دليل اختيار جهاز حماية من زيادة التيار للوحة تحكم صناعية

دليل تقني | السلامة الكهربائية

دليل عملي لاختيار جهاز حماية من زيادة الجهد للوحة تحكم صناعية وفق جهد النظام، ونظام التأريض، وموقع التركيب، ونوع جهاز SPD، وقيم Uc وUp وIn وImax، ومتطلبات الحماية الاحتياطية والمراقبة.

تحتاج لوحات التحكم الصناعية إلى حماية منسقة من زيادة الجهد لحماية وحدات PLC الحساسة، ومحركات السرعة، ومصادر الطاقة، ومعدات الاتصالات.

تضم لوحات التحكم الصناعية مكونات حساسة ومرتفعة القيمة، مثل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، ومحركات التردد المتغير (VFD)، ووحدات الاتصال، وأجهزة الاستشعار، ومصادر الطاقة الصناعية، وأجهزة المراقبة. وقد تتعرض هذه المكونات لزيادات جهد عابرة ناتجة عن الصواعق غير المباشرة، وعمليات الفصل والتوصيل في شبكة الكهرباء، وتشغيل المحركات، والكونتاكتورات، والمرحلات، والأحمال الحثية الأخرى.

يساعد نظام الحماية من زيادة الجهد في الأتمتة الصناعية المختار بصورة صحيحة على تصريف تيار الاندفاع نحو شبكة التأريض الوقائي وربط تساوي الجهد، مع الحد من الجهد المطبق على المعدات الموجودة في المراحل اللاحقة. ويجب اختيار جهاز SPD كجزء من التصميم الشامل للحماية الكهربائية، لا باعتباره ملحقًا منفصلًا.

لا يقتصر الاختيار على مطابقة الجهد الاسمي للنظام. بل ينبغي للمهندسين أيضًا مراعاة موقع التركيب، ونظام التأريض، وتصنيف جهاز SPD، والحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر، ومستوى الحماية من الجهد، وقدرة تيار التفريغ، والحماية الاحتياطية، وطول التوصيلات، والتنسيق مع أجهزة الحماية في المراحل السابقة واللاحقة.

لماذا تحتاج لوحات التحكم الصناعية إلى الحماية من زيادة الجهد؟

تعتمد أنظمة الأتمتة على استقرار التغذية الكهربائية، واستمرارية الاتصال، ودقة إشارات التحكم. وحتى الارتفاع العابر القصير قد يؤثر في مداخل PLC، أو يتلف مصدر طاقة التحكم، أو يسبب أخطاء في الاتصال، أو يقلل العمر التشغيلي للمكونات الإلكترونية.

صُممت قواطع الدائرة والمصهرات أساسًا للحماية من زيادة التيار وقصر الدائرة. وهي لا تغني عن جهاز الحماية من زيادة الجهد، لأن الجهود العابرة قد ترتفع وتنخفض بسرعة أكبر بكثير من زمن استجابة الحماية التقليدية من زيادة التيار.

ينتقل جهاز SPD أثناء الاندفاع من حالة ممانعة عالية إلى حالة توصيل، مما يساعد على تصريف تيار النبضة والحد من زيادة الجهد في المعدات اللاحقة.

عملية اختيار جهاز الحماية من زيادة الجهد للوحة التحكم الصناعية

ترد المبادئ العامة لاختيار أجهزة SPD وتشغيلها وتحديد مواقعها والتنسيق بينها في IEC 61643-12:2020. كما يجب أن يلتزم التصميم النهائي باللوائح الكهربائية المحلية المعمول بها، ومواصفات المشروع، والوثائق الفنية للشركة المصنعة.

عملية اختيار جهاز الحماية من زيادة الجهد للوحة التحكم الصناعية

1. تأكيد جهد نظام القدرة

ابدأ بتأكيد النظام الكهربائي الفعلي المتصل بلوحة التحكم. وسجّل الجهد الاسمي بين الخطوط، والجهد بين الخط والمحايد، وتردد النظام، وما إذا كانت التغذية أحادية الطور أو ثلاثية الطور، وما إذا كان موصل المحايد موجودًا.

يجب أن تتناسب قيمة الحد الأقصى لجهد التشغيل المستمر Uc لجهاز SPD مع الجهد المطبق باستمرار على كل نمط حماية. وقد يؤدي اختيار قيمة Uc غير مناسبة إلى تدهور مبكر أو تشغيل غير مرغوب فيه أو حماية غير كافية.

للاطلاع على خطوات أوسع للاختيار الأولي، راجع دليل CRESIN دليل اختيار جهاز الحماية من زيادة الجهد.

