حماية الطفرة في المباني الشاهقة. جهاز الحماية من الصواعق ، مخطط الاتصال. مما تنشأ النبضات

لقد طرحت السؤال حول المؤشرات الرئيسية للطاقة الكهربائية المستلمة من الشبكة ، وفقًا لـ GOST 13109-97. اتبع الرابط وتعرف بمزيد من التفاصيل. سأكرر هنا فقط أن هذه تشمل انحرافات الجهد ، وانخفاضات الجهد والجهد الزائد.

لحماية المعدات الكهربائية من أول مؤشرين ، أوصيك بتثبيت مثبتات الجهد. إليك مثال جيد عن كيفية الذهاب إلى منزلك.

ولكن فيما يتعلق بحماية المعدات الكهربائية والأسلاك من الجهد الزائد ، فقد فقدت البصر بطريقة ما. لذلك ، سيتم تخصيص موضوع هذه المقالة للأنواع زيادة الجهد وأخطارهم.

اذا هيا بنا نبدأ.

ما هو الجهد الزائد؟

أولاً ، دعنا نحدد ما هو الجهد الزائد.

الجهد الزائد هو نبضة جهد أو موجة يتم فرضها على جهد التيار الكهربائي المقنن.

هذه عن كيفية الشبه.

على سبيل المثال ، جهد شبكة أحادية الطور هو 220 (V). اسمحوا لي أن أذكرك أن هذا هو الجهد rms. إذا قمنا بترجمتها إلى سعة ، بضرب الجهد الفعال في √2 ، نحصل على 310 (V). لذلك ، أثناء الجهد الزائد النبضي ، يمكن أن تصل قيمة سعة الجهد إلى قيم تصل إلى عدة آلاف من الفولتات. مدة مثل هذا الجهد الزائد النبضي ليست طويلة - فقط بضعة مللي ثانية (مللي ثانية).

ما هو خطر الجهد الزائد؟ أمثلة على

فيما يلي مثال آخر على العواقب الضارة للجهد الزائد الدافع ، والذي أدى إلى تعطيل "Energomer" الإلكتروني CE102.

لكن في بعض الأحيان لا نعني حتى أن هذا الجهاز الكهربائي أو ذاك قد فشل بسبب الجهد الزائد في الشبكة ، ولكننا نشير إلى الجودة المقابلة للشركة المصنعة.

أسباب وأنواع الجهد الكهربي

في المجموع ، هناك 3 أنواع من الفولتية الزائدة:

• التخفيف
• عاصفة رعدية (تسمى أيضًا الغلاف الجوي)
• كهرباء

لنفكر في كل نوع على حدة.

1. تبديل الجهد الزائد

يحدث تبديل الجهد الزائد عندما يكون هناك تغيير حاد في تشغيل الحالة المستقرة للشبكة الكهربائية. هذه الظاهرة تسمى عابرة. النبضات والموجات مع هذا النوع من الجهد الزائد لها تردد عالٍ: من عشرات إلى مئات (كيلو هرتز) ، وتصل قيمتها إلى عدة آلاف من الفولت وتعتمد إلى حد كبير على معلمات الدائرة الكهربائية (الحث ، السعة) ، وسرعة تبديل الأجهزة والمرحلة الحالية أثناء التخفيف.

أسباب تبديل الجهد الزائد:

• وأجهزة الحماية الأخرى
• البدء أو الانفصال عن شبكة الأقوياء
• التبديل وإيقاف تشغيل شبكة محولات الطاقة
• التبديل أو الإيقاف من شبكة البنوك المكثفة

على سبيل المثال ، عندما يتم فصل محول صغير بسعة 1 (كيلو فولت أمبير) عن الشبكة الكهربائية ، فقد يحدث جهد زائد لتحويل النبض بترتيب 2000 (V) ، أي يتم إلقاء كل الطاقة المخزنة في ملفات المحولات في الشبكة الكهربائية ، مما قد يؤثر سلبًا على تشغيل المعدات الكهربائية.

تخيل أي نوع من الجهد الزائد يحدث عند تبديل محول طاقة 400 كيلو فولت أمبير؟

2. زيادة الجهد الجوي (البرق)

يشير الجهد الزائد في الغلاف الجوي (البرق) إلى الظواهر الطبيعية التي تسببها تصريفات البرق.

تفريغ الصواعق هي عبارة عن جهد زائد بقوة دفع لعشرات الآلاف من الفولتات ومدة لا تزيد عن 1 (مللي ثانية).

وفقًا للإحصاءات العامة ، 90٪ من البرق له تيار تفريغ بترتيب 40-60 (kA). أقل بقليل من 1٪ من البرق له تيار تفريغ 100 (kA) وأعلى.

توجد ضربات صاعقة مباشرة في الشبكة الكهربائية (الخط العلوي) أو مانع الصواعق ، وضربات البرق البعيدة على مسافة تصل إلى 1500 متر ، حيث تحدث زيادة في الفولتية. انظر الصور أدناه.

في الصور أعلاه ، تم توقيع موجة الجهد الزائد (الدافع) بواسطة نقشين ، إما 10/350 أو 8/20. هذه الموجات (النبضات) لها شكل وطول موجة محددان.

