الفرق بين SPD من النوع 1 والنوع 2 | دليل الاختيار

• لماذا تُعد مقارنة أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2 مهمة؟
• تصنيف IEC 61643-11: تعريف النوعين 1 و2
• شرح موجتي الاختبار 10/350 ميكروثانية و8/20 ميكروثانية
• مواقع التركيب في أنظمة التوزيع منخفضة الجهد
• مستوى الحماية Up: معناه وكيفية المقارنة
• جدول مقارنة معلمات أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2
• الحماية المتدرجة: تنسيق النوع 1 مع النوع 2
• سيناريوهات الاستخدام: متى تختار كل نوع؟
• اعتبارات يجب مراجعتها عند الاختيار
• الأسئلة الشائعة
• الخلاصة

يُعد اختيار جهاز الحماية من زيادة الجهد (SPD) المناسب لأنظمة التيار المتردد خطوة أساسية لحماية شبكات التوزيع منخفضة الجهد في البيئات الصناعية. يقارن هذا الدليل بين أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2 وفق IEC 61643-11، مع توضيح موجات الاختبار ومواقع التركيب ومستويات الحماية وسيناريوهات الاستخدام لمساعدة المهندسين على اتخاذ قرار اختيار مدروس.

لماذا تُعد مقارنة أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2 مهمة؟

في المنشآت الصناعية، يمكن أن تنتقل الارتفاعات العابرة في الجهد الناتجة عن الصواعق وعمليات الفصل والتوصيل عبر شبكات التوزيع منخفضة الجهد وتؤثر في المعدات الحساسة. صُممت أجهزة SPD للحد من هذه الجهود العابرة وتحويل تيار الاندفاع بعيدًا عن الأحمال المحمية. ومع ذلك، لا تُختبر جميع أجهزة SPD للتيار المتردد بالطريقة نفسها، وقد يؤدي اختيار نوع غير مناسب إلى حماية غير كافية أو تكلفة غير ضرورية.

يقوم المعيار IEC 61643-11 بتصنيف أجهزة SPD للتيار المتردد إلى فئات اختبار مختلفة، ويُعد النوعان 1 و2 الأكثر استخدامًا في التركيبات الصناعية منخفضة الجهد. إن فهم الفرق بينهما، خصوصًا من حيث طاقة موجة الاختبار وموقع التركيب ومستوى الحماية، هو أساس الاختيار الصحيح. وتشير هذه المقالة أيضًا إلى مجموعة أجهزة SPD للتيار المتردد التي تصنعها Cresin وفق متطلبات IEC 61643-11.

تصنيف IEC 61643-11: تعريف النوعين 1 و2

وفق IEC 61643-11، تصف فئة اختبار جهاز SPD شكل موجة تيار الاندفاع القياسية التي تم تقييم الجهاز على أساسها، وليس قيمة التيار المقنن فقط. ويساعد هذا التصنيف في تحديد موضع التركيب المناسب داخل بنية مناطق الحماية من الصواعق LPZ.

جهاز SPD من النوع 1 (اختبار الفئة I) يُختبر بموجة تيار نبضي 10/350 ميكروثانية لمحاكاة جزء من تيار الصاعقة الذي قد يدخل إلى النظام الكهربائي للمبنى بعد ضربة مباشرة إلى نظام الحماية الخارجي من الصواعق. ويُركب النوع 1 عادة عند بداية التركيب الكهربائي، وغالبًا في لوحة التوزيع الرئيسية، حيث يحول جزءًا من تيار الصاعقة إلى نظام التأريض.

جهاز SPD من النوع 2 (اختبار الفئة II) يُختبر بتيار التفريغ الاسمي In وتيار التفريغ الأقصى Imax باستخدام موجة 8/20 ميكروثانية. وتمثل هذه الموجة الاندفاعات الأقصر الناتجة عن التأثيرات غير المباشرة للصواعق وعمليات التبديل. ويُركب النوع 2 عادة في لوحات التوزيع الفرعية أو بالقرب من المعدات النهائية للحد من الطاقة المتبقية بعد مرحلة الحماية السابقة.