2. تحديد نظام التأريض

يؤثر نظام التأريض في تكوين جهاز SPD وأنماط الحماية المطلوبة. وتشمل أنظمة الجهد المنخفض الشائعة TN-S وTN-C وTN-C-S وTT وIT.

لا يعني النظام ثلاثي الطور استخدام تكوين SPD نفسه تلقائيًا في كل مشروع. يجب على المصمم التحقق من وجود موصل محايد، وطريقة ترتيب المحايد والأرضي الوقائي، وما إذا كانت الحماية مطلوبة بين L-PE وL-N وN-PE.

تتناول المتطلبات الخاصة بأنظمة التأريض والموصلات الوقائية وموصلات الربط الوقائي في IEC 60364-5-54:2011+A1:2021.

3. اختيار النوع الصحيح لجهاز SPD

يتحدد تصنيف جهاز SPD أساسًا وفق موقع التركيب وشدة الاندفاع المتوقعة عند تلك النقطة.

توزيع منسق نموذجي لأجهزة SPD من مدخل الخدمة حتى المعدات الطرفية الحساسة.

في كثير من الخزائن الداخلية، يكون جهاز الحماية من زيادة الجهد من النوع 2 هو مرحلة الحماية المحلية الرئيسية. ومع ذلك، ينبغي عادةً تنسيقه مع الحماية المركبة على مستوى التوزيع الرئيسي والفرعي. راجع حل CRESIN لحماية أنظمة توزيع القدرة من زيادة الجهد للاطلاع على مثال لتطبيق الحماية على عدة مستويات.

4. التحقق من Uc وUp

Uc هي القيمة الفعالة القصوى للجهد التي يمكن تطبيقها باستمرار على جهاز SPD في الظروف المحددة. ويجب أن تستوعب جهد النظام الطبيعي والتغيرات المتوقعة فيه، مع الحفاظ على التوافق مع مستوى الحماية المطلوب.

Up هو مستوى الحماية من الجهد المقاس في ظروف اختبار محددة. ويجب أن تكون قيمة Up المختارة أقل من قدرة تحمل المعدات المحمية لجهد النبضة. وقد يكون الجهد الفعلي عند المعدات أعلى من قيمة Up المعلنة لجهاز SPD، لأن موصلات التوصيل تضيف جهدًا حثيًا أثناء الاندفاع.

5. تقييم In وImax

In، وهو تيار التفريغ الاسمي لجهاز SPD من النوع 2، يوضح أداء الجهاز عند تكرار تيارات التفريغ باستخدام شكل موجة الاختبار المحدد 8/20 ميكروثانية.

Imax يمثل أقصى تيار تفريغ يمكن لجهاز SPD من النوع 2 تحمله مرة واحدة في ظروف الاختبار المحددة.

لا تثبت قيمة Imax الأكبر وحدها أن جهاز SPD أفضل لمشروع معين. بل يجب تقييم Uc وUp وIn وImax ونمط الحماية وتكوين النظام وموقع التركيب والحماية الاحتياطية معًا.

6. تأكيد عدد الأقطاب وتكوين أنماط الحماية

يمثل الجدول مرجعًا للاختيار الأولي، ولا يغني عن مراجعة المخطط أحادي الخط للمشروع وتعليمات تركيب جهاز SPD المختار.

7. التحقق من الحماية الاحتياطية من زيادة التيار

قد يتطلب جهاز SPD مصهرًا أماميًا أو قاطع MCB أو MCCB أو جهاز حماية احتياطيًا مخصصًا لأجهزة SPD. ويعتمد الاختيار على الحد الأقصى المسموح به للحماية الاحتياطية للجهاز، وجهاز الحماية الموجود في المرحلة السابقة، وتيار القصر المتوقع عند نقطة التركيب.

لا تختر جهاز الحماية الاحتياطي استنادًا إلى تيار حمل لوحة التحكم فقط. تحقق من بيانات التنسيق الواردة في ورقة بيانات جهاز SPD.

8. التحقق من متطلبات المراقبة والصيانة

في خطوط الإنتاج الحرجة والمنشآت البعيدة، تشمل الخصائص المفيدة مؤشر الحالة المرئي، والوحدات القابلة للاستبدال، ونقاط الإشارة عن بُعد، والتكامل مع نظام الإنذار. وتساعد هذه الوظائف فرق الصيانة على اكتشاف الوحدة المتدهورة قبل وقوع عطل مرتبط بزيادة الجهد.

ممارسات التركيب التي تؤثر في كفاءة الحماية

اجعل الموصلات قصيرة ومباشرة

ينبغي أن تكون الموصلات بين خطوط الطور والمحايد وجهاز SPD وقضيب الأرضي الوقائي قصيرة ومباشرة قدر الإمكان. فالموصلات الطويلة وحلقات الكابلات والانحناءات الحادة تزيد الجهد الحثي أثناء الاندفاع، وقد تقلل الحماية الفعلية المقدمة للمعدات اللاحقة.

