ما هو مانع الصواعق من نوع الصمام؟
ما هو مانع الصواعق من نوع الصمام؟
التعريف
يُعرف مانع الصواعق الذي يتكون من فجوة واحدة أو عدة فجوات متصلة بالسلسلة مع عنصر تحكم في التيار بأنه مانع صواعق. تمنع الفجوة بين الأقطاب مرور التيار عبر المانع، باستثناء الحالات التي يكون فيها الجهد عبر الفجوة أكبر من الجهد الحراري النقلي الحرج للفجوة. يُطلق على مانع الصواعق من نوع الصمام أيضًا اسم موزع التفريغ ذو الفجوة أو موزع التفريغ الكربون السيليكوني ذو الفجوة المتسلسلة.
بنية مانع الصواعق من نوع الصمام
يتم بناء مانع الصواعق من نوع الصمام بتجهيز تجميعة ذات فجوات متعددة متصلة بالسلسلة مع مقاومة مصنوعة من عنصر غير خطي. تتكون كل فجوة من عنصرين. للتغلب على عدم توزيع الجهد بشكل متساوٍ بين الفجوات، يتم توصيل مقاومات غير خطية بالتوازي عبر كل فجوة فردية. تساعد هذه البنية في ضمان العمل الصحيح للمانع تحت ظروف كهربائية مختلفة، مما يسمح له بحماية المعدات الكهربائية بشكل فعال من زيادة الجهد الناجمة عن الصواعق.
يتم تصنيع عناصر المقاومة من الكربون السيليكون مجتمعة مع روابط غير عضوية. يتم وضع التجميعة بأكملها داخل غلاف من الخزف محكم الإغلاق ومليء إما بغاز النيتروجين أو غاز SF6. يساعد هذا البيئة المحملة بالغاز في تعزيز العزل الكهربائي والأداء للمانع.
عمل مانع الصواعق من نوع الصمام
تحت ظروف الجهد المنخفض الطبيعي، تمنع المقاومات المتوازية التفريغ عبر الفجوات. نتيجة لذلك، لا تمثل التغيرات البطيئة في الجهد المطبق تهديدًا للنظام الكهربائي. ومع ذلك، عند حدوث تغيرات سريعة في الجهد عبر طرفي المانع، مثل تلك التي تسببها الصواعق أو الزيادات الكهربائية، تشهد الفجوات الهوائية في المانع تفريغًا. ثم يتم تصريف التيار الناتج إلى الأرض عبر المقاومة غير الخطية. بشكل مهم، تظهر المقاومة غير الخطية مقاومة منخفضة جدًا تحت هذه الظروف من الجهد العالي والتيار العالي، مما يعمل على توجيه التيار الزائد بعيدًا عن المعدات الكهربائية المحمية وحمايتها من الأضرار المحتملة.
بعد مرور الاندفاع، ينخفض الجهد المطبّق عبر المانع. في الوقت نفسه، تزداد مقاومة المانع بشكل ثابت حتى يتم استعادة الجهد التشغيلي الطبيعي. بمجرد أن ينتهي الاندفاع، يبدأ تيار صغير بتردد قليل في التدفق عبر المسار الذي تم إنشاؤه بواسطة التفريغ السابق. يُشار إلى هذا التيار المحدد باسم تيار المتابعة الكهربائي.
تنخفض شدة تيار المتابعة الكهربائي تدريجيًا إلى قيمة يمكن أن يتم قطعها بواسطة الفجوة الشرارة حيث تستعيد الفجوة قوتها العازلة. يتم إخماد تيار المتابعة الكهربائي عند أول تقاطع صفري لشكل موجة التيار. نتيجة لذلك، يظل تزويد الطاقة مستمرًا، ويصبح المانع جاهزًا مرة أخرى للعمل الطبيعي. يعرف هذا العملية بإعادة الختم لمانع الصواعق.