كما ترى من الرسم البياني ، فإن نبضة 10/350 أكثر خطورة على الكائن المحمي من دافع 8/20 ، لأن أنه يؤثر على الشبكة الكهربائية عشرات المرات.

أود أن أقول بضع كلمات أخرى حول إعادة توزيع طاقة تفريغ البرق. من المقبول عمومًا أن 50٪ من الدافع الأولي للجهد الزائد ، بشرط أن يكون لدينا نظام حماية من الصواعق في منزلنا ولدينا (نظام) ، يتم تحويله إلى الأرض ، ويتم إعادة توزيع نسبة 50٪ المتبقية بالتساوي بين جميع موصلات الشبكة الكهربائية ، بما في ذلك الأنابيب و الاتصالات المنزلية.

3. الجهد الزائد الالكتروستاتيكي

نوع آخر سننظر فيه هو الجهد الزائد للكهرباء الساكنة. غالبًا ما يحدث في البيئات الجافة من خلال تراكم الشحنات الكهروستاتيكية ، والتي بدورها تخلق مجالًا إلكتروستاتيكيًا قويًا. هذا هو نوع من الجهد الزائد لا يمكن التنبؤ به.

على سبيل المثال ، إذا مشينا على سجادة ، فيمكننا شحن ما يصل إلى عدة آلاف من الفولتات. سيؤدي لمس أي بنية موصلة (البطارية ، علبة الكمبيوتر) إلى تفريغ كهربائي يستمر لعدة نانو ثانية (nsec). هذا النوع من الجهد الزائد هو الأكثر خطورة على الأجزاء الإلكترونية ومكونات الأجهزة والأجهزة الكهربائية.

كيف تحمي منزلك من الجهد الزائد؟

حسنًا ، نأتي الآن إلى السؤال الأكثر أهمية ، وهو كيفية حماية الأجهزة الكهربائية و / أو من الطفرات المذكورة أعلاه.

سأقول على الفور أنه لن يكون من الممكن التخلص تمامًا من الجهد الزائد الدافع. هدفنا هو فقط تقليل قيم زيادة الفولتية إلى قيم لا تهدد معداتنا.

الحقيقة هي أنه حتى مع التثبيت الصحيح لنظام الحماية من الصواعق ، فإن 50 ٪ من قوة التفريغ الدافع تذهب إلى الأرض ، ويتم إعادة توزيع الـ 50 ٪ المتبقية من خلال الشبكات والاتصالات المنزلية في المنزل. لذلك ، لتنفيذ الحماية الكاملة للجهد الزائد ، من الضروري القيام بما يلي:

• إعادة تأريض موصل PEN على دعامة دخول الخط العلوي (VL) إلى المنزل
• خطافات إعادة التأريض والأقواس لجميع دعامات الخطوط العلوية
• تركيب نظام الحماية من الصواعق
• حلقة أرضية منفصلة للحماية من الصواعق ، والتي يجب أن تكون متصلة بالدائرة الرئيسية للمنزل
• (BPCS ، DSPC)
• خطوة حماية باستخدام أجهزة SPD خاصة (جهاز حماية الطفرة)

سأخبرك بمزيد من التفاصيل حول كل طريقة من طرق الحماية في مقالات منفصلة. حتى لا يفوتك إصدار المقالات الجديدة ، انتقل إلى إجراء الاشتراك.

ملاحظة. ربما هذا كل شيء. آمل أن تفهم لماذا الاندفاع زيادة الجهد وأنه لا بد من الدفاع ضدهم؟

لا يعطي معيار GOST 13109-97 أي قيم دافعة محددة ومسموح بها ، ولكنه يعطينا فقط شكل هذا الدافع والتعريف. نحن نفترض خلال القياسات أن النبضات يجب ألا تحدث في الشبكة. وإذا كان الأمر كذلك ، فسيكون من الضروري فهم المذنب والبحث عنه. خلال قياساتنا في شبكات 0.4 كيلوفولت ، لم نواجه مشاكل اندفاعية. هذا ليس مفاجئًا - عند القياس على جانب 0.4 كيلو فولت ، سيتم امتصاص أي دفعة أو قطعها بواسطة مثبطات زيادة التيار ، ولكن هذا موضوع لمقال آخر. لكن كما يقولون ، حذر ، ثم أنذر. لذلك ، سنقدم في المقال ما نعرفه.

هذه هي التعريفات من GOST 13109-97:

نبضة الجهد - تغير حاد في الجهد عند نقطة ما في الشبكة الكهربائية ، يتبعه استعادة الجهد إلى المستوى الأصلي أو بالقرب منه خلال فترة زمنية تصل إلى عدة أجزاء من الثانية ؛

- سعة النبضة - أقصى قيمة لحظية للجهد النبضي ؛

- مدة النبضة - الفاصل الزمني بين اللحظة الأولية لنبض الجهد ولحظة استعادة قيمة الجهد اللحظي إلى المستوى الأولي أو القريب منه ؛

ما هي الدوافع من؟

تحدث الفولتية الدافعة بسبب العواصف الرعدية ، وكذلك العابرين أثناء التبديل في نظام إمداد الطاقة. تختلف نبضات البرق وتبديل الجهد بشكل كبير في الخصائص والشكل.

