شرح Type 1+2 SPD: متى تستخدم الحماية المدمجة من الصواعق والاندفاعات؟

يجمع جهاز الحماية من زيادة الجهد Type 1+2 SPD — والذي يُشار إليه أيضًا باسم Class B+C SPD — بين تصريف جزء من تيار الصاعقة وتفريغ الاندفاعات المستحثة في وحدة واحدة. يوضح هذا الدليل متى يكون جهاز SPD المدمج خيارًا أنسب من مراحل الحماية المنفصلة، وموقعه ضمن بنية الحماية المتدرجة، وأهم المعلمات التي تتحكم في الاختيار.

مراجعة تصنيف أجهزة SPD من النوع Type 1 وType 2

يصنف المعيار IEC 61643-11 أجهزة الحماية من زيادة الجهد للتيار المتردد منخفض الجهد إلى فئات اختبار وفقًا لنوع الاندفاع الذي صُممت للتعامل معه. تُختبر أجهزة Type 1 SPD بتيار نبضي (Iimp) ذي موجة 10/350 μs، وهي موجة تحاكي جزءًا من تيار الصاعقة. تتميز موجة 10/350 μs بزمن صعود بطيء نسبيًا (10 μs حتى القمة) وذيل طويل (350 μs حتى نصف القيمة)، بما يعكس مدة ضربة صاعقة مباشرة. أما أجهزة Type 2 SPD فتُختبر بتيار التفريغ الاسمي (In) وتيار التفريغ الأقصى (Imax) باستخدام موجة 8/20 μs، التي تمثل اندفاعات التبديل والصواعق المستحثة ذات الصعود الأسرع والمدة الأقصر.

يختلف محتوى الطاقة في الموجتين بنحو مرتبة مقدار واحدة تقريبًا. فالنبضة 10/350 μs عند 12.5 kA تنقل شحنة وطاقة نوعية أكبر بكثير من نبضة 8/20 μs عند قيمة القمة نفسها، ولهذا تكون عناصر الحماية Type 1 عادةً أكبر حجمًا أو تعتمد تقنية الفجوة الشرارية القادرة على تحمل المدة الأطول. وهذا الفرق في الطاقة هو السبب التقني في أن الجهاز المدمج ليس مجرد وحدة Type 2 ذات تصنيف أعلى؛ إذ يتم اختيار مكوناته الداخلية وترتيبها لتحمل شكلي الموجة دون تدهور.

هذا الاختلاف مهم بالنسبة إلى موقع التركيب. يُركب جهاز Type 1 SPD عند المدخل الرئيسي للمبنى، حيث يمكنه تصريف جزء من تيار الصاعقة المباشر الداخل عبر مصدر التغذية أو نظام التأريض. أما جهاز Type 2 SPD فيُركب في اتجاه المصب عند لوحات التوزيع الفرعية أو بالقرب من المعدات الحساسة، حيث تكون الزيادة قد خمدت جزئيًا وأصبح الجهد الزائد المتبقي أقل. وتشكل هاتان المرحلتان معًا بنية حماية متدرجة.

كان تصنيف VDE الأقدم يستخدم المصطلحين Class B وClass C لما تسميه IEC 61643-11 حاليًا Type 1 وType 2 على التوالي. ولذلك يشير المصطلح Class B+C إلى جهاز مدمج Type 1+2. وما زال كلا نظامي التسمية مستخدمين في أدبيات المنتجات، وهما يصفان الفئة نفسها من الأجهزة. ويمكن الاطلاع على مقارنة تفصيلية في دليل اختيار Type 1 مقابل Type 2 SPD.

ما هو جهاز Type 1+2 SPD ‏(Class B+C)؟

جهاز Type 1+2 SPD هو جهاز مدمج يفي داخل وحدة واحدة بكل من اختبار تيار النبضة Type 1 ‏(Iimp، ‏10/350 μs) واختبارات تيار التفريغ الاسمي والأقصى Type 2 ‏(In وImax، ‏8/20 μs). عمليًا، يحتوي الجهاز على عناصر حماية مصنفة للتعامل مع تيار الصاعقة الجزئي عالي الطاقة وكذلك الاندفاعات المستحثة المتكررة ذات الطاقة الأقل التي تليه.

