتكوينات مختلفة للجهد لأجهزة DC SPD التي تستخدم المقاومات المتغيرة من أكسيد المعدن بما يتماشى مع متطلبات التيار المستمر.

محولات التيار المستمر SPD مع أنابيب التفريغ الغازي (GDTs)

تُستخدم GDTs أيضًا كعناصر حماية من زيادة التيار في DCSPDs التي توفر أوقات استجابة سريعة وقدرات التعامل مع التيار الزائد المرتفع. تُستخدم مثل هذه DC SPDs في تطبيقات DC التي تحتاج إلى حماية قوية من زيادة التيار مثل أنظمة الاتصالات.

محولات التيار المستمر SPD مع ثنائيات السيليكون الانهيارية (SADs)

أجهزة SAD هي أجهزة شبه موصلة مصممة للحماية من التغيرات في الجهد الكهربي من خلال توفير جهد تثبيت منخفض وأوقات استجابة سريعة. تُستخدم أجهزة SPD القائمة على SAD في المعدات الإلكترونية الحساسة وأنظمة الاتصالات التي تتطلب تثبيتًا دقيقًا للجهد الكهربي وجهدًا منخفضًا.

جهاز حماية هجين من زيادة التيار الكهربائي

تجمع أجهزة الحماية من زيادة التيار هذه بين تقنيات متعددة مثل SADs وMOVs وGDTs لتوفير أداء حماية محسّن من التقلبات المؤقتة. وهي تستفيد من نقاط القوة الفردية للمكونات لتوفير حماية شاملة من مجموعة واسعة من التقلبات المؤقتة وارتفاعات الجهد.

واقيات التيار الزائد للخلايا الكهروضوئية

تم تصميم أجهزة الحماية من زيادة التيار خصيصًا لحماية أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية من الاضطرابات الكهربائية. تصميمها قادر على التعامل مع المتطلبات الاستثنائية لمنشآت الطاقة الشمسية التي تعمل بالتيار المستمر والتشغيل الموثوق للألواح الكهروضوئية.

مميزات DC SPD

عند اختيار جهاز حماية التيار المستمر من زيادة التيار، فإن مراعاة ميزاته ومتطلبات النظام هي خطوة أساسية. وهذا يسمح لك بضمان أن اختيارك مناسب للمهمة وبالتالي تقليل مخاطر التلف ووقت التوقف عن العمل.

تحدد العديد من الخصائص قدرة أداء وموثوقية أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر (SPDs) في الأنظمة التي تعمل بالتيار المستمر. وفيما يلي بعض الخصائص المشتركة الموضحة في أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر (SPDs):

تصنيف الجهد

تستخدم أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر تصنيفات جهد مختلفة تتوافق مع نظام الطاقة DC المحدد الذي تهدف إلى حمايته. يعد اختيار جهاز حماية التيار المستمر الذي يتوافق تصنيف جهده مع تصنيف جهد نظام التيار المستمر أو يتجاوزه أمرًا مثاليًا لضمان فعالية الأداء.

جهد التثبيت

يشير جهد التثبيت لجهاز DC SPD إلى أقصى جهد مسموح بمروره أثناء حدوث زيادة مفاجئة في التيار. عندما يتجاوز الجهد جهد التثبيت، يقوم جهاز DC SPD بتحويل و/أو امتصاص الجهد العابر لحماية المعدات.

من الأفضل استخدام أجهزة SPD ذات جهد تثبيت أقل لأنها تحد من كمية الجهد التي يمكن للمعدات الوصول إليها. وبالتالي، فهي توفر حماية أفضل للمعدات التي تعمل بالتيار المستمر.

التعامل مع التيار الزائد

تحدد قدرة التعامل مع التيار الزائد لجهاز SPD DC أقصى تيار زائد يمكنه تحويله أو امتصاصه بأمان دون حدوث أي ضرر. تم تصميم أجهزة SPD DC لإدارة التيارات الزائدة المحددة، وهي ميزة حيوية عند اختيار جهاز SPD لتطبيقك.

