النقاط الرئيسية لاختيار واقي التيار الزائد وتحليل المشاكل ذات الصلة

واقي التيار الزائد هو واقي دائرة عالي الكفاءة، حيث يتحمل الجهد العالي العابر، ونبضات الطاقة العالية، والتحول السريع (10-9 ثانية) من المقاومة العالية الأصلية إلى المقاومة المنخفضة، ونبضات تداخل الجهد العالي العابر إلى الجهد المحدد مسبقًا، وذلك لحماية المعدات والأجهزة الحساسة بشكل فعال من التلف، وتعمل الدائرة دون تداخل.

(1) تنقسم أجهزة الحماية من زيادة التيار إلى ثلاثة مستويات
يُمكن للمستوى الأول تفريغ تيار الصاعقة المباشر أو الطاقة الهائلة المنقولة عند تعرض خط نقل الطاقة لصاعقة مباشرة. يجب أن يكون نظام الحماية من المستوى الأول عبارة عن مانع صواعق يعمل بنظام تحويل الجهد ثلاثي الأطوار، ويجب ألا يقل تدفق الصاعقة فيه عن 60 كيلو أمبير. يُستخدم هذا النظام عادةً في شبكات التوزيع العامة.
تهدف المرحلة الثانية إلى الحد من قيمة جهد الاندفاع المتبقي عبر مانع الصواعق في المرحلة الأولى إلى 1500-2000 فولت، وتطبيق توصيل متساوي الجهد بين مانعي الصواعق lpz1 وlpz2. عند استخدام خرج مانع الصواعق الكهربائي من خط لوحة التوزيع كحماية من المستوى الثاني، يجب استخدام مانع صواعق كهربائي محدد للجهد، ويجب ألا تقل سعة تيار الصواعق الخاص به عن 20 كيلو أمبير.

يهدف المستوى الثالث إلى حماية المعدات بشكل نهائي وخفض قيمة جهد الصدمة المتبقي إلى أقل من 1000 فولت. ويجب أن يكون هذا المستوى عبارة عن مانع صواعق متسلسل للحد من الجهد، ولا تقل سعة تيار الصواعق فيه عن 10 كيلو أمبير. ويُستخدم عادةً في معدات توزيع الطاقة الطرفية.
ينبغي لأنظمة التوزيع المختلفة اختيار أجهزة الحماية من زيادة التيار المناسبة، والتي يمكن تقسيمها إلى TN (TN-S، NC، TN-CS)، و TT.

1) الحماية الأساسية
والهدف هو منع جهد الاندفاع من الانتقال مباشرة من منطقة lpz0 إلى منطقة lpz1، والحد من جهد الاندفاع من عشرات الآلاف إلى مئات الآلاف من الفولتات إلى 2500-3000 فولت.
عند استخدام مانع الصواعق الكهربائي المثبت على جانب الجهد المنخفض لمحول الطاقة المنزلي كخط حماية أول، يجب أن يكون مانع صواعق كهربائيًا ثلاثي الأطوار يعمل بنظام تبديل الجهد، وألا يقل تدفق الصواعق فيه عن 60 كيلو أمبير. يجب أن يكون هذا النوع من موانع الصواعق عالي السعة، موصولًا بين كل طور من أطوار خط التغذية عند مدخل نظام إمداد الطاقة الخاص بالمستخدم والأرض. يشترط المعلم دي، في تدريس التصميم الكهربائي عبر الإنترنت، أن يتمتع هذا النوع من موانع الصواعق بقدرة تحمل قصوى تزيد عن 100 كيلو أمبير لكل طور، وأن يكون جهد الحد المطلوب أقل من 1500 فولت، ويُسمى مانع الصواعق الكهربائي من الفئة "كلاسيك". صُممت هذه الموانع الكهرومغناطيسية لتحمل التيار العالي للصواعق والبرق المستحث، وجذب تيارات الصواعق عالية الطاقة، مما يسمح بتحويل كمية كبيرة من تيار الصواعق إلى الأرض. إنها توفر فقط جهد الحد (عندما يمر تيار النبضة عبر مانع الصواعق، يسمى الحد الأقصى للجهد على الخط بجهد الحد) كحماية متوسطة المستوى، لأن واقي المستوى الكلاسيكي يمتص بشكل أساسي تيار الاندفاع الكبير، ولا يمكنه وحده حماية المعدات الكهربائية الحساسة داخل نظام إمداد الطاقة بشكل كامل.

