جهاز حماية من زيادة التيار على سكة DIN لأنظمة توزيع الطاقة الصناعية

ما هو جهاز الحماية من زيادة التيار المثبت على سكة DIN في توزيع الطاقة الصناعية؟

تعريف جهاز الحماية من زيادة التيار المثبت على سكة DIN

A واقي من زيادة التيار الكهربائي على سكة DIN, ، والمعروف أيضًا باسم جهاز الحماية من زيادة الجهد (SPD) المثبت على سكة DIN أو جهاز الحماية من زيادة الجهد المركب على سكة DIN، هو جهاز وقائي يتم تركيبه في لوحات التوزيع الصناعية، وخزانات التحكم، ولوحات الأتمتة، أو أنظمة توزيع الطاقة. وعادةً ما يتم تركيبه على سكة DIN قياسية مقاس 35 مم جنبًا إلى جنب مع قواطع الدائرة الكهربائية، والموصلات الكهربائية، والمرحلات، وكتل التوصيل، ووحدات تزويد الطاقة لتشكيل نظام صناعي متكامل لحماية الطاقة.

في أنظمة الطاقة الصناعية، قد تنشأ الطفرات من الجهد الزائد الناتج عن الصواعق، أو عمليات التبديل في شبكة الكهرباء، أو تبديل المحولات، أو تشغيل المحركات وإيقافها، أو تشغيل المقومات، أو محركات التردد المتغير، أو أي اضطرابات عابرة أخرى تسببها المعدات عالية الطاقة. وعلى الرغم من أن هذه الطفرات لا تستمر سوى لفترة قصيرة، إلا أن ذروات الجهد الناتجة عنها يمكن أن تكون أعلى بكثير من مستوى التحمل العادي للمعدات الكهربائية. وقد يؤدي ذلك إلى تلف وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وواجهات المستخدم البشرية (HMI)، ومحركات التردد المتغير (VFD)، وأنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، ووحدات تزويد الطاقة، وأجهزة الاستشعار، ووحدات الاتصالات، ومكونات التحكم الإلكترونية الأخرى.

تتمثل الوظيفة الرئيسية لجهاز حماية التيار الزائد المثبت على سكة DIN في الحد بسرعة من الجهد الزائد العابر قبل وصوله إلى المعدات الموجودة في المرحلة التالية من الدائرة، وتحويل تيار الزائد إلى نظام التأريض. وبالنسبة للمصانع وخطوط الإنتاج وغرف البيانات ومصنعي اللوحات الكهربائية وأنظمة الأتمتة الصناعية، يُعد هذا الجهاز مكونًا وقائيًّا مهمًّا لتحسين موثوقية الطاقة، والحد من تلف المعدات، وتقليل خسائر فترات التعطل إلى أدنى حد.

كيف تعمل أجهزة الحماية من زيادة التيار المثبتة على سكة DIN في أنظمة الطاقة ذات الجهد المنخفض

في أنظمة توزيع الطاقة الصناعية ذات الجهد المنخفض، عادةً ما يتم توصيل جهاز حماية من زيادة الجهد (SPD) المثبت على سكة DIN بالتوازي بين خط الطاقة ونظام التأريض. وعندما يتجاوز جهد الاندفاع عتبة التشغيل الخاصة بجهاز SPD، فإن مكوناته الداخلية الوقائية تصبح موصلة بسرعة وتحوّل تيار الاندفاع إلى طرف PE أو نظام الربط المتساوي الجهد.

يمكن تقسيم هذه العملية إلى ثلاث مراحل:

• الحالة العادية: يظل جهاز SPD في حالة مقاومة عالية ولا يؤثر على الإمداد العادي بالطاقة.
• حدث اندفاع التيار: يعمل جهاز SPD بسرعة ويحد من الجهد الزائد العابر على الخط.
• بعد الطفرة: يعود SPD إلى حالة المقاومة العالية ويستمر النظام في العمل بشكل طبيعي.

لا يُستخدم جهاز الحماية من الصواعق المثبت على سكة DIN عادةً كجهاز مستقل. فهو جزء من استراتيجية منسقة للحماية من الصواعق في توزيع الطاقة الصناعية، حيث يعمل جنبًا إلى جنب مع الحماية عند مدخل الخدمة، والحماية على مستوى التوزيع، وحماية خزانة التحكم، والحماية الدقيقة على مستوى المعدات.

لماذا يُعد التثبيت على سكة DIN مناسبًا للوحات التوزيع الصناعية

يُعد التثبيت على سكة DIN مناسبًا للغاية لأنظمة توزيع الطاقة الصناعية، لأن لوحات التوزيع الصناعية وخزانات التحكم تتطلب تخطيطات للمكونات تكون معيارية وقابلة للتعديل وسهلة الصيانة. ويمكن تثبيت واقي التيار الزائد المخصص لسكة DIN مباشرةً على سكة DIN قياسية، وترتيبه جنبًا إلى جنب مع قواطع الدائرة الكهربائية وكتل التوصيل ومكونات التحكم.

تتميز طريقة التثبيت هذه بعدة مزايا:

• يوفر مساحة في اللوحة ويتناسب مع خزانات التحكم الصناعية المدمجة
• يدعم التركيب السريع لمصنعي الألواح والتجميع بالدفعات
• يجعل الصيانة أسهل بفضل الفحص والاستبدال السريعين
• يحافظ على تنظيم الأسلاك وتناسقها مع قضبان التأريض وأجهزة الحماية الاحتياطية
• يدعم الحماية متعددة المستويات في لوحات التوزيع الرئيسية، ولوحات التوزيع الفرعية، ولوحات المعدات

جهاز حماية من الصواعق المثبت على سكة DIN مقابل جهاز حماية من الصواعق المثبت على اللوحة

يمكن استخدام كل من أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) المثبتة على سكة DIN وأجهزة الحماية من زيادة التيار المثبتة على اللوحة لتوفير الحماية من زيادة التيار في أنظمة توزيع الطاقة، لكنهما يختلفان في البنية وطريقة التركيب وسيناريو الاستخدام.

