زيادة التيار البرق وحماية الجهد الزائد

زيادة التيار البرق وحماية الجهد الزائد

الجهد الزائد من أصل جوي
تعريفات الجهد الزائد

الجهد الزائد (في نظام) أي جهد بين موصل أحادي الطور والأرض أو بين موصلات طور لها قيمة ذروة تتجاوز القمة المقابلة لأعلى جهد لتعريف المعدات من المفردات الكهروتقنية الدولية (IEV 604-03-09)

أنواع مختلفة من الجهد الزائد

الجهد الزائد هو نبضة جهد أو موجة يتم فرضها على الجهد المقنن للشبكة (انظر الشكل J1)

يتميز هذا النوع من الجهد الزائد بما يلي (انظر الشكل J2):

• وقت الصعود tf (بالميكروثان) ؛
• التدرج S (في kV / μs).

يؤدي الجهد الزائد إلى اضطراب المعدات وينتج عنه إشعاع كهرومغناطيسي. علاوة على ذلك ، تؤدي مدة الجهد الزائد (T) إلى ذروة طاقة في الدوائر الكهربائية يمكن أن تدمر المعدات.
التين. J2 - الخصائص الرئيسية للجهد الزائد

أربعة أنواع من الجهد الزائد يمكن أن تعطل التركيبات والأحمال الكهربائية:

• اندفاعات التبديل: الجهد الزائد عالي التردد أو اضطراب الرشقات (انظر الشكل J1) الناجم عن تغيير في الحالة المستقرة في شبكة كهربائية (أثناء تشغيل مجموعة المفاتيح).
• الجهد الزائد لتردد الطاقة: الفولتية الزائدة من نفس التردد مثل الشبكة (50 أو 60 أو 400 هرتز) بسبب تغيير دائم في الحالة في الشبكة (بعد حدوث خطأ: خطأ في العزل ، وانهيار الموصل المحايد ، وما إلى ذلك).
• الجهد الزائد الناتج عن التفريغ الكهروستاتيكي: جهد زائد قصير جدًا (بضع نانو ثانية) من التردد العالي جدًا بسبب تفريغ الشحنات الكهربائية المتراكمة (على سبيل المثال ، الشخص الذي يمشي على سجادة بنعال عازلة مشحون كهربائيًا بجهد يبلغ عدة كيلو فولت).
• الجهد الزائد من أصل جوي.

خصائص الجهد الزائد من أصل الغلاف الجوي

ضربات البرق بأشكال قليلة: تنتج ومضات البرق كمية كبيرة جدًا من الطاقة الكهربائية النبضية (انظر الشكل J4)

• عدة آلاف من الأمبيرات (وعدة آلاف من الفولتات)
• عالية التردد (حوالي 1 ميغا هرتز)
• لمدة قصيرة (من ميكروثانية إلى ملي ثانية)

ما بين 2000 و 5000 عاصفة تتشكل باستمرار في جميع أنحاء العالم. هذه العواصف مصحوبة بضربات البرق التي تشكل خطرا جسيما على الأشخاص والمعدات. تضرب ومضات البرق الأرض بمعدل 30 إلى 100 ضربة في الثانية ، أي 3 مليارات ضربة برق كل عام.

يوضح الجدول في الشكل J3 بعض قيم صواعق البرق مع الاحتمالات المرتبطة بها. كما يتضح ، 50٪ من ضربات البرق لها تيار يتجاوز 35 كيلو أمبير و 5٪ تيار يتجاوز 100 كيلو أمبير. وبالتالي فإن الطاقة التي تنقلها ضربة البرق عالية جدًا.

الشكل J3 - أمثلة على قيم تفريغ البرق وفقًا لمعيار IEC 62305-1 (2010 - الجدول A.3)

الشكل J4 - مثال على تيار البرق

يتسبب البرق أيضًا في حدوث عدد كبير من الحرائق ، خاصة في المناطق الزراعية (تدمير المنازل أو جعلها غير صالحة للاستخدام). المباني الشاهقة معرضة بشكل خاص لضربة البرق.

التأثيرات على التركيبات الكهربائية

أضرار الصواعق على وجه الخصوص الأنظمة الكهربائية والإلكترونية: المحولات وعدادات الكهرباء والأجهزة الكهربائية في كل من المباني السكنية والصناعية.

تكلفة إصلاح الضرر الناجم عن البرق باهظة للغاية. لكن من الصعب للغاية تقييم عواقب:

• الاضطرابات التي تسببها أجهزة الكمبيوتر وشبكات الاتصالات ؛
• ولدت في تشغيل برامج التحكم المنطقي القابلة للبرمجة وأنظمة التحكم.

علاوة على ذلك ، قد تكون تكلفة الخسائر التشغيلية أعلى بكثير من قيمة المعدات المدمرة.

آثار البرق

البرق هو ظاهرة كهربائية عالية التردد تسبب جهدًا زائدًا في جميع العناصر الموصلة ، خاصةً في الكابلات والمعدات الكهربائية.

يمكن أن تؤثر الصواعق على الأنظمة الكهربائية (و / أو الإلكترونية) للمبنى بطريقتين:

• من خلال التأثير المباشر للصاعقة على المبنى (انظر الشكل J5 أ) ؛
• عن طريق التأثير غير المباشر للصاعقة على المبنى:
• يمكن أن تسقط ضربة صاعقة على خط طاقة كهربائية علوي يغذي مبنى (انظر الشكل J5 ب). يمكن أن يمتد التيار الزائد والجهد الزائد لعدة كيلومترات من نقطة التأثير.
• يمكن أن تسقط ضربة صاعقة بالقرب من أحد خطوط الطاقة الكهربائية (انظر الشكل J5 ج). إن الإشعاع الكهرومغناطيسي لتيار البرق هو الذي ينتج تيارًا عاليًا وجهدًا زائدًا على شبكة إمداد الطاقة الكهربائية. في الحالتين الأخيرتين ، يتم نقل التيارات والفولتية الخطرة بواسطة شبكة الإمداد بالطاقة.

يمكن أن تسقط ضربة صاعقة بالقرب من مبنى (انظر الشكل J5 د). ترتفع إمكانات الأرض حول نقطة التأثير بشكل خطير.

الشكل J5 - أنواع مختلفة من تأثير البرق

في جميع الحالات ، يمكن أن تكون العواقب المترتبة على التركيبات الكهربائية والأحمال وخيمة.

التين. J6 - نتيجة تأثير البرق

البرق يقع على مبنى غير محمي.	يقع البرق بالقرب من خط علوي.	يقع البرق بالقرب من مبنى.
يتدفق تيار البرق إلى الأرض عبر الهياكل الموصلة بشكل أو بآخر للمبنى مع تأثيرات مدمرة للغاية: التأثيرات الحرارية: ارتفاع درجة حرارة المواد بشكل شديد ، مما يؤدي إلى نشوب حريق التأثيرات الميكانيكية: تشوه بنيوي وميض حراري: ظاهرة خطيرة للغاية في وجود مواد قابلة للاشتعال أو متفجرة (الهيدروكربونات ، الغبار ، إلخ.)	يولد تيار البرق جهدًا زائدًا من خلال الحث الكهرومغناطيسي في نظام التوزيع. يتم نشر هذه الفولتية الزائدة على طول الخط إلى المعدات الكهربائية داخل المباني.	تولد ضربة البرق نفس أنواع الجهد الزائد مثل تلك الموصوفة الأضداد. بالإضافة إلى ذلك ، يرتفع تيار البرق من الأرض إلى التركيبات الكهربائية ، مما يتسبب في تعطل المعدات.
يتم تدمير المبنى والمنشآت داخل المبنى بشكل عام	تم تدمير التركيبات الكهربائية داخل المبنى بشكل عام.

طرق التكاثر المختلفة

وضع شائع

يظهر الجهد الزائد للوضع المشترك بين الموصلات الحية والأرض: طور إلى أرض أو محايد إلى أرض (انظر الشكل J7). وهي تشكل خطورة خاصة بالنسبة للأجهزة التي يتصل إطارها بالأرض بسبب مخاطر الانهيار العازل.

الشكل J7 - الوضع المشترك

الوضع التفاضلي

تظهر الجهد الزائد للوضع التفاضلي بين الموصلات الحية:

من الطور إلى الطور أو الطور إلى المحايد (انظر الشكل J8). تشكل خطورة خاصة على المعدات الإلكترونية والأجهزة الحساسة مثل أنظمة الكمبيوتر وما إلى ذلك.

الشكل J8 - الوضع التفاضلي

توصيف موجة البرق

يسمح تحليل الظواهر بتعريف أنواع موجات البرق والجهد.

• يتم النظر في نوعين من الموجات الحالية وفقًا لمعايير IEC:
• موجة 10/350 µs: لتمييز الموجات الحالية من ضربة صاعقة مباشرة (انظر الشكل J9) ؛

شكل J9 - الموجة الحالية 10/350 ميكرو ثانية

• موجة 8/20 µs: لتمييز الموجات الحالية من ضربة صاعقة غير مباشرة (انظر الشكل J10).

