تستخدم أجهزة حماية الطفرة في شبكات الإمداد بالطاقة الكهربائية وشبكات الهاتف وحافلات الاتصال والتحكم الآلي.

2.4 جهاز حماية الطفرة (SPD)

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.

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 من SPD:

• اكتب شنومكس سبد

يوصى باستخدام النوع 1 SPD في حالة محددة لقطاع الخدمات والمباني الصناعية ، المحمية بنظام حماية من الصواعق أو قفص شبكي. يحمي التركيبات الكهربائية من ضربات الصواعق المباشرة. يمكنه تفريغ التيار الخلفي من انتشار البرق من موصل الأرض إلى موصلات الشبكة.

النوع 1 SPD يتميز بموجة تيار 10/350 ميكرو ثانية.

• 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.

يتميز النوع 2 SPD بموجة تيار 8/20 ميكرو ثانية.

• اكتب شنومكس سبد

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

التعريف المعياري SPD

2.4.1 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).

• الخصائص المشتركة

- يو_c: أقصى جهد تشغيل مستمر

هذا هو جهد التيار المتردد أو التيار المستمر الذي يتم تنشيط SPD فوقه. يتم اختيار هذه القيمة وفقًا للجهد المقدر وترتيب تأريض النظام.

- يو_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 I_n. يجب أن يكون مستوى حماية الجهد المختار أقل من قدرة تحمل الأحمال الزائدة (انظر القسم 3.2). في حالة حدوث ضربات البرق ، يظل الجهد عبر أطراف SPD أقل من U بشكل عام_p.

- أنا_n: تيار التفريغ الاسمي

هذه هي قيمة الذروة لتيار موجي 8/20 μs الذي يستطيع SPD تفريغه 15 مرة.

• اكتب شنومكس سبد

- أنا_عفريت: Impulse حاليا

هذه هي قيمة الذروة لتيار موجي 10/350 μs الذي يستطيع SPD تفريغه 5 مرة.

- أنا_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

- أنا_ماكس: أقصى تيار التفريغ

هذه هي القيمة القصوى لتيار موجي 8/20 μs الذي يستطيع SPD تفريغه مرة واحدة.

• اكتب شنومكس سبد

- يو_oc: جهد الدائرة المفتوحة المطبق أثناء اختبارات الفئة الثالثة (النوع 3).

2.4.2 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.

3 تصميم نظام حماية التركيبات الكهربائية

لحماية التركيبات الكهربائية في المبنى ، تنطبق قواعد بسيطة على اختيار

• SPD (ق) ؛
• إنه نظام الحماية.

3.1 قواعد التصميم

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

• SPD

- كمية SPD ؛

- اكتب؛

- مستوى التعرض لتحديد الحد الأقصى لتيار التفريغ SPD I_ماكس.

• جهاز حماية ماس كهربائى

- الحد الأقصى لتيار التفريغ I_ماكس;

- ماس كهربائى الحالي أنا_sc عند نقطة التثبيت.

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

الخصائص الأخرى لاختيار SPD محددة مسبقًا للتركيبات الكهربائية.

• عدد الأعمدة في SPD ؛
• مستوى حماية الجهد U_p;
• جهد التشغيل يو_c.

يصف هذا القسم الفرعي J3 بمزيد من التفصيل معايير اختيار نظام الحماية وفقًا لخصائص التركيب والمعدات التي يتعين حمايتها والبيئة.

3.2 عناصر نظام الحماية

يجب دائمًا تثبيت SPD في أصل التركيبات الكهربائية.

3.2.1 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) ميكرو ثانية ؛
• 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 بين الأحمال الحساسة المراد حمايتها من جهاز الحماية في النهاية الواردة. عندما تكون الأحمال على بعد أكثر من 30 مترًا من جهاز حماية الطرف الوارد ، فمن الضروري توفير حماية إضافية دقيقة في أقرب وقت ممكن من الأحمال الحساسة. ظاهرة انعكاس الموجة تتزايد من 10 أمتار (انظر الفصل 6.5)
• 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.