الجهد النبضي هو تغيير حاد في الجهد عند نقطة في شبكة كهربائية ، يتبعه استرداد الجهد إلى مستواه الأصلي أو بالقرب منه في غضون 10-15 ميكرو ثانية (نبضة البرق) و10-15 مللي ثانية (نبض التبديل). وإذا كانت مدة مقدمة نبضة البرق الحالية مرتبة أقل من قيمة نبضة التبديل ، فإن سعة نبضة البرق يمكن أن تكون أعلى بعدة مرات. يمكن أن تختلف القيمة القصوى المقاسة لتيار تفريغ البرق ، اعتمادًا على قطبيته ، من 200 إلى 300 كيلو أمبير ، وهو أمر نادر الحدوث. عادة ما يصل هذا التيار إلى 30-35 كيلو أمبير.

يوضح الشكل 1 مخطط تذبذب لنبضة الجهد ، ويوضح الشكل 2 منظره العام.

تؤدي الصواعق في خطوط الكهرباء أو بالقرب منها في الأرض إلى ظهور الفولتية الدافعة التي تشكل خطورة على عزل الخطوط والمعدات الكهربائية للمحطات الفرعية. السبب الرئيسي لفشل عزل منشآت الطاقة الكهربائية وانقطاع التيار الكهربائي وتكلفة ترميمه هو الأضرار التي لحقت بهذه المرافق.

الشكل 1 - مخطط الذبذبات لنبض الجهد

الشكل 2 - منظر عام لنبض الجهد

النبضات الصاعقة شائعة. أثناء عمليات التفريغ ، يدخل الصواعق إلى جهاز الحماية من الصواعق للمباني والمحطات الفرعية ، متصلة بواسطة كابلات الجهد العالي والمنخفض وخطوط الاتصال والتحكم. مع برق واحد ، يمكن ملاحظة ما يصل إلى 10 نبضات ، متتابعة بفاصل زمني من 10 إلى 100 مللي ثانية. عندما يضرب البرق جهاز تأريض ، ترتفع إمكاناته بالنسبة للنقاط البعيدة وتصل إلى مليون فولت. هذا يساهم في تحريض الفولتية التي تتراوح من عدة عشرات من الفولتات إلى عدة مئات من الكيلوفولت في حلقات مجهزة بوصلات كبلية وهوائية. عندما يضرب البرق الخطوط العلوية ، تنتشر موجة الجهد الزائد على طولها ، والتي تصل إلى قضبان توصيل المحطات الفرعية. تكون موجة الجهد الزائد محدودة إما بقوة العزل أثناء انهياره ، أو بالجهد المتبقي لموانع الحماية ، مع الحفاظ على القيمة المتبقية تصل إلى عشرات الكيلوفولت.

يحدث تبديل نبضات الجهد عند تبديل الأحمال الحثية (المحولات ، المحركات) والسعة (بنوك المكثف ، الكابلات). تحدث أثناء ماس كهربائى والإغلاق. تعتمد قيم تبديل نبضات الجهد على نوع الشبكة (الحمل أو الكبل) ، ونوع التبديل (التشغيل أو الإيقاف) ، وطبيعة الحمل ونوع جهاز التبديل (المصهر ، الفاصل ، قاطع الدائرة). تبديل نبضات التيار والجهد لها طابع متذبذب متكرر مرن بسبب احتراق القوس.

ترد في الجدول قيم تبديل نبضات الجهد مع مدة عند مستوى 0.5 من سعة النبضة (انظر الشكل 3.22) ، والتي تساوي 1-5 مللي ثانية.

تتميز نبضة الجهد بسعة يو imp.a ، قيمة الجهد القصوى يو عفريت ، مدة الحافة الأمامية ، أي الفاصل الزمني من بداية النبض ر ابدأ حتى تصل إلى أقصى قيمة لها (السعة) ر أمبير ومدة نبضة الجهد عند مستوى 0.5 من اتساعها ر أمبير 0.5. يتم عرض خاصيتين للوقت الأخيرين في صورة كسر ∆ ر أمبير / ر عفريت 0.5.

قيمة الفولتية الدافعة التبديل

قائمة المصادر المستخدمة

1. Kuzhekin I.P. ، Larionov V.P. ، Prokhorov V.N. الحماية من الصواعق و الصواعق. موسكو: زناك ، 2003

2. اولا كارتاشيف إدارة جودة الطاقة / I.I. كارتاشيف ، ف. تولسكي ، R.G. شامونوف وآخرون: أد. يو في. شاروفا. - م: دار النشر MPEI ، 2006. - 320 ص: مريض.

3. GOST 13109-97. الطاقة الكهربائية. التوافق الكهرومغناطيسي للوسائل التقنية. معايير جودة الكهرباء في أنظمة الإمداد بالطاقة للأغراض العامة. أدخل. 1999-01-01. مينسك: دار المعايير IPK للنشر ، 1998.35 ص.

تصنيف وتطبيق SPD

عادة ، يتم تصنيع SPDs التي تعتمد على المتغيرات مع تثبيت سكة DIN. يمكن استبدال المكثف المحترق ببساطة عن طريق إزالة الوحدة من علبة SPD وتركيب واحدة جديدة.