شكل J10 - الموجة الحالية 8/20 ميكرو ثانية

يستخدم هذان النوعان من موجات تيار البرق لتحديد الاختبارات على SPDs (معيار IEC 61643-11) ومناعة المعدات لتيارات البرق.

تحدد قيمة الذروة للموجة الحالية شدة ضربة البرق.

تتميز الفولتية الزائدة الناتجة عن ضربات البرق بموجة جهد 1.2 / 50 μs (انظر الشكل J11).

يستخدم هذا النوع من موجات الجهد للتحقق من قدرة المعدات على تحمل الجهد الزائد من أصل الغلاف الجوي (جهد الدفع وفقًا للمواصفة IEC 61000-4-5).

شكل J11 - موجة الجهد 1.2 / 50 s

مبدأ الحماية من الصواعق
القواعد العامة للحماية من الصواعق

إجراء لمنع مخاطر الصواعق
يجب أن يشتمل نظام حماية المبنى من تأثيرات الصواعق على:

• حماية الهياكل من ضربات الصواعق المباشرة ؛
• حماية التركيبات الكهربائية من ضربات الصواعق المباشرة وغير المباشرة.

المبدأ الأساسي لحماية التركيب من مخاطر الصواعق هو منع الطاقة المزعجة من الوصول إلى المعدات الحساسة. لتحقيق ذلك ، من الضروري:

• التقاط تيار البرق وتوجيهه إلى الأرض عبر المسار المباشر (تجنب المنطقة المجاورة للمعدات الحساسة) ؛
• أداء الترابط متساوي الجهد للتثبيت ؛ يتم تنفيذ هذا الترابط متساوي الجهد بواسطة موصلات ربط ، مكملة بأجهزة حماية الطفرة (SPD) أو فجوات الشرارة (على سبيل المثال ، فجوة شرارة الهوائي).
• تقليل التأثيرات المستحثة وغير المباشرة عن طريق تثبيت SPDs و / أو المرشحات. يتم استخدام نظامي حماية للتخلص من الجهد الزائد أو الحد منه: يُعرفان بنظام حماية المباني (خارج المباني) ونظام حماية التركيبات الكهربائية (داخل المباني).

نظام حماية المباني

يتمثل دور نظام حماية المبنى في حمايته من ضربات الصواعق المباشرة.
ويتكون النظام من:

• جهاز الالتقاط: نظام الحماية من الصواعق ؛
• الموصلات السفلية المصممة لنقل تيار البرق إلى الأرض ؛
• تؤدي الأرض "قدم الغراب" متصلة ببعضها البعض ؛
• الروابط بين جميع الإطارات المعدنية (الترابط المتساوي الجهد) والأسلاك الأرضية.

عندما يتدفق تيار البرق في الموصل ، إذا ظهرت اختلافات محتملة بينه وبين الإطارات المتصلة بالأرض الموجودة في المنطقة المجاورة ، يمكن أن يتسبب الأخير في حدوث ومضات ضوئية مدمرة.

الأنواع الثلاثة لنظام الحماية من الصواعق
يتم استخدام ثلاثة أنواع من حماية المباني:

مانعة الصواعق (قضيب بسيط أو مع نظام تشغيل)

مانعة الصواعق عبارة عن طرف التقاط معدني يوضع في الجزء العلوي من المبنى. يتم تأريضه بواسطة موصل واحد أو أكثر (غالبًا شرائط نحاسية) (انظر الشكل J12).

الشكل J12 - مانعة الصواعق (قضيب بسيط أو مع نظام تشغيل)

مانعة الصواعق بأسلاك مشدودة

يتم شد هذه الأسلاك فوق الهيكل لحمايته. يتم استخدامها لحماية الهياكل الخاصة: مناطق إطلاق الصواريخ والتطبيقات العسكرية وحماية الخطوط الهوائية ذات الجهد العالي (انظر الشكل J13).

التين. J13 - أسلاك مشدودة

موصل البرق بقفص شبكي (قفص فاراداي)

تتضمن هذه الحماية وضع العديد من الموصلات / الأشرطة السفلية بشكل متماثل في جميع أنحاء المبنى. (انظر الشكل J14).

يستخدم هذا النوع من أنظمة الحماية من الصواعق للمباني شديدة التعرض التي تحتوي على منشآت شديدة الحساسية مثل غرف الكمبيوتر.

التين. J14 - قفص شبكي (قفص فاراداي)

عواقب حماية المبنى لمعدات التركيبات الكهربائية

يرتفع 50 ٪ من تيار البرق الذي يتم تفريغه بواسطة نظام حماية المبنى إلى شبكات التأريض للتركيبات الكهربائية (انظر الشكل J15): غالبًا ما يتجاوز الارتفاع المحتمل للإطارات قدرة تحمل العزل للموصلات في الشبكات المختلفة ( LV ، الاتصالات السلكية واللاسلكية ، كابل الفيديو ، إلخ).

علاوة على ذلك ، فإن تدفق التيار عبر الموصلات السفلية يولد جهدًا زائدًا مستحثًا في التركيبات الكهربائية.

ونتيجة لذلك ، فإن نظام حماية المباني لا يحمي التركيبات الكهربائية: لذلك ، من الضروري توفير نظام حماية للتركيبات الكهربائية.

التين. J15 - برق مباشر بتيار خلفي

الحماية من الصواعق - نظام حماية التركيبات الكهربائية

الهدف الرئيسي من نظام حماية التركيبات الكهربائية هو قصر الجهد الزائد على القيم المقبولة للمعدات.

يتكون نظام حماية التركيبات الكهربائية من:

• واحد أو أكثر من SPD اعتمادًا على تكوين المبنى ؛
• الترابط متساوي الجهد: شبكة معدنية من الأجزاء الموصلة المكشوفة.

تطبيق

فيما يلي إجراءات حماية الأنظمة الكهربائية والإلكترونية للمبنى.

ابحث عن معلومات

• التعرف على جميع الأحمال الحساسة وموقعها في المبنى.
• تحديد الأنظمة الكهربائية والإلكترونية ونقاط دخول كل منها إلى المبنى.
• تحقق مما إذا كان نظام الحماية من الصواعق موجودًا في المبنى أو في المنطقة المجاورة.
• تعرف على اللوائح المطبقة على موقع المبنى.
• قم بتقييم مخاطر الصواعق وفقًا للموقع الجغرافي ونوع مصدر الطاقة وكثافة الصواعق وما إلى ذلك.

تنفيذ الحل

• تثبيت الموصلات الرابطة على الإطارات بواسطة شبكة.
• قم بتثبيت SPD في لوحة التبديل الواردة في LV.
• قم بتثبيت SPD إضافي في كل لوحة توزيع فرعي تقع بالقرب من المعدات الحساسة (انظر الشكل J16).

الشكل J16 - مثال على حماية تركيبات كهربائية واسعة النطاق

جهاز حماية الطفرة (SPD)

تستخدم أجهزة حماية الطفرة (SPD) لشبكات إمداد الطاقة الكهربائية وشبكات الهاتف وحافلات الاتصالات والتحكم الآلي.

جهاز حماية التيار الكهربائي (SPD) هو أحد مكونات نظام حماية التركيبات الكهربائية.

يتم توصيل هذا الجهاز بالتوازي في دائرة إمداد الطاقة للأحمال التي يتعين عليه حمايتها (انظر الشكل J17). يمكن استخدامه أيضًا على جميع مستويات شبكة الإمداد بالطاقة.

هذا هو النوع الأكثر استخدامًا والأكثر كفاءة للحماية من الجهد الزائد.

التين. J17 - مبدأ نظام الحماية بالتوازي

SPD المتصل بالتوازي لديه مقاومة عالية. بمجرد ظهور الجهد الزائد العابر في النظام ، تقل مقاومة الجهاز بحيث يتم دفع التيار الزائد عبر SPD ، متجاوزًا المعدات الحساسة.

مبدأ

تم تصميم SPD للحد من الجهد الزائد العابر للأصل الجوي وتحويل موجات التيار إلى الأرض ، وذلك للحد من سعة هذا الجهد الزائد إلى قيمة لا تشكل خطورة على التركيبات الكهربائية والمفاتيح الكهربائية ومعدات التحكم.

SPD يزيل الجهد الزائد

• في الوضع المشترك ، بين الطور والمحايدة أو الأرض ؛
• في الوضع التفاضلي ، بين الطور والحيادي.

في حالة تجاوز الجهد الزائد عتبة التشغيل ، SPD

• يوصل الطاقة إلى الأرض ، في الوضع المشترك ؛
• يوزع الطاقة على الموصلات الحية الأخرى ، في الوضع التفاضلي.

الأنواع الثلاثة للـ SPD

اكتب شنومكس سبد
يوصى باستخدام النوع 1 SPD في حالة محددة لقطاع الخدمات والمباني الصناعية ، المحمية بواسطة نظام حماية من الصواعق أو قفص شبكي.
يحمي التركيبات الكهربائية من ضربات الصواعق المباشرة. يمكنها تفريغ التيار الخلفي من انتشار البرق من الموصل الأرضي إلى موصلات الشبكة.
النوع 1 SPD يتميز بموجة تيار 10/350 s.