3.4 اختيار نوع 1 SPD

3.4.1 تيار النبضة أنا_عفريت

• في حالة عدم وجود لوائح وطنية أو لوائح محددة لنوع المبنى المطلوب حمايته ، فإن الدافع الحالي I_عفريت يجب أن تكون على الأقل 12.5 كيلو أمبير (موجة 10/350 ميكرو ثانية) لكل فرع وفقًا للمواصفة IEC 60364-5-534.

• في حالة وجود اللوائح: يحدد المعيار 62305-2 4 مستويات: الأول والثاني والثالث والرابع ، ويبين الجدول في الشكل ي 31 المستويات المختلفة من I_عفريت في الحالة التنظيمية.

3.4.2 تتبع الإطفاء التلقائي الحالي_fi

تنطبق هذه الخاصية 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.

3.5 اختيار نوع 2 SPD

3.5.1 الحد الأقصى لتيار التفريغ I_ماكس

يتم تحديد الحد الأقصى لتيار التصريف Imax وفقًا لمستوى التعرض المقدر بالنسبة لموقع المبنى.

قيمة الحد الأقصى لتيار التفريغ (I_ماكس) من خلال تحليل المخاطر (انظر الجدول في الشكل ي 32).

3.6 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 جهدًا متبقيًا زائدًا.

• ضمان حماية فعالة ضد جميع أنواع التيار الزائد:

- الحمل الزائد بعد الانفلات الحراري للمكثف ؛

- ماس كهربائى منخفض الشدة (مانع) ؛

- ماس كهربائى عالي الشدة.

3.6.1 المخاطر التي يجب تجنبها في نهاية عمر SPDs

• 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 نهاية العمر بسبب عطل ماس كهربائى هي:

- تجاوز الحد الأقصى لسعة التفريغ.

ينتج عن هذا الخطأ ماس كهربائي قوي.

- خطأ ناتج عن نظام التوزيع (تبديل محايد / طوري ، محايد

فصل).

- 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 القضاء على ماس كهربائى. يمكن تنفيذه بواسطة قاطع الدائرة الكهربائية أو جهاز الصمامات.

3.6.2 خصائص SCPD الخارجي (جهاز حماية الدائرة القصيرة)

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 I_n.

تيار ماس كهربائى يتحمل

• القدرة على الانهيار يتم تحديده من خلال قواعد 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 الخاص بها.

3.6.3 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).

• 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.

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

ملاحظة: أجهزة التيار المتبقي من النوع S المطابقة لمعايير IEC 61008 أو IEC 61009-1 تتوافق مع هذا المطلب.

3.7.1 التنسيق مع أجهزة حماية المنبع

التنسيق مع أجهزة الحماية من التيار الزائد

في التركيبات الكهربائية ، يعد SCPD الخارجي جهازًا مطابقًا لجهاز الحماية: وهذا يجعل من الممكن تطبيق تقنيات التمييز والتسلسل 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).

4 تركيب SPD

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.

4.1 اتصال

واحدة من الخصائص الأساسية لحماية المعدات هي الحد الأقصى لمستوى حماية الجهد (تم تثبيت U_p) أن المعدات يمكن أن تصمد أمام محطاتها. وفقًا لذلك ، يجب اختيار SPD بمستوى حماية الجهد U_p تتكيف مع حماية المعدات (انظر الشكل J38). الطول الإجمالي لموصلات التوصيل هو

L = L1 + L2 + L3.

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

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

الموجة الحالية 8/20 ميكرو ثانية ، بسعة حالية 8 كيلو أمبير ، تخلق وفقًا لذلك ارتفاعًا في الجهد بمقدار 1000 فولت لكل متر من الكابل.

∆U = 1 × 10^-6 × 8 × 10³ / 8 × 10^-6 = 1000 V

نتيجة لذلك ، فإن الجهد عبر أطراف المعدات ، المثبتة ، هو:

تثبيت يو_p = ش_p + يو1 + يو2

إذا كانت L1 + L2 + L3 = 50 سم ، وكانت الموجة 8/20 ميكرو ثانية بسعة 8 كيلو أمبير ، فإن الجهد عبر أطراف المعدات سيكون U_p + 500 فولت.

