راه‌حل‌های متفاوت سیم کشی برای مشخصات بار متنوع
1. مقدمه پس‌زمینه
در حفاظت از سیستم‌های الکتریکی، دیودها به عنوان اجزای حیاتی حفاظت از جریان بیش از حد عمل می‌کنند. دقت در انتخاب آن‌ها تأثیر مستقیمی بر ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم دارد. بارهای با مشخصات مختلف (مانند موتورها، سیستم‌های روشنایی و تجهیزات متغیر) رفتار جریانی متفاوتی دارند که شامل جریان اولیه، زمان شروع، چرخه کاری و غیره است. یک راه‌حل دیود یکسان نمی‌تواند تمام سناریوها را پوشش دهد و بسیار محتمل است باعث خاموشی نادرست (مختل کردن عملکرد عادی) یا عدم عملکرد (عدم ارائه حفاظت مؤثر در مواقع خطا) شود. بنابراین، ضروری است تا راهبردهای انتخاب دیود مناسب بر اساس مشخصات بار خاص توسعه یابند تا حفاظت دقیق و قابل اعتماد سیستم تضمین شود.
2. تحلیل و طبقه‌بندی مشخصات بار
2.1 مشخصات بار موتور
- جریان شروع بالا: معمولاً ۵-۷ برابر جریان اسمی (Ie)، یا حتی بیشتر.
- زمان شروع طولانی: فرآیند کلی ممکن است از چند ثانیه تا ده‌ها ثانیه طول بکشد که موجب تأثیر جریان مداوم بر اجزای محافظ شود.
- نیازهای حفاظتی: دیود باید قادر به تحمل فرآیند شروع طولانی بدون خاموشی باشد و همزمان حفاظت به موقع در برابر بار زیاد و خطا کوتاه‌مداری را ارائه دهد. مشخصات آن باید با منحنی گشتاور شروع موتور مطابقت داشته باشد.
2.2 مشخصات بار سیستم روشنایی
- عملکرد پایدار: جریان عملیاتی معمول پایدار است و به مقدار اسمی نزدیک است.
- جریان اولیه کم: به جز لحظه اولیه تغییر وضعیت، جریان ناگهانی قابل توجهی وجود ندارد.
- نیازهای حفاظتی: نیاز به حفاظت مداوم و پایدار در برابر بار زیاد و خطا کوتاه‌مداری است. مقاومت بالا در برابر تنش ضربه‌ای مهم نیست، اما قابلیت اطمینان در حفاظت معمولی تاکید می‌شود.
2.3 مشخصات تجهیزات متغیر
- پیک‌های جریان متناوب: تجهیزات مرتباً شروع و توقف می‌کنند که موجب تأثیرات جریان بالا دوره‌ای می‌شود.
- چرخه تنش حرارتی: تنش حرارتی داخلی دیود مدام تغییر می‌کند که منجر به خستگی مواد می‌شود.
- نیازهای حفاظتی: دیود باید مقاومت بسیار بالایی در برابر خستگی حرارتی و تحمل چرخه‌ای داشته باشد تا عملکرد پس از تأثیرات جریان مکرر تضعیف نشود.
3. استراتژی‌های انتخاب متمایز
بر اساس تحلیل فوق، یک استراتژی انتخاب سه‌سطحی تدوین شده است:
3.1 راه‌حل حفاظت موتور
- نوع انتخاب شده: دیودهای نوع aM (حفاظت موتور) (به عنوان "هسته دیود آمونیاک مایع" در برخی موارد اشاره شده، اما به طور کلی به عنوان نوع aM شناخته می‌شوند). این نوع به طور خاص برای مشخصات شروع موتور طراحی شده است.
- نیازهای مشخصاتی: منحنی جریان-زمان آن باید به طور نزدیک با منحنی جریان-زمان شروع موتور مطابقت داشته باشد تا در حین جریان شروع فعال نشود.
- پارامترهای کلیدی: جریان اسمی باید بزرگتر یا مساوی با جریان اسمی موتور باشد تا حفاظت دقیق در برابر بار زیاد در محدوده ۰.۸-۱.۲ برابر جریان اسمی را تضمین کند و همزمان تأثیرات شروع را تحمل کند.
- مزایا: تحمل عالی در برابر تأثیرات شروع، جلوگیری مؤثر از خاموشی نادرست و حفاظت قابل اعتماد در برابر بار زیاد و خطا کوتاه‌مداری.
3.2 راه‌حل حفاظت سیستم روشنایی
- نوع انتخاب شده: دیودهای نوع gG/gL (کلی‌منظوره). این نوع دیودهای عمومی‌ترین هستند و برای حفاظت از اکثر مدارهای توزیع مناسب هستند.