اكتب شنومكس سبد
النوع 2 SPD هو نظام الحماية الرئيسي لجميع التركيبات الكهربائية ذات الجهد المنخفض. مثبتة في كل لوحة مفاتيح كهربائية ، تمنع انتشار الفولتية الزائدة في التركيبات الكهربائية وتحمي الأحمال.
النوع 2 SPD يتميز بموجة تيار 8/20 s.

اكتب شنومكس سبد
تتميز أجهزة SPD بسعة تفريغ منخفضة. لذلك يجب تثبيتها بشكل إلزامي كمكمل للنوع 2 SPD وفي محيط الأحمال الحساسة.
يتميز النوع 3 SPD بمزيج من موجات الجهد (1.2 / 50 ميكرو ثانية) وموجات التيار (8/20 ميكرو ثانية).

التعريف المعياري SPD

الشكل J18 - تعريف SPD القياسي

ملاحظة 1: يوجد T1 + T2 SPD (أو Type 1 + 2 SPD) يجمع بين حماية الأحمال من ضربات الصواعق المباشرة وغير المباشرة.

ملاحظة 2: يمكن أيضًا إعلان بعض T2 SPD على أنها T3

خصائص SPD

تحدد المواصفة القياسية الدولية IEC 61643-11 الإصدار 1.0 (03/2011) خصائص واختبارات SPD المتصلة بأنظمة توزيع الجهد المنخفض (انظر الشكل J19).

باللون الأخضر ، نطاق التشغيل المضمون لـ SPD.
الشكل J19 - خاصية الوقت / الحالية لـ SPD مع مكثف

الخصائص المشتركة

• U_C: أقصى جهد تشغيل مستمر. هذا هو جهد التيار المتردد أو التيار المستمر الذي يصبح فوقه SPD نشطًا. يتم اختيار هذه القيمة وفقًا للجهد المقدر وترتيب تأريض النظام.
• U_P: مستوى حماية الجهد (عند I_n). هذا هو الحد الأقصى من الجهد عبر أطراف SPD عندما يكون نشطًا. يتم الوصول إلى هذا الجهد عندما يكون التيار المتدفق في SPD مساويًا لـ In. يجب أن يكون مستوى حماية الجهد المختار أقل من قدرة تحمل الأحمال الزائدة عن الجهد. في حالة الصواعق ، يظل الجهد عبر أطراف SPD أقل من U بشكل عام_P.
• في: تيار التفريغ الاسمي. هذه هي قيمة الذروة لشكل موجة 8/20 µs الذي يستطيع SPD تفريغ 19 مرة على الأقل.

لماذا مهم؟
يتوافق مع تيار التفريغ الاسمي الذي يمكن أن يتحمله SPD 19 مرة على الأقل: القيمة الأعلى لـ In تعني عمرًا أطول لـ SPD ، لذلك يوصى بشدة باختيار قيم أعلى من القيمة الدنيا المفروضة وهي 5 kA.

اكتب شنومكس سبد

• I_عفريت: الدافع الحالي. هذه هي قيمة الذروة لتيار من شكل موجة 10/350 µs حيث أن SPD قادرة على تفريغ التفريغ مرة واحدة على الأقل.

لماذا أنا_عفريت مهم؟
يتطلب معيار IEC 62305 قيمة تيار نبضة قصوى تبلغ 25 كيلو أمبير لكل قطب للنظام ثلاثي الطور. هذا يعني أنه بالنسبة لشبكة 3P + N ، يجب أن يكون SPD قادرًا على تحمل أقصى تيار دفع كلي يبلغ 100 كيلو أمبير القادمة من الترابط الأرضي.

• I_fi: إطفاء تلقائي تابع التيار. ينطبق فقط على تقنية شرارة الفجوة. هذا هو التيار (50 هرتز) الذي يستطيع SPD مقاطعته بنفسه بعد الفلاش. يجب أن يكون هذا التيار دائمًا أكبر من تيار الدائرة القصيرة المحتمل عند نقطة التثبيت.

اكتب شنومكس سبد

• إيماكس: الحد الأقصى لتيار التفريغ. هذه هي قيمة الذروة لشكل موجة 8/20 µs التي يستطيع SPD تفريغها مرة واحدة.

لماذا يعتبر إيماكس مهمًا؟
إذا قارنت 2 SPD مع نفس In ، ولكن مع Imax مختلف: فإن SPD ذات قيمة Imax الأعلى لها "هامش أمان" أعلى ويمكنها تحمل ارتفاع التيار دون أن تتعرض للتلف.

اكتب شنومكس سبد

• U_OC: جهد الدائرة المفتوحة المطبق أثناء اختبارات الفئة الثالثة (النوع 3).

التطبيقات الرئيسية

• الجهد المنخفض SPD. يتم تحديد الأجهزة المختلفة جدًا ، من وجهة نظر تكنولوجية واستخدامات ، بواسطة هذا المصطلح. وحدات SPD ذات الجهد المنخفض معيارية يمكن تركيبها بسهولة داخل لوحات مفاتيح الجهد المنخفض. هناك أيضًا وحدات SPD قابلة للتكيف مع مآخذ الطاقة ، لكن هذه الأجهزة ذات سعة تفريغ منخفضة.

• SPD لشبكات الاتصال. تحمي هذه الأجهزة شبكات الهاتف والشبكات المبدلة وشبكات التحكم الآلي (الناقل) من الجهد الزائد القادم من الخارج (البرق) وتلك الداخلية لشبكة الإمداد بالطاقة (المعدات الملوثة ، تشغيل المفاتيح الكهربائية ، إلخ). يتم تثبيت SPDs أيضًا في موصلات RJ11 و RJ45 ... أو مدمجة في الأحمال.

ملاحظة

1. تسلسل الاختبار وفقًا لمعيار IEC 61643-11 لـ SPD بناءً على MOV (مكثف). ما مجموعه 19 نبضة في I_n:

• دافع إيجابي واحد
• دافع سلبي واحد
• 15 نبضة متزامنة عند كل 30 درجة على جهد 50 هرتز
• دافع إيجابي واحد
• دافع سلبي واحد

2. للنوع 1 SPD ، بعد نبضات 15 في I_n (انظر الملاحظة السابقة):

• نبضة واحدة عند 0.1 × أنا_عفريت
• نبضة واحدة عند 0.25 × أنا_عفريت
• نبضة واحدة عند 0.5 × أنا_عفريت
• نبضة واحدة عند 0.75 × أنا_عفريت
• دفعة واحدة في أنا_عفريت

تصميم نظام حماية التركيبات الكهربائية
قواعد تصميم نظام حماية التركيبات الكهربائية

لحماية التركيبات الكهربائية في المبنى ، تنطبق قواعد بسيطة على اختيار

• SPD (ق) ؛
• نظام الحماية الخاص به.

بالنسبة لنظام توزيع الطاقة ، فإن الخصائص الرئيسية المستخدمة لتحديد نظام الحماية من الصواعق واختيار SPD لحماية التركيبات الكهربائية في المبنى هي:

• SPD
• كمية SPD
• نوع
• مستوى التعرض لتحديد أقصى تيار تفريغ SPD إيماكس.
• جهاز حماية ماس كهربائى
• الحد الأقصى لتصريف التيار إيماكس ؛
• تيار ماس كهربائى Isc عند نقطة التثبيت.

يوضح الرسم البياني المنطقي في الشكل J20 أدناه قاعدة التصميم هذه.

التين. J20 - مخطط منطقي لاختيار نظام حماية

الخصائص الأخرى لاختيار SPD محددة مسبقًا للتركيبات الكهربائية.

• عدد الأعمدة في SPD ؛
• مستوى حماية الجهد U_P;
• U_C: أقصى جهد تشغيل مستمر.

يصف هذا القسم الفرعي تصميم نظام حماية التركيبات الكهربائية بمزيد من التفصيل معايير اختيار نظام الحماية وفقًا لخصائص التركيب والمعدات المراد حمايتها والبيئة.

عناصر نظام الحماية

يجب دائمًا تثبيت SPD في أصل التركيبات الكهربائية.

موقع ونوع SPD

يعتمد نوع SPD المراد تثبيته في أصل التثبيت على وجود نظام حماية من الصواعق أم لا. إذا كان المبنى مزودًا بنظام حماية من الصواعق (وفقًا للمواصفة IEC 62305) ، فيجب تركيب نوع 1 SPD.

بالنسبة لـ SPD المثبتة في نهاية التثبيت الواردة ، تحدد معايير التثبيت IEC 60364 القيم الدنيا للخاصيتين التاليتين:

• تيار التفريغ الاسمي أنا_n = 5 كيلو أمبير (8/20) µs ؛
• مستوى حماية الجهد U_P(في أنا_n) <2.5 كيلو فولت.

