ما هي العلاقة بين الحماية من الصواعق والحماية من زيادة التيار الكهربائي؟
غالباً ما يُساء فهم الأعطال المرتبطة بالصواعق. أرى كثيراً من المنشآت تستثمر في أنظمة التأريض أو مانعات الصواعق، بينما يستمر حدوث تلف في المعدات الداخلية بعد العواصف.
الحماية من زيادة التيار يتناول هذا الموضوع التداعيات الكهربائية للصواعق، وليس الصاعقة نفسها. في أنظمة الطاقة والتحكم الحديثة، يُعد فهم العلاقة بين الصواعق والحماية من ارتفاع التيار الكهربائي أمرًا بالغ الأهمية لمنع تلف المعدات، وتوقفها عن العمل، ومخاطر السلامة.
الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي ليسا موضوعين منفصلين. إنهما طبقات مترابطة ضمن استراتيجية حماية كهربائية واحدة مصممة للتحكم في الفولتية الزائدة العابرة والتيارات المفاجئة.
كيف تعمل أجهزة الحماية من زيادة التيار على تخفيف حدة الارتفاعات المفاجئة الناتجة عن الصواعق؟
يتم التحكم في الارتفاعات المفاجئة الناتجة عن الصواعق بواسطة أجهزة الحماية من الارتفاع المفاجئ التي تحول طاقة الجهد الزائد العابر بعيدًا عن المعدات الحساسة وتفرغها بأمان إلى الأرض في غضون أجزاء من الثانية.
كيف يُحدث البرق ارتفاعات مفاجئة في التيار الكهربائي
لا يشترط أن تضرب الصواعق المنشأة مباشرةً لإحداث الضرر. تحدث أحداث ارتفاع الجهد الكهربائي عادةً من خلال:
-
ضربات البرق المباشرة على خطوط الطاقة أو الإشارة
-
الضربات القريبة تسبب الحث الكهرومغناطيسي
-
ارتفاع الجهد الأرضي الذي يؤثر على أنظمة التأريض
-
أحداث البرق التي تحدث على جانب المرافق العامة تنتقل عبر الشبكة
تولد هذه الآليات جهدًا زائدًا عابرًا عالي الطاقة ينتشر بسرعة عبر الموصلات.
دور أجهزة الحماية من زيادة التيار
أ جهاز الحماية من زيادة التيار من النوع 1 صُمم هذا الجهاز خصيصاً للتعامل مع تيارات الصواعق عند مدخل الخدمة. وهو قادر على تفريغ جزء من تيار الصواعق والحد من مستويات الجهد الزائد القصوى قبل دخولها إلى النظام الكهربائي الداخلي.
تشمل الوظائف الرئيسية للحماية من الصواعق ما يلي:
-
تثبيت الجهد السريع
-
قدرة عالية على تفريغ تيار الاندفاع
-
حماية عزل المعدات في اتجاه مجرى التيار
في العديد من المنشآت، حماية قاطع الدائرة من زيادة التيار يتم دمجها لتوفير كل من الحماية من التيار الزائد وتحويل التيار المفاجئ المتحكم فيه، مما يحسن تنسيق النظام وسلامته.
لماذا لا تكفي قواطع الدائرة وحدها؟
يتفاعل من يكسرون المعايير ببطء شديد مع الأحداث العابرة. حتى... قواطع دوائر مزودة بحماية من زيادة التيار الاعتماد على مكونات الحماية الداخلية من زيادة التيار بدلاً من آليات الفصل الحراري أو المغناطيسي للتخفيف من حدة زيادة التيار الناتجة عن الصواعق.
بدون أجهزة حماية مخصصة ضد الصواعق، ستمر الظواهر العابرة المرتبطة بالبرق عبر قواطع الدائرة دون أي رادع.
ما هي الصناعات التي تتطلب حماية مخصصة من الصواعق؟
تتطلب الصناعات ذات الحساسية العالية للمعدات، أو المعرضة للعوامل الجوية، أو التي تتطلب وقت تشغيل حرج، حماية مخصصة من الصواعق والارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي.
القطاعات الصناعية عالية المخاطر
تُعد الصناعات التالية معرضة بشكل خاص لأحداث ارتفاع الجهد الناجمة عن الصواعق:
-
محطات توليد الطاقة والمحطات الفرعية
-
الطاقة المتجددة (الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح)
-
الاتصالات ومراكز البيانات
-
أتمتة التصنيع والعمليات
-
أنظمة النقل والبنية التحتية
غالباً ما تجمع هذه البيئات بين مسارات الكابلات الطويلة والمعدات الخارجية والإلكترونيات الحساسة - وهي ظروف مثالية لانتشار النبضات الكهربائية.
التعرض لأنظمة التيار المتردد والتيار المستمر
يؤثر البرق على شبكات التيار المتردد والتيار المستمر على حد سواء، لكن أسلوب الحماية يختلف:
-
تعتمد المرافق المتصلة بشبكة المرافق على التنسيق حماية من ارتفاع التيار المتردد لإدارة الظواهر العابرة الناتجة عن البرق والتي تدخل عبر أنظمة توزيع الطاقة.