وقت الاستجابة

يحدد وقت استجابة جهاز حماية التيار المستمر من الطفرة السرعة في الاستجابة لحدث الطفرة. توفر أجهزة حماية التيار المستمر ذات وقت الاستجابة السريع حماية أسرع ضد الطفرات التي تبدأ في تحويل التيار الزائد في وقت مبكر مما يقلل من احتمالية حدوث الضرر.

مقارنة DC SPD مع AC SPD

يعتمد الاختلاف الرئيسي بين أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر والتيار المتردد على نظام الطاقة المستخدم. وبالتالي، هناك اختلافات طفيفة بين الاثنين فيما يتعلق بتصنيفات الجهد وقدرات التعامل مع زيادة التيار وأوقات الاستجابة والمعايير.

تسلط البيانات التالية الضوء على بعض أوجه التشابه والاختلاف بين أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر والتيار المتردد (SPDs):

معالجة التردد

لا تحتوي أجهزة الحماية من زيادة التيار المستخدمة في أنظمة التيار المستمر على مواصفات ترددية بفضل ثبات جهد التيار المستمر. من ناحية أخرى، فإن الأجهزة المستخدمة في أنظمة التيار المتردد لها احتياجات تردد مختلفة تتطلب معالجة مختلفة.

حساسية القطبية

تعتبر أجهزة الحماية من زيادة التيار في أنظمة التيار المستمر حساسة للاستقطاب وتتطلب تركيبها مع محاذاة طرفية صحيحة. ونظرًا لاتجاه الجهد المتغير باستمرار في أنظمة التيار المتردد، فليس لها تسميات طرفية محددة.

كشف التيار الزائد والتثبيت

اعتمادًا على تصميم النظام، فإن كلًا من أجهزة SPD ذات التيار المستمر والتيار المتردد ستعمل على مواجهة طفرات الجهد عن طريق امتصاصها أو تحويلها إلى مستوى آمن. ومع ذلك، فإن خصائص الجهد المختلفة يمكن أن تؤدي إلى تغيير في الآليات المطبقة في الكشف والتثبيت.

تصنيفات الجهد

ستجد أجهزة حماية من زيادة التيار المستمر والتيار المتردد بتصنيفات جهد خاصة بالأنظمة التي تستخدمها. تتمتع معظم أنظمة التيار المستمر بتصنيفات جهد أقل من أنظمة التيار المتردد التي يمكن أن تصل إلى 400 فولت.

نوع الجهد

هذا هو الفرق الأساسي بين DC SPDs المصممة لأنظمة التيار المستمر، و AC SPDs المصممة لأنظمة التيار المتناوب.

المعاملات الرئيسية لـ DC SPD

تحدد معلمات جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر أداءه وملاءمته لنظام تيار مستمر معين من زيادة الجهد. لذلك فإن الدراسة الدقيقة لهذه المعلمات والنظام المقصود للاستخدام أمر حيوي للتوافق الفعال.

تتضمن المعلمات الرئيسية المقدمة لجهاز حماية التيار المستمر من زيادة التيار ما يلي:

تسرب التيار: عندما يعمل جهاز حماية التيار المستمر بشكل طبيعي، يصف تيار التسرب الحد الأدنى من التيار المتدفق من خلاله. يُفضل وجود تيار تسرب منخفض لأنه يؤدي إلى تقليل تبديد الحرارة وفقدان الطاقة.
أقصى جهد تشغيل مستمر: يقوم بتعريف جهد التيار المستمر الذي يتم بعده تنشيط جهاز الحماية من زيادة التيار اعتمادًا على الجهد المقدر للنظام.
تيار التفريغ الاسمي: يصف أعلى قيمة حالية يمكن لجهاز حماية التيار المستمر من زيادة التيار تفريغها عند حدوث زيادة في التيار.
نطاق درجة حرارة التشغيل: يحدد درجات الحرارة التي يمكن لجهاز الحماية من زيادة التيار المستمر أن يعمل فيها على النحو الأمثل. هذه المعلمة خاصة بالتطبيقات خاصة عندما يتم تشغيل نظام التيار المستمر الذي يحتاج إلى الحماية في ظروف درجات حرارة شديدة.
مستوى حماية الجهد: يمثل أقصى جهد عبر أطراف جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر المنشط. ويتحقق ذلك عندما يتطابق التيار المار عبر جهاز الحماية من زيادة التيار مع التفريغ الاسمي.