4.1.1 التوصيل في العلبة البلاستيكية

يوضح الشكل J39a أدناه كيفية توصيل SPD في العلبة البلاستيكية.

4.1.2 التوصيل في العلبة المعدنية

في حالة مجموعة المفاتيح الكهربائية في حاوية معدنية ، قد يكون من الحكمة توصيل SPD مباشرة بالحاوية المعدنية ، مع استخدام العلبة كموصل وقائي (انظر الشكل J39b).

يتوافق هذا الترتيب مع المعيار IEC 61439-2 ويجب على الشركة المصنعة ASSEMBLY التأكد من أن خصائص العلبة تجعل هذا الاستخدام ممكنًا.

4.1.3 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 ، تكون 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 مم² (Cu) للاتصال من النوع 2 SPD ؛

- 16 مم² (Cu) للاتصال من النوع 1 SPD (وجود نظام الحماية من الصواعق).

4.2 قواعد الكابلات

• القاعدة 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 J40 احتمالين لتوصيل SPD.

• القاعدة 2: موصلات المغذيات الصادرة المحمية:

- يجب توصيله بأطراف SCPD الخارجية أو SPD ؛

- يجب فصله ماديًا عن الموصلات الواردة الملوثة.

وهي تقع على يمين أطراف SPD و SCPD (انظر الشكل J41).

• القاعدة 3: يجب تشغيل طور التغذية الواردة والموصلات المحايدة والوقائية (PE) واحدة بجانب الأخرى لتقليل سطح الحلقة (انظر الشكل J42).
• القاعدة 4: يجب أن تكون الموصلات الواردة من SPD بعيدة عن الموصلات الخارجة المحمية لتجنب تلويثها عن طريق الاقتران (انظر الشكل J42).
• القاعدة 5: يجب تثبيت الكابلات على الأجزاء المعدنية للحاوية (إن وجدت) لتقليل سطح حلقة الإطار ، وبالتالي الاستفادة من تأثير الحماية 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 J42).

تطبيق شنومكس

5.1 أمثلة التثبيت

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_p <1.5 كيلو فولت) على بعد أكثر من 30 مترًا من جهاز الحماية الوارد ، يجب تثبيت مانعات الصواعق ذات الحماية الدقيقة في أقرب مكان ممكن من الأحمال.
• لضمان استمرارية أفضل للخدمة في مناطق الغرف الباردة:

- سيتم استخدام قواطع دارة التيار المتبقي من النوع "si" لتجنب التعثر المزعج الناجم عن ارتفاع إمكانات الأرض مع مرور موجة البرق.

• للحماية من الجهد الزائد في الغلاف الجوي:

- قم بتركيب مانع الصواعق في لوحة المفاتيح الرئيسية

- قم بتركيب مانع صواعق الحماية الدقيقة في كل لوحة مفاتيح (1 و 2) لتزويد الأجهزة الحساسة التي تقع على بعد أكثر من 30 مترًا من مانع الصواعق الواردة

- قم بتثبيت مانع الصواعق على شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية لحماية الأجهزة الموردة ، على سبيل المثال ، أجهزة الإنذار من الحريق ، وأجهزة المودم ، والهواتف ، والفاكسات.

توصيات الكابلات

- التأكد من مساواة النهايات الأرضية للمبنى.

- تقليل مناطق كبلات إمداد الطاقة الملتفة.

توصيات التثبيت

• قم بتثبيت مانع الصواعق ، Imax = 40 kA (8/20 μs) وقاطع دائرة الفصل iC60 المصنف عند 20 أ.
• قم بتثبيت مانعات الصواعق ذات الحماية الدقيقة ، Imax = 8 kA (8/20 μs) وقواطع الدائرة المرتبطة بفصل iC60 المصنفة عند 20.