بند المقارنة	واقي من زيادة التيار الكهربائي على سكة DIN	جهاز حماية من زيادة التيار مركب على لوحة
طريقة التثبيت	مثبت على سكة DIN مقاس 35 مم	يتم تركيبها عادةً على سطح لوحة أو غلاف خارجي
التطبيقات النموذجية	خزانات التحكم الصناعية، لوحات التوزيع الفرعية، لوحات المعدات، صناديق تجميع الألواح الكهروضوئية	لوحات التوزيع الرئيسية، وأنظمة الطاقة في المباني، ومداخل المعدات
الهيكل	قابلة للتجميع، وصغيرة الحجم، وسهلة الاستبدال	عادةً ما تكون مدمجة أو مُركَّبة خارجيًا
الصيانة	يمكن صيانتها من خلال مؤشرات الحالة أو الوحدات القابلة للتوصيل	يعتمد ذلك على هيكل المنتج
الملاءمة الصناعية	مناسب لتصميم الخزانات وفقًا للمعايير القياسية والتجميع بالدفعات	مناسبة للمساحات المخصصة للوحات أو للحماية على مستوى المدخل

بالنسبة لأنظمة توزيع الطاقة الصناعية، تتمثل ميزة جهاز الحماية من زيادة التيار المثبت على سكة DIN في إمكانية دمجه مباشرة داخل لوحة التوزيع أو خزانة التحكم. وهو مناسب للتركيب جنبًا إلى جنب مع المكونات الكهربائية المعيارية الأخرى. وهذا يجعله مفيدًا بشكل خاص في التطبيقات الصناعية التي تتطلب تصميمًا موحدًا، وإنتاجًا بالدفعات، وصيانة سريعة، وتوصيلات كهربائية واضحة.

التطبيقات الصناعية الشائعة لأجهزة الحماية من زيادة التيار المثبتة على سكة DIN

في أنظمة توزيع الطاقة الصناعية، لا يتم تركيب واقي الصواعق المثبت على سكة DIN في موضع ثابت واحد فقط. اعتمادًا على مستوى التوزيع، وحساسية المعدات، وطول الكابلات، ومصدر الاندفاعات الكهربائية، يمكن تركيب أجهزة الحماية من الاندفاعات الكهربائية المثبتة على سكة DIN في لوحات التوزيع الرئيسية الواردة، ولوحات التوزيع الفرعية، ومراكز التحكم في المحركات، ولوحات PLC، ودوائر طاقة UPS، ولوحات معدات الأتمتة، وأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو أنظمة تخزين الطاقة.

عادةً ما تحتوي الأنظمة الصناعية على مستويات متعددة لتوزيع الطاقة. وإذا تم تركيب جهاز حماية من الصواعق (SPD) واحد فقط في لوحة التوزيع الرئيسية، فقد لا يوفر ذلك الحماية الكافية لخزانات التحكم عن بُعد، أو المعدات الحساسة، أو مسارات الكابلات الطويلة. ويتمثل النهج الأفضل في إنشاء نظام منسق للحماية من زيادة التيار وفقًا لهيكل النظام، بحيث تتيح أجهزة SPD المثبتة على سكة DIN في مواقع مختلفة توفير الحماية عند مدخل الخدمة، والحماية على مستوى التوزيع، والحماية الدقيقة على جانب المعدات.

لوحات التوزيع الرئيسية للتيار الوارد

تُعد لوحة التوزيع الرئيسية للطاقة الواردة نقطة الدخول إلى نظام الطاقة الصناعي، والموقع الرئيسي الأول الذي قد تدخل منه الطفرات الكهربائية إلى شبكة التوزيع داخل المصنع. وعندما تدخل طفرة كهربائية عبر خط إمداد المرافق العامة، أو الخط الهوائي، أو الجانب ذي الجهد المنخفض للمحول، أو نظام الحماية الخارجي من الصواعق، فإن جهاز الحماية من الطفرات الكهربائية (SPD) الموجود في لوحة التوزيع الرئيسية للطاقة الواردة يمكنه تفريغ الطفرات عالية الطاقة قبل أن تنتشر إلى الأجزاء التالية من الشبكة.

تشمل الخيارات الشائعة للوحات التوزيع الرئيسية الواردة أجهزة حماية من الصواعق (SPD) من النوع 1 المثبتة على سكة DIN، أو أجهزة حماية من الصواعق المدمجة من النوعين 1 و2، أو أجهزة حماية من الصواعق من النوع 2 ذات التصنيف العالي. ويعتمد الاختيار الصحيح على ما إذا كان المبنى مزودًا بنظام خارجي للحماية من الصواعق، ومستوى خطر الصواعق في المنطقة، وطريقة تزويد الطاقة الواردة، ومستوى تيار الدائرة القصيرة للنظام، وحساسية المعدات الموجودة في المرحلة التالية من الدائرة.

لوحات التوزيع الفرعية

تقع لوحات التوزيع الفرعية بين نظام توزيع الطاقة الرئيسي والمعدات الطرفية. وهي تزود الطاقة للمناطق المحلية مثل الورش، والطوابق، ومناطق المعدات، أو خطوط الإنتاج. ويساعد تركيب أجهزة الحماية من الطفرات الكهربائية المثبتة على سكة DIN في هذه المواقع على الحد بشكل أكبر من الطفرات المتبقية القادمة من النظام الرئيسي، وتقليل الطفرات الناتجة عن عمليات التبديل داخل منطقة المعدات المحلية.

تُستخدم أجهزة الحماية من الصواعق (SPD) من النوع 2 المثبتة على سكة DIN بشكل شائع في لوحات التوزيع الفرعية الصناعية. وهي مناسبة للحد من موجات الصواعق غير المباشرة، وموجات التبديل في الشبكة، وموجات تشغيل المعدات. وهذا يجعلها أحد أكثر أنواع أجهزة الحماية من الصواعق شيوعًا في أنظمة توزيع الطاقة الصناعية.

على سبيل المثال، في مصنع كبير، قد يكون لوح التوزيع الرئيسي مزودًا بالفعل بجهاز SPD من النوع 1 أو النوع 1+2. ومع ذلك، قد تكون ورشة الإنتاج بعيدة عن لوح التوزيع الرئيسي. ونظرًا لطول مسافة الكابل، قد تحدث فروق جهد جديدة وفولتية زائدة متبقية أثناء انتشار الاندفاعات الكهربائية. في هذه الحالة، يمكن أن توفر إضافة جهاز SPD من النوع 2 في لوحة التوزيع الفرعية لورشة العمل حماية أقرب للمحركات وخزانات التحكم وأنظمة الإضاءة ومعدات الأتمتة في تلك المنطقة.

