ماذا يحدث داخل جهاز حماية من التفريغ الكهربائي أثناء ضربة البرق
ماذا يحدث داخل جهاز حماية من الصدمات الكهربائية أثناء ضربة البرق؟
خلال ضربة البرق، تلعب أجهزة حماية من الصدمات الكهربائية (SPDs) دورًا مهمًا في حماية المعدات الكهربائية من التوترات العابرة (أي الصدمات). فيما يلي العمليات والآليات الرئيسية التي تحدث داخل SPD أثناء مثل هذه الأحداث:
1. كشف الصدمة والاستجابة لها
عندما تدخل الصدمة الناجمة عن ضربة البرق إلى نظام الطاقة، يقوم جهاز حماية من الصدمات الكهربائية بسرعة بكشف هذا الجهد غير الطبيعي. عادةً ما يكون لـ SPDs حد أدنى للجهد محدد؛ بمجرد أن يتجاوز الجهد المكتشف هذا الحد، يتم تنشيط آلية الحماية.
2. امتصاص الطاقة وتشتتها
تعمل أجهزة حماية من الصدمات الكهربائية على امتصاص وتشتيت طاقة الصدمة لمنعها من الوصول إلى المعدات الكهربائية المتصلة. تشمل الآليات الشائعة للاستيعاب والتشتيت:
أ. مقاومات الأكسيد المعدني (MOVs)
مبدأ العمل: هي مواد مقاومة غير خطية تتغير مقاومتها مع الجهد المطبق. تحت الجهد التشغيلي الطبيعي، تظهر MOVs مقاومة عالية؛ عندما يتجاوز الجهد قيمة معينة، تنخفض مقاومتها بشكل حاد، مما يسمح بمرور التيار.
تشتيت الطاقة: تقوم MOVs بتحويل الطاقة الكهربائية الزائدة إلى حرارة وتشتتها. بينما تتميز MOVs بخصائص الاستعادة الذاتية ويمكنها الاستمرار في العمل بعد عدة صدمات صغيرة، فقد تفشل بعد صدمات كبيرة أو متكررة.
ب. أنابيب الإشعال الغازية (GDTs)
مبدأ العمل: هي أنابيب محكمة الإغلاق مليئة بالغاز الخامل. عندما يتجاوز الجهد عبر الطرفين قيمة معينة، يتأين الغاز الداخلي، مما يخلق مسارًا موصلًا للتيار.
تشتيت الطاقة: تقوم GDTs بتشتيت طاقة الصدمة عبر البلازما التي يتم إنتاجها بواسطة تأيين الغاز وتقوم بإطفاء البلازما تلقائيًا بمجرد عودة الجهد إلى وضعه الطبيعي، مما يعيد العزل.
ج. دايودات قمع التوتر العابر (TVS)
مبدأ العمل: تظل دايودات TVS في حالة مقاومة عالية تحت الجهد التشغيلي الطبيعي. عندما يتجاوز الجهد جهد الانهيار لديها، تقوم الدايود بسرعة بتغيير حالتها إلى مقاومة منخفضة، مما يسمح بمرور التيار.
تشتيت الطاقة: تقوم دايودات TVS بتشتيت طاقة الصدمة عبر تأثير الانهيارات الداخلية في مفاصل PN الخاصة بها وهي مناسبة للصدمات الصغيرة ذات الاستجابة السريعة.
3. توجيه الطاقة والتوصيل بالأرض
لا تقتصر أجهزة حماية من الصدمات الكهربائية على امتصاص طاقة الصدمة فحسب، بل تقوم أيضًا بتوجيه بعضها إلى خطوط الأرض لتقليل التأثير على المعدات. تشمل الآليات المحددة:
دوائر التوجيه: يتم تصميم أجهزة حماية من الصدمات الكهربائية بدارات توجيه متخصصة لتوجيه الجهد الزائد إلى خط الأرض، مما يمنعه من دخول أجهزة الحمل مباشرة.
نظام التوصيل بالأرض: يعتبر نظام التوصيل بالأرض جيدًا مفتاحًا لضمان عمل SPD بشكل فعال. يجب أن يقدم نظام التوصيل بالأرض مسارًا ذا مقاومة منخفضة لتشتيت طاقة الصدمة بسرعة إلى الأرض.
4. التعافي بعد الصدمة
بعد حدث الصدمة، يحتاج جهاز حماية من الصدمات الكهربائية إلى العودة إلى حالته التشغيلية الطبيعية. تختلف آليات التعافي بين أنواع مختلفة من أجهزة الحماية:
MOVs: إذا لم تسبب الصدمة تلفًا دائمًا لـ MOV، فسوف يعود تلقائيًا إلى حالة مقاومة عالية بمجرد استقرار الجهد.
GDTs: بمجرد عودة الجهد إلى وضعه الطبيعي، يطفئ البلازما داخل GDT تلقائيًا، مما يعيد حالة العزل.
DAIODES TVS: بعد استقرار الجهد، تعود دايودات TVS أيضًا تلقائيًا إلى حالة مقاومة عالية.
5. أنماط الفشل والحماية
على الرغم من أن أجهزة حماية من الصدمات الكهربائية مصممة لمعالجة الصدمات، إلا أنها لا تزال قد تفشل في الحالات القصوى. لضمان السلامة، تشمل العديد من أجهزة حماية من الصدمات الكهربائية ميزات إضافية:
أجهزة القطع الحرارية: عند ارتفاع درجة حرارة MOV أو أي مكون آخر وإصابته بالفشل، تقوم جهاز القطع الحراري بفصل الدائرة لمنع الحرائق وغيرها من المخاطر.
أضواء المؤشر/الأذان: تأتي بعض أجهزة حماية من الصدمات الكهربائية مجهزة بأضواء مؤشر أو أذان لإعلام المستخدمين إذا كان جهاز الحماية لا يزال يعمل بشكل صحيح.
الخاتمة
خلال ضربة البرق، تحمي أجهزة حماية من الصدمات الكهربائية المعدات الكهربائية من خلال الخطوات التالية:
كشف الصدمة: تحديد الحالات التي يتجاوز فيها الجهد النطاقات الطبيعية.
امتصاص وتشتيت الطاقة: استخدام مكونات مثل MOVs و GDTs و TVS diodes لتحويل طاقة الصدمة إلى حرارة أو أشكال أخرى من الطاقة.
توجيه إلى خطوط الأرض: توجيه الجهد الزائد إلى خطوط الأرض لتقليل التأثير على المعدات.
العودة إلى الحالة الطبيعية: بعد الصدمة، يعود جهاز الحماية إلى حالته التشغيلية الطبيعية.
حماية الأخطاء: توفير تدابير سلامة إضافية في الحالات القصوى لمنع المزيد من الأضرار.