ممارسة التطبيق

من أجل حماية موثوقة لشيء ما من تأثيرات الجهد الزائد ، أولاً وقبل كل شيء ، من الضروري إنشاء معادلة فعالة ومحتملة. في هذه الحالة ، من الضروري التبديل إلى أنظمة التأريض TN-S أو TN-CS مع الموصلات المحايدة والوقائية المنفصلة.

الخطوة التالية هي تثبيت أجهزة الأمان. عند تثبيت SPD ، من الضروري أن تكون المسافة بين خطوات الحماية المجاورة 10 أمتار على الأقل على طول كابل مصدر الطاقة. يعد استيفاء هذا المطلب مهمًا جدًا للتسلسل الصحيح لتشغيل أجهزة الحماية.

إذا تم استخدام خط علوي للتوصيل ، فمن الأفضل استخدام SPD على أساس الموانع ووصلات الصمامات في لوحة الإدخال على العمود. يتم تثبيت Varistor SPD من الفئة الأولى أو الثانية في اللوحة الرئيسية للمبنى ، ويتم تثبيت SPD من الفئة الثالثة في الدروع على الأرضيات. إذا كان من الضروري حماية الجهاز بشكل إضافي ، فإن SPDs في شكل إدخالات وأسلاك تمديد متصلة بالمآخذ.

الاستنتاجات

في الختام ، ينبغي القول أن جميع التدابير المذكورة أعلاه ، بالطبع ، تقلل من احتمالية إصابة CEA والأشخاص عن طريق زيادة الإجهاد ، ولكنها ليست الدواء الشافي. لذلك ، في حالة حدوث عاصفة رعدية ، من الأفضل إيقاف تشغيل العقد الأكثر أهمية ، إن أمكن.

لكتابة هذا النص ، دفعتني الشعور بعدم معرفة العديد من مبادئ التشغيل ، باستخدام (أو حتى عدم معرفة وجود) الحماية الموازية ضد زيادة الجهد في الشبكة ، بما في ذلك تلك الناجمة عن تصريفات البرق
تعد الضوضاء النبضية في الشبكة شائعة جدًا ، ويمكن أن تحدث أثناء عاصفة رعدية ، عند تشغيل / إيقاف الأحمال القوية (نظرًا لأن الشبكة عبارة عن دائرة RLC ، ثم تحدث تقلبات فيها ، مما يتسبب في ارتفاع الجهد الكهربائي) والعديد من العوامل الأخرى. في التيار المنخفض ، بما في ذلك الدوائر الرقمية ، يعد هذا أكثر أهمية ، نظرًا لأن تبديل الضوضاء يخترق بشكل جيد مصادر الطاقة (محولات Flyback هي الأكثر حماية - حيث يتم نقل طاقة المحول إلى الحمل عند فصل الملف الأساسي عن الشبكة).
في أوروبا ، كان تثبيت وحدات الحماية من زيادة التيار منذ فترة طويلة أمرًا إلزاميًا تقريبًا (فيما يلي ، من أجل البساطة ، سأسمي الحماية من الصواعق أو SPD) ، على الرغم من أن شبكاتهم أفضل من شبكاتنا ، وهناك مناطق أقل من العواصف الرعدية.
أصبح استخدام أجهزة SPD ذات أهمية خاصة على مدار العشرين عامًا الماضية ، عندما بدأ العلماء في تطوير المزيد والمزيد من الخيارات لترانزستورات MOSFET ذات التأثير الميداني ، والتي تخشى جدًا من تجاوز الجهد العكسي. ويتم استخدام هذه الترانزستورات في جميع مصادر الطاقة المحولة تقريبًا حتى 1 كيلو فولت أمبير ، كمفاتيح على الجانب الأساسي (الشبكة).
جانب آخر من استخدام SPD هو توفير حدود الجهد بين الموصلات المحايدة والموصلات الأرضية. يمكن أن يحدث جهد زائد على الموصل المحايد في التيار الكهربائي ، على سبيل المثال ، عند تبديل مفتاح التحويل بمحول محايد. أثناء التبديل ، سيكون الموصل المحايد "في الهواء" ويمكن أن يكون هناك أي شيء عليه.

خصائص نبض الجهد الزائد

تنقسم أجهزة الحماية إلى فئات اعتمادًا على قوة الدافع الذي يمكنها تبديده:
1) الفئة 0 (أ) - الحماية الخارجية من الصواعق (لم يتم النظر فيها في هذا المنشور) ؛
2) الفئة الأولى (ب) - حماية ضد الجهد الزائد ، تتميز بتيارات نبضية بسعة تتراوح من 25 إلى 100 كيلو أمبير مع شكل موجة 10/350 ميكرو ثانية (الحماية في لوحات توزيع الطاقة بالمبنى) ؛
3) الفئة الثانية (ج) - حماية ضد الجهد الزائد الذي يتميز بتيارات اندفاعية بسعة تتراوح من 10 إلى 40 كيلو أمبير مع شكل موجة 8/20 ميكرو ثانية (الحماية في الألواح الأرضية واللوحات الكهربائية للمباني ومدخلات معدات إمداد الطاقة) ؛
3) الفئة الثالثة (D) - حماية ضد الجهد الزائد ، تتميز بتيارات نبضية بسعة تصل إلى 10 كيلو أمبير مع شكل موجة 8/20 ميكرو ثانية (في معظم الحالات ، تكون الحماية مدمجة في الجهاز - إذا تم تصنيعها وفقًا لـ GOST) ؛