يتم تحديد عدد وحدات SPD الإضافية التي سيتم تثبيتها من خلال:

• حجم الموقع وصعوبة تركيب موصلات الربط. في المواقع الكبيرة ، من الضروري تثبيت SPD في النهاية الواردة لكل حاوية توزيع فرعي.
• المسافة التي تفصل الأحمال الحساسة المراد حمايتها من جهاز الحماية الطرفي الوارد. عندما تكون الأحمال على بعد أكثر من 10 أمتار من جهاز الحماية في النهاية الواردة ، فمن الضروري توفير حماية إضافية دقيقة أقرب ما يمكن من الأحمال الحساسة. ظاهرة انعكاس الموجة تتزايد من 10 أمتار انظر انتشار موجة البرق
• خطر التعرض. في حالة وجود موقع مكشوف للغاية ، لا يمكن أن تضمن نهاية SPD كلاً من التدفق العالي لتيار البرق ومستوى حماية الجهد المنخفض بدرجة كافية. على وجه الخصوص ، يكون النوع 1 SPD مصحوبًا بشكل عام بـ Type 2 SPD.

يوضح الجدول في الشكل J21 أدناه كمية ونوع SPD التي سيتم إعدادها على أساس العاملين المحددين أعلاه.

الشكل J21 - الحالات الأربع لتنفيذ SPD

مستويات الحماية الموزعة

تسمح العديد من مستويات الحماية لـ SPD بتوزيع الطاقة بين العديد من SPD ، كما هو موضح في الشكل J22 حيث يتم توفير الأنواع الثلاثة من SPD من أجل:

• النوع 1: عندما يكون المبنى مزودًا بنظام حماية من الصواعق ويقع عند الطرف القادم للتركيب ، فإنه يمتص كمية كبيرة جدًا من الطاقة ؛
• النوع 2: يمتص الجهد الزائد المتبقي ؛
• النوع 3: يوفر حماية "دقيقة" إذا لزم الأمر للمعدات الأكثر حساسية الموجودة بالقرب من الأحمال.

ملاحظة: يمكن دمج النوع 1 و 2 SPD في SPD واحد
التين. J22 - هندسة الحماية الدقيقة

الخصائص المشتركة لأجهزة SPD وفقًا لخصائص التثبيت
أقصى جهد تشغيل مستمر Uc

اعتمادًا على ترتيب تأريض النظام ، أقصى جهد تشغيل مستمر U_C يجب أن تكون SPD مساوية أو أكبر من القيم الموضحة في الجدول في الشكل J23.

الشكل J23 - قيمة دنيا مشددة لـ U_C لأجهزة SPD اعتمادًا على ترتيب تأريض النظام (بناءً على الجدول 534.2 من معيار IEC 60364-5-53)

لا ينطبق: لا ينطبق
U: جهد خط إلى خط لنظام الجهد المنخفض
أ. ترتبط هذه القيم بظروف الخطأ الأسوأ ، وبالتالي لا يتم أخذ التسامح بنسبة 10٪ في الاعتبار.

تم اختيار القيم الأكثر شيوعًا لـ UC وفقًا لترتيب تأريض النظام.
TT ، TN: 260 ، 320 ، 340 ، 350 فولت
IT: 440 ، 460 فولت

مستوى حماية الجهد U_P (في أنا_n)

يساعد معيار IEC 60364-4-44 في اختيار مستوى الحماية لأعلى لـ SPD في وظيفة الأحمال المراد حمايتها. يشير جدول الشكل J24 إلى قدرة تحمل النبضات لكل نوع من المعدات.

الشكل J24 - الجهد النبضي المقنن المطلوب للمعدات Uw (الجدول 443.2 من IEC 60364-4-44)

أ. وفقًا لـ IEC 60038: 2009.
ب. يتم تطبيق هذا الجهد الدافع المقدر بين الموصلات الحية و PE.
ج. في كندا والولايات المتحدة الأمريكية ، بالنسبة للجهود على الأرض التي تزيد عن 300 فولت ، يتم تطبيق الجهد النبضي المقنن المقابل لأعلى جهد تالي في هذا العمود.
د. بالنسبة لعمليات أنظمة تكنولوجيا المعلومات عند 220-240 فولت ، يجب استخدام صف 230/400 ، بسبب الجهد الأرضي عند العطل الأرضي في خط واحد.

التين. J25 - فئة الجهد الزائد للمعدات

	معدات من فئة الجهد الزائد أنا مناسبة فقط للاستخدام في التركيب الثابت للمباني حيث يتم تطبيق وسائل الحماية خارج المعدات - للحد من الجهد الزائد العابر إلى المستوى المحدد. ومن أمثلة هذه المعدات تلك التي تحتوي على دوائر إلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر والأجهزة ذات البرامج الإلكترونية وما إلى ذلك.
	تعد معدات فئة الجهد الزائد II مناسبة للتوصيل بالتركيبات الكهربائية الثابتة ، مما يوفر درجة عادية من التوافر مطلوبة عادةً للمعدات المستخدمة حاليًا. ومن الأمثلة على هذه المعدات الأجهزة المنزلية والأحمال المماثلة.
	تُستخدم معدات فئة الجهد الزائد XNUMX في التثبيت الثابت في اتجاه مجرى النهر ، بما في ذلك لوحة التوزيع الرئيسية ، مما يوفر درجة عالية من التوفر. ومن الأمثلة على هذه المعدات لوحات التوزيع ، وقواطع الدائرة ، وأنظمة الأسلاك بما في ذلك الكابلات ، وقضبان التوصيل ، وصناديق التوصيل ، والمفاتيح ، ومنافذ التوصيل) في التركيب الثابت ، ومعدات للاستخدام الصناعي وبعض المعدات الأخرى ، على سبيل المثال المحركات الثابتة مع اتصال دائم بالتركيب الثابت.
	تعد المعدات من فئة الجهد الزائد IV مناسبة للاستخدام عند أو بالقرب من أصل التركيب ، على سبيل المثال أعلى لوحة التوزيع الرئيسية. ومن أمثلة هذه المعدات عدادات الكهرباء وأجهزة حماية التيار الزائد الأولية ووحدات التحكم في التموج.

تم تثبيت U_P يجب مقارنة الأداء بقدرة تحمل الأحمال الدافعة.

SPD لديه مستوى حماية الجهد U_P هذا أمر جوهري ، أي أنه تم تحديده واختباره بشكل مستقل عن التثبيت. في الممارسة العملية ، لاختيار U_P أداء SPD ، يجب أخذ هامش أمان للسماح بالجهد الزائد الملازم لتركيب SPD (انظر الشكل J26 وتوصيل جهاز حماية الطفرة).

الشكل J26 - تثبيت U_P

مستوى حماية الجهد "المثبت" U_P يستخدم بشكل عام لحماية المعدات الحساسة في التركيبات الكهربائية 230/400 فولت 2.5 كيلو فولت (فئة الجهد الزائد II ، انظر الشكل J27).

ملحوظة:
إذا كان مستوى حماية الجهد المنصوص عليه لا يمكن تحقيقه بواسطة SPD الوارد أو إذا كانت عناصر المعدات الحساسة بعيدة (انظر عناصر نظام الحماية # الموقع ونوع SPD الموقع ونوع SPD ، يجب تثبيت SPD المنسق الإضافي لتحقيق مستوى الحماية المطلوب.

عدد الأقطاب

• اعتمادًا على ترتيب تأريض النظام ، من الضروري توفير بنية SPD تضمن الحماية في الوضع المشترك (CM) والوضع التفاضلي (DM).

الشكل J27 - احتياجات الحماية وفقًا لترتيب تأريض النظام

أ. يمكن دمج الحماية بين الطور والمحايدة إما في SPD الموضوعة في أصل التثبيت أو تكون بعيدة بالقرب من المعدات المراد حمايتها
ب. إذا وزعت محايدة

ملحوظة:

الجهد الزائد للوضع المشترك
يتمثل الشكل الأساسي للحماية في تثبيت SPD في الوضع المشترك بين المراحل وموصل PE (أو PEN) ، بغض النظر عن نوع ترتيب تأريض النظام المستخدم.

الجهد الزائد للوضع التفاضلي
في أنظمة TT و TN-S ، ينتج عن تأريض المحايد عدم تناسق بسبب مقاومة الأرض مما يؤدي إلى ظهور الفولتية ذات الوضع التفاضلي ، على الرغم من أن الجهد الزائد الناتج عن ضربة صاعقة هو الوضع الشائع.

2P و 3 P و 4 P SPD
(انظر الشكل J28)
يتم تكييفها مع أنظمة تكنولوجيا المعلومات ، TN-C ، TN-CS.
إنها توفر الحماية فقط ضد الجهد الزائد من النمط الشائع

الشكل. J28 - 1P ، 2P ، 3P ، 4P SPD

1P + N ، 3P + N SPD
(انظر الشكل J29)
يتم تكييفها مع أنظمة TT و TN-S.
أنها توفر الحماية ضد الجهد الزائد في الوضع المشترك والوضع التفاضلي

شكل J29 - 1P + N ، 3P + N SPD

اختيار نوع 1 SPD
الدافع الحالي IIMP

• في حالة عدم وجود لوائح وطنية أو لوائح محددة لنوع المبنى المراد حمايته: يجب أن تكون قوة الدفع الحالية على الأقل 12.5 كيلو أمبير (موجة 10/350 أوم) لكل فرع وفقًا للمواصفة IEC 60364-5-534.
• في حالة وجود اللوائح: يحدد المعيار IEC 62305-2 4 مستويات: الأول والثاني والثالث والرابع

يوضح الجدول في الشكل J31 المستويات المختلفة لـ I_عفريت في الحالة التنظيمية.