مراكز التحكم في المحركات وخزانات التحكم

تُعد مراكز التحكم في المحركات وخزانات التحكم الصناعية من مجالات التطبيق المهمة لأجهزة الحماية من الطفرات الكهربائية المثبتة على سكة DIN. وغالبًا ما تحتوي هذه المراكز والخزانات على موصلات كهربائية، ومرحلات، وأجهزة بدء التشغيل التدريجي، ومحركات التردد المتغير، وأجهزة حماية المحركات، ومصادر طاقة التحكم، ووحدات الاتصال. وقد تولد هذه المكونات طفرات كهربائية أثناء التشغيل وعمليات التبديل، كما قد تتأثر أيضًا بالطفرات القادمة من نظام التوزيع الأعلى.

يساعد تركيب أجهزة حماية الجهد الزائد (SPD) المثبتة على سكة DIN في خزانات التحكم في الطاقة (MCC) أو خزانات التحكم على الحد من تأثير موجات التيار الناتجة عن التبديل والجهد الزائد العابر من جانب الطاقة على مكونات التحكم. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصة في البيئات الصناعية التي تضم العديد من المحركات والمضخات والمراوح والضواغط وناقلات المواد وأنظمة المحركات، حيث يمكن أن تؤدي دورات تشغيل وإيقاف المعدات إلى إحداث إجهاد جهد عابر بشكل متكرر.

تشمل المعدات المحمية الشائعة ما يلي:

• دوائر التحكم في القاطعات والمرحلات
• دوائر الإدخال الخاصة بمحركات التردد المتغير (VFD) وأجهزة التشغيل التدريجي
• وحدات تزويد الطاقة للتحكم في المحركات
• وحدات PLC أو وحدات الإدخال/الإخراج داخل خزانة التحكم
• واجهات اتصال المعدات ووحدات التحكم عن بُعد

بالنسبة لوحدات التحكم الكهربائية (MCC) وخزانات التحكم، يجب تركيب جهاز الحماية من الجهد الزائد (SPD) بالقرب من طرف دخول الطاقة وتوصيله بقضيب التأريض باستخدام موصلات قصيرة ومستقيمة. وعند الضرورة، يجب أيضًا استخدام أجهزة الحماية من الجهد الزائد الخاصة بالإشارات أو خطوط البيانات لتنسيق الحماية الخاصة بإشارات التحكم وخطوط الاتصالات.

لوحات PLC وأنظمة الأتمتة

تُعد لوحة PLC مركز التحكم في نظام الأتمتة الصناعية. فهي تستقبل إشارات أجهزة الاستشعار، وتنفذ منطق التحكم، وتتحكم في المحركات والصمامات والروبوتات وناقلات المواد ومعدات الإنتاج. وفي حال تعرض جهاز PLC أو وحدة الإدخال/الإخراج (I/O) أو واجهة المستخدم (HMI) أو وحدة الاتصالات للتلف بسبب الطفرات الكهربائية، فقد يتوقف نظام الأتمتة بأكمله عن العمل.

في لوحات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، عادةً ما يتم تركيب أجهزة الحماية من زيادة الجهد المثبتة على سكة DIN عند مدخل طاقة التحكم لحماية دوائر طاقة التحكم التي تعمل بجهد 230 فولت تيار متردد أو 24 فولت تيار مستمر أو غيرها. أما بالنسبة لشبكات الاتصالات وخطوط الإشارات الميدانية، فيجب أيضًا تركيب أجهزة الحماية من زيادة الجهد (SPD) المناسبة للإشارات أو خطوط البيانات عند الحاجة.

في أنظمة الأتمتة، غالبًا ما تحدث طفرات التيار وطفرات الإشارة في الوقت نفسه. قد تؤدي الطفرة في خط التيار الكهربائي إلى تلف وحدة تزويد الطاقة في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، في حين أن الطفرة في كابلات المستشعرات الطويلة أو كابلات الاتصالات قد تؤدي إلى تلف منافذ الإدخال/الإخراج أو واجهات الاتصال. ولذلك، لا ينبغي أن تقتصر الحماية من الطفرات في خزانات التحكم الصناعية على مصدر الطاقة الرئيسي فحسب، بل يجب أن تشمل أيضًا الحماية المنسقة لطاقة التحكم وخطوط الإشارات وخطوط البيانات.

دوائر UPS ودوائر الطاقة الحيوية

في الأنظمة الصناعية، تُستخدم أنظمة UPS عادةً لحماية الأحمال الحيوية مثل أنظمة التحكم، والخوادم، ومعدات الاتصالات، وأنظمة المراقبة، وأنظمة التحكم الموزعة (DCS)، وأنظمة SCADA، وأنظمة السلامة الآلية. ويمكن لنظام UPS توفير طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي، لكنه لا يمكنه أن يحل محل أجهزة الحماية من الطفرات الكهربائية (SPD) بشكل كامل.

قد يتأثر جانب الإدخال في وحدة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) بالارتفاعات المفاجئة في الجهد الناتجة عن الصواعق أو ارتفاعات الجهد الناتجة عن عمليات التبديل في نظام التوزيع الأعلى. وبدون حماية مناسبة باستخدام أجهزة حماية من الارتفاعات المفاجئة في الجهد (SPD)، قد تدخل هذه الارتفاعات المفاجئة إلى وحدة UPS وتتسبب في تلف وحدات المقوم أو لوحات التحكم أو دوائر التجاوز. وبالنسبة للأحمال الحرجة، يمكن أيضًا تركيب حماية أكثر دقة على جانب الإخراج في وحدة UPS أو بالقرب من المعدات الحساسة وفقًا لهيكل النظام.