أجهزة حماية الطفرة

صواعق

يعد اختيار مانع الصواعق عملية إبداعية إلى حد ما مع العديد من "البصاق في السقف" - بعد كل شيء ، لا نعرف مقدمًا قيمة التيار الذي سيحدث في الشبكة ...
عند اختيار صواعق ، يمكن اتباع القواعد التالية:
1) عند تثبيت الحماية في لوحات الإدخال من خطوط الطاقة العلوية أو في المناطق التي توجد بها عواصف رعدية متكررة ، قم بتركيب موانع بتيار تفريغ أقصى (10/350) ميكرون لا يقل عن 35 كيلو أمبير ؛
2) حدد الحد الأقصى للجهد المستمر أعلى قليلاً من الحد الأقصى المفترض لجهد التيار الكهربائي (وإلا فهناك احتمال أنه عند الجهد الكهربائي العالي ، سيفتح مانع الصواعق ويفشل من ارتفاع درجة الحرارة)
3) حدد مانعات بأقل جهد ممكن (في هذه الحالة ، يجب اتباع القاعدتين 1 و 2). عادةً ما يكون الجهد المحدود لموانع الصنف الأول من 2.5 إلى 5 كيلو فولت ؛
4) بين الموصلات N و PE ، قم بتركيب مانعات صممت خصيصًا لهذا الغرض (تشير الشركات المصنعة إلى أنها مخصصة للاتصال بموصلات N-PE). بالإضافة إلى ذلك ، تتميز هذه الموانع بجهد تشغيل أقل ، عادةً بترتيب 250 فولت تيار متردد (لا يوجد جهد على الإطلاق بين المحايد والأرضي في الوضع العادي) وتيار تفريغ عالي - من 50 كيلو أمبير إلى 100 كيلو أمبير وأعلى.
5) قم بتوصيل الموانع بالتيار الكهربائي بموصلات ذات مقطع عرضي لا يقل عن 10 مم 2 (حتى لو كانت الموصلات الرئيسية بها مقطع عرضي أصغر) وأقصر ما يمكن. على سبيل المثال ، إذا ظهر تيار 40 كيلو أمبير في موصل بطول مقياسين مع مقطع عرضي يبلغ 4 مم 2 ، فسوف يسقط عليه حوالي 350 فولت (في الحالة المثالية ، دون مراعاة الحث - ويلعب هنا دورًا كبيرًا). سيكون جهد التثبيت مساويًا لمجموع جهد التثبيت للمانع وانخفاض الجهد عبر الموصل عند تيار نبضي (لدينا 350 فولت). وبالتالي ، فإن خصائص الحماية تضعف بشكل كبير.
6) إذا كان ذلك ممكنًا ، قم بتثبيت الموانع أمام قاطع دائرة الإدخال وتأكد من ذلك قبل RCD (في هذه الحالة ، من الضروري تثبيت مصهر بخاصية gL لتيار 80-125 A متسلسلًا مع الصواعق لضمان فصل الصواعق عن الشبكة في حالة حدوث عطل). نظرًا لأن لا أحد سيسمح بتثبيت SPD أمام قاطع دائرة الإدخال ، فمن المستحسن أن يكون قاطع الدائرة 80 أمبير على الأقل مع خاصية الاستجابة D. وهذا سيقلل من احتمالية التشغيل الخاطئ لقاطع الدائرة عند تشغيل الصواعق. يُعزى تثبيت SPD أمام التجمع الكونغولي من أجل الديمقراطية إلى انخفاض مقاومة التجمع الكونغولي من أجل الديمقراطية للتيارات الدافعة ، بالإضافة إلى ذلك ، عند تشغيل مانع التسرب N-PE ، فإن التجمع الكونغولي من أجل الديمقراطية سيرحل خطأ. أيضًا ، يُنصح بتثبيت SPDs أمام عدادات الكهرباء (والتي ، مرة أخرى ، لن يسمح مهندسو الطاقة بالقيام بذلك)

مكثف

في الحالة الأولية ، يتمتع المكثف بمقاومة داخلية عالية (من مئات kΩ إلى عشرات ومئات MΩ). عندما يصل الجهد عند ملامسات المكثف إلى مستوى معين ، فإنه يقلل بشكل حاد من مقاومته ويبدأ في إجراء تيار كبير ، بينما يتغير الجهد عند ملامسات المكثف بشكل ضئيل. مثل الصواعق ، يمكن أن يمتص المكثف طاقة نبضة الجهد الزائد لمدة تصل إلى مئات الميكروثانية. ولكن مع زيادة الجهد لفترات طويلة ، يفشل المكثف في إطلاق كمية كبيرة من الحرارة (تنفجر).
تم تجهيز جميع المتغيرات في إصدار DIN-rail بحماية حرارية مصممة لفصل المكثف عن الشبكة في حالة ارتفاع درجة الحرارة غير المقبول (في هذه الحالة ، يمكن تحديد المؤشر الميكانيكي المحلي أن المكثف معطل).
تُظهر الصورة متغيرات مع مرحل حراري مدمج بعد تجاوز جهد التشغيل بقيم مختلفة. مع الجهد الزائد الكبير ، تكون هذه الحماية الحرارية المدمجة غير فعالة عمليًا - تنفجر المتغيرات بحيث يتم حظر الأذنين. ومع ذلك ، فإن الحماية الحرارية المدمجة في وحدات ريوستات على سكة DIN فعالة جدًا في أي جهد زائد طويل الأمد ، وتدير فصل المكثف عن الشبكة.