-
تتطلب المصفوفات الشمسية وأنظمة البطاريات ودوائر التحكم بالتيار المستمر مكونات مخصصة حماية من زيادة التيار المستمر للتعامل مع الإجهاد المستمر الناتج عن الاستقطاب والارتفاعات المفاجئة الناتجة عن الصواعق على موصلات التيار المستمر.
يُعدّ استخدام الأجهزة المصنفة للتيار المتردد مع أنظمة التيار المستمر خطأً شائعاً ومكلفاً.
عواقب عدم كفاية الحماية
بدون الحماية المناسبة من الصواعق والارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي، تواجه المنشآت ما يلي:
-
أعطال إلكترونية متكررة
-
فقدان البيانات وأعطال نظام التحكم
-
زيادة الصيانة ووقت التوقف
-
مخاطر السلامة والامتثال
لذلك، فإن الحماية المخصصة من زيادة التيار تعتبر استثمارًا في الموثوقية، وليست مجرد ملحق وقائي.
كيفية تصميم نظام حماية متكامل من الصواعق والارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي؟
يتم تحقيق الحماية الفعالة من الصواعق والارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي من خلال التنسيق بين أجهزة الحماية الخارجية من الصواعق والتأريض وأجهزة الحماية الداخلية من الارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي.
مفهوم الحماية على مستوى النظام
يتضمن نظام الحماية المنسق عادةً ما يلي:
-
حماية خارجية من الصواعق (محطات الهواء، الموصلات الهابطة) للتحكم في مسارات الضربات المباشرة
-
أجهزة الحماية من زيادة التيار من النوع 1 عند مدخل الخدمة لتفريغ تيارات البرق
-
حماية ثانوية من زيادة التيار في لوحات التوزيع
-
حماية نقطة الاستخدام للمعدات الحساسة
تعمل كل طبقة على تقليل طاقة الاندفاع والجهد المتبقي تدريجياً.
التنسيق بين الأجهزة
يضمن التنسيق السليم أن تتعامل الأجهزة الموجودة في اتجاه التيار مع الارتفاعات العالية في الطاقة، بينما توفر الأجهزة الموجودة في اتجاه التيار تحديدًا دقيقًا للجهد.
تشمل مبادئ التنسيق الرئيسية ما يلي:
-
الاختيار الصحيح لـ جهاز الحماية من زيادة التيار من النوع 1 التقييمات
-
التباعد الكافي أو الفصل بين مراحل الحماية
-
تصميم تأريض وربط متسق
أ قاطع حماية من زيادة التيار يمكن استخدامها في بعض البنى، ولكن يجب تنسيقها كهربائياً مع أجهزة الحماية من زيادة التيار المخصصة لتجنب سوء التشغيل.
جودة التأريض والتركيب
حتى أفضل تصميمات الحماية من ارتفاع التيار الكهربائي تفشل بدون تأريض مناسب. تشمل أفضل الممارسات ما يلي:
-
مسارات تأريض منخفضة المقاومة
-
أسلاك توصيل قصيرة ومستقيمة
-
الترابط متساوي الجهد عبر الأنظمة
بالنسبة للمنشآت المعقدة أو المناطق المعرضة للصواعق، يقوم العديد من المهندسين بالتحقق من صحة تصميمهم من خلال استشارة فنية لضمان الامتثال للمعايير وموثوقية النظام على المدى الطويل.
خاتمة
الحماية من زيادة التيار يُعدّ هذا النظام العمود الفقري الكهربائي للحماية من الصواعق. ومن خلال فهم الارتفاعات المفاجئة الناتجة عن الصواعق، وتحديد الصناعات المعرضة للخطر، وتصميم أنظمة حماية منسقة، يستطيع المهندسون الحدّ بشكل كبير من تلف المعدات وتعطيل العمليات.
التعليمات
ما هي الحماية من زيادة التيار الكهربائي فيما يتعلق بالصواعق؟
تتحكم الحماية من زيادة التيار في الفولتية العابرة الناتجة عن أحداث البرق، مما يمنع تلف المعدات الكهربائية والإلكترونية.
هل جهاز الحماية من الصواعق من النوع الأول ضروري للحماية من الصواعق؟
نعم. تم تصميم جهاز الحماية من الصواعق من النوع 1 لتفريغ تيارات الصواعق المرتبطة بمدخل الخدمة.
هل يمكن لقواطع الدائرة الكهربائية توفير الحماية من الصواعق؟
لا تستطيع قواطع الدائرة الكهربائية القياسية فعل ذلك. فقط القواطع المزودة بمكونات حماية مدمجة ضد الصواعق قادرة على تخفيف حدة الصواعق.
هل تحتاج أنظمة التيار المستمر إلى حماية من الصواعق؟
نعم. أنظمة التيار المستمر معرضة بشدة للارتفاعات المفاجئة الناتجة عن الصواعق وتتطلب أجهزة حماية مخصصة من الارتفاعات المفاجئة المصنفة للتيار المستمر.
متى يجب التخطيط للحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي؟
ينبغي دمج الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ في التيار الكهربائي خلال مرحلة التصميم الأولية للنظام الكهربائي، وليس إضافتها بعد حدوث الأعطال.