مراحل عمل مانع الصواعق من نوع الصمام
عندما يصل الاندفاع إلى المحول، يواجه مانع الصواعق كما هو موضح في الشكل أدناه. في حوالي 0.25 ميكروثانية، يصل الجهد إلى قيمة الانهيار للفجوة المتسلسلة، مما يؤدي إلى تشغيل المانع وإطلاق التفريغ. تعمل هذه العملية على توجيه التيار الزائد المرتبط بالاندفاع، مما يحمي المحول والمعدات الكهربائية الأخرى المتصلة من الأضرار المحتملة الناجمة عن الزيادة المؤقتة في الجهد.
مع ارتفاع جهد الاندفاع، تنخفض مقاومة العنصر غير الخطي. تمكن هذه الانخفاض في المقاومة من استمرار تفريغ المزيد من طاقة الاندفاع. وبالتالي، يتم تقييد الجهد المنقول إلى المعدات النهائية، كما هو موضح بوضوح في الشكل أدناه. تلعب هذه الآلية دورًا حاسمًا في حماية المعدات النهائية من آثار الزيادات الكهربائية الضارة من خلال التحكم الفعال في كمية الجهد التي تصل إليها.
مع انخفاض الجهد، ينخفض التيار المتدفق نحو الأرض بشكل متزامن، بينما تزداد مقاومة مانع الصواعق. في النهاية، يصل مانع الصواعق إلى مرحلة يقوم فيها الفجوة الشرارة بقطع التيار، ويقوم المانع بإعادة الختم بشكل فعال. تضمن هذه العملية أنه بمجرد زوال حدث الاندفاع، يعود المانع إلى حالته الطبيعية غير الموصلة، جاهزًا لحماية النظام الكهربائي من الاندفاعات المستقبلية.
يُطلق على الجهد الأقصى الذي يتطور عبر طرفي مانع الصواعق ويتم تمريره إلى المعدات النهائية اسم قيمة التفريغ للمانع. تعتبر هذه القيمة مهمة لأنها تحدد مدى قدرة المانع على حماية المعدات المتصلة من الزيادات الكهربائية الزائدة.
أنواع مانع الصواعق من نوع الصمام
يمكن تصنيف مانع الصواعق من نوع الصمام إلى عدة أنواع، وهي النوع المستقر، والنوع الخطي، وممانع الصواعق لحماية الآلات الدوارة (نوع التوزيع أو النوع الثانوي).
مانع الصواعق من نوع الصمام المستقر
يُستخدم هذا النوع من المانع أساسًا لحماية المعدات الكهربائية الحيوية في الدوائر التي تتراوح بين 2.2 كيلوفولت إلى 400 كيلوفولت وأعلى. يتميز بقدرته العالية على تبديد الطاقة. وهذا يمكّنه من التعامل مع كميات كبيرة من طاقة الاندفاع، مما يضمن سلامة المكونات الكهربائية الأساسية داخل المحطة.
مانع الصواعق من النوع الخطي
يُستخدم مانع الصواعق من النوع الخطي لحماية معدات المحطة الفرعية. لديهم مساحة مقطعية أصغر، وزن أخف، وأقل تكلفة مقارنة بممانع الصواعق من النوع المستقر. ومع ذلك، فإنهم يسمحون بجهد اندفاع أعلى عبر طرفيهم مقارنة بممانع الصواعق من النوع المستقر ولديهم قدرة أقل على حمل الاندفاع. رغم هذه الاختلافات، فإنهم مناسبون بشكل جيد لحماية معدات المحطة الفرعية بسبب تصميمهم الخاص وكفاءتهم الاقتصادية.
مانع التوزيع
يتم تركيب مانعات التوزيع عادة على الأعمدة وتستخدم لحماية المولدات والمحركات ضمن شبكة التوزيع. تجعل مكانها على الأعمدة سهل الوصول لها لتثبيتها وصيانتها بينما تقوم بحماية الآلات الكهربائية في نظام التوزيع بشكل فعال.
مانع الثانوي
تم تصميم مانعات الثانوي لحماية الأجهزة ذات الجهد المنخفض. وبالمثل، تم تصميم مانعات الصواعق لحماية الآلات الدوارة خصيصًا لحماية المولدات والمحركات. تلعب هذه المانعات دورًا حاسمًا في ضمان التشغيل الموثوق به للأجهزة ذات الجهد المنخفض والآلات الدوارة من خلال منع الأضرار الناجمة عن الزيادات الكهربائية.