فيديو صغير من الاختبارات الطبيعية :) (إمداد جهد متزايد لمكثف بقطر 20 مم - زيادة بمقدار 50 فولت)

الخصائص الرئيسية للمتغيرات:
1) فئة الحماية (انظر أعلاه). عادةً ما يكون للمتغيرات حماية من الدرجة الثانية (ج) ، والثالثة (د) ؛
2) جهد التشغيل المقدر - جهد التشغيل المستمر للمكثف الموصى به من قبل الشركة المصنعة ؛
3) الحد الأقصى للجهد المتناوب التشغيلي - الجهد المستمر للحد من المكثف ، والذي يضمن عدم فتحه ؛
4) الحد الأقصى لتيار تفريغ النبضة (8/20) μs - القيمة القصوى لسعة التيار مع شكل موجة (8/20) μs ، حيث لن يفشل المكثف وسيوفر الحد من الجهد عند مستوى معين ؛
5) تيار التفريغ النبضي المقنن (8/20) μs - القيمة الاسمية لسعة التيار مع شكل موجة (8/20) μs ، حيث سيوفر المتغير تحديد الجهد عند مستوى معين ؛
6) الحد من الجهد - أقصى جهد عبر المكثف عند فتحه بسبب حدوث نبضة جهد زائد ؛
7) وقت الاستجابة - وقت فتح المكثف (لجميع المتغيرات تقريبًا - أقل من 25 نانوثانية) ؛
8) (نادرًا ما يتم تحديد المعلمة من قبل الشركات المصنعة) تصنيف الجهد المتغير - الجهد الساكن (يتغير ببطء بمرور الوقت) حيث يصل تيار التسرب المتغير إلى 1 مللي أمبير. تقاس بتطبيق جهد التيار المستمر. في معظم الحالات ، يكون 15-20٪ أعلى من الحد الأقصى لجهد التيار المتردد التشغيلي ، مخفضًا إلى تيار مستمر (جهد التيار المتردد ، مضروبًا في جذر 2) ؛
9) (نادرًا ما يشير المصنعون إلى معلمة) الخطأ المسموح به لمعلمات المكثف هو ± 10٪ لجميع المتغيرات تقريبًا. يجب أن يؤخذ هذا الخطأ في الاعتبار عند اختيار أقصى جهد تشغيل للمكثف.

يرتبط اختيار المتغيرات ، وكذلك المانع ، بالصعوبات المرتبطة بالظروف غير المعروفة لعملهم.
عند اختيار حماية المكثف ، يمكن اتباع القواعد التالية:
1) يتم تثبيت المتغيرات كمرحلة ثانية أو ثالثة من الحماية من زيادة التيار ؛
2) عند استخدام حماية متغيرة المقاومة من الفئة الثانية مع فئة الحماية الأولى ، من الضروري مراعاة معدلات الاستجابة المختلفة للمتغيرات والمانعات. نظرًا لأن الموانع أبطأ من المتغيرات ، إذا لم يتم مطابقة SPD ، فإن المتغيرات سوف تمتص معظم دفعة الجهد الزائد وستفشل بسرعة. لتنسيق الفئتين الأولى والثانية من الحماية من الصواعق ، يتم استخدام خناقات مطابقة خاصة (الشركات المصنعة للماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية لها نطاقها لمثل هذه الحالات) ، أو يجب أن يكون طول الكابل بين SPD من الفئتين I و II 10 أمتار على الأقل عيب هذا الحل هو الحاجة إلى قطع الاختناقات في الشبكة أو إطالتها ، مما يزيد من مكونها الاستقرائي. الاستثناء الوحيد هو الشركة المصنعة الألمانية PhoenixContact ، التي طورت مانعات خاصة من الفئة الأولى بما يسمى "الإشعال الإلكتروني" ، والتي "تتطابق" مع وحدات مكثف من نفس الشركة المصنعة. يمكن تثبيت هذه المجموعات من SPD دون تنسيق إضافي ؛
3) اختر الحد الأقصى للجهد المستمر أعلى قليلاً من الحد الأقصى المفترض لجهد التيار الكهربائي (وإلا فهناك احتمال أنه عند الجهد الكهربائي العالي ، سيفتح المكثف ويفشل من ارتفاع درجة الحرارة). ولكن هنا لا يمكنك المبالغة في ذلك ، لأن الجهد المحدد للمكثف يعتمد بشكل مباشر على التصنيف (وبالتالي ، على أقصى جهد تشغيل). مثال على الاختيار غير الناجح لجهد التشغيل الأقصى هو وحدات IEK varistor ذات الجهد المستمر الأقصى 440 فولت. إذا تم تثبيتها في شبكة بجهد مقدر 220 فولت ، فسيكون تشغيلها غير فعال للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المتغيرات لديها ميل إلى "التقدم في العمر" (أي بمرور الوقت ، مع العديد من عمليات المكثف ، يبدأ جهد التصنيف في الانخفاض). سيكون الأمثل بالنسبة لروسيا هو استخدام المتغيرات بجهد تشغيل طويل المدى من 320 إلى 350 فولت ؛
4) من الضروري الاختيار بأقل جهد محدد ممكن (في هذه الحالة ، من الضروري الامتثال للقواعد 1-3). نموذجيًا الجهد المحدود لمتغيرات الفئة الثانية لجهد التيار الكهربائي من 900 فولت إلى 2.5 كيلو فولت ؛
5) لا تقم بتوصيل المتغيرات بالتوازي لزيادة التبديد الكلي للطاقة. العديد من الشركات المصنعة لحماية SPD (خاصة الفئة الثالثة (D)) مذنبون بالاتصال المتوازي للمتغيرات. ولكن ، نظرًا لعدم وجود 100٪ من المتغيرات نفسها (حتى من نفس المجموعة فهي مختلفة) ، سيكون أحد المتغيرات دائمًا هو الحلقة الأضعف وسيفشل في حالة وجود نبضة جهد زائد. مع النبضات اللاحقة ، ستفشل متغيرات السلسلة المتبقية ، لأنها لن توفر بعد الآن قوة التبديد المطلوبة (هذا هو نفس توصيل الثنائيات بالتوازي لزيادة التيار الكلي - لا يمكن القيام بذلك)
6) قم بتوصيل المتغيرات بالشبكة بموصلات ذات مقطع عرضي لا يقل عن 10 مم 2 (حتى لو كانت موصلات الشبكة بها مقطع عرضي أصغر) وأقصر ما يمكن (المنطق هو نفسه بالنسبة إلى الموانع).
7) إذا أمكن ، قم بتثبيت المتغيرات أمام قاطع دائرة الإدخال ودائمًا قبل RCD. نظرًا لأن لا أحد سيسمح بتثبيت SPD أمام قاطع دائرة الإدخال ، فمن المستحسن أن يكون قاطع الدائرة بتيار لا يقل عن 50A مع خاصية التشغيل D (لمتغيرات الفئة الثانية). سيؤدي ذلك إلى تقليل احتمالية حدوث عملية خاطئة للجهاز عند تشغيل المكثف.