في أنظمة الطاقة الحيوية الصناعية، يتمثل أحد أساليب الحماية الشائعة في:

موضع التثبيت	طريقة الحماية الموصى بها	هدف الحماية الرئيسي
لوحة التوزيع الرئيسية	النوع 1 أو النوع 1+2 SPD	الحد من موجات التيار عالية الطاقة عند مستوى المدخل
جانب الإدخال في UPS	جهاز حماية من الصواعق (SPD) من النوع 2 المثبت على سكة DIN	حماية دوائر الإدخال في وحدة الإمداد غير المنقطع (UPS)
جانب خرج UPS	النوع 2 أو النوع 3 SPD	تقليل الجهد المتبقي للأحمال الحرجة
جانب المعدات	SPD من النوع 3 أو جهاز حماية مخصص	حماية الخوادم وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) ومعدات الاتصالات

يساعد هذا التكوين المنسق على تقليل مخاطر دخول الطفرات الكهربائية إلى أنظمة UPS والأحمال الحيوية، مما يحسّن استمرارية إمداد الطاقة لأنظمة التحكم الصناعية وأنظمة البيانات.

الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتخزين الطاقة، وأنظمة التيار المستمر الصناعية

تستخدم المزيد من المنشآت الصناعية حاليًا الألواح الشمسية الكهروضوئية المثبتة على أسطح المباني، وأنظمة تخزين الطاقة، ووحدات توزيع التيار المستمر، أو معدات الطاقة المتجددة. وغالبًا ما تكون الكابلات الموجودة على جانب التيار المستمر في هذه الأنظمة طويلة، كما يتم تركيب بعضها في الهواء الطلق أو في مناطق مكشوفة، مما يجعلها أكثر عرضة للارتفاعات المفاجئة في الجهد الناتجة عن الصواعق.

في الأنظمة الكهروضوئية الصناعية، تُركَّب أجهزة حماية SPD التي تعمل بالتيار المستمر والمثبتة على سكة DIN عادةً في صناديق تجميع الألواح الكهروضوئية, ، ودوائر إدخال التيار المستمر للمحول، ودوائر توزيع التيار المستمر. بالنسبة لأنظمة الطاقة الكهروضوئية التي تعمل بتيار مستمر بجهد 600 فولت أو 1000 فولت أو 1500 فولت، يجب اختيار أجهزة الحماية من الجهد الزائد (SPD) المصممة خصيصًا لتطبيقات التيار المستمر. ولا ينبغي استخدام أجهزة الحماية من الجهد الزائد القياسية المخصصة للتيار المتردد كبديل لها.

في أنظمة تخزين الطاقة، قد تتأثر أيضًا حوامل البطاريات ووحدات PCS ونظام إدارة البطاريات (BMS) ونظام إدارة الطاقة (EMS) وقضبان التوصيل للتيار المستمر (DC) بظواهر الجهد الزائد العابرة. واعتمادًا على هيكل النظام، قد يكون من الضروري تركيب أجهزة حماية من الجهد الزائد (SPD) على جانب التيار المستمر (DC) وجانب التيار المتردد (AC) وخطوط الاتصالات.

تشمل النقاط الرئيسية للحماية من زيادة التيار في أنظمة التيار المستمر الصناعية ما يلي:

• اختر SPD للتيار المستمر وفقًا لأقصى جهد في الدائرة المفتوحة
• تأكد من أن جهاز SPD يفي بمتطلبات المعيار IEC/EN 61643-31
• التمييز بين أجهزة حماية الجهد الزائد (SPD) للتيار المستمر (DC) في أنظمة الطاقة الكهروضوئية وأجهزة حماية الجهد الزائد (SPD) للتيار المتردد (AC)
• يجب مراعاة توفير الحماية على جانبي المدخلات التيار المستمر (DC) والمخرجات التيار المتردد (AC) للعاكس
• تصميم مسار التفريغ وفقًا لمعايير التأريض والربط بين مستويات الجهد المتساوية

بالنسبة لأنظمة توزيع الطاقة الصناعية التي تشتمل على أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو أنظمة تخزين الطاقة أو معدات التيار المستمر، يجب أن يأخذ اختيار واقي الصواعق المثبت على سكة DIN في الاعتبار كلاً من جانب التيار المتردد وجانب التيار المستمر. وهذا يمنع الاكتفاء بحماية نظام توزيع التيار المتردد فقط، وترك دوائر التيار المستمر معرضة لمخاطر الصواعق.

كيفية اختيار النوع المناسب من أجهزة الحماية من زيادة التيار المثبتة على سكة DIN للتوزيع الصناعي

في أنظمة توزيع الطاقة الصناعية، تُعد إحدى أهم الخطوات في اختيار جهاز حماية من زيادة التيار الكهربائي مثبت على سكة DIN يتمثل ذلك في تحديد النوع الصحيح من أجهزة SPD. فقد صُممت أنواع مختلفة من أجهزة SPD لتناسب مستويات طاقة الاندفاعات المختلفة، ومواضع التركيب، وأهداف الحماية. فإذا تم اختيار النوع الخاطئ، فقد يفشل حتى المنتج الذي تبدو معلماته عالية في توفير حماية فعالة في النظام الفعلي.

مقارنة بين SPD التي تعمل بالتيار المتردد وSPD التي تعمل بالتيار المستمر في التطبيقات الصناعية

غالبًا ما تتضمن الأنظمة الصناعية دوائر التيار المتردد والتيار المستمر على حد سواء، لذا يجب التمييز بوضوح بين أجهزة الحماية من الفولتاية الزائدة (SPD) الخاصة بالتيار المتردد وتلك الخاصة بالتيار المستمر. ولا ينبغي استخدامها بشكل متبادل.

AC SPDs تُستخدم بشكل أساسي في أنظمة توزيع التيار المتردد ذات الجهد المنخفض، مثل لوحات التوزيع الرئيسية، ولوحات التوزيع الفرعية، وخزانات التحكم في المحركات (MCC)، ودوائر إدخال أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، ودوائر طاقة المعدات الصناعية. وتُستخدم للحد من طفرات التيار الناتجة عن الصواعق وطفرات التيار الناتجة عن عمليات التبديل في خطوط التيار المتردد.