تكمن قيمة هذا الدمج في تبسيط التركيب. في بنية تقليدية من مرحلتين، يُركب Type 1 SPD في لوحة التوزيع الرئيسية ويُركب Type 2 SPD منفصل في لوحة فرعية لاحقة. أما جهاز Type 1+2 SPD المدمج فيجمع الوظيفتين في وحدة مادية واحدة عند اللوحة الرئيسية، مما يقلل طول الأسلاك، والمساحة داخل اللوحة، وجهد التنسيق بين المراحل.

يستخدم التصميم الداخلي لجهاز SPD المدمج عادةً فجوات شرارية عالية الطاقة أو فاريستورات مهيأة لتحمل نبضة 10/350 μs دون تدهور، مع توفير مستوى حماية (Up) منخفض متوقع من جهاز Type 2 للمعدات الموجودة في اتجاه المصب. وتعمل آلية الفصل الحراري ومؤشر الحالة بالطريقة نفسها تقريبًا كما في وحدة Type 2 القياسية، مع إشارة إلى نهاية العمر لأغراض الصيانة.

تعتمد بنية داخلية شائعة على فجوة شرارية أو مرحلة فاريستور عالية الطاقة لوظيفة Type 1، مقترنة بمرحلة فاريستور لوظيفة Type 2. يتم دمج المرحلتين بحيث يمتص المكون عالي الطاقة الجزء الأكبر من نبضة الصاعقة، بينما تحد مرحلة الفاريستور الأدق الجهد المتبقي إلى قيمة Up أقل. وفي الوحدات التي تعتمد الفاريستور فقط، تُحدد أحجام المكونات بما يحقق متطلبات شكلي الموجة من خلال إجمالي تصنيف طاقة الاندفاع، وتُعاير آلية الفصل الحراري للعمل تحت إجهادات 8/20 μs المتكررة التي تميز الخدمة طويلة الأمد.

ملاحظة: يشير المصطلحان “Class B+C” و“Type 1+2” إلى الفئة نفسها من الأجهزة. تسمية VDE ‏(Class B, C) أقدم من إعادة التصنيف في IEC 61643-11 ‏(Type 1, Type 2)، وما زال كلا المصطلحين يظهران في نشرات الشركات المصنعة ومواصفات المشاريع.

متى تختار جهاز SPD مدمجًا بدلًا من مراحل منفصلة؟

يعتمد الاختيار بين جهاز Type 1+2 SPD مدمج ومرحلتي Type 1 وType 2 منفصلتين على عدة عوامل يجب تقييمها لكل تركيب.

قيود المساحة. يشغل جهاز SPD المدمج كتلة واحدة على سكة DIN بدلًا من وحدتين منفصلتين في موقعين مختلفين. في لوحات التوزيع الرئيسية المدمجة أو الخزائن الخارجية مسبقة التجهيز التي تكون فيها مساحة اللوحة محدودة، يكون الجهاز المدمج غالبًا الخيار العملي. وهذا مهم خصوصًا في مشاريع التحديث حيث يتعذر إضافة مرحلة ثانية في لوحة فرعية.

نقطة دخول واحدة للاندفاع. عندما يكون للمبنى مدخل تغذية واحد ويكون نظام الحماية من الصواعق (LPS) مربوطًا بطرف التأريض الرئيسي في تلك النقطة، يمكن لجهاز SPD مدمج عند قسم الدخول التعامل مع كل من جزء تيار الصاعقة المباشر والاندفاعات المستحثة التي كانت ستنتشر إلى الأحمال اللاحقة. في هذه البنية تقل الحاجة إلى مرحلة Type 1 منفصلة في جهة المنبع.

طول الأسلاك والتنسيق. في بنية من مرحلتين تعتمد ممانعة الفصل بين جهازي Type 1 وType 2 على طول الأسلاك بينهما. يتطلب IEC 61643-11 طول موصل أدنى، عادةً 10 م، أو ملف فصل تم التحقق منه، بين المراحل لضمان تقاسم الطاقة بصورة صحيحة. وعندما يتعذر تحقيق هذا الطول، يزيل جهاز SPD المدمج مشكلة التنسيق بدمج الوظيفتين في وحدة واحدة.

