الحماية من اندفاع الجهد: أنواع SPD ومواضع التركيب والتنسيق بينها

يُعد جهاز الحماية من الاندفاع (SPD) من المكونات القليلة في نظام الطاقة التي يُتوقع ألا يفعل شيئًا لسنوات، ثم يمتص نبضة صاعقة في أجزاء من الميكروثانية. وهذا ما يجعله سهل الإغفال، وسهل اختيار مقاس أصغر من اللازم، وسهل التركيب بطريقة تبدو صحيحة لكنها تُبقي الحمل مكشوفًا.

يشرح هذا الدليل ما يفعله SPD، وكيف تختلف فئات الأنواع 1 و2 و3، وأين يُركَّب كل منها، وكيف تُنسَّق الحماية من الاندفاع مع UPS ومثبت الجهد.

ما هو اندفاع الجهد؟

اندفاع الجهد هو ارتفاع قصير الأمد في الجهد فوق مستوى التشغيل الطبيعي. وقد ينجم عن ضربة صاعقة، أو عن تشغيل حمل كبير، أو عن تبديل بنك مكثفات، أو عن تشغيل عطل كهربائي قريب. وتتراوح مدته بين أجزاء من الميكروثانية في نبضة الصاعقة وأجزاء من الملي ثانية في الاندفاع الناتج عن التبديل.

وتعتمد آلية التلف على نوع الحمل. فقد يتلف أشباه الموصلات فورًا عند جهد قمة مرتفع، وقد يتدهور مصدر التغذية تدريجيًا مع اندفاعات أصغر متكررة، وقد تتعرض المحركات لإجهاد في العزل. ويحدّ SPD من جهد القمة ويحوّل تيار الاندفاع إلى الأرض؛ لكنه لا يلغي الاندفاع ولا يصحح الجهد الزائد المستمر.

ولمعالجة مشكلات الجهد المستمرة، استخدم مثبت الجهد أو منظم الجهد التلقائي (AVR). وللتعامل مع انقطاع التيار، استخدم UPS. أما SPD فهو طبقة العابر.

كيف يعمل SPD؟

SPD مكوّن يعتمد على الجهد، وهو عادةً فاريستور أكسيد معدني (MOV) أو فجوة شرارة أو مزيج منهما. وعند الجهد الطبيعي يقدّم ممانعة عالية ويكون تأثيره في الدائرة ضئيلًا. وعندما يتجاوز الجهد حدّه المحدد، تنخفض الممانعة ويحوّل الجهاز تيار الاندفاع بعيدًا عن الحمل.

وأهم التصنيفات هي أقصى جهد تشغيل مستمر، وتيار التفريغ الاسمي، وتيار التفريغ الأقصى، ومستوى حماية الجهد، وتصنيف تيار القصر. ومستوى حماية الجهد هو الجهد المتبقي الذي يراه الحمل أثناء الاندفاع؛ وكلما كان أقل كان أفضل للمعدات الحساسة، لكن يجب في الوقت نفسه تنسيق الجهاز مع الحماية في المنبع.

ولـ SPD عمر محدود، إذ يستهلك كل اندفاع جزءًا من سعته. ولذلك فإن مؤشر الحالة أو التلامس عن بُعد ليس ترفًا، بل هو الطريقة الوحيدة لمعرفة ما إذا كان الجهاز لا يزال يحمي الحمل.

أنواع SPD: 1 و2 و3

تحدد سلسلة IEC 61643 فئات SPD الشائعة. ويعتمد صنف الاختبار الدقيق والتصنيف المطلوب على التركيب والكود المحلي.

ولا يكون جهاز Type 1 أفضل تلقائيًا من جهاز Type 2. فالاختيار الصحيح يعتمد على ما إذا كان الموقع مزودًا بنظام حماية من الصواعق، وعلى ما إذا كان الإمداد هوائيًا أم أرضيًا، وعلى ما تشترطه اللوائح المحلية. وفي كثير من المشاريع يُستخدم Type 1 عند المدخل مع Type 2 عند لوحة التوزيع.

أين يُركَّب كل SPD؟

الموضع لا يقل أهمية عن التصنيف. فالموصل الطويل يضيف حثًا ويرفع الجهد المتبقي عند الحمل. ولذلك يجب تركيب SPD بموصلات قصيرة ومستقيمة وبتوصيل أرضي منخفض الممانعة.

غالبًا ما يُتعامل مع دخل UPS وخرجه كمنطقتين منفصلتين للحماية. فالاندفاع على الدخل قد يتلف المقوم، والاندفاع على الخرج قد يصل إلى الحمل حتى عندما يعمل UPS على البطارية. ويجب أن يُظهر مخطط الخط الواحد المنطقتين معًا.

SPD وUPS ومثبت الجهد: وظائف مختلفة

غالبًا ما تُباع هذه الأجهزة معًا، لكنها تؤدي وظائف مختلفة. والجدول التالي مرجع سريع لاجتماع المشروع.

من البنى الشائعة وجود SPD من النوع Type 1 عند مدخل الخدمة، ومثبت جهد سيرفو للتركيب بأكمله، وSPD من النوع Type 2 عند دخل UPS، وSPD من النوع Type 3 عند الحمل الحرج. وتوضح صفحة حل الحماية من الاندفاع هذا التنسيق بمزيد من التفصيل.

كيف أنسّق بين أجهزة SPD؟

التنسيق يعني اختيار الأجهزة بحيث لا يمتص SPD في المصب الاندفاع كله، ولا يترك SPD في المنبع جهدًا متبقيًا مرتفعًا جدًا للجهاز في المصب. ويُستخدم في ذلك جدول التنسيق الخاص بالشركة المصنعة أو منهج حسابي.