أجهزة SPD DC تُستخدم في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وجوانب التيار المستمر في أنظمة تخزين الطاقة، وصناديق تجميع التيار المستمر، ودوائر مدخلات التيار المستمر في المحولات، ومصادر طاقة التحكم بالتيار المستمر، ودوائر التيار المستمر الأخرى. ونظرًا لعدم وجود نقطة تقاطع صفرية طبيعية في أنظمة التيار المستمر، فإن إطفاء أقواس التيار المستمر يكون أكثر صعوبة. لذلك، تتطلب أجهزة حماية التوتر الزائد (SPD) للتيار المستمر هياكل لإطفاء القوس الكهربائي وفصل التيار بشكل آمن، تكون مناسبة لتطبيقات التيار المستمر.

من الأخطاء الشائعة في الأنظمة الكهروضوئية الصناعية استخدام جهاز حماية من الجهد الزائد (SPD) للتيار المتردد في دائرة التيار المستمر للأنظمة الكهروضوئية. وقد يمنع ذلك جهاز الحماية من الانفصال بأمان في حالات الأعطال، بل وقد يؤدي إلى خطر حدوث قوس كهربائي مستمر. ولذلك، يجب أن تستخدم الأنظمة الكهروضوئية التي تعمل بالتيار المستمر أجهزة حماية من الجهد الزائد (SPD) للتيار المستمر التي تستوفي متطلبات المعيار IEC/EN 61643-31.

يمكن تلخيص الفرق بين أجهزة الحماية من الجهد الزائد (SPD) التي تعمل بالتيار المتردد (AC) وتلك التي تعمل بالتيار المستمر (DC) على النحو التالي:

بند المقارنة	جهاز حماية من الجهد الزائد (SPD) مثبت على سكة DIN تيار المتردد	جهاز حماية من الجهد الزائد (SPD) مثبت على سكة DIN في التيار المستمر (DC)
النظام المطبق	نظام توزيع التيار المتردد منخفض الجهد	أنظمة الطاقة الكهروضوئية، وتخزين الطاقة، وتوزيع التيار المستمر
الموقع المشترك	لوحة التوزيع الرئيسية، لوحة التوزيع الفرعية، مدخل وحدة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، خزانة التحكم	صندوق تجميع الخلايا الكهروضوئية، مدخل التيار المستمر للعاكس، دائرة التيار المستمر
سلوك القوس	تتميز التيار المتردد بظاهرة «تقاطع الصفر» الطبيعية، لذا يسهل إطفاء القوس الكهربائي	لا يحدث في التيار المستمر تقاطع طبيعي مع الصفر، لذا يصعب إطفاء القوس الكهربائي
التركيز القياسي	IEC/EN 61643-11	IEC/EN 61643-31
محور الاختيار	Uc، Up، In، Imax، نظام التأريض	الجهد الأقصى في الدائرة المفتوحة، إطفاء القوس بالتيار المستمر، الفصل الحراري، القطبية
قابلية التبادلية	لا ينبغي استخدامه بشكل عشوائي في الدوائر ذات التيار المستمر	لا ينبغي استخدامه بشكل عشوائي في أنظمة التيار المتردد

الأنظمة الصناعية أحادية الطور مقابل ثلاثية الطور

قد تشمل أنظمة توزيع الطاقة الصناعية مصادر طاقة أحادية الطور وثلاثية الطور على حد سواء. ويؤثر عدد الأطوار بشكل مباشر على تكوين الأقطاب وطريقة التوصيل الكهربائي لجهاز SPD المثبت على سكة DIN.

تُستخدم الأنظمة أحادية الطور عادةً لتشغيل أجهزة التحكم، والإضاءة، والمعدات المكتبية، وأنظمة UPS الصغيرة، ودوائر المقابس أحادية الطور، وبعض المعدات المساعدة. وتشمل التكوينات الشائعة لأجهزة الحماية من زيادة الجهد (SPD) 1P، أو 1P+N، أو 2P، حيث توفر الحماية بشكل أساسي لمسارات زيادة الجهد مثل L-N، وL-PE، وN-PE.

تُستخدم الأنظمة ثلاثية الأطوار بشكل شائع في المحركات، ومحركات التردد المتغير (VFD)، والضواغط، والمضخات، والمراوح، ومعدات التسخين الصناعية، ومراكز التحكم في المحركات، وأنظمة التوزيع الرئيسية. وتشمل التكوينات الشائعة لأجهزة الحماية من زيادة الجهد (SPD) 3P و3P+N و4P و3+1 أو 4+0، وهي تغطي مسارات التيار الزائد بين موصلات الأطوار والموصل المحايد والأرض.

لو أن... SPD أحادي الطور عند استخدامها في نظام صناعي ثلاثي الأطوار، قد تظل بعض موصلات الأطوار غير محمية، أو قد لا يتم تغطية مسارات التيار الزائد بين موصلات الأطوار والموصل المحايد وموصل الحماية من الصعق (PE) تغطية كاملة. ولذلك، ينبغي اختيار أجهزة الحماية من التيار الزائد (SPD) متعددة الأقطاب المثبتة على سكة DIN وفقًا لطريقة التوصيل الفعلية في الأنظمة ثلاثية الأطوار.

نوع النظام	تطبيق مشترك	التكوين الشائع لـ SPD	التركيز على الاختيار
نظام التيار المتردد أحادي الطور	التحكم في الطاقة والإضاءة وأجهزة UPS الصغيرة	1P، 1P+N، 2P	التحقق من مسارات الحماية L و N و PE
نظام ثلاثي الأطوار وثلاثي الأسلاك	المحركات، وبعض المعدات الصناعية	3P	حماية مسارات التيار الزائد بين الأطوار وPE
نظام ثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك	لوحات التوزيع الرئيسية وفرعية في المصنع	4 غرف نوم، 3+1، 4+0	ضع في اعتبارك الحماية المتعلقة بـ L و N و PE
دائرة التيار المستمر للتحكم	وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأجهزة الاستشعار، ومصادر الطاقة ذات الجهد المستمر 24 فولت	DC SPD	تأكد من متطلبات الجهد المستمر والقطبية

جهاز حماية من زيادة التيار من النوع 1 المثبت على سكة DIN لحماية خط الإمداد الرئيسي

يُستخدم جهاز حماية من الصواعق (SPD) من النوع 1 المثبت على سكة DIN بشكل أساسي عند مدخل نظام الطاقة الصناعي، مثل لوحة التوزيع الرئيسية للطاقة الواردة، أو لوحة التوزيع الرئيسية للجهد المنخفض، أو لوحة الخروج ذات الجهد المنخفض للمحول، أو مدخل خدمات المبنى. وتتمثل وظيفته الأساسية في تفريغ تيار الصواعق عالي الطاقة ومنع دخول موجات التيار الشديدة إلى شبكة التوزيع الداخلية للمصنع.