- نیازهای مشخصاتی: ظرفیت بار باید به طور نزدیک با جریان اسمی سیستم مطابقت داشته باشد و ویژگی‌های تأخیر زمانی و قطع سریع را ارائه دهد.
- پارامترهای کلیدی: تمرکز بر ظرفیت قطع اسمی (که باید بیشتر از جریان کوتاه‌مداری مورد انتظار در نقطه نصب باشد) و مشخصات زمان-جریان استاندارد.
- مزایا: اقتصادی، قابل اعتماد و حفاظت کامل در برابر بار زیاد و خطا کوتاه‌مداری برای بارهای روشنایی پایدار.
3.3 راه‌حل حفاظت تجهیزات متغیر
- نوع انتخاب شده: دیودهای مقاوم در برابر ضربه (ممکن است به برند یا نوع خاصی اشاره کند، مانند دیودهای حفاظتی نیمه‌رسانا که دارای تحمل چرخه‌ای بالا هستند).
- نیازهای مشخصاتی: مقاومت بالا در برابر خستگی حرارتی و تحمل چرخه‌ای بالا برای تحمل تغییرات مکرر دما بدون تخریب.
- پارامترهای کلیدی: تمرکز بر ویژگی‌های قطع فوری (برای قطع سریع جریان خطا) و دوام (شاخص‌های چرخه عمر).
- مزایا: پایداری عملکرد بلندمدت در برابر تأثیرات جریان مکرر، ارائه حفاظت مداوم و مؤثر در حالی که از خرابی زودرس به دلیل خستگی مواد جلوگیری می‌کند.
4. نیازهای پارامترهای فنی کلیدی
هر چه انتخاب استراتژی باشد، پارامترهای کلیدی زیر باید به طور صریح بررسی شوند:
- ظرفیت قطع اسمی (Icn): باید بیشتر از بزرگترین جریان کوتاه‌مداری مورد انتظار در نقطه نصب باشد تا قطع ایمن جریان خطا تضمین شود.
- مشخصات زمان-جریان (منحنی I-t): باید با مشخصات بار (مانند منحنی شروع موتور) هماهنگ شود و حفاظت انتخابی با دستگاه‌های بالادست (مانند کلیدهای قطع) و پایین‌دست را ارائه دهد تا از خاموشی نامناسب جلوگیری شود.
- جریان اسمی (In): بر اساس جریان اسمی بار و عوامل کاربرد (مانند عوامل انتخاب در حفاظت موتور) تعیین می‌شود، نه فقط معادل جریان بار.
- مقدار I²t (انتگرال جول): نمایانگر انرژی مورد نیاز برای خاموشی دیود است که برای هماهنگی با دستگاه‌های نیمه‌رسانا و دستیابی به حفاظت انتخابی مهم است.
5. نقاط کلیدی اجرایی
- تحلیل سیستم: انجام تحلیل دقیق از هر شاخه در سیستم الکتریکی، ثبت داده‌های کلیدی مانند نوع بار، جریان اسمی، جریان شروع، زمان شروع و جریان کوتاه‌مداری مورد انتظار.
- هماهنگی انتخابی: استفاده از منحنی‌های زمان-جریان دیودها برای تضمین هماهنگی انتخابی با دستگاه‌های محافظ بالادست و پایین‌دست (مانند کلیدهای قطع و تماس‌گرهای مغناطیسی)، تنها خاموشی نقطه خطا در حوادث و کاهش زمان توقف.
- آزمایش اعتبارسنجی: در صورت امکان، اعتبارسنجی عملکرد دیود در شرایط کاری واقعی یا شبیه‌سازی شده، به ویژه در حین فرآیند شروع موتور.
- مدیریت اسناد: تدوین رکوردهای جامع از پیکربندی دیودها و گزارش‌های نگهداری، شامل مدل، مشخصات، مکان نصب، تاریخ‌های تعویض و غیره برای تسهیل نگهداری و ردیابی خطا.
6. نتیجه‌گیری
با اجرای استراتژی انتخاب سه‌سطحی متمایز بر اساس مشخصات بار، راه‌حل‌های حفاظتی مناسب می‌توانند برای تجهیزات الکتریکی مختلف از جمله موتورها، سیستم‌های روشنایی و تجهیزات متغیر ارائه شوند. این استراتژی به طور مؤثر از خاموشی نادرست ناشی از مشخصات بار عادی (مانند شروع موتور) جلوگیری می‌کند و همزمان عملکرد به موقع و قابل اعتماد در برابر بار زیاد یا خطا کوتاه‌مداری را تضمین می‌کند. بنابراین، این استراتژی به طور قابل توجهی ایمنی، پایداری و قابلیت اطمینان کلی سیستم الکتریکی را افزایش می‌دهد و تداوم عملیات و ایمنی تجهیزات را تضمین می‌کند.
