كيف تحمي أنظمة الحماية العابرة المعدات الكهربائية من الارتفاعات والتقلبات في الجهد
كيف تحمي أنظمة الحماية العابرة المعدات الكهربائية من الزيادات والاندفاعات الجهدية
تم تصميم أنظمة الحماية العابرة (TPS) لحماية المعدات الكهربائية من الزيادات والاندفاعات الجهدية، والتي يمكن أن تحدث بسبب أحداث مثل ضربات البرق، وعمليات التحويل في الشبكة، وتوصيل مجموعات المكثفات، وأعطال الدائرة القصيرة، وغيرها. يمكن لهذه الأحداث العابرة للجهد العالي أن تؤدي إلى تلف المعدات أو تدهور أدائها. فيما يلي الآليات المفصلة التي من خلالها توفر أنظمة الحماية العابرة الحماية:
1. الاستجابة السريعة
من أهم ميزات أنظمة الحماية العابرة قدرتها على الاستجابة بسرعة للازدياد والاندفاعات الجهدية. عادةً ما تكون أوقات الاستجابة لهذه الأنظمة في نطاق النانو ثانية إلى الميكروثانية، مما يسمح لها بالكشف عن كبح الزيادات العابرة للجهد بشكل فوري تقريبًا.
المقاومات المتغيرة الأكسيدية (MOV): تعتبر المقاومات المتغيرة الأكسيدية أحد مكونات الحماية العابرة الشائعة ذات الخصائص غير الخطية للجهد والتيار. عندما يتجاوز الجهد قيمة معينة، تنخفض مقاومة المقاومة المتغيرة الأكسيدية بشكل حاد، مما يحد من الزيادة الجهدية إلى مستوى آمن.
أنابيب التفريغ الغازية (GDT): تقوم أنابيب التفريغ الغازية بتوزيع طاقة الزيادة الجهدية بإنشاء قوس بين كهربائيين. عندما يصل الجهد إلى مستوى معين، يتأين الغاز داخل أنبوب التفريغ الغازي، مما يشكل مسارًا موصلًا للتيار ليتدفق ويوزع الطاقة.
الثنائيات المكبحية للجهد العابر (TVS): يمكن للثنائيات المكبحية للجهد العابر الرد في غضون نانو ثوان وإيقاف الزيادات الجهدية عند نطاق جهد آمن محدد.
2. امتصاص الطاقة وتوزيعها
إلى جانب الاستجابة السريعة، تحتاج أنظمة الحماية العابرة إلى امتصاص وتوزيع الطاقة الناتجة عن أحداث الزيادة الجهدية. تختلف أجهزة الحماية المختلفة في قدراتها على التعامل مع الطاقة:
MOV: يمكن للمقاومات المتغيرة الأكسيدية امتصاص كميات كبيرة من الطاقة، مما يجعلها مناسبة للتعامل مع الاندفاعات عالية الطاقة. عادةً ما يتم تركيبها في نقطة دخول الطاقة للتعامل مع الزيادات الجهدية الهامة.
GDT: تستخدم أنابيب التفريغ الغازية بشكل أساسي في التطبيقات ذات الجهد العالي، وهي قادرة على العمل تحت ظروف الجهد العالي ومناسبة لحماية البرق وغيرها من الأحداث العابرة للجهد العالي.
ثنائيات TVS: رغم أن ثنائيات TVS لديها قدرة امتصاص طاقة منخفضة نسبيًا، فإن سرعة استجابتها تجعلها مثالية لحماية المعدات الإلكترونية الحساسة بدقة.
3. الحماية متعددة المستويات
لضمان الحماية الشاملة، تستخدم أنظمة الحماية العابرة غالبًا استراتيجيات الحماية متعددة المستويات. هذا النهج الطبقي يعالج بشكل فعال مختلف درجات وتواتر الزيادات العابرة للجهد:
الحماية الأولية (الحماية الخشنة): عادةً ما تكون موجودة في نقطة دخول الطاقة، باستخدام أجهزة حماية ذات سعة كبيرة مثل المقاومات المتغيرة الأكسيدية وأنابيب التفريغ الغازية لامتصاص وتوزيع الاندفاعات العالية الطاقة.
