تعرف على الحماية من زيادة التيار الكهربائي والصواعق

تشير الزيادة المفاجئة في الجهد، والمعروفة أيضًا باسم الجهد العابر أو الارتفاع المفاجئ في الجهد، إلى ظاهرة تجاوز الجهد لجهد التشغيل الطبيعي لفترة وجيزة. وبشكل أساسي، فإن الزيادة المفاجئة في الجهد عبارة عن نبضة سريعة في الجهد تحدث في غضون ميكروثانية. تشمل الأسباب الشائعة للزيادة المفاجئة في الجهد بدء تشغيل المعدات الثقيلة أو إيقاف تشغيلها، والدوائر القصيرة، وتبديل الطاقة، وتشغيل المحركات الكبيرة.

يمكن أن تتسبب الطفرات المفاجئة في حدوث أضرار جسيمة للمعدات الكهربائية. لذلك، يمكن للمنتجات المجهزة بأجهزة قمع الطفرات المفاجئة امتصاص الطفرات المفاجئة للطاقة الهائلة بشكل فعال، مما يحمي المعدات المتصلة من الضرر. إن استخدام هذه الأجهزة الوقائية يعزز بشكل كبير من سلامة وموثوقية المعدات الكهربائية.

خصائص الطفرات:

العواصف تتمتع التيارات المفاجئة بمدة قصيرة للغاية، تتراوح عادةً من النانو ثانية إلى الميكرو ثانية. عندما تحدث الطفرات المفاجئة، تتجاوز سعة الجهد والتيار القيم الطبيعية بأكثر من الضعف. ونظرًا للشحن السريع لمكثفات مرشح الإدخال، فإن ذروة التيار المفاجئ أكبر بكثير من تيار الإدخال في الحالة الثابتة. لمعالجة الطفرات المفاجئة، يجب أن تأخذ تصميمات مصدر الطاقة في الاعتبار الحد من مستويات الطفرات المفاجئة التي يمكن لمفاتيح التيار المتردد وجسور المقوم والصمامات وأجهزة ترشيح EMI تحملها.

أثناء عمليات التبديل المتكررة، لا ينبغي لجهد التيار المتردد أن يتلف مصدر الطاقة أو يتسبب في انفجار الصمامات. وعادة ما تستمر هذه الظاهرة لبضعة نانوثانية إلى ميلي ثانية، ولكن قيم الجهد والتيار تتجاوز بشكل كبير مستويات التشغيل العادية. تنتشر الطفرات في أنظمة التوزيع ويمكن اعتبارها منتشرة في كل مكان.

تشمل المظاهر الرئيسية للارتفاعات المفاجئة في أنظمة التوزيع ما يلي:

• تقلبات الجهد: تتوقف الآلات والمعدات أو تبدأ تلقائيًا في ظل ظروف التشغيل العادية.
• التداخل مع الأجهزة الكهربائية: على سبيل المثال، مكيفات الهواء، أو الضواغط، أو المصاعد، أو المضخات، أو المحركات.
• خلل في أنظمة التحكم في الكمبيوتر: عمليات إعادة تعيين متكررة لا يمكن تفسيرها.
• استبدال أو إعادة لف المحركات بشكل متكرر.
• عمر افتراضي أقصر للمعدات الكهربائية: عمر افتراضي أقل بسبب الأعطال أو إعادة الضبط أو مشاكل الجهد.

يمكن أن تؤثر الارتفاعات المفاجئة في التيار الكهربائي على الأجهزة الإلكترونية الحساسة بعدة طرق، بما في ذلك:

ضرر:

• انهيار الجهد في الأجهزة أشباه الموصلات.
• تدمير الطبقات المعدنية الموجودة على المكونات.
• تلف آثار لوحة الدائرة المطبوعة أو نقاط الاتصال.
• تلف الثايرستورات/الترياكات ثنائية الاتجاه، وما إلى ذلك.