يمكن لمانع الصواعق من المستوى الأول منع موجات الصواعق التي تبلغ 10 / 350 ميكروثانية و 100 كيلو أمبير، مما يحقق أعلى معايير الحماية التي حددتها اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC).
المرجع التقني هو: تدفق البرق أكبر من أو يساوي 100 كيلو أمبير (10 / 350 ميكروثانية)؛ يجب ألا تتجاوز قيمة الجهد المتبقي 2.5 كيلو فولت؛ زمن الاستجابة أقل من أو يساوي 100 نانوثانية.
2) الحماية الثانوية
والهدف هو الحد من قيمة جهد الاندفاع المتبقي من خلال مانع الصواعق من المستوى الأول إلى 1500-2000 فولت، وتنفيذ اتصال متساوي الجهد لـ lpz1-lpz2.
عند استخدام مخرج مانع الصواعق الكهربائي من خط لوحة التوزيع كمستوى حماية ثانٍ، يجب تركيب مانع صواعق كهربائي محدد الجهد عند نقطة التوزيع الفرعية التي تغذي المعدات الكهربائية الهامة أو الحساسة، ويجب ألا تقل سعة تيار الصواعق فيه عن 20 كيلو أمبير. كما أوضح السيد دي، المحاضر الإلكتروني في تصميم الأنظمة الكهربائية، فإن هذه الموانع قادرة على امتصاص طاقة الصواعق المتبقية التي تمر عبر مانع الصواعق عند مدخل إمداد الطاقة الخاص بالمستخدم، ولها تأثير مثبط ممتاز على الجهد الزائد العابر.

يجب أن تتجاوز سعة النبضة القصوى لمانع الصواعق المستخدم هنا 45 كيلو أمبير لكل طور، وأن يكون جهد الحد المطلوب أقل من 1200 فولت، وهو ما يُعرف بمانع الصواعق من الفئة الثانية. عمومًا، إذا حقق نظام إمداد الطاقة الخاص بالمستخدم مستوى الحماية الثاني، فإنه يفي بمتطلبات تشغيل المعدات الكهربائية.
تم اعتماد مانع الصواعق من الفئة C لإمداد الطاقة من الفئة الثانية للحماية الكاملة للطور الأول، والطور الأول، والطور الأول، والمعايير الفنية الرئيسية هي: سعة تيار الصاعقة أكبر من أو تساوي 40 كيلو أمبير (8 / 20 ميكروثانية)؛ يجب ألا تتجاوز القيمة القصوى للجهد المتبقي 1000 فولت؛ يجب ألا يتجاوز زمن الاستجابة 25 نانوثانية.

3) الحماية من المستوى الثالث
والهدف هو حماية المعدات في النهاية عن طريق تقليل جهد الاندفاع المتبقي إلى أقل من 1000 فولت، بحيث لا تتسبب طاقة الاندفاع في تلف المعدات.
عند استخدام مانع الصواعق الكهربائي المثبت في الطرف الداخل لمصدر الطاقة المترددة لمعدات المعلومات الإلكترونية كحماية من المستوى الثالث، يجب أن يكون مانع صواعق كهربائيًا يحد من الجهد التسلسلي، ويجب ألا تقل سعة تيار الصواعق الخاص به عن 10 كيلو أمبير.
أخيرًا، يمكن استخدام مانع صواعق مدمج في وحدة التغذية الداخلية للأجهزة الكهربائية للقضاء تمامًا على أي ارتفاعات جهد عابرة صغيرة. يُشترط، وفقًا لما ذكره السيد دي في تدريس تصميم الدوائر الكهربائية عبر الإنترنت، ألا تتجاوز قدرة تحمل مانع الصواعق المستخدم هنا 20 كيلو أمبير لكل طور، وأن يكون جهد الحد المطلوب أقل من 1000 فولت. بالنسبة لبعض الأجهزة الإلكترونية الحساسة أو ذات الأهمية الخاصة، من الضروري توفير مستوى حماية ثالث، والذي يحمي أيضًا الأجهزة الكهربائية من ارتفاعات الجهد العابرة المتولدة داخل النظام. أما بالنسبة لوحدات التغذية الكهربائية المُقوِّمة المستخدمة في أجهزة الاتصالات الميكروية، وأجهزة محطات الاتصالات المتنقلة، وأجهزة الرادار، فينبغي اختيار مانعات صواعق تعمل بتيار مستمر ذات جهد تشغيل مناسب كحماية غير مُقسَّمة، وذلك وفقًا لاحتياجات الحماية لجهد التشغيل الخاص بها.

4) وفقًا لمستوى تحمل الجهد للمعدات المحمية
إذا كان نظام الحماية من الصواعق ثنائي المستوى قادرًا على الحد من الجهد الكهربائي إلى ما دون مستوى تحمل الجهد للجهاز، فلا يلزم سوى نظام حماية ثنائي المستوى. أما إذا كان مستوى تحمل الجهد للجهاز منخفضًا، فقد يلزم أربعة مستويات حماية أو أكثر. ويجب ألا تقل سعة تيار الصواعق لنظام الحماية من المستوى الرابع عن 5 كيلو أمبير.
(2) لماذا يجب تركيب الصمامات وقواطع الدائرة أمام واقي التيار الزائد؟
عندما يتجاوز تيار البدء المار عبر مانع الصواعق قيمة IMAX الخاصة به، سيتعطل مانع الصواعق ويتسبب في حدوث ماس كهربائي. ولإيقاف هذا الماس، من الضروري تركيب قاطع دائرة أو مصهر. وكما ذكر السيد دي، في دروسه الإلكترونية لتصميم الدوائر الكهربائية، فإن كل صاعقة تتسبب في تلف مانع الصواعق. فعلى سبيل المثال، إذا استمر التيار لفترة طويلة، سيرتفع حرارته بشكل مفرط، مما يُسرّع من تلفه. في هذه الحالة، يجب أن يعمل نظام الحماية الحرارية لقاطع الدائرة أو المصهر على فصل مانع الصواعق قبل أن تصل حرارته إلى الحد الأقصى المسموح به.