والفحوص العملية هي:

• يجب أن يكون مستوى حماية الجهد للجهاز في المنبع أقل من جهد التحمل للجهاز في المصب.
• يجب أن يكون طول الكابل بين المراحل كافيًا، أو يُستخدم مغو فك ارتباط.
• يجب اختيار المصهر أو القاطع الاحتياطي بما يناسب تصنيف القصر لـ SPD.
• يجب أن يكون التوصيل الأرضي قصيرًا ومشتركًا مع نظام تأريض المبنى.

لا تخلط أجهزة من شركات مصنعة مختلفة دون التحقق من التنسيق. فقد يكون SPDان صحيحين منفردَين لكنهما غير متوافقين معًا.

الصواعق والتأريض ودائرة البطارية

نظام الحماية من الصواعق ونظام SPD مرتبطان لكنهما منفصلان. فنظام الحماية من الصواعق يستقبل الضربة، بينما يحدّ SPD من الاندفاع الذي يصل إلى التركيب الكهربائي. وكلاهما يحتاج إلى مسار أرضي منخفض الممانعة.

وفي حالة UPS، قد تحمل دائرة بطارية DC أيضًا تيار الاندفاع. وقد يلزم SPD مصنف للتيار المستمر عند خزانة البطارية، لا سيما في موقع ذي خطر صواعق مرتفع. تأكد من جهد تصنيف DC ومن القطبية؛ فـ SPD المخصص للتيار المتردد غير مناسب لناقل DC.

وتصف صفحتا مجموعة بطاريات VRLA ومجموعة بطاريات LiFePO4 تكوينات البطاريات. وتكون مجموعة المحولات والمفاعلات ذات صلة عندما يحتاج المشروع إلى عزل أو ممانعة لأغراض تنسيق الاندفاع.

الصيانة والفحص

SPD مكوّن استهلاكي. ويجب فحص مؤشر الحالة في كل زيارة صيانة، واستبدال الخرطوشة أو الوحدة عند تغير المؤشر. ويمكن لتلامس عن بُعد إدخال الحالة إلى نظام إدارة المباني (BMS) أو نظام مراقبة UPS.

ويجب أن يشمل الفحص أيضًا موصلات التوصيل والتوصيل الأرضي والحماية الاحتياطية. فالموصل المرتخي أو التوصيل الأرضي المتآكل قد يرفع الجهد المتبقي حتى عندما يكون SPD نفسه سليمًا.

قائمة تحقق للمشروع

استخدم هذه القائمة عند تحديد مواصفات الحماية من الاندفاع ضمن مشروع UPS.

• تأكد مما إذا كان الموقع مزودًا بنظام حماية من الصواعق، وما إذا كان الإمداد هوائيًا أم أرضيًا.
• اختر جهاز Type 1 أو Type 2 لمدخل الخدمة.
• أضف جهاز Type 2 عند لوحة التوزيع التي تغذي UPS والأحمال الحرجة.
• أضف جهاز Type 3 عند اللوحة الحرجة عندما يكون الحمل حساسًا.
• تحقق من مستوى حماية الجهد مقابل جهد تحمل الحمل.
• تحقق من تصنيف تيار القصر ومن المصهر الاحتياطي.
• تأكد من التوصيل الأرضي ومن طول الموصلات.
• أضف SPD مصنفًا للتيار المستمر عند بنك البطاريات عند الحاجة.
• سجّل مؤشر الحالة والتلامس عن بُعد في خطة الصيانة.
• أدرج مواقع SPD في مخطط الخط الواحد.

أما بالنسبة لجانب UPS، فاستخدم حاسبة تحديد القدرة وفهرس الطرازات الكامل. ولمركز البيانات، ابدأ من دليل UPS لمراكز البيانات؛ أما غرفة الخوادم فاستخدم لها دليل غرف الخوادم. ويمكن للمواقع الصناعية البدء من صفحة UPS الصناعي أو من عائلة منتجات UPS الصناعي.

أي الأسواق تحتاج إلى اهتمام إضافي؟

تجعل الصواعق والتوزيع الهوائي الحماية من الاندفاع أكثر أهمية في بعض الأسواق منها في غيرها. وتصف دليل جنوب أفريقيا ودليل الفلبين ودليل بنغلاديش ظروف الإمداد المحلية والمستندات التي يطلبها المشترون عادةً.

ولمواقع الاتصالات، راجع صفحة حلول الاتصالات؛ ولغرف الأمن، راجع الأمن والمراقبة؛ وللمباني التجارية، راجع المباني التجارية. وتوضح هذه الصفحات موقع SPD بالنسبة إلى UPS ومثبت الجهد ولوحة التوزيع.

كيف أحدد مواصفات SPD مع UPS؟

أرسل مخطط الخط الواحد، وجهد الخدمة، وتصنيف UPS، وتكوين البطارية، وحساسية الحمل، وخطر الصواعق في الموقع. ويمكن لفريق الهندسة بعد ذلك اقتراح ترتيب الأنواع 1 و2 و3، ومستوى حماية الجهد، والحماية الاحتياطية.

استخدم صفحة المورد وعرض السعر لقائمة التحقق التجارية، أو صفحة الاتصال لمراجعة فنية. وتشرح صفحة الشهادات المستندات الخاصة بكل طراز، وتُدرج صفحة التنزيلات حزمة المستندات.

الحماية من الاندفاع ليست جهازًا واحدًا، بل طبقة منسقة تبدأ عند مدخل الخدمة وتنتهي عند الحمل. وUPS ومثبت الجهد وSPD يؤدون كلٌّ منهم وظيفة مختلفة؛ وينجح المشروع عندما تُرسم الحدود بين هذه الوظائف على مخطط الخط الواحد.