مقارنة توضيحية بين موصلات SPD الطويلة والملتفة والتوصيلات القصيرة المباشرة إلى قضيب الأرضي الوقائي.

تتوفر رسومات إضافية للمنتجات والأنظمة في قسم موارد CRESIN الخاص بـ مخططات توصيل أجهزة الحماية من زيادة الجهد .

توفير ربط فعال لتساوي الجهد

ينبغي توصيل هيكل اللوحة وموصل الأرضي الوقائي وهيكل التثبيت والأجزاء الموصلة المكشوفة الأخرى بشبكة الربط المطلوبة. وقد يؤدي ضعف الربط إلى فروق جهد خطرة حتى عند تركيب جهاز SPD.

تنسيق أجهزة SPD في المراحل السابقة واللاحقة

قد يستخدم الترتيب المنسق النموذجي حماية من النوع 1 أو النوع 1+2 عند لوحة الدخول الرئيسية، وحماية من النوع 2 عند مستوى التوزيع الفرعي أو لوحة التحكم، وحماية من النوع 3 بالقرب من المعدات شديدة الحساسية. ويجب أن يراعي التنسيق مسافة الكابل، ومستويات الحماية، وقدرة تيار التفريغ، وتوصيات الشركة المصنعة.

جهاز CRESIN CSMS-B40 من النوع 2 للوحات التحكم الصناعية

جهاز CRESIN CSMS-B40 للحماية من زيادة الجهد من النوع 2، مخصص لتوزيع القدرة بالتيار المتردد وتطبيقات لوحات التحكم الصناعية.

يُعد CRESIN CSMS-B40 جهاز حماية من زيادة الجهد للتيار المتردد من النوع 2، مخصصًا لتوزيع القدرة منخفضة الجهد وتطبيقات التحكم الصناعي. ويجب مطابقة الطراز المتاح مع جهد النظام الفعلي ونمط الحماية وعدد الأقطاب.

للاطلاع على إمكانات التحقق الداخلية لدى CRESIN، تفضل بزيارة مختبر اختبار أجهزة الحماية من زيادة الجهد.

تحقق من القيم الاسمية وأدلة الاختبار ومعلومات التوصيل وصياغة المطابقة قبل النشر أو اعتماد المشروع.

قائمة التحقق لاختيار جهاز الحماية من زيادة الجهد للوحة التحكم الصناعية

الأسئلة الشائعة

هل جهاز SPD من النوع 2 مناسب للوحة تحكم PLC؟

يُستخدم جهاز SPD من النوع 2 عادةً في لوحات تحكم PLC ولوحات التوزيع الداخلية للحد من زيادات الجهد المحثوثة بالصواعق والجهود العابرة الناتجة عن الفصل والتوصيل. وإذا كانت المنشأة معرضة لتيار الصاعقة، فقد يلزم أيضًا تركيب حماية مناسبة من النوع 1 أو النوع 1+2 في المرحلة السابقة.

كيف أختار بين 3P و4P و3P+N؟

يعتمد الاختيار على عدد الموصلات ونظام التأريض وأنماط الحماية المطلوبة وبنية المنتج. راجع المخطط أحادي الخط وتعليمات التوصيل الدقيقة للشركة المصنعة بدلًا من الاختيار استنادًا إلى عبارة «ثلاثي الطور» وحدها.

ما المعلمة الأكثر أهمية: Uc أم Up أم In أم Imax؟

لا ينبغي استخدام أي منها منفردة. تحدد Uc ملاءمة جهد التشغيل المستمر، وتصف Up مستوى الحد من الجهد، وتشير In إلى أداء تيار التفريغ المتكرر للنوع 2، بينما تشير Imax إلى أقصى قدرة لتيار تفريغ النوع 2 في ظروف الاختبار المحددة.

هل يحتاج جهاز SPD إلى مصهر أو قاطع دائرة منفصل؟

يعتمد ذلك على جهاز SPD وجهاز الحماية الموجود في المرحلة السابقة. تحقق من الحد الأقصى المسموح به للحماية الاحتياطية، وتيار القصر المتاح، وتعليمات التنسيق الخاصة بالشركة المصنعة للطراز المحدد.

هل يمكن لجهاز SPD منع أعطال المعدات تمامًا؟

لا يمكن لأي جهاز ضمان عدم تعطل المعدات مطلقًا. يساعد جهاز SPD المختار والمركب بصورة صحيحة على تقليل المخاطر المرتبطة بزيادة الجهد، لكن كفاءة الحماية تعتمد أيضًا على التأريض والربط ومسارات الكابلات والحماية من زيادة التيار والتنسيق بين مراحل الحماية.