ملاحظة: توجد فئة ثالثة هي النوع 3 (اختبار الفئة III)، وتُختبر بموجة مركبة ذات طاقة أقل وتُستخدم للحماية بالقرب من المقابس أو المعدات النهائية. ويمكن أن تكمل منظومة متدرجة من النوع 1 والنوع 2، لكنها خارج نطاق هذه المقارنة.

شرح موجتي الاختبار 10/350 ميكروثانية و8/20 ميكروثانية

يُعد الفرق بين موجتي 10/350 و8/20 ميكروثانية محورًا أساسيًا عند مقارنة أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2، لأنه يرتبط مباشرة بالطاقة التي يُتوقع من الجهاز تحملها.

تصل موجة 10/350 ميكروثانية إلى القيمة العظمى خلال نحو 10 ميكروثوانٍ، ثم تنخفض إلى نصف القيمة خلال نحو 350 ميكروثانية. ويعني طول المدة أن الشحنة الكلية والطاقة النوعية المنقولة أكبر بكثير من موجة أقصر لها القيمة العظمى نفسها. لذلك يعتمد اختبار النوع 1 على تيار النبضة Iimp الموصوف بالشحنة Q والطاقة النوعية W/R، وليس على قيمة تيار الذروة وحدها.

تصل موجة 8/20 ميكروثانية إلى القيمة العظمى خلال نحو 8 ميكروثوانٍ، ثم تنخفض إلى نصف القيمة خلال نحو 20 ميكروثانية. ورغم أن تيار الذروة في اختبار النوع 2 قد يكون مساويًا عدديًا أو أعلى من قيمة Iimp للنوع 1، فإن الطاقة الكلية تكون أقل بكثير بسبب قِصر المدة. لذلك ينبغي للمهندسين مقارنة شكل الموجة المستخدم بدلًا من مقارنة قيم تيار الذروة بشكل منفصل.

يؤثر هذا الاختلاف في الطاقة على اختيار المكونات. يستخدم جهاز SPD من النوع 1 عادة مكونات قادرة على تحمل طاقة أعلى، مثل فجوات الشرارة أو تركيبات MOV عالية الطاقة، بينما يعتمد النوع 2 غالبًا على مقاومات أكسيد معدني MOV محسّنة لحجم مدمج يناسب لوحات التوزيع الفرعية.

مواقع التركيب في أنظمة التوزيع منخفضة الجهد

يرتبط موقع تركيب جهاز SPD من النوع 1 أو النوع 2 ارتباطًا وثيقًا بفئة الاختبار. ويوفر مفهوم مناطق الحماية من الصواعق LPZ المحدد في IEC 62305 إطارًا لتركيب أجهزة SPD عند حدود المناطق لتقليل مستوى الخطر تدريجيًا كلما اقتربنا من المعدات الحساسة.

يُركب جهاز SPD من النوع 1 عادة عند الحد بين البيئة الخارجية LPZ 0 والتركيب الداخلي LPZ 1، أي في لوحة التوزيع الرئيسية أو عند نقطة دخول التغذية. وفي هذا الموضع قد يدخل جزء من تيار الصاعقة إلى النظام، فيحوّل الجهاز معظم هذه الطاقة إلى نظام التأريض.

يُركب جهاز SPD من النوع 2 عادة عند الحد بين LPZ 1 وLPZ 2، مثل لوحات التوزيع الفرعية التي تغذي دوائر الأحمال. في هذه المرحلة تكون الحماية السابقة قد خفّضت جزءًا من الاندفاع، ويعمل النوع 2 على تقليل الجهد المتبقي بدرجة أكبر. وفي كثير من المنشآت الصناعية، يوفر النوع 1 عند المدخل يليه النوع 2 في التوزيع الفرعي منظومة حماية متدرجة ومنسقة.

تعتمد فعالية جهاز SPD أيضًا على طول موصلات التوصيل والتنسيق مع الأجهزة المجاورة. ويمكن أن يضيف طول الأسلاك الزائد هبوطًا حثيًا في الجهد أثناء الاندفاع، مما يقلل مستوى الحماية الفعلي عند الحمل. وينطبق ذلك على تركيبات النوع 1 والنوع 2 معًا.