SPD من النوع 1 عادةً ما يتم أخذ ذلك في الاعتبار في السيناريوهات الصناعية التالية:

• يحتوي مبنى المصنع على نظام خارجي للحماية من الصواعق
• يستخدم مصدر الطاقة خطوطًا جوية واردة
• يقع المصنع في منطقة تتكرر فيها العواصف الرعدية
• نظام التوزيع متصل بالعديد من الأجهزة الخارجية
• يحتوي المبنى الصناعي على نظام كهروضوئي مثبت على السطح
• تواجه اللوحة الرئيسية للتيار الوارد خطرًا أكبر من حدوث طفرة في التيار

المعلمة الرئيسية لجهاز حماية الدائرة (SPD) من النوع 1 هي Iimp، والتي تشير إلى قدرة الجهاز على تحمل تيار النبض البرقي. وعادةً ما تُستخدم لتقييم قدرة جهاز حماية الدائرة على تحمل شكل موجة تيار البرق 10/350 ميكروثانية. بالنسبة للحماية الرئيسية للخطوط الواردة، يُعد Iimp مؤشراً مهماً لتحديد ما إذا كان جهاز SPD من النوع 1 مناسباً لنظام صناعي معرض لخطر البرق الشديد.

من المهم ملاحظة أن جهاز SPD من النوع 1 مسؤول بشكل أساسي عن تفريغ الطفرات عالية الطاقة. وقد لا يقلل دائمًا الجهد المتبقي إلى مستوى مناسب للمعدات الإلكترونية الحساسة. ولذلك، في الأنظمة الصناعية، عادةً ما يتعين على جهاز SPD من النوع 1 أن يعمل جنبًا إلى جنب مع أجهزة SPD من النوع 2 أو النوع 3 المثبتة في المراحل اللاحقة من الدائرة.

جهاز حماية من الصواعق من النوع 2 المثبت على سكة DIN للوحات التوزيع الصناعية

يُعد جهاز حماية من الصواعق (SPD) المثبت على سكة DIN من النوع 2 النوع الأكثر شيوعًا في أنظمة توزيع الطاقة الصناعية. وعادةً ما يتم تركيبه في لوحات التوزيع الرئيسية، ولوحات التوزيع الفرعية، ومراكز التحكم في المحركات، ودوائر إدخال أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، وخزانات التحكم في المعدات، أو لوحات الطاقة الخاصة بالأتمتة. ويُستخدم للحد من اندفاعات التيار الناتجة عن الصواعق غير المباشرة، واندفاعات التيار الناتجة عن تبديل الشبكة، وارتفاعات الجهد العابرة الناتجة عن تشغيل المعدات.

بالنسبة لمعظم الأنظمة الصناعية ذات الجهد المنخفض،, SPD من النوع 2 وهو العنصر الأساسي في الحماية من زيادة التيار على مستوى التوزيع. وهو مناسب لحماية:

• لوحات التوزيع الفرعية الصناعية
• مراكز التحكم في المحركات
• خزانات التحكم PLC
• دوائر الإدخال في نظام UPS
• دوائر الإدخال الخاصة بمحركات التردد المتغير (VFD) وأجهزة التشغيل التدريجي
• دوائر الطاقة لمعدات الأتمتة
• الإضاءة الصناعية وأنظمة الطاقة المساعدة

تشمل المعلمات الرئيسية لمقوم الجهد من النوع 2 عادةً قيم In وImax وUp. تشير قيمة In إلى تيار التفريغ الاسمي الذي يمكن لمقوم الجهد تحمله بشكل متكرر. تشير قيمة Imax إلى الحد الأقصى لتيار التفريغ الفردي. تشير قيمة Up إلى مستوى الحماية من الجهد. بالنسبة للمستخدمين الصناعيين، لا ينبغي أن يعتمد الاختيار على Imax فقط. بل يجب أيضًا مراعاة حساسية المعدات وموقع التركيب ومخاطر النظام.

إذا كان جهاز SPD من النوع 1 أو النوع 1+2 مُركَّبًا بالفعل في لوحة التوزيع الرئيسية، فإن تركيب جهاز SPD من النوع 2 في مرحلة لاحقة في لوحة التوزيع الفرعية يمكن أن يقلل بشكل أكبر من الجهد المتبقي الناتج عن الاندفاعات الكهربائية، ويوفر حماية أكثر فعالية لخزانات التحكم والمعدات الحيوية.

جهاز حماية من زيادة التيار من النوع 3 المثبت على سكة DIN للمعدات الطرفية الحساسة

A SPD من النوع 3 وعادةً ما يتم تركيبه بالقرب من المعدات الحساسة لتوفير حماية دقيقة في المرحلة النهائية. وعادةً ما تكون سعة التفريغ الخاصة به أقل من سعة أجهزة الحماية من الجهد الزائد (SPD) من النوعين 1 و2، إلا أنه يساعد في تقليل الجهد المتبقي على جانب المعدات بشكل أكبر.

في الأنظمة الصناعية، يُستخدم جهاز SPD من النوع 3 عادةً لحماية المعدات الحساسة مثل:

المعدات الحساسة	لماذا نحتاج إلى الحماية من النوع 3؟
وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)	تتأثر منافذ الإدخال/الإخراج ووحدات الطاقة بالارتفاعات المفاجئة المتبقية في التيار
شاشة اللمس HMI	تعتبر واجهات الاتصال ووحدات العرض عرضة للتأثر بالجهد العابر
خادم صناعي	ارتفاع مخاطر فقدان البيانات وإعادة تشغيل النظام
معدات الاتصالات	تتعرض واجهات إيثرنت وRS485 و«فيلدبوس» للتلف بسهولة جراء الطفرات الكهربائية
أداة دقيقة	متطلبات عالية فيما يتعلق بدقة القياس واستقرار التحكم
معدات الأمن والمراقبة	قد تؤدي مسارات الكابلات الطويلة إلى حدوث طفرات مستحثة

لا يُنصح باستخدام جهاز الحماية من الاندفاعات الكهربائية (SPD) من النوع 3 كجهاز الحماية الوحيد في النظام الصناعي. فبدون وجود حماية مسبقة بواسطة جهاز SPD من النوع 1 أو النوع 2، قد لا يتمكن جهاز SPD من النوع 3 من تحمل طاقة الاندفاعات الكهربائية الأكبر.