المكونات الأساسية في DC SPD

تستخدم أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر مكونات إلكترونية مختلفة للتخفيف من زيادة التيار الكهربائي العالي الجهد. ويمكن تصنيف هذه المكونات إلى أنواع مختلفة، بعضها يستخدم مجموعة من التقنيات للاستفادة من نقاط القوة.

تتضمن بعض المكونات الأساسية المستخدمة في أجهزة حماية التيار المستمر من زيادة التيار ما يلي:

أنبوب تفريغ الغاز (GDT)

يتكون من لوحين سلبيين باردين محاطين بأنبوب زجاجي أو سيراميكي ويفصل بينهما غاز خامل، عادة الأرجون. ويستخدم عامل تحفيز إضافي لتعزيز احتمالية تحفيز التفريغ، وهو متوفر في كل من التكوينات ثنائية وثلاثية الأقطاب.

الصمام الثنائي لقمع الجهد العابر (TVS)

هذه هي الثنائيات الخاصة التي تعمل في منطقة الانهيار المعينة بالعكس. وهي تعمل على تثبيت وتنظيم الجهد. كما أن انخفاض جهد التثبيت واستجابتها السريعة يسمحان باستخدامها في دوائر الحماية متعددة المستويات كطبقة نهائية.

المقاوم المتغير لأكسيد المعدن (MOV)

MOV عبارة عن شبه موصل يستخدم أكسيد الزنك كأكسيد معدني يظهر مقاومة غير خطية. تعكس تقلبات الجهد تغييرًا في قيمة المقاومة بمبدأ تشغيل مشابه لوصلات PN المتعددة المتصلة على التوالي والتوازي.

فجوة الشرارة

يتكون هذا النظام عادة من قضيب معدني مكشوف للهواء متصل بمسافة فصل، حيث يتم توصيل قضيب واحد إما بخط المحايد أو خط طور الطاقة. ويتم توصيل القضيب الآخر بطرف أرضي، ويؤدي ارتفاع الجهد إلى كسر الفصل وتحويل الارتفاع.

ملف الاختناق

يستخدم قلب فيريت يتألف من ملف ملفوف بشكل متماثل مقترن بنفس الحجم وعدد اللفات مما ينتج عنه جهاز بأربعة أطراف. وهو يخفف في المقام الأول من محاثة إشارة الوضع المشترك الكبيرة مع الحد الأدنى من التأثير على محاثة تسرب إشارة الوضع التفاضلي.

مزايا استخدام DC SPD

من خلال استخدام DC SPDs، يمكن التخفيف بشكل فعال من نقاط الضعف في أنظمة الطاقة DC تجاه ارتفاعات الجهد، مما يعزز حماية المعدات وموثوقية النظام والسلامة التشغيلية بشكل عام.

يتم مناقشة ملخص لفوائد استخدام جهاز حماية التيار المستمر من الارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي أدناه:

1. حماية المعدات: هذه هي الفائدة الأساسية لتكوين نظام التيار المستمر الخاص بك بجهاز حماية من زيادة التيار. فهو يحول أو يقمع زيادة التيار الزائد مما يحمي المعدات من التلف.

ثانياً: عمر افتراضي أطول للمعدات: إن تجنب التأثيرات الضارة للارتفاعات المفاجئة في الجهد بواسطة أجهزة حماية التيار المستمر يسمح للمعدات بالعمل لفترة أطول. وإلا فإن المعدات غير المحمية تتعرض بسهولة للارتفاعات المفاجئة في الجهد مما يؤدي إلى تلفها أو إعاقة أدائها.