الحماية الثانوية (الحماية الدقيقة): توضع داخل المعدات أو بالقرب من المكونات الإلكترونية الحساسة، باستخدام أجهزة حماية ذات طاقة أقل مثل ثنائيات TVS للحماية بدقة أكبر.
الحماية الثالثية (حماية خطوط الإشارات): بالنسبة لخطوط الاتصال وخطوط نقل البيانات وغيرها من خطوط الإشارات الحساسة، يتم استخدام أجهزة حماية خاصة مثل أجهزة حماية خطوط الإشارات (SLP) لمنع الزيادات العابرة للجهد من دخول المعدات عبر خطوط الإشارات.
4. العزل والتصفية
بالإضافة إلى امتصاص وتوزيع طاقة الزيادة الجهدية مباشرة، تستخدم أنظمة الحماية العابرة أيضًا تقنيات العزل والتصفية لتقليل تأثير الزيادات العابرة للجهد على المعدات:
محولات العزل: توفر محولات العزل عزلًا كهربائيًا بين المدخل والمخرج، مما يمنع نقل الزيادات العابرة للجهد من الجانب المدخل إلى الجانب المخرج.
المرشحات: تقوم المرشحات بإزالة الضوضاء عالية التردد والنبضات العابرة، مما يمنع هذه الاضطرابات من دخول المعدات. من المرشحات الشائعة مرشحات التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) ومرشحات التداخل الراديوي (RFI).
5. نظام التأريض
يعتبر نظام التأريض المصمم بشكل جيد جزءًا مهمًا من الحماية العابرة. يوفر التأريض الفعال مسارًا منخفض المقاومة للتيار لتفريغ الزيادات العابرة للجهد بسرعة إلى الأرض، مما يمنع تلف المعدات:
مقاومة التأريض: يجب أن تكون مقاومة التأريض بأقل ما يمكن لضمان أن يمكن تفريغ الزيادات العابرة للجهد بسرعة.
ربط الكهربائيات المتساوية: من خلال ربط جميع الأغطية المعدنية ومفاتيح التأريض للمعدات معًا، يمنع ربط الكهربائيات المتساوية الأقواس والنيران الناجمة عن الفرق في الجهد.
6. المراقبة والإخطار
بعض أنظمة الحماية العابرة المتقدمة تتميز أيضًا بوظائف المراقبة والإخطار، مما يسمح بمراقبة حالة النظام في الوقت الحقيقي وتشغيل الإنذارات أو اتخاذ الإجراءات المناسبة عند اكتشاف أي شذوذ:
أضواء المؤشرات: تعرض حالة عمل جهاز الحماية العابرة، مثل الطبيعي، أو العطل، أو الفشل.
المراقبة البعيدة: من خلال واجهات الشبكة أو الوحدات الاتصالية، يمكن تحقيق المراقبة والإدارة البعيدة، مما يسمح باكتشاف ومعالجة المشكلات المحتملة في الوقت المناسب.
7. المتانة والموثوقية
يجب أن يأخذ تصميم أنظمة الحماية العابرة في الاعتبار المتانة والموثوقية طويلة الأمد. وهذا يشمل اختيار المواد المناسبة، وتصميم هياكل تبريد فعالة، وإجراء اختبارات صارمة وشهادات:
اختبارات المتانة: محاكاة مختلف ظروف الضغط في بيئات العمل الفعلية، مثل تغيرات درجة الحرارة، والرطوبة، والاهتزازات، وما إلى ذلك، للتحقق من الاستقرار طويل الأمد للأجهزة الواقية.
شهادات الموثوقية: تحتاج العديد من منتجات الحماية العابرة إلى الحصول على شهادات معايير دولية، مثل IEC 61643 (أجهزة حماية الاندفاعات الجهدية ذات الجهد المنخفض)، وUL 1449 (أجهزة حماية الاندفاعات الجهدية)، وغيرها.
ملخص
توفر أنظمة الحماية العابرة حماية للمعدات الكهربائية من الزيادات والاندفاعات الجهدية من خلال الاستجابة السريعة، وامتصاص وتوزيع الطاقة، والحماية متعددة المستويات، والعزل والتصفية، وأنظمة التأريض، والمراقبة والإخطار، والتأكد من المتانة والموثوقية. يمكن أن يعزز التصميم والاختيار الصحيح لأنظمة الحماية العابرة بشكل كبير موثوقية وعمر المعدات الكهربائية.