مستوى الحماية Up: معناه وكيفية المقارنة

يمثل مستوى الحماية Up الجهد المتبقي بين أطراف جهاز SPD عندما يمرر تيار التفريغ الاسمي. وتشير قيمة Up الأقل عادة إلى وصول جهد أقل إلى المعدات المحمية. ولتحقيق حماية فعالة، يجب أن تكون Up أقل من جهد تحمل النبضة المقنن Uw للمعدات مع هامش أمان مناسب.

نظرًا لأن أجهزة SPD من النوع 1 تتحمل نبضات 10/350 ميكروثانية ذات طاقة أعلى، فقد تكون قيمة Up عند تيار Iimp المقنن أعلى نسبيًا من قيمة جهاز النوع 2 المختبر بموجة 8/20 ميكروثانية. ولذلك قد لا يكون النوع 1 وحده كافيًا لحماية المعدات الحساسة، وغالبًا ما يُضاف النوع 2 بعده للحصول على جهد متبقٍ أقل. وعند مقارنة نشرات البيانات، يجب مراجعة قيمة Up مع تيار الاختبار وشكل الموجة المقابلين.

من المعلمات المهمة أيضًا أقصى جهد تشغيل مستمر Uc، وهو الجهد المستمر الذي يستطيع جهاز SPD تحمله دون الدخول في حالة توصيل. يساعد اختيار Uc الملائم للجهد الاسمي للنظام على ضمان الموثوقية طويلة الأجل. فعلى سبيل المثال، في نظام TN-S بجهد 230/400 فولت، يُختار عادة Uc بقيمة 385 فولت أو أعلى لأجهزة SPD من النوع 2 مثل سلسلة CSMS-B40المتاحة لأنظمة تيار متردد 385 و420 و440 فولت.

جدول مقارنة معلمات أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2

يلخص الجدول التالي الاختلافات الرئيسية بين أجهزة SPD للتيار المتردد من النوع 1 والنوع 2 وفق IEC 61643-11، ويقدم مرجعًا عمليًا للاختيار.

الحماية المتدرجة: تنسيق النوع 1 مع النوع 2

في كثير من المنشآت الصناعية، لا تكفي مرحلة واحدة من أجهزة SPD للتعامل مع جميع مستويات الخطر. تسمح المنظومة المتدرجة، التي تتضمن النوع 1 في لوحة التوزيع الرئيسية ونوعًا واحدًا أو أكثر من النوع 2 في اللوحات الفرعية، لكل مرحلة بالتعامل مع الطاقة المناسبة لموقعها مع تقليل الجهد المتبقي تدريجيًا قبل وصوله إلى المعدات النهائية.

لكي تعمل المنظومة المتدرجة كما ينبغي، يجب تنسيق المراحل. فإذا لم تُنسق أجهزة SPD السابقة واللاحقة، فقد يمرر الجهاز اللاحق تيارًا أكبر من المتوقع ويتعرض للتقادم المبكر. يعتمد التنسيق على قيم Up وUc لكل جهاز، وطول الكابل بين المراحل، وخصائص الاندفاع. وغالبًا ما تُستخدم عناصر فصل أو مسافة كابل كافية، تبلغ عادة نحو 10 أمتار بحسب الأجهزة، لتحقيق توزيع مناسب للطاقة.

عندما تكون الوظيفتان مطلوبتين في الموضع نفسه، يمكن استخدام أجهزة مركبة من النوع 1+2 مختبرة وفق متطلبات الفئتين I وII لتبسيط المواصفات. تحمل هذه الأجهزة تصنيف Iimp بالإضافة إلى In وImax، ويمكن استخدامها عند بداية التركيب أو كمرحلة عالية السعة في لوحة توزيع فرعية وفق تصميم النظام.

سيناريوهات الاستخدام: متى تختار كل نوع؟

يعتمد الاختيار بين النوع 1 والنوع 2 أو الجمع بينهما على خصائص التركيب. وتوضح السيناريوهات الصناعية التالية طريقة اتخاذ القرار.

السيناريو أ — منشأة مزودة بنظام خارجي للحماية من الصواعق. عندما يكون المبنى مزودًا بنظام حماية خارجي من الصواعق في منطقة ذات نشاط صاعقي ملحوظ، يُوصى عادة بتركيب جهاز SPD من النوع 1 في لوحة التوزيع الرئيسية للتعامل مع جزء تيار الصاعقة الذي قد يدخل عبر نقطة التغذية. وتوفر مرحلة من النوع 2 في اللوحات الفرعية حماية إضافية للأحمال الحساسة.