نظرة عامة على مصنعي SPD

سنترك استخدام SPD من الفئة III (D) وحماية الدوائر الرقمية للأجهزة لاحقًا.
في الختام ، أستطيع أن أقول أنه بعد قراءة كل شيء لديك أسئلة أكثر من قراءة العنوان ، فهذا جيد ، لأن الموضوع مثير للاهتمام ، وهو هائل لدرجة أنه يمكنك كتابة أكثر من كتاب.

العلامات:

• الحماية من الصواعق
• SPD
• الحماية من الفولت الزائد

جهاز حماية الطفرة (SPD) - جهاز مصمم لحماية الشبكة الكهربائية والمعدات الكهربائية من الجهد الزائد الذي يمكن أن ينتج عن تأثيرات الصواعق المباشرة أو غير المباشرة ، وكذلك العمليات العابرة في الشبكة الكهربائية نفسها.

بعبارات أخرى تؤدي أجهزة SPD الوظائف التالية:

— الحماية من الصواعقالشبكة الكهربائية والمعدات ، أي الحماية من الجهد الزائد الناتج عن تأثيرات البرق المباشرة أو غير المباشرة

— حماية الطفرةناتج عن تبديل المحولات العابرة في الشبكة المرتبطة بتبديل أو إيقاف تشغيل المعدات الكهربائية ذات الحمل الاستقرائي الكبير ، على سبيل المثال ، محولات الطاقة أو اللحام ، والمحركات الكهربائية القوية ، إلخ.

— حماية ماس كهربائى عن بعد (أي من الجهد الزائد الناتج عن ماس كهربائى الناتج)

SPDs لها أسماء مختلفة: مانع تصاعد الشبكة - OPS (مانع الصواعق), محدد الجهد الزائد - OIN، ولكن لديهم جميعًا نفس الوظيفة ومبدأ التشغيل.

1. مبدأ تشغيل وحماية جهاز SPD

يعتمد مبدأ تشغيل SPD على استخدام العناصر غير الخطية ، والتي ، كقاعدة عامة ، هي متغيرات.

المكثف هو مقاوم لأشباه الموصلات تعتمد مقاومته على الجهد غير الخطي.

يوجد أدناه رسم بياني لاعتماد مقاومة المكثف على الجهد المطبق عليه:

يوضح الرسم البياني أنه عندما يرتفع الجهد فوق قيمة معينة ، تنخفض مقاومة المكثف بشكل حاد.

دعنا نحلل كيفية عملها عمليًا باستخدام مثال الرسم التخطيطي التالي:

يُظهر الرسم البياني دائرة كهربائية مبسطة أحادية الطور يتم فيها توصيل حمولة على شكل مصباح كهربائي من خلال قاطع الدائرة ، كما يتم تضمين SPD في الدائرة ، من ناحية يتم توصيلها بسلك الطور بعد ، من ناحية أخرى - إلى الأرض.