التين. J30 - مثال أساسي للتوازن الأول_عفريت التوزيع الحالي في نظام 3 مراحل

التين. J31 - جدول I_عفريت القيم وفقًا لمستوى حماية الجهد الكهربائي للمبنى (بناءً على IEC / EN 62305-2)

إطفاء تلقائي يتبع الحالي أنا_fi

هذه الخاصية قابلة للتطبيق فقط على أجهزة SPD المزودة بتقنية فجوة الشرارة. يتبع الإطفاء التلقائي الحالي I_fi يجب أن يكون دائمًا أكبر من تيار الدائرة القصيرة المحتمل I_sc عند نقطة التثبيت.

اختيار نوع 2 SPD
أقصى تيار تفريغ إيماكس

يتم تحديد الحد الأقصى لتيار التصريف Imax وفقًا لمستوى التعرض المقدر بالنسبة لموقع المبنى.
يتم تحديد قيمة الحد الأقصى لتيار التفريغ (Imax) من خلال تحليل المخاطر (انظر الجدول في الشكل J32).

الشكل J32 - الحد الأقصى الموصى به لتيار التفريغ Imax وفقًا لمستوى التعرض

اختيار جهاز حماية ماس كهربائى خارجي (SCPD)

يجب تنسيق أجهزة الحماية (الحرارية وقصيرة الدائرة) مع SPD لضمان التشغيل الموثوق به ، أي
ضمان استمرارية الخدمة:

• تحمل موجات البرق الحالية
• لا تولد الجهد المتبقي المفرط.

ضمان حماية فعالة ضد جميع أنواع التيار الزائد:

• الزائد بعد الهروب الحراري للمكثف ؛
• ماس كهربائى منخفض الكثافة (مانع) ؛
• ماس كهربائى عالي الكثافة.

المخاطر التي يجب تجنبها في نهاية عمر SPD
بسبب الشيخوخة

في حالة انتهاء العمر الطبيعي بسبب الشيخوخة ، تكون الحماية من النوع الحراري. يجب أن يحتوي SPD مع المتغيرات على فاصل داخلي يعمل على تعطيل SPD.
ملاحظة: نهاية العمر الافتراضي من خلال الجريان الحراري لا تتعلق بـ SPD بأنبوب تصريف الغاز أو فجوة الشرارة المغلفة.

بسبب خطأ

أسباب انتهاء العمر الافتراضي بسبب عطل ماس كهربائى هي:

• تجاوز قدرة التفريغ القصوى. ينتج عن هذا الخطأ ماس كهربائي قوي.
• خطأ بسبب نظام التوزيع (تبديل محايد / طوري ، فصل محايد).
• التدهور التدريجي للمكثف.
  يؤدي الخطأان الأخيران إلى ماس كهربائي مانع.
  يجب حماية التركيب من التلف الناتج عن هذه الأنواع من العيوب: فاصل الفصل الداخلي (الحراري) المحدد أعلاه ليس لديه وقت للإحماء ، وبالتالي للعمل.
  يجب تركيب جهاز خاص يسمى "جهاز حماية ماس كهربائى خارجي (SCPD خارجي)" قادر على التخلص من ماس كهربائى. يمكن تنفيذه بواسطة قاطع الدائرة الكهربائية أو جهاز الصمامات.

خصائص SCPD الخارجية

يجب تنسيق SCPD الخارجي مع SPD. إنه مصمم لتلبية الشرطين التاليين:

تيار البرق يتحمل

تعتبر مقاومة البرق الحالية سمة أساسية لجهاز حماية ماس كهربائى الخارجي SPD.
يجب ألا يسير SCPD الخارجي على 15 التيارات الدافعة المتتالية في In.

تيار ماس كهربائى يتحمل

• يتم تحديد سعة القطع وفقًا لقواعد التثبيت (معيار IEC 60364):
  يجب أن يكون لـ SCPD الخارجي قدرة كسر تساوي أو تزيد عن تيار الدائرة القصيرة المتوقع Isc عند نقطة التثبيت (وفقًا لمعيار IEC 60364).
• حماية التركيب من قصر الدائرة
  على وجه الخصوص ، تعمل ماس كهربائى العائق على تبديد الكثير من الطاقة ويجب التخلص منها بسرعة كبيرة لمنع حدوث تلف في التركيب و SPD.
  يجب أن تقدم الشركة المصنعة الارتباط الصحيح بين SPD و SCPD الخارجي.

وضع التثبيت لـ SCPD الخارجي
الجهاز "في السلسلة"

يوصف SCPD بأنه "متسلسل" (انظر الشكل J33) عندما يتم تنفيذ الحماية بواسطة جهاز الحماية العام للشبكة المراد حمايتها (على سبيل المثال ، قاطع دارة التوصيل في بداية عملية التثبيت).

الشكل J33 - SCPD "على التوالي"

الجهاز "بالتوازي"

يوصف SCPD بأنه "على التوازي" (انظر الشكل J34) عندما يتم تنفيذ الحماية على وجه التحديد بواسطة جهاز حماية مرتبط بـ SPD.

• يُطلق على SCPD الخارجي اسم "قاطع دائرة الفصل" إذا تم تنفيذ الوظيفة بواسطة قاطع الدائرة.
• قد يتم أو لا يتم دمج قاطع الدائرة الكهربائية في SPD.

الشكل J34 - SCPD "بالتوازي"

ملحوظة:
في حالة وجود SPD مع أنبوب تفريغ غاز أو فجوة شرارة مغلفة ، يسمح SCPD بقطع التيار فورًا بعد الاستخدام.

ضمان الحماية

يجب تنسيق SCPD الخارجي مع SPD واختباره وضمانه من قبل الشركة المصنعة لـ SPD وفقًا لتوصيات معيار IEC 61643-11. يجب أيضًا تثبيته وفقًا لتوصيات الشركة المصنعة. كمثال ، انظر جداول التنسيق الكهربائية SCPD + SPD.

عند دمج هذا الجهاز ، يضمن التوافق مع معيار المنتج IEC 61643-11 الحماية بشكل طبيعي.

الشكل J35 - SPDs مع SCPD خارجي وغير متكامل (iC60N + iPRD 40r) ومتكامل (iQuick PRD 40r)

ملخص خصائص SCPD الخارجية

ويرد تحليل مفصل للخصائص في قسم الخصائص التفصيلية لـ SCPD الخارجي.
يوضح الجدول في الشكل J36 ، على سبيل المثال ، ملخصًا للخصائص وفقًا لأنواع مختلفة من SCPD الخارجي.

الشكل J36 - خصائص الحماية في نهاية العمر من النوع 2 SPD وفقًا لـ SCPDs الخارجية

وضع التثبيت لـ SCPD الخارجي	في السلسلة	بالتوازي
		حماية الصمامات المرتبطة	حماية قواطع دوائر مرتبطة	حماية قاطع الدائرة المتكاملة
زيادة حماية المعدات	=	=	=	=
	تحمي SPD المعدات بشكل مرضٍ مهما كان نوع SCPD الخارجي المرتبط
حماية التثبيت في نهاية العمر الافتراضي	-	=	+	++
	لا يوجد ضمان ممكن للحماية	ضمان المصنع		ضمان كامل
		الحماية من دوائر قصر المعاوقة غير مضمونة بشكل جيد	الحماية من الدوائر القصيرة مضمونة تمامًا
استمرارية الخدمة في نهاية العمر الافتراضي	- -	+	+	+
	التثبيت الكامل مغلق	يتم إيقاف تشغيل دائرة SPD فقط
الصيانة في نهاية العمر	- -	=	+	+
	مطلوب اغلاق التثبيت	تغيير الصمامات	إعادة فورية

SPD وجدول تنسيق جهاز الحماية

يوضح الجدول في الشكل J37 أدناه تنسيق قواطع فصل الدائرة (SCPD الخارجية) للنوع 1 و 2 SPD للعلامة التجارية XXX الكهربائية لجميع مستويات التيارات ذات الدائرة القصيرة.

يضمن التنسيق بين SPD وقواطع دائرة الفصل الخاصة به ، المشار إليها والمضمونة بواسطة Electric ، حماية موثوقة (مقاومة الصواعق ، وحماية معززة لتيارات مقاومة ماس كهربائى ، وما إلى ذلك)

التين. J37 - مثال على جدول تنسيق بين SPD وقواطع الدائرة الكهربائية الخاصة بهم. راجع دائمًا أحدث الجداول المقدمة من الشركات المصنعة.

التنسيق مع أجهزة حماية المنبع

التنسيق مع أجهزة حماية التيار الزائد
في التركيبات الكهربائية ، يعد SCPD الخارجي جهازًا مطابقًا لجهاز الحماية: وهذا يجعل من الممكن تطبيق تقنيات الانتقائية والمتتالية من أجل التحسين التقني والاقتصادي لخطة الحماية.