التكلفة والتعقيد. تقلل الوحدة المدمجة الواحدة عدد الأجهزة، ووسائل الحماية الاحتياطية، وتوصيلات الأسلاك، ما قد يخفض تكلفة التركيب ويبسط الصيانة. وإذا كانت هناك مرحلة Type 2 لاحقة مخططة للأحمال الحساسة، فإن الجهاز المدمج في اللوحة الرئيسية يعمل كمرحلة أولى، بينما يوفر Type 2 في اللوحة الفرعية مستوى تنسيق ثانيًا بقيمة Up أقل.

مشاريع التحديث والترقية. في التركيبات القائمة التي يوجد فيها Type 2 SPD بالفعل في اللوحة الرئيسية ولكن ارتفع تعرض الموقع للصواعق — مثل إضافة نظام حماية صواعق هيكلي أو إنشاء مبنى مجاور أعلى — فإن استبدال وحدة Type 2 بجهاز Type 1+2 SPD مدمج يعد مسار ترقية عمليًا لا يتطلب مساحة إضافية في اللوحة أو موقع تركيب ثانٍ. ويمكن عادةً الاحتفاظ بوسيلة الحماية الاحتياطية والأسلاك الحالية بشرط توافق أطراف الوحدة المدمجة ومتطلبات الحماية الاحتياطية.

أمثلة على التطبيقات

توضح السيناريوهات التالية الحالات التي يُختار فيها جهاز SPD المدمج بصورة شائعة.

لوحة التوزيع الرئيسية في مبنى تجاري

في مبنى تجاري متوسط الحجم مزود بمحول واحد ولوحة توزيع رئيسية منخفضة الجهد، يُركب Type 1+2 SPD في قسم الدخول. ويكون نظام الحماية من الصواعق في المبنى مربوطًا بطرف التأريض الرئيسي، لذا يمكن أن يدخل جزء من تيار الصاعقة عبر موصل التأريض. يقوم الجهاز المدمج بتصريف هذا التيار عند نقطة الدخول. وفي اتجاه المصب تحمي أجهزة Type 2 SPD في لوحات التوزيع الفرعية الأحمال الحساسة مثل معدات تقنية المعلومات، ووحدات تحكم HVAC، ومشغلات LED.

خزانة خارجية (اتصالات أو شحن مركبات كهربائية)

تتعرض الخزائن الخارجية لمحطات الاتصالات الأساسية أو محطات شحن المركبات الكهربائية أو أنظمة التحكم المروري لتأثيرات الصواعق المباشرة لأنها تُركب عادةً في مناطق مفتوحة. ولا يترك التصميم الداخلي المدمج للخزانة مساحة كافية لبنية من مرحلتين. يوفر جهاز Class B+C SPD عند قسم دخول الخزانة تصنيف تيار الصاعقة الجزئي والحماية من الاندفاعات المستحثة في وحدة واحدة، ما يحمي مزود الطاقة ولوحة التحكم وواجهة الاتصال داخل الخزانة.

اللوحة الرئيسية في منشأة صناعية

في منشأة صناعية لديها محطة فرعية مخصصة، قد تستقبل اللوحة الرئيسية جزءًا من تيار الصاعقة عبر كابل التغذية أو عبر نظام الحماية الهيكلي من الصواعق في المبنى. يتعامل جهاز SPD مدمج في اللوحة الرئيسية مع نقطة الدخول هذه، بينما توفر أجهزة Type 2 SPD منفصلة في مراكز التحكم بالمحركات (MCCs) ولوحات الأتمتة حماية منسقة في اتجاه المصب. ويساعد الجهاز المدمج على تبسيط تصميم اللوحة الرئيسية وتقليل دراسة التنسيق المطلوبة بين المحطة الفرعية وأول مرحلة حماية.

تنسيق الحماية المتدرجة

لا يستبدل جهاز Type 1+2 SPD بنية الحماية المتدرجة بأكملها؛ بل يستبدل أول مرحلة أو أول مرحلتين عند اللوحة الرئيسية. ويُعرَّف مفهوم الحماية المتدرجة في IEC 62305 من خلال مناطق الحماية من الصواعق (LPZ)، التي تصف الانخفاض التدريجي في تهديد الاندفاع كلما توغلنا داخل التركيب.

في نموذج المناطق تمثل LPZ 0 البيئة الخارجية المعرضة مباشرة للصواعق. وعند الحد الفاصل من LPZ 0 إلى LPZ 1 يُركب Type 1 أو Type 1+2 SPD لتقليل التهديد من تيار الصاعقة الجزئي إلى مستوى الاندفاعات المستحثة. وعند الحد من LPZ 1 إلى LPZ 2 يُركب Type 2 SPD لخفض الجهد الزائد المتبقي أكثر إلى مستوى تتحمله المعدات الحساسة.