التشوش:

• قفل المعدات أو فقدان السيطرة على الثايرستور أو الثايرستور ثنائي الاتجاه.
• تلف جزئي لملفات البيانات.
• أخطاء في برامج معالجة البيانات.
• أخطاء وأعطال في استقبال البيانات ونقلها.
• أعطال غير مبررة، وأكثر من ذلك.

الشيخوخة المبكرة:

• تقدم المكونات في العمر قبل الأوان، مما يقلل بشكل كبير من عمر الأجهزة الإلكترونية.
• انخفاض جودة إخراج الصوت والصورة.
مصادر الطفرات:
يمكن أن تنشأ الطفرات من مصادر خارجية وداخلية. حوالي 20% من الطفرات تأتي من مصادر خارجية، في المقام الأول الصواعق وغيرها من التأثيرات على النظام. حوالي 80% من الطفرات تأتي من مصادر داخلية، في المقام الأول تأثير الأحمال الكهربائية الداخلية.

تنشأ الموجات الخارجية في الغالب من الصواعق وتشمل:

ضربات البرق المباشرة: ضربات مباشرة على قضبان الصواعق، أو موصلات الصواعق، أو المباني، أو أبراج المصافي.
الإشعاع الكهرومغناطيسي الناتج عن الصاعقة: تشع حقول مغناطيسية قوية من نقطة ضربة البرق، مما يؤدي إلى إتلاف الأجهزة الإلكترونية الدقيقة حتى لو لم تضرب الصاعقة المبنى بشكل مباشر.
التيارات الناجمة عن الصواعق في خطوط الطاقة والإشارة.
تحريض البرق: تتشكل حقول مغناطيسية متناوبة قوية حول تفريغ البرق، مما يؤدي إلى إحداث جهد كهربائي على الموصلات المعدنية القريبة.
الإمكانات المحلية العالية الناجمة عن البرق.
تسلل الصواعق: يمكن أن تتسبب ضربات الصواعق المباشرة على خطوط الطاقة أو الموصلات الهابطة في حدوث زيادة في الجهد الكهربي بسبب الصواعق على خطوط الطاقة ونبضات كهرومغناطيسية قوية حول كابلات الطاقة. يمكن أن تنتشر هذه الزيادة في الجهد الكهربي المستحثة إلى منافذ الإدخال الخاصة بالمعدات، مما يتسبب في حدوث عطل في المعدات أو تلفها.

تنشأ الزيادات الداخلية في التيار الكهربائي بشكل رئيسي نتيجة لعمليات تبديل المعدات الكهربائية داخل شبكة الطاقة وعوامل أخرى، بما في ذلك:

التبديل بين الأحمال الكهربائية العالية مثل مكيفات الهواء، والضواغط، والمضخات، أو المحركات.
التبديل بين الأحمال الحثية والداخلية.
التبديل بين مكثفات تصحيح معامل القدرة وإيقافها.
أخطاء الدائرة القصيرة.
جهات الاتصال الميكانيكية: المفاتيح الميكانيكية بما في ذلك جهات اتصال مفتاح التتابع، ومفاتيح الضغط على الأزرار، ومفاتيح المفاتيح، ومقياسات الجهد مع المفاتيح، وما إلى ذلك.

وفقًا لتعريفات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)، يمكن تصنيف الزيادات المفاجئة في التيار الكهربائي إلى عدة فئات:

• طفرات الجهد النبضية: يتراوح الجهد من عدة مئات من الفولتات إلى 20,000 فولت في غضون ميكروثانية.
• الارتفاعات التذبذبية: يتراوح الجهد من عدة مئات من الفولتات إلى 6000 فولت في غضون ميكروثانية إلى ميلي ثانية.
• طفرات من النوع المتفجر: ذروة الجهد أو التيار للدورات المتكررة.