التنسيق مع الأجهزة الحالية المتبقية
إذا تم تثبيت SPD في اتجاه مجرى جهاز حماية التسرب الأرضي ، فيجب أن يكون الأخير من النوع "si" أو النوع الانتقائي مع مناعة لنبض التيارات التي لا تقل عن 3 كيلو أمبير (موجة تيار 8/20 ميكرو ثانية).

تركيب جهاز حماية الطفرة
توصيل جهاز حماية الطفرة

يجب أن تكون توصيلات SPD بالأحمال قصيرة قدر الإمكان من أجل تقليل قيمة مستوى حماية الجهد (المثبت لأعلى) على أطراف المعدات المحمية.

يجب ألا يتجاوز الطول الإجمالي لتوصيلات SPD بالشبكة والكتلة الطرفية الأرضية 50 سم.

إحدى الخصائص الأساسية لحماية المعدات هي الحد الأقصى لمستوى حماية الجهد (المثبت لأعلى) الذي يمكن أن يتحمله الجهاز عند أطرافه. وفقًا لذلك ، يجب اختيار SPD بمستوى حماية للجهد أعلى يتكيف مع حماية المعدات (انظر الشكل J38). الطول الإجمالي لموصلات التوصيل هو

L = L1 + L2 + L3.

بالنسبة للتيارات عالية التردد ، تكون المعاوقة لكل وحدة طول لهذا الاتصال حوالي 1 µH / m.

ومن ثم ، فإن تطبيق قانون لينز على هذا الاتصال: ΔU = L di / dt

الموجة الحالية 8/20 µs المعيارية ، بسعة حالية 8 kA ، تخلق وفقًا لذلك ارتفاعًا في الجهد بمقدار 1000 فولت لكل متر من الكابل.

ΔU = 1 × 10-6 × 8 × 103/8 × 10-6 = 1000 فولت

التين. J38 - وصلات SPD L <50 سم

نتيجة لذلك ، فإن الجهد عبر أطراف المعدات ، معدات U ، هو:
معدات U = Up + U1 + U2
إذا كانت L1 + L2 + L3 = 50 سم ، وكانت الموجة 8/20 µs بسعة 8 kA ، فإن الجهد عبر أطراف المعدات سيكون أعلى + 500 V.

اتصال في حاوية بلاستيكية

يوضح الشكل J39 أدناه كيفية توصيل SPD في حاوية بلاستيكية.

الشكل J39 - مثال للتوصيل في حاوية بلاستيكية

اتصال في حاوية معدنية

في حالة مجموعة المفاتيح الكهربائية في حاوية معدنية ، قد يكون من الحكمة توصيل SPD مباشرة بالحاوية المعدنية ، مع استخدام العلبة كموصل وقائي (انظر الشكل J40).
يتوافق هذا الترتيب مع المعيار IEC 61439-2 ويجب على الشركة المصنعة للتجميع التأكد من أن خصائص الغلاف تجعل هذا الاستخدام ممكنًا.

الشكل J40 - مثال للتوصيل في حاوية معدنية

المقطع العرضي للموصل

يأخذ الحد الأدنى الموصى به للمقطع العرضي للموصل في الاعتبار:

• الخدمة العادية التي يجب توفيرها: تدفق موجة البرق تحت أقصى انخفاض للجهد (قاعدة 50 سم).
  ملاحظة: على عكس التطبيقات عند 50 هرتز ، فإن ظاهرة البرق عالية التردد ، فإن الزيادة في المقطع العرضي للموصل لا تقلل إلى حد كبير من مقاومة التردد العالي.
• تتحمل الموصلات تيارات ماس ​​كهربائى: يجب أن يقاوم الموصل تيار ماس كهربائى خلال فترة قطع نظام الحماية القصوى.
  توصي IEC 60364 عند نهاية التثبيت الواردة بحد أدنى من المقطع العرضي لـ:
• 4 مم 2 (نحاس) للتوصيل من النوع 2 SPD ؛
• 16 مم 2 (نحاس) للتوصيل من النوع 1 SPD (وجود نظام حماية من الصواعق).

أمثلة على تركيبات SPD الجيدة والسيئة

الشكل J41 - أمثلة على تركيبات SPD الجيدة والسيئة

يجب أن يتم تصميم تركيب المعدات وفقًا لقواعد التركيب: يجب أن يكون طول الكابلات أقل من 50 سم.

قواعد الكابلات لجهاز حماية الطفرة
حكم 1

القاعدة الأولى التي يجب الالتزام بها هي أن طول اتصالات SPD بين الشبكة (عبر SCPD الخارجي) وكتلة التأريض يجب ألا يتجاوز 50 سم.
يوضح الشكل J42 احتمالين لتوصيل SPD.
شكل J42 - SPD مع SCPD خارجي منفصل أو متكامل

حكم 2

موصلات المغذيات الصادرة المحمية:

• يجب توصيله بأطراف SCPD الخارجية أو SPD ؛
• يجب فصلها ماديًا عن الموصلات الواردة الملوثة.

تقع على يمين طرفي SPD و SCPD (انظر الشكل J43).

الشكل J43 - اتصالات المغذيات الصادرة المحمية على يمين أطراف SPD

حكم 3

يجب تشغيل طور التغذية الواردة والموصلات المحايدة والحماية (PE) جنبًا إلى جنب من أجل تقليل سطح الحلقة (انظر الشكل J44).

حكم 4

يجب أن تكون الموصلات الواردة من SPD بعيدة عن الموصلات الصادرة المحمية لتجنب تلويثها عن طريق الاقتران (انظر الشكل J44).

حكم 5

يجب تثبيت الكابلات على الأجزاء المعدنية للحاوية (إن وجدت) لتقليل سطح حلقة الإطار ، وبالتالي الاستفادة من تأثير التدريع ضد الاضطرابات الكهرومغناطيسية.

في جميع الحالات ، يجب التحقق من أن إطارات لوحات المفاتيح والمرفقات مؤرضة عبر وصلات قصيرة جدًا.

أخيرًا ، إذا تم استخدام الكابلات المحمية ، فيجب تجنب الأطوال الكبيرة ، لأنها تقلل من كفاءة التدريع (انظر الشكل J44).

الشكل J44 - مثال على تحسين التوافق الكهرومغناطيسي عن طريق تقليل الأسطح الحلقية والمقاومة المشتركة في حاوية كهربائية

أمثلة على تطبيقات حماية الطفرة

مثال على تطبيق SPD في السوبر ماركت

الشكل J46 - شبكة اتصالات

الحلول والرسم التخطيطي

• جعل دليل اختيار مانع الصواعق من الممكن تحديد القيمة الدقيقة لمانع الصواعق في النهاية الواردة للتركيب وقيمة قاطع دائرة الفصل المرتبط.
• كأجهزة حساسة (U_عفريت <1.5 كيلو فولت) على بعد أكثر من 10 أمتار من جهاز الحماية الوارد ، يجب تثبيت مانعات الصواعق ذات الحماية الدقيقة في أقرب وقت ممكن من الأحمال.
• لضمان استمرارية أفضل للخدمة في مناطق الغرفة الباردة: سيتم استخدام قواطع التيار المتبقي من النوع "si" لتجنب التعثر المزعج الناجم عن ارتفاع إمكانات الأرض أثناء مرور موجة البرق.
• للحماية من الجهد الزائد في الغلاف الجوي: 1 ، قم بتثبيت مانع الصواعق في لوحة المفاتيح الرئيسية. 2 ، قم بتثبيت مانع صواعق الحماية الدقيقة في كل لوحة مفاتيح (1 و 2) لتزويد الأجهزة الحساسة التي تقع على بعد أكثر من 10 أمتار من مانع اندفاع التيار الوارد. 3 ، قم بتثبيت مانع الصواعق على شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية لحماية الأجهزة الموردة ، على سبيل المثال ، أجهزة إنذار الحريق ، وأجهزة المودم ، والهواتف ، والفاكسات.

توصيات الكابلات

• تأكد من تساوي النهايات الأرضية للمبنى.
• قم بتقليل مناطق كبلات إمداد الطاقة الملتفة.

توصيات التثبيت

• تثبيت مانع الصواعق ، أنا_ماكس = 40 كيلو أمبير (8/20 µs) ، وقاطع دائرة الفصل iC60 المصنف عند 40 أ.
• تثبيت مانعات صواعق الحماية الدقيقة ، أنا_ماكس = 8 kA (8/20 µs) وقواطع دائرة الفصل المرتبطة بـ iC60 المصنفة عند 10 أ

الشكل J46 - شبكة اتصالات

SPD للتطبيقات الكهروضوئية

قد يحدث الجهد الزائد في التركيبات الكهربائية لأسباب مختلفة. قد يكون سببه:

• شبكة التوزيع نتيجة البرق أو أي عمل تم القيام به.
• الصواعق (القريبة أو على المباني والمنشآت الكهروضوئية ، أو على موصلات البرق).
• الاختلافات في المجال الكهربائي بسبب البرق.

مثل جميع الهياكل الخارجية ، تتعرض التركيبات الكهروضوئية لخطر البرق الذي يختلف من منطقة إلى أخرى. يجب أن تكون أنظمة وأجهزة الوقاية والتوقيف في مكانها الصحيح.