يؤدي جهاز SPD المدمج الموضوع عند حد LPZ 0→1 عملية خفض الطاقة الخاصة بأول مرحلتين داخل وحدة واحدة. وإذا كانت المعدات الحساسة بعيدة في اتجاه المصب، فما زال يوصى بتركيب Type 2 SPD إضافي عند حد LPZ 1→2 لتحقيق أقل قيمة Up ممكنة عند أطراف المعدات. ويتبع التنسيق بين الجهاز المدمج وType 2 اللاحق مبادئ الفصل نفسها في البنية التقليدية: الجهاز العلوي يتعامل مع الجزء عالي الطاقة، والجهاز السفلي يحد الجهد المتبقي.

يعتمد تقاسم الطاقة بين المراحل على خصائص الممانعة الديناميكية لجهازي SPD أثناء التوصيل. فعند وصول اندفاع يبدأ الجهاز المدمج في جهة المنبع بالتوصيل عند جهد الانهيار ويصرف الجزء الأكبر من تيار الاندفاع إلى الأرض. وتستمر موجة الجهد المتبقي نحو Type 2 SPD في اتجاه المصب الذي يحدها إلى مستوى أقل. ويوفر طول موصل يبلغ 10 أمتار بين المراحل فصلًا حثيًا يسمح للجهازين بتقاسم طاقة الاندفاع دون أن تمتص إحدى المرحلتين حصة مفرطة. وعندما يكون هذا الطول متاحًا تعمل البنية كما هو مخطط؛ وإذا لم يكن متاحًا يمكن لملف فصل أن يعوض طول الموصل المفقود.

معلمات الاختيار الرئيسية

عند تحديد مواصفات جهاز Type 1+2 SPD ينبغي مراجعة المعلمات التالية إلى جانب معايير اختيار Type 2 القياسية.

يجب اختيار جهد التشغيل المستمر الأقصى (Uc) بهامش مماثل لذلك المستخدم مع جهاز Type 2، مع مراعاة الجهد الاسمي للنظام والتعرض للجهد الزائد المؤقت. ويكون مستوى الحماية (Up) لجهاز SPD المدمج عادةً مقاربًا لوحدة Type 2، وهي ميزة مقارنة بجهاز Type 1 خالص الذي يميل إلى قيمة Up أعلى بسبب تقنية الفجوة الشرارية. وقد تسمح قيمة Up الأقل عند اللوحة الرئيسية بتقليل الحاجة إلى مرحلة تنسيق ثانية أو إلغائها في التركيبات التي تتمتع معداتها اللاحقة بقدرة متوسطة على تحمل النبضات.

زمن استجابة جهاز SPD المدمج معلمة أخرى تستحق الانتباه. أجهزة Type 1 القائمة على الفجوة الشرارية لها تأخير إشعال محدود قبل بدء التوصيل، بينما تبدأ أجهزة Type 2 القائمة على الفاريستور في الحد من الجهد بصورة شبه فورية. ويوفر الجهاز المدمج الذي يستخدم تقنية الفاريستور في جزء Type 2 الاستجابة السريعة المرتبطة بحماية Type 2، بينما تتعامل المكونات عالية الطاقة مع نبضة 10/350 μs الأطول مدة. وتكون الاستجابة الإجمالية أسرع عادةً من جهاز Type 1 مستقل قائم على الفجوة الشرارية، ما يفيد حماية الإلكترونيات الحساسة في اتجاه المصب.

تصنيف تيار النبضة (Iimp) هو المعلمة التي تميز جهاز SPD المدمج عن جهاز Type 2 القياسي. وتعد قيمة 12.5 kA لكل قطب قيمة نموذجية والحد الأدنى المحدد في IEC 61643-11 لاختبار Type 1، وغالبًا ما تحقق الأجهزة المدمجة هذه القيمة أو تتجاوزها. وبالنسبة للتركيبات ذات التعرض المرتفع للصواعق يمكن اختيار Iimp أعلى استنادًا إلى مستوى الحماية من الصواعق (LPL) المحدد في IEC 62305.

الأسئلة الشائعة