لذلك، يُعد جهاز الحماية من زيادة الجهد (SPD) من النوع 3 أكثر ملاءمةً ليكون المستوى النهائي في نظام الحماية من زيادة الجهد متعدد المستويات. وعادةً ما يتم تنسيقه مع جهاز الحماية من زيادة الجهد من النوع 1 أو النوع 1+2 في لوحة التوزيع الرئيسية، ومع جهاز الحماية من زيادة الجهد من النوع 2 في لوحات التوزيع الفرعية، وذلك لتوفير حماية أكثر شمولاً للمعدات الطرفية الحساسة.

جهاز حماية من زيادة التيار مدمج من النوعين 1 و2 على سكة DIN للوحات الصناعية المدمجة

يجمع جهاز الحماية من الصواعق (SPD) المدمج من النوعين 1 و2 بين وظائف الحماية من النوعين 1 و2 في منتج واحد. وهو قادر على تحمل تيار النبض البرقي ذي الطاقة العالية نسبيًّا، مع الحد في الوقت نفسه من الجهد الزائد العابر في نظام التوزيع. ويُعد هذا الجهاز خيارًا شائعًا لأنظمة التوزيع الصناعية التي تعاني من مساحة محدودة في الخزانات أو التي تحتاج إلى هيكل حماية مبسط.

النوع 1+2 SPD وهو مناسب للاستخدامات التالية:

• لوحات التوزيع الصناعية الرئيسية ذات المساحة المحدودة
• جهاز حماية مدمج من زيادة التيار للمبتدئين
• الأنظمة التي تحتاج إلى تقليل عدد الوحدات
• المصانع المزودة بأنظمة خارجية للحماية من الصواعق أو التي تتعرض لخطر الصواعق بدرجة أعلى
• شركات تصنيع الألواح التي تحتاج إلى تخطيط مبسط للخزائن
• المباني الصناعية الصغيرة التي تتطلب حماية مدمجة

على الرغم من أن جهاز SPD من النوع 1+2 يوفر حماية مركبة، فإن هذا لا يعني أنه يمكن الاستغناء عن جميع أجهزة SPD الموجودة في المراحل اللاحقة. فإذا كان النظام الصناعي يحتوي على مسارات كبلات طويلة، أو معدات موزعة على نطاق واسع، أو وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وأجهزة التردد المتغير (VFD) وأنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) ومعدات الاتصالات وأنظمة التحكم الدقيقة الموجودة في المراحل التالية، فيجب عندئذٍ تركيب أجهزة حماية من الصواعق من النوع 2 أو النوع 3 في لوحات التوزيع الفرعية أو بالقرب من المعدات.

لذلك، يُعد جهاز الحماية من الصواعق (SPD) المدمج من النوعين 1 و2 أكثر ملاءمةً كحل حماية مدمج للمبتدئين، وليس كإجراء حماية وحيد لكل نظام صناعي.

جهاز حماية من الصواعق LSP المثبت على سكة DIN: حماية موثوقة من الصواعق لأنظمة توزيع الطاقة الصناعية

تركز شركة LSP على البحث والتطوير وتصنيع أجهزة الحماية من الصواعق، حيث تقدم حلولًا لحماية السكك DIN المخصصة لأنظمة الطاقة الصناعية والتجارية والمتجددة. تغطي مجموعة المنتجات أجهزة الحماية من زيادة التيار من النوع 1، والنوع 1+2، والنوع 2، والنوع 3، وأجهزة الحماية من زيادة التيار للتيار المستمر (DC)، مما يدعم حماية مدخل الخدمة، والحماية على مستوى التوزيع، وحماية خزانة التحكم، والحماية الدقيقة من جانب المعدات، والحماية من زيادة التيار على جانب التيار المستمر (DC) للأنظمة الكهروضوئية. وبفضل مجموعة المنتجات الكاملة، يمكن للمهندسين إنشاء نظام حماية من الصواعق منسق من النوع 1 + النوع 2 + النوع 3 باستخدام علامة تجارية واحدة موثوقة.

في التطبيقات الصناعية، صُممت أجهزة SPD من LSP المثبتة على سكة DIN للتركيب القياسي على سكة DIN مقاس 35 مم، مما يجعلها مناسبة للتصميمات المعيارية في لوحات التوزيع وخزانات التحكم. ويدعم تصميم الوحدة القابلة للتوصيل إجراء الصيانة والاستبدال بشكل أسرع، بينما تساعد نافذة الإشارة الواضحة إلى الحالة موظفي الصيانة على التحقق مما إذا كان جهاز SPD لا يزال في حالة حماية طبيعية. بالنسبة للمعدات غير الخاضعة للمراقبة، أو خطوط الإنتاج المستمرة، أو أنظمة الطاقة الحيوية، يمكن لموصلات الإشارة عن بُعد الاختيارية ربط حالة جهاز SPD بأنظمة المراقبة أو الإنذار، مما يقلل من مخاطر حدوث عطل في جهاز SPD دون ملاحظة.

تركز شركة LSP على الموثوقية على المدى الطويل في البيئات الصناعية. وتستخدم منتجاتها من أجهزة الحماية من الطفرات الكهربائية (SPD) مكونات أساسية مثل موفات LKD وGDTs من Vactech، إلى جانب ميزات مثل الفصل الحراري، والانطلاق عند درجات الحرارة المنخفضة، والغلاف المقاوم للاشتعال، والتصميم الهيكلي المعياري، وذلك للتعامل مع الطفرات الناتجة عن الصواعق، والطفرات الناتجة عن التبديل، والظواهر الكهربائية العابرة الصناعية. ويستند تصميم المنتجات واختبارها إلى متطلبات المعيار IEC/EN 61643-11 الخاصة بتطبيقات حماية التيار المتردد من اندفاعات الجهد المنخفض. أما بالنسبة لتطبيقات التيار المستمر الكهروضوئية، فيمكن اختيار حلول SPD المناسبة للتيار المستمر وفقًا لجهد النظام وموقع التركيب.