الحماية عن طريق الترابط متساوي الجهد

أول وسيلة وقائية يتم وضعها هي وسيط (موصل) يضمن الترابط المتساوي بين جميع الأجزاء الموصلة لتركيب الكهروضوئية.

الهدف هو ربط جميع الموصلات الأرضية والأجزاء المعدنية وبالتالي خلق إمكانات متساوية في جميع النقاط في النظام المركب.

الحماية عن طريق أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD)

تعد أجهزة SPD مهمة بشكل خاص لحماية المعدات الكهربائية الحساسة مثل AC / DC Inverter وأجهزة المراقبة والوحدات الكهروضوئية ، ولكن أيضًا المعدات الحساسة الأخرى التي تعمل بواسطة شبكة التوزيع الكهربائي 230 VAC. تعتمد الطريقة التالية لتقييم المخاطر على تقييم الطول الحرج Lcrit ومقارنته بـ L الطول التراكمي لخطوط التيار المستمر.
حماية SPD مطلوبة إذا L Lcrit.
يعتمد Lcrit على نوع التثبيت الكهروضوئي ويتم حسابه على النحو المبين في الجدول التالي (الشكل J47):

التين. J47 - اختيار SPD DC

L هو مجموع:

• مجموع المسافات بين العاكس (العاكس) وصندوق (مربعات) الوصلات ، مع مراعاة أن أطوال الكبل الموجود في نفس القناة تحسب مرة واحدة فقط ، و
• مجموع المسافات بين صندوق التوصيل ونقاط التوصيل للوحدات الكهروضوئية التي تشكل السلسلة ، مع مراعاة أن أطوال الكبل الموجود في نفس القناة تحسب مرة واحدة فقط.

Ng هو كثافة البرق القوسية (عدد الضربات / كم 2 / سنة).

الشكل J48 - اختيار SPD

حماية SPD
الموقع الجغرافي	الوحدات الكهروضوئية أو صناديق المصفوفة		جانب العاكس DC	جانب مكيف الهواء العاكس		اللوحة الرئيسية
	LDC			LAC		مانعة الصواعق
المعايير	<10 م	> 10 م		<10 م	> 10 م	نعم	لا
نوع SPD	لا حاجة	"SPD 1" اكتب 2 [أ]	"SPD 2" اكتب 2 [أ]	لا حاجة	"SPD 3" اكتب 2 [أ]	"SPD 4" اكتب 1 [أ]	"SPD 4" اكتب 2 إذا كانت Ng> 2.5 & الخط العلوي

[أ]. 1 2 3 4 لم يتم مراعاة مسافة الفصل من النوع 1 وفقًا للمواصفة EN 62305.

تثبيت SPD

يعتمد عدد وموقع SPD على جانب التيار المستمر على طول الكابلات بين الألواح الشمسية والعاكس. يجب تثبيت SPD بالقرب من العاكس إذا كان الطول أقل من 10 أمتار. إذا كان أكبر من 10 أمتار ، فإن SPD الثاني ضروري ويجب أن يكون موجودًا في الصندوق القريب من اللوحة الشمسية ، حيث يقع الأول في منطقة العاكس.

لكي تكون فعالة ، يجب أن تكون كبلات توصيل SPD بالشبكة L + / L- وبين الكتلة الطرفية الأرضية لـ SPD وقضيب التوصيل الأرضي أقصر ما يمكن - أقل من 2.5 متر (d1 + d2 <50 cm).

توليد الطاقة الكهروضوئية بشكل آمن وموثوق

اعتمادًا على المسافة بين جزء "المولد" وجزء "التحويل" ، قد يكون من الضروري تركيب اثنين من مانعات الصواعق أو أكثر ، لضمان حماية كل من الجزأين.

الشكل J49 - موقع SPD

المكملات التقنية للحماية من زيادة التيار

معايير الحماية من الصواعق

تعيد الأجزاء القياسية IEC 62305 من 1 إلى 4 (أجزاء NF EN 62305 1 إلى 4) تنظيم وتحديث المنشورات القياسية IEC 61024 (سلسلة) و IEC 61312 (سلسلة) و IEC 61663 (سلسلة) على أنظمة الحماية من الصواعق.

الجزء الأول - مبادئ عامة

يقدم هذا الجزء معلومات عامة عن البرق وخصائصه والبيانات العامة ويقدم الوثائق الأخرى.

الجزء 2 - إدارة المخاطر

يقدم هذا الجزء التحليل الذي يجعل من الممكن حساب مخاطر الهيكل وتحديد سيناريوهات الحماية المختلفة من أجل السماح بالتحسين التقني والاقتصادي.

الجزء 3 - الأضرار المادية للهياكل والمخاطر على الحياة

يصف هذا الجزء الحماية من ضربات الصواعق المباشرة ، بما في ذلك نظام الحماية من الصواعق ، والموصل السفلي ، والرصاص الأرضي ، وتكافؤ الجهد ، وبالتالي SPD مع الترابط متساوي الجهد (النوع 1 SPD).

الجزء 4 - الأنظمة الكهربائية والإلكترونية داخل الهياكل

يصف هذا الجزء الحماية من التأثيرات المستحثة للصواعق ، بما في ذلك نظام الحماية بواسطة SPD (النوعان 2 و 3) ، وحماية الكابل ، وقواعد تثبيت SPD ، إلخ.

هذه السلسلة من المعايير تكملها:

• سلسلة معايير IEC 61643 لتعريف منتجات الحماية من زيادة التيار (انظر مكونات SPD) ؛
• سلسلة معايير IEC 60364-4 و -5 لتطبيق المنتجات في التركيبات الكهربائية ذات الجهد المنخفض (انظر إشارة انتهاء العمر الافتراضي لـ SPD).

مكونات SPD

يتكون SPD أساسًا من (انظر الشكل J50):

1. مكون غير خطي واحد أو أكثر: الجزء الحي (مكثف ، أنبوب تفريغ الغاز [GDT] ، إلخ) ؛
2. جهاز حماية حراري (فاصل داخلي) يحميها من الهروب الحراري في نهاية العمر (SPD مع مكثف) ؛
3. مؤشر يشير إلى نهاية عمر SPD ؛ تسمح بعض أجهزة SPD بالإبلاغ عن بعد عن هذا المؤشر ؛
4. SCPD خارجي يوفر الحماية ضد قصر الدائرة (يمكن دمج هذا الجهاز في SPD).

الشكل J50 - رسم تخطيطي لـ SPD

تكنولوجيا الجزء الحي

تتوفر العديد من التقنيات لتنفيذ الجزء الحي. لكل منها مزايا وعيوب:

• ثنائيات زينر
• أنبوب تصريف الغاز (خاضع للرقابة أم لا) ؛
• المكثف (مكثف أكسيد الزنك [ZOV]).

يوضح الجدول أدناه خصائص وترتيبات 3 تقنيات شائعة الاستخدام.

الشكل J51 - ملخص جدول الأداء

مكون	أنبوب تصريف الغاز (GDT)	فجوة شرارة مغلفة	مكثف أكسيد الزنك	GDT و varistor في السلسلة	فجوة شرارة مغلفة ومكثف بالتوازي
الخصائص
وضع التشغيل	تبديل الجهد	تبديل الجهد	تحديد الجهد	تبديل الجهد والحد على التوالي	تبديل الجهد والحد بالتوازي
منحنيات التشغيل
تطبيق	شبكة اتصالات شبكة الجهد المنخفض (مرتبط مع مكثف)	شبكة الجهد المنخفض	شبكة الجهد المنخفض	شبكة الجهد المنخفض	شبكة الجهد المنخفض
نوع SPD	النوع الثاني	النوع الثاني	اكتب 1 أو النوع 2	اكتب 1+ النوع 2	اكتب 1+ النوع 2

مؤشر نهاية العمر لـ SPD

ترتبط مؤشرات نهاية العمر مع القاطع الداخلي و SCPD الخارجي لجهاز SPD لإبلاغ المستخدم أن الجهاز لم يعد محميًا ضد الجهد الزائد من أصل الغلاف الجوي.

مؤشر محلي

هذه الوظيفة مطلوبة بشكل عام بواسطة أكواد التثبيت. يُعطى مؤشر نهاية العمر الافتراضي بواسطة مؤشر (مضيء أو ميكانيكي) لفاصل الاتصال الداخلي و / أو SCPD الخارجي.

عندما يتم تنفيذ SCPD الخارجي بواسطة جهاز الصمامات ، فمن الضروري توفير فتيل مع قاذف وقاعدة مجهزة بنظام تعثر لضمان هذه الوظيفة.

قاطع دارة فصل متكامل

يسمح المؤشر الميكانيكي وموضع مقبض التحكم بإشارة طبيعية لنهاية العمر الافتراضي.

إشارة محلية وإعداد التقارير عن بعد

iQuick PRD SPD للعلامة التجارية XXX Electric هو من النوع "جاهز للسلك" مع قاطع دائرة فصل متكامل.

مؤشر محلي

iQuick PRD SPD (انظر الشكل J53) مزود بمؤشرات الحالة الميكانيكية المحلية:

• يشير المؤشر الميكانيكي (الأحمر) وموضع مقبض قاطع الدائرة إلى إيقاف تشغيل SPD ؛
• يشير المؤشر الميكانيكي (الأحمر) الموجود على كل خرطوشة إلى نهاية عمر الخرطوشة.