السيناريو ب — منشأة صناعية من دون نظام خارجي للحماية من الصواعق. عندما تكون المصادر الرئيسية للاندفاعات هي التأثيرات غير المباشرة للصواعق وعمليات التبديل، تشكل أجهزة SPD من النوع 2 في لوحات التوزيع الفرعية عادة أساس منظومة الحماية. أما الحاجة إلى النوع 1 عند المدخل فتُحدد من خلال تقييم المخاطر وفق IEC 62305.

السيناريو ج — غرفة تحتوي على معدات حساسة. في التركيبات التي تضم معدات ذات جهد تحمل نبضي منخفض، مثل الخوادم أو وحدات التحكم الدقيقة، تُستخدم عادة منظومة متعددة المراحل: النوع 1 عند المدخل، والنوع 2 في التوزيع الفرعي، وأحيانًا النوع 3 بالقرب من المعدات، للحصول على قيمة Up منخفضة عند أطراف الجهاز.

للمشروعات التي تتطلب تقييم نوع جهاز SPD وقيم Uc وUp وتكوين الأقطاب وفق نظام التأريض، يقدم فريق Cresin الفني دعمًا للاختيار. يمكنكم التواصل معنا للحصول على توصية تناسب تركيبًا محددًا أو مراجعة حلول الحماية من زيادة الجهد لأنظمة توزيع الطاقة للاطلاع على تكوينات مرجعية.

اعتبارات يجب مراجعتها عند الاختيار

عند مقارنة خيارات أجهزة SPD من النوع 1 والنوع 2، ينبغي مراجعة عدة نقاط مهمة.

• مقارنة تيار الذروة من دون مراعاة شكل الموجة. لا يمكن اعتبار Imax بقيمة 40 كيلو أمبير عند 8/20 ميكروثانية مكافئًا مباشرة لـ Iimp بقيمة 25 كيلو أمبير عند 10/350 ميكروثانية، لأن محتوى الطاقة مختلف بدرجة كبيرة. يجب أن يعتمد الاختيار على فئة الاختبار المناسبة لا على قيمة تيار الذروة وحدها.
• إهمال العلاقة بين Up وUw للمعدات. يجب تقييم Up عند مستوى التيار المناسب لدرجة تعرض التركيب، وتنسيقها مع جهد تحمل النبضة للمعدات.
• طول الموصلات وممارسات التوصيل. قد يضيف الطول الزائد لموصلات التوصيل جهدًا حثيًا أثناء الاندفاع، مما يرفع مستوى الجهد الفعلي عند أطراف الحمل.
• تنسيق الحماية الاحتياطية. تحتاج أجهزة SPD إلى حماية مناسبة من زيادة التيار قبل الجهاز، مثل قاطع احتياطي مخصص أو مصهر أو قاطع دائرة مختار بشكل صحيح، لفصل الجهاز بأمان عند نهاية عمره. راجع إرشادات IEEE للحماية من زيادة الجهد والأقسام ذات الصلة من IEC 61643-11.

الخلاصة

تؤدي أجهزة SPD للتيار المتردد من النوع 1 والنوع 2 أدوارًا متكاملة في أنظمة التوزيع الصناعية منخفضة الجهد. يُستخدم النوع 1، المختبر بتيار 10/350 ميكروثانية وفق IEC 61643-11، عند بداية التركيب حيث قد يدخل جزء من تيار الصاعقة. أما النوع 2، المختبر بموجة 8/20 ميكروثانية، فيُركب في لوحات التوزيع الفرعية للحد من الجهد المتبقي الذي يصل إلى المعدات. ويعتمد الاختيار والحاجة إلى منظومة متدرجة على التعرض للصواعق ووجود نظام خارجي للحماية وجهد تحمل المعدات وتقييم مخاطر خاص بالموقع.

من خلال تقييم موجة الاختبار وموقع التركيب ومستوى الحماية Up وسيناريو الاستخدام معًا، بدلًا من الاعتماد على معلمة واحدة، يمكن للمهندسين اختيار جهاز SPD للتيار المتردد بما يتوافق مع IEC 61643-11 ومتطلبات الحماية الفعلية للتركيب.