بالنسبة للعملاء الصناعيين، فإن LSP ليست مجرد مورد لمنتجات SPD، بل يمكنها أيضًا أن تكون شريكًا في توفير حلول الحماية من الطفرات الكهربائية. سواء كان المشروع يتعلق باختيار لوحة التوزيع الرئيسية، أو تخطيط خزانة التحكم، أو حماية الجانب DC للأنظمة الكهروضوئية، أو تنسيق الحماية الاحتياطية، أو التخصيص حسب متطلبات المصنعين الأصليين (OEM)، أو العلامة التجارية، أو التغليف، أو الوثائق الفنية، فإن LSP قادرة على تقديم توصيات بشأن المنتجات وإرشادات حول التطبيقات للمساعدة في تقليل أخطاء الاختيار ومخاطر التركيب وصعوبات الصيانة.

الأسئلة الشائعة حول أجهزة الحماية من زيادة التيار المثبتة على سكة DIN المخصصة لأنظمة توزيع الطاقة الصناعية

ما هو الغرض من استخدام واقي الصواعق المثبت على سكة DIN في الأنظمة الصناعية؟

يُستخدم جهاز الحماية من الاندفاعات الكهربائية المثبت على سكة DIN لحماية المعدات الكهربائية ومكونات التحكم في أنظمة توزيع الطاقة الصناعية من اندفاعات الصواعق، واندفاعات التبديل، وارتفاعات الجهد العابرة في الشبكة. ويُركَّب عادةً في لوحات التوزيع الرئيسية، ولوحات التوزيع الفرعية، وخزانات PLC، وخزانات MCC، ودوائر UPS، أو أنظمة التيار المستمر الكهروضوئية (PV DC). ومن خلال الحد من الجهد الزائد وتحويل تيار الاندفاع إلى الأرض، يساعد هذا الجهاز على تحسين موثوقية المعدات وتقليل مخاطر التوقف عن العمل.

أين ينبغي تركيب جهاز SPD المثبت على سكة DIN في لوحة التوزيع بالمصنع؟

يجب تركيب جهاز SPD المثبت على سكة DIN على الجانب الداخلي للدائرة المحمية في لوحة التوزيع بالمصنع، في أقرب مكان ممكن من المفتاح الرئيسي، وقاطع الدائرة، وأطراف التوصيل الواردة، وقضيب التأريض PE. وهذا يقصر مسار تفريغ الاندفاع الكهربائي ويقلل من الجهد المتبقي الإضافي الناتج عن محاثة الأسلاك. وفي المصانع الكبيرة، يجب أيضًا تنسيق أجهزة SPD عبر اللوحات الرئيسية، ولوحات التوزيع الفرعية، وخزانات التحكم الميكانيكية والكهربائية (MCC)، وخزانات التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، ودوائر أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS).

هل تحتاج خزانات التحكم الصناعية إلى حماية من زيادة التيار؟

نعم. عادةً ما تحتاج خزانات التحكم الصناعية إلى حماية من الطفرات الكهربائية، لأن وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) وواجهات المستخدم البشرية (HMI) ووحدات الإدخال/الإخراج (I/O) والمرحلات ومصادر الطاقة ومحطات محركات التردد المتغير (VFD) وواجهات الاتصال تكون حساسة تجاه الجهد الزائد العابر. قد تنشأ موجات الجهد الزائدة من أنظمة التوزيع في المراحل السابقة، أو عمليات تشغيل وإيقاف المحركات، أو تبديل المقومات، أو كابلات الإشارات الطويلة. ويساعد تركيب جهاز SPD المناسب المثبت على سكة DIN في الحد من تلف المعدات، وأعطال الاتصالات، وفترات توقف الإنتاج.

هل يجب عليّ استخدام SPD من النوع 1 أم النوع 2 في لوحة التوزيع الرئيسية بالمصنع؟

استخدم جهاز SPD من النوع 1 أو النوع 1+2 إذا كانت لوحة التوزيع الرئيسية للمصنع موجودة عند مدخل التيار الكهربائي، أو متصلة بخطوط كهربائية علوية، أو محمية بنظام خارجي للحماية من الصواعق، أو تقع في منطقة معرضة لخطر الصواعق بشكل كبير. أما إذا كان الشاغل الرئيسي هو طفرات التبديل في الشبكة، أو طفرات الصواعق غير المباشرة، أو الظواهر العابرة الناتجة عن تبديل المعدات، فإن جهاز SPD من النوع 2 يكون مناسبًا عادةً. غالبًا ما تستخدم الأنظمة الصناعية الكبيرة جهاز SPD من النوع 1 عند مدخل التيار، وجهاز SPD من النوع 2 في المرحلة التالية.

هل يمكن لوحدة حماية من الصواعق (SPD) مثبتة على سكة DIN واحدة أن تحمي نظام الطاقة الصناعي بأكمله؟

عادةً لا. لا يمكن لوحدة حماية من الطفرات الكهربائية (SPD) المثبتة على سكة DIN واحدة أن تحمي سوى جزء من الدائرة القريبة من نقطة تركيبها، ولا يمكنها تغطية نظام الطاقة الصناعي بأكمله. غالبًا ما تشتمل المصانع الكبيرة على لوحات التوزيع الرئيسية، ولوحات التوزيع الفرعية، وخزانات التحكم في المحركات (MCC)، وخزانات التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)، وأنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، وخطوط الإشارات، ودوائر التيار المستمر (DC). ونظرًا لطول الكابلات وتوزع المعدات على نطاق واسع، فقد تستمر حدوث طفرات كهربائية متبقية. وعادةً ما تكون هناك حاجة إلى حماية متعددة المستويات باستخدام أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2 والنوع 3 وأجهزة SPD الخاصة بالإشارات.