الشكل J53 - iQuick PRD 3P + N SPD للعلامة التجارية XXX Electric

الإبلاغ عن بعد

(انظر الشكل J54)

تم تزويد iQuick PRD SPD بجهة اتصال للإشارة تسمح بالإبلاغ عن بُعد عن:

• نهاية عمر الخرطوشة ؛
• خرطوشة مفقودة ، وعند إعادتها إلى مكانها ؛
• خطأ في الشبكة (ماس كهربائى ، فصل انعكاس محايد ، طور / محايد) ؛
• التبديل اليدوي المحلي.

ونتيجة لذلك ، فإن المراقبة عن بعد لحالة تشغيل أجهزة SPD المثبتة تجعل من الممكن التأكد من أن هذه الأجهزة الواقية في حالة الاستعداد جاهزة للعمل دائمًا.

الشكل J54 - تركيب ضوء المؤشر مع iQuick PRD SPD

شكل J55 - الإشارة عن بعد لحالة SPD باستخدام Smartlink

الصيانة في نهاية العمر

عندما يشير مؤشر انتهاء العمر الافتراضي إلى الإغلاق ، يجب استبدال SPD (أو الخرطوشة المعنية).

في حالة iQuick PRD SPD ، يتم تسهيل الصيانة:

• يمكن بسهولة التعرف على الخرطوشة في نهاية عمرها الافتراضي (المراد استبدالها) بواسطة قسم الصيانة.
• يمكن استبدال الخرطوشة في نهاية عمرها الافتراضي بأمان تام لأن جهاز الأمان يحظر إغلاق قاطع الدائرة الكهربائية المنفصل في حالة فقد الخرطوشة.

الخصائص التفصيلية لـ SCPD الخارجي

الموجة الحالية تحمل

تظهر الموجة الحالية التي تصمد أمام الاختبارات على SCPD الخارجية على النحو التالي:

• بالنسبة لتصنيف وتقنية معينين (NH أو فتيل أسطواني) ، تكون قدرة تحمل الموجة الحالية أفضل مع فتيل من النوع aM (حماية المحرك) من فتيل من النوع gG (الاستخدام العام).
• بالنسبة إلى تصنيف معين ، تكون قدرة تحمل الموجة الحالية أفضل مع قاطع الدائرة مقارنة بجهاز الصمامات. يوضح الشكل J56 أدناه نتائج اختبارات تحمل موجة الجهد:
• لحماية SPD المحدد لـ Imax = 20 kA ، فإن SCPD الخارجي الذي سيتم اختياره هو إما MCB 16 A أو Fuse aM 63 A ، ملاحظة: في هذه الحالة ، فإن Fuse gG 63 A غير مناسب.
• لحماية SPD المحددة لـ Imax = 40 kA ، فإن SCPD الخارجي الذي سيتم اختياره هو إما MCB 40 A أو Fuse aM 125 A ،

التين. J56 - مقارنة قدرات تحمل موجة الجهد SCPDs لـ I._ماكس = 20 كيلو أمبير وأنا_ماكس = 40 كيلو أمبير

تم تثبيت مستوى حماية الجهد

بشكل عام:

• يكون انخفاض الجهد عبر أطراف قاطع الدائرة أعلى من ذلك عبر أطراف جهاز المصهر. وذلك لأن مقاومة مكونات قاطع الدائرة (أجهزة التعثر الحراري والمغناطيسي) أعلى من مقاومة المصهر.

ومع ذلك:

• يظل الفرق بين انخفاضات الجهد طفيفًا بالنسبة للموجات الحالية التي لا تتجاوز 10 كيلو أمبير (95٪ من الحالات) ؛
• يأخذ مستوى حماية الجهد الأعلى المركب أيضًا في الاعتبار مقاومة الكابلات. يمكن أن يكون هذا مرتفعًا في حالة تقنية الصمامات (جهاز الحماية عن بُعد من SPD) ومنخفضًا في حالة تقنية قاطع الدائرة (قاطع الدائرة قريب من SPD وحتى مدمج فيه).

ملحوظة: مستوى حماية الجهد الأعلى المركب هو مجموع قطرات الجهد:

• في الحزب الديمقراطي الاشتراكي.
• في SCPD الخارجي ؛
• في كابلات المعدات

الحماية من دوائر قصر المعاوقة

تعمل دائرة قصر المعاوقة على تبديد الكثير من الطاقة ويجب التخلص منها بسرعة كبيرة لمنع حدوث تلف في التركيب و SPD.

يقارن الشكل J57 وقت الاستجابة وحد الطاقة لنظام الحماية بواسطة فتيل 63 أمبير وقاطع دائرة 25 أمبير.

يتمتع نظاما الحماية هذين بقدرة تحمل الموجة الحالية 8/20 µs (27 kA و 30 kA على التوالي).

التين. J57 - مقارنة منحنيات الوقت / التيار وقيود الطاقة لقاطع دارة ومصهر له نفس قدرة مقاومة الموجة الحالية 8/20 µ

انتشار موجة البرق

الشبكات الكهربائية منخفضة التردد ، ونتيجة لذلك ، يكون انتشار موجة الجهد فوريًا بالنسبة إلى تردد الظاهرة: في أي نقطة من الموصل ، يكون الجهد اللحظي هو نفسه.

موجة البرق هي ظاهرة عالية التردد (عدة مئات من كيلو هرتز إلى ميجاهرتز):

• تنتشر موجة البرق على طول الموصل بسرعة معينة بالنسبة لتكرار الظاهرة. نتيجة لذلك ، في أي وقت ، لا يكون للجهد نفس القيمة في جميع النقاط على الوسط (انظر الشكل J58).

التين. J58 - انتشار موجة البرق في الموصل

• يؤدي تغيير الوسيط إلى ظهور ظاهرة انتشار و / أو انعكاس للموجة اعتمادًا على:

1. فرق المعاوقة بين الوسيلتين ؛
2. تردد الموجة التقدمية (شدة وقت الصعود في حالة النبض) ؛
3. طول الوسيط.

في حالة الانعكاس الكلي ، على وجه الخصوص ، قد تتضاعف قيمة الجهد.

مثال: حالة الحماية بواسطة SPD

أظهرت نمذجة الظاهرة المطبقة على موجة البرق والاختبارات في المختبر أن الحمل الذي يتم تشغيله بواسطة 30 مترًا من الكابلات المحمية بواسطة SPD عند الجهد يصل إلى أعلى ، بسبب ظواهر الانعكاس ، أقصى جهد يبلغ 2 × U_P (انظر الشكل J59). موجة الجهد هذه ليست نشطة.

التين. J59 - انعكاس موجة صاعقة عند نهاية الكابل

اجراء تصحيحي

من بين العوامل الثلاثة (اختلاف الممانعة ، التردد ، المسافة) ، العامل الوحيد الذي يمكن التحكم فيه حقًا هو طول الكابل بين SPD والحمل المراد حمايته. كلما زاد هذا الطول ، زاد الانعكاس.

بشكل عام ، بالنسبة لواجهات الجهد الزائد في المبنى ، تكون ظاهرة الانعكاس مهمة من 10 أمتار ويمكن أن تضاعف الجهد من 30 مترًا (انظر الشكل J60).

من الضروري تثبيت SPD ثانٍ في حماية جيدة إذا تجاوز طول الكبل 10 أمتار بين الطرف الوارد SPD والجهاز المراد حمايته.

شكل J60 - الجهد الأقصى عند طرف الكابل وفقًا لطوله إلى مقدمة جهد الحادث = 4kV / لنا

مثال على تيار البرق في نظام TT

يتم تثبيت الوضع المشترك SPD بين الطور و PE أو الطور و PEN مهما كان نوع ترتيب تأريض النظام (انظر الشكل J61).

مقاوم التأريض المحايد R1 المستخدم للأبراج لديه مقاومة أقل من مقاوم التأريض R2 المستخدم للتثبيت.

سيتدفق تيار البرق عبر الدائرة ABCD إلى الأرض عبر أسهل مسار. سوف يمر عبر المتغيرات V1 و V2 على التوالي ، مما يتسبب في فرق جهد تفاضلي يساوي ضعف الجهد الأعلى لـ SPD (U_P1 + ش_P2) لتظهر في المحطات A و C عند مدخل التركيب في الحالات القصوى.

الشكل J61 - الحماية المشتركة فقط

لحماية الأحمال بين Ph و N بشكل فعال ، يجب تقليل جهد الوضع التفاضلي (بين A و C).

لذلك يتم استخدام بنية SPD أخرى (انظر الشكل J62)

يتدفق تيار البرق عبر الدائرة ABH التي تتمتع بمقاومة أقل من الدائرة ABCD ، حيث إن مقاومة المكون المستخدم بين B و H فارغة (فجوة شرارة مملوءة بالغاز). في هذه الحالة ، الجهد التفاضلي يساوي الجهد المتبقي لـ SPD (U_P2).

الشكل J62 - الحماية المشتركة والتفاضلية