ثالثا. ضمان السلامة: عندما تحدث أحداث زيادة التيار، فإنها تشكل مخاطر تتعلق بالسلامة، وخاصة في البيئات الصناعية التي تستخدم مصادر التيار المستمر ذات الطاقة العالية. ومن خلال امتصاص أو إعادة توجيه طاقة زيادة التيار، تعمل هذه الأجهزة على تقليل احتمالية حدوث أعطال كهربائية أو حرائق أو مخاطر تتعلق بالسلامة.

رابعا. موثوقية النظام: تساهم أجهزة الحماية من زيادة التيار في تحسين موثوقية نظام التيار المستمر من خلال دورها في الحماية. فهي تقلل من خطر فشل المعدات مما يساعد في الحفاظ على التشغيل المستمر والحد من الانقطاعات.

العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار SPD

عند اختيار جهاز حماية من التيار المستمر، تأكد من توافقه مع نظامك الذي يوفر لك الحماية المطلوبة. بهذه الطريقة، ستستفيد من دوره في تقليل المخاطر المحتملة المرتبطة بالتحولات في الجهد الكهربي.

بعض العوامل الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار تشمل:

التقييم الحالي: يجب أن يكون تصنيف التيار لـ DC SPD قادرًا على دعم أقصى تيار تشغيل للنظام. بهذه الطريقة، لا يسخن الحمل الناتج عن النظام بشكل زائد مما يؤدي إلى الفشل.
سمعة الشركة المصنعة: قم بإلقاء نظرة على الشركة المصنعة وتقييم سمعتها وموثوقيتها في إنتاج أجهزة SPD عالية الجودة وتوفير دعم ممتاز للعملاء.
وقت الاستجابة: يشير وقت الاستجابة لجهاز الحماية من زيادة التيار إلى سرعة رد فعله على حدث زيادة التيار. أنت تريد وقت استجابة قصير للتعامل بسرعة مع الأحداث العابرة وتعويض أي ضرر وشيك.
الامتثال للمعايير: تأكد من أن جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر يتوافق مع معايير الصناعة اللازمة. تضمن هذه المعايير أن جهاز الحماية من زيادة التيار الذي تشتريه يفي بمعايير الأداء.
سعة التيار الزائد: قم بتقييم سعة التيار المفاجئ المتوقعة لجهاز DC SPD للتأكد من قدرته على التعامل مع التيار المفاجئ بشكل فعال دون التعرض للإرهاق.
تصنيف الجهد: يحدد الحد الأقصى لجهد التشغيل لنظام التيار المستمر تصنيف الجهد لجهاز SPD الخاص بك. يجب أن يتطابق مع هذه القيمة أو يتجاوزها إذا كان من المفترض أن يوفر حماية فعالة من زيادة التيار.

تركيب DC SPD

يجب أن يتم تركيب جهاز حماية التيار المستمر من زيادة التيار بعناية لتجنب الأداء غير الفعال وحتى التلف. عند القيام بالتركيب، ضع في اعتبارك الطراز وخصائص النظام واللوائح المحلية.

وفيما يلي بعض الاعتبارات الرئيسية لعملية التثبيت:

اختر موقعًا مناسبًا مع الحفاظ عليه قريبًا قدر الإمكان من المعدات التي يتم حمايتها. كما يجب أن يكون من السهل الوصول إليه للسماح بالوصول إليه أثناء الصيانة والفحص.
اتبع التعليمات المقدمة من قبل الشركة المصنعة في تركيب جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر. قم بتثبيته بإحكام على سطح مناسب باستخدام الأجهزة والمسافات المناسبة لتبديد الحرارة والتهوية بشكل مناسب.
قم بتوصيل جهاز الحماية من زيادة التيار المستمر بنظام الطاقة وفقًا للإرشادات باستخدام الكابلات أو الموصلات القياسية. يجب أن تكون هذه الكابلات آمنة مع النهايات المناسبة وقادرة على التعامل مع الحد الأقصى للتيار المتوقع.
قم بتكوين نظام تأريض موثوق به ومنخفض المقاومة للمساعدة في تحويل التيارات الزائدة بشكل آمن بواسطة DC SPD.