لحماية المعدات الإلكترونية من الصواعق المفاجئة، تم وضع معايير اختبار المناعة ذات الصلة. المعيار الوطني لاختبارات مناعة الصواعق المفاجئة للمعدات الإلكترونية هو GB/T17626.5 (المعادل للمعيار الدولي IEC61000-4-5). يحاكي هذا المعيار بشكل أساسي المواقف المختلفة الناجمة عن الصواعق غير المباشرة، بما في ذلك:

• ضربات البرق على الخطوط الخارجية، مما يؤدي إلى توليد تيارات كبيرة تتدفق إلى الخطوط الخارجية أو المقاومات الأرضية، مما يؤدي إلى تداخل الجهد.
• الجهد والتيار المستحثان من ضربات البرق غير المباشرة (مثل البرق بين السحابة أو داخل السحابة) على الخطوط الخارجية.
• تشكلت حقول كهرومغناطيسية قوية حول الأشياء المجاورة لصواعق البرق، مما أدى إلى إحداث جهد كهربائي على الخطوط الخارجية.
• ضربات البرق بالقرب من الأرض، حيث تتسبب التيارات الأرضية في حدوث تداخل عبر نظام الأرض المشترك. بالإضافة إلى ذلك، تحاكي المعايير التداخل الناتج عن إجراءات التبديل في محطات التوزيع الفرعية (التحولات الفولتية أثناء تشغيل معدات التبديل)، مثل:

• التداخل الناتج عند تبديل أنظمة الطاقة الرئيسية (على سبيل المثال، تبديل مجموعات المكثفات).
• التداخل من تبديل المفتاح البسيط داخل نفس شبكة الطاقة.
• التداخل من معدات الثايرستور مع الدوائر الرنانة.
• يتم أيضًا محاكاة العديد من الأخطاء المنهجية، مثل الدوائر القصيرة وأخطاء القوس الكهربائي بين شبكات تأريض المعدات أو أنظمة الأرض.

يصف المعيار نوعين من مولدات الموجة:

• أشكال الموجة المستحثة على خطوط الطاقة: أشكال موجة ارتفاع ضيقة (50 ميكروثانية) مع جبهات شديدة الانحدار (1.2 ميكروثانية).
• أشكال الموجات المستحثة على خطوط الاتصال: أشكال موجية عريضة ذات جبهات لطيفة.

نبضات صاعقة محاكاة مستحثة في خطوط الطاقة بسبب ضربات الصواعق أو نبضات زيادة التيار الناتجة عن تفريغ الصواعق من خلال مقاومة الأرض المشتركة. تتضمن المعلمات النموذجية جهد خرج الدائرة المفتوحة (0.5 إلى 6 كيلو فولت)، وتيار خرج الدائرة القصيرة (0.25 إلى 2 كيلو أمبير) لمستويات اختبار مختلفة، ومقاومة داخلية (2 أوم)، ومقاومات إضافية (10، 12، 40، 42 أوم) لمستويات اختبار مختلفة. يمكن أن تكون قطبية خرج الزيادة موجبة/سالبة، ويمكن مزامنة خرج الزيادة مع مصدر الطاقة مع تحول طور من 0 إلى 360 درجة. يجب أن يكون تردد التكرار مرة واحدة على الأقل في الدقيقة.

مستويات شدة اختبارات مناعة الصواعق:

• المستوى 1: بيئة حماية جيدة.
• المستوى الثاني: البيئة مع بعض الحماية.
• المستوى 3: بيئة التداخل الكهرومغناطيسي العادية، دون متطلبات تثبيت خاصة محددة للمعدات، مثل أماكن العمل الصناعية.
• المستوى الرابع: البيئة ذات التداخل الشديد، مثل خطوط الكهرباء العلوية المدنية أو محطات الطاقة الفرعية غير المحمية ذات الجهد العالي.
• المستوى العاشر: يتم تحديده بالاتفاق بين المستخدم والشركة المصنعة.

العلامات:SG61000-5