في التشغيل العادي ، يكون جهد الدائرة 220 فولت ، وعند هذا الجهد ، يتمتع المتغير الخاص بـ SPD بمقاومة عالية ، تقاس بآلاف الميجا أوم ، لذا فإن مقاومة المتغير العالية تمنع تدفق التيار عبر SPD.

ماذا يحدث عندما يحدث اندفاع عالي الجهد في الدائرة ، على سبيل المثال ، نتيجة لضربة البرق (عاصفة رعدية).

يوضح الرسم التخطيطي أنه عند حدوث نبضة في الدائرة ، يرتفع الجهد بشكل حاد ، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض فوري ومتعدد في مقاومة SPD (تميل مقاومة متغير SPD إلى الصفر) ، يؤدي انخفاض المقاومة إلى حقيقة أن SPD تبدأ في إجراء تيار كهربائي ، مما يؤدي إلى قصر الدائرة الكهربائية بواسطة الأرض ، أي إنشاء دائرة كهربائية قصيرة والتي ستقطع قاطع الدائرة وتفتح الدائرة. وبالتالي ، فإن مانع الصواعق يحمي المعدات الكهربائية من نبضات الجهد العالي التي تتدفق من خلاله.

1. تصنيف SPD

وفقًا لـ GOST R 51992-2011 الذي تم تطويره على أساس المعيار الدولي IEC 61643-1-2005 ، هناك الفئات التالية من SPD:

فئة SPD 1 - (يشار إليها أيضًا باسم صف دراسيب) للحماية من تأثيرات الصواعق المباشرة (صاعقة البرق في النظام) ، والغلاف الجوي ، والجهد الزائد. مثبتة عند مدخل المبنى بجهاز توزيع المدخلات (ASU) أو لوحة التوزيع الرئيسية (MSB). يجب تركيبها للمباني المنفصلة في منطقة مفتوحة ، والمباني المتصلة بخط علوي ، بالإضافة إلى المباني ذات مانعة الصواعق أو التي تقع بجوار الأشجار العالية ، أي المباني ذات الخطورة العالية للتعرض بشكل مباشر أو غير مباشر للعواصف الرعدية. يتم تطبيعها للنبض مع شكل موجة 10/350 ميكرو ثانية. تيار التفريغ المقدر هو 30-60 كيلو أمبير.

فئة SPD 2 -(يشار إليها أيضًا باسم فئة ج) لحماية الشبكة من بقايا الغلاف الجوي وتبديل الجهد الزائد الذي يمر عبر SPD من الدرجة الأولى. يتم تثبيتها في لوحات التوزيع المحلية ، على سبيل المثال ، في اللوحة الرئيسية لشقة أو مكتب. يتم توحيدها بواسطة تيار نبضي مع شكل موجة 8/20 ميكرو ثانية ، تيار التفريغ الاسمي هو 20-40 كيلو أمبير.

فئة SPD 3 -(يشار إليها أيضًا باسم صف دراسيد) لحماية المعدات الإلكترونية من الغلاف الجوي المتبقي والجهد الزائد للتبديل ، بالإضافة إلى التداخل عالي التردد الذي يمر عبر SPD من الفئة الثانية. يتم تثبيتها في صناديق التوصيل أو المقابس أو مدمجة مباشرة في الجهاز نفسه. مثال على استخدام SPD من الدرجة الثالثة هي أدوات الحماية من زيادة التيار المستخدمة لتوصيل أجهزة الكمبيوتر الشخصية. يتم توحيدها بواسطة تيار نبضي مع شكل موجة 8/20 ميكرو ثانية. تيار التفريغ المقدر هو 5-10 كيلو أمبير.

1. علامات SPD - الخصائص

خصائص SPD:

• تقييمه والجهد الأقصى - أقصى جهد تشغيل للشبكة التي تم تصميم SPD تحتها.
• التردد الحالي - تردد التشغيل للتيار الرئيسي للتشغيل الذي تم تصميم SPD.
• تيار التفريغ المقدر (الشكل الموجي الحالي مُشار إليه بين قوسين) - نبضة تيار ذات شكل موجة 8/20 ميكروثانية بالكيلو أمبير (kA) ، والتي يستطيع SPD تمريرها بشكل متكرر.
• أقصى تيار التفريغ (يشار إلى شكل الموجة الحالي بين قوسين) - أقصى نبضة تيار مع شكل موجة 8/20 ميكروثانية بالكيلو أمبير (kA) التي يستطيع SPD المرور بها مرة واحدة دون أن يفشل.
• مستوى الجهد الحماية - القيمة القصوى لانخفاض الجهد بالكيلو فولت على SPD عندما تتدفق نبضة تيار عبره. تحدد هذه المعلمة قدرة SPD على الحد من الجهد الزائد.

1. مخطط اتصال SPD

الشرط العام عند توصيل SPD هو وجود فتيل على جانب شبكة الإمداد أو مطابق لحمل الشبكة ، وبالتالي ، ستتضمن جميع المخططات المعروضة أدناه قواطع دوائر (مخطط توصيل SPD في اللوحة الكهربائية):

مخططات توصيل SPD (OPS ، SPE) بشبكة أحادية الطور 220 فولت (سلكان وثلاثة أسلاك):

مخططات توصيل SPDs (OPS ، SPE) بشبكة من ثلاث مراحل 3800V

الرسوم التخطيطية لاتصال SPD هي كما يلي.