اختبار جهاز حماية التيار المستمر من زيادة التيار

إن اختبار جهاز حماية التيار المستمر من زيادة التيار الكهربائي يؤكد على وظيفته ويضمن قدرته على توفير الحماية للمعدات من زيادة التيار الكهربائي بشكل فعال. عند الاختبار، قارن نتائج الاختبار بخصائص الاستجابة المحددة التي يجب أن يلتزم بها جهاز حماية التيار المستمر.

تشمل الاختبارات المستخدمة بشكل شائع ما يلي:

اختبار مقاومة العزل: هنا، يمكنك فصل SPD عن مصدر التيار المستمر، وقياس المقاومة بين أطراف الجهاز والأرض. وهذا يضمن عدم وجود مسارات تسرب أو أعطال.
اختبار انخفاض الجهد: يضمن هذا الاختبار أن يكون انخفاض الجهد ضمن الحدود المحددة. قم بتوصيل الجهاز بمصدر تيار مستمر قبل تطبيق الجهد المقدر وقياسه.
اختبار الطفرة: هنا، يمكنك محاكاة الطفرات العابرة من خلال تطبيق نبضات الطفرة على جهاز الحماية من الطفرات. بعد ذلك، قم بفحص أشكال الموجة ومقارنتها بمواصفات الاختبار.

المعايير المستخدمة في DC SPD

تتحقق المعايير من جودة وموثوقية وسلامة أجهزة الحماية من زيادة التيار المستمر. يتم توفير هذه المعايير من قبل الهيئات التنظيمية وتشمل:

المعهد الوطني الأمريكي للمعايير/معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات45: يقدم نظرة عامة على أداء اختبار زيادة التيار لأجهزة الحماية من زيادة التيار في نظام التيار المستمر.
اللجنة الكهروتقنية الدولية61643-11: يناقش طرق الاختبار والمتطلبات الخاصة بأجهزة SPD ذات التيار المستمر المتصلة بأنظمة الجهد المنخفض.
اللجنة الكهروتقنية الدولية61643-21: يقدم دليلاً لطرق الاختبار الخاصة بأجهزة DC SPD المستخدمة في شبكات الإشارات والاتصالات.
اللجنة الكهروتقنية الدولية61643-22: يصف اختيار وتطبيق DC SPDs المستخدمة في شبكات الاتصالات والنقل.
مختبرات التأمين(UL) 1449: يحدد إجراءات السلامة والأداء لأجهزة SPD ذات التيار المستمر.

تطبيقات DC SPD

يتم توضيح دور أجهزة SPD ذات التيار المستمر في حماية المعدات من ارتفاعات الجهد في تطبيقات مختلفة على النحو التالي:

1. مراكز البيانات: تلعب أجهزة DC SPD دورًا أساسيًا في منع فقدان البيانات وتلف المعدات في أجهزة التخزين ومعدات الشبكات والخوادم.

2. أنظمة التحكم الصناعية: تُستخدم في أجهزة التحكم التي تستخدم طاقة التيار المستمر مثل أجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) ومحركات السيارات.

ثالثا: الطاقة المتجددة: تستخدم محطات توليد طاقة الرياح والمنشآت الكهروضوئية للطاقة الشمسية أجهزة SPD ذات التيار المباشر في حماية الأجهزة الإلكترونية الحساسة مثل العاكسات.

رابعا. أنظمة التخزين: تعمل أجهزة SPD DC في أنظمة التخزين التي تستخدم طاقة البطارية على حماية مجموعات البطاريات وأنظمة المراقبة ومعدات تحويل الطاقة.

v. الاتصالات السلكية واللاسلكية: يتم دمج أجهزة DC SPD في مرافق الاتصالات ومراكز البيانات لحماية المعدات المهمة مثل خطوط نقل البيانات وإمدادات الطاقة.

سادسا. أنظمة النقل: تستخدم المركبات الكهربائية والترام والقطارات ومحطات الكهرباء الفرعية أجهزة SPD ذات التيار المباشر في محطات الشحن ووحدات التحكم الإلكترونية وأنظمة توزيع الطاقة.

بالنسبة لجميع أجهزة حماية التيار المستمر لديك، Letop هنا للمساعدة.