متطلبات مانع الصواعق للفيوز وقاطع الدائرة: عند تطبيق 20 نبضة اختبار قياسية (8/20 ميكروثانية و1.2/50 ميكروثانية) تحت التيار المقنن، لن يفصل قاطع الدائرة أو الفيوز. في حالة تعطل مانع الصواعق وحدوث قصر في الدائرة، يجب أن يعمل قاطع الدائرة أو الفيوز. إذا كان مانع الصواعق وحدة تحويل، ولأن نمط تلفه هو دائرة مفتوحة، فإنه يمكن حمايته دون الحاجة إلى قاطع دائرة مصغر أو فيوز.
يمكن استخدام كل من المصهر وقاطع الدائرة كحماية فائقة ضد زيادة التيار. خصائص المصهر: يتميز المصهر بوظيفتي حماية: تأخير زمني طويل وحماية من التيار اللحظي مع خاصية الحد الزمني العكسي. (كما ذكر السيد دي، في تدريسه الإلكتروني لتصميم الدوائر الكهربائية، يُستخدم المصهر للحماية من الحمل الزائد وقصر الدائرة على التوالي، أي يجب استبدال وصلة المصهر بعد حدوث العطل). خصائص قاطع الدائرة: يتميز قاطع الدائرة بحماية من التيار اللحظي وحماية حرارية من الحمل الزائد. بعد فصل العطل، يمكن إعادة ضبطه يدويًا دون الحاجة إلى استبدال أي مكونات.
انظر إلى الفرق بين خطوط التغذية: يجب اختيار واقي من زيادة التيار 440 فولت لنظام ثلاثي الأطوار 280 فولت بخمسة أسلاك أو نظام ثلاثي الأطوار 380 فولت بأربعة أسلاك. ويجب اختيار واقي من زيادة التيار 220 فولت لنظام أحادي الطور 220 فولت بسلكين أو نظام أحادي الطور 220 فولت بثلاثة أسلاك. بالإضافة إلى ذلك، لاحظ أن مستوى الحماية لواقي زيادة التيار المُختار هو المستوى 2 لنظام ثلاثي الأطوار 280 فولت عند خط التغذية للمبنى السكني؛ والمستوى 3 لنظام أحادي الطور 220 فولت.
بعد دخول خط نظام TN-CS إلى صندوق التوزيع العام للمبنى، ينقسم خط التوصيل إلى خط N وخط PE. يكفي تركيب مانع الصواعق بين خط الطور I وخط التوصيل.
يُمكن اختيار المصهر وقاطع الدائرة الكهربائية من خلال المفتاح الموجود أمام جهاز الحماية من زيادة التيار. عمومًا، يُنصح باختيار قيمة تتراوح بين 40 و63 أمبير للتيار الأقصى (IMAX) الذي يزيد عن 40 كيلو أمبير، وقيمة تتراوح بين 20 و32 أمبير للتيار الأقصى (IMAX) الذي يقل عن 40 كيلو أمبير.

(3) هل واقي التيار الكهربائي ومانع الصواعق هما نفس الشيء؟
على الرغم من أن كلاً من واقي التيار الزائد ومانع الصواعق لهما وظيفة منع الجهد الزائد، وخاصة الجهد الزائد الناتج عن الصواعق، إلا أنهما لا يزالان يختلفان في العديد من التطبيقات.
1) تحتوي مانعات الصواعق على مستويات جهد متعددة، تتراوح من 0.38 كيلو فولت جهد منخفض إلى 500 كيلو فولت جهد فائق العلو، بينما تحتوي أجهزة الحماية من الصواعق عمومًا على منتجات جهد منخفض فقط؛

2) يتم تركيب مانعات الصواعق في الغالب على النظام الأساسي لمنع الغزو المباشر لموجة الصاعقة، بينما يتم تركيب واقيات الصواعق في الغالب على النظام الثانوي، وهو إجراء تكميلي بعد أن يقوم مانع الصواعق بإزالة الغزو المباشر لموجة الصاعقة أو عندما لا يقوم مانع الصواعق بإزالة موجة الصاعقة؛

3) يستخدم مانع الصواعق لحماية المعدات الكهربائية، ويستخدم واقي التيار الزائد في الغالب لحماية الأجهزة أو العدادات الإلكترونية؛
4) بما أن مانع الصواعق متصل بالنظام الكهربائي الأساسي، فيجب أن يتمتع بعزل خارجي كافٍ وحجم كبير. أما واقي الصواعق، لأنه متصل بجهد منخفض، فيمكن أن يكون صغير الحجم للغاية.