Principle and application of photovoltaic surge protector

مبدأ وتطبيق واقي الطفرة الكهروضوئية

في السنوات الأخيرة ، مع تقدم العلوم والتكنولوجيا ، والأمة التكنولوجية للأجهزة المنزلية ، وتحسين متطلبات الطاقة للمعدات الإلكترونية ، هناك عدد كبير من الدوائر المتكاملة واسعة النطاق أو واسعة النطاق الحساسة جدا للجهد الزائد داخل هذه المعدات الإلكترونية ، بحيث تزداد الخسارة الناجمة عن الجهد. بالنظر إلى هذا الموقف ، أضاف "قانون تصميم المباني للحماية من الصواعق" GB50057-94 (إصدار 2000) الفصل السادس - النبض الكهرومغناطيسي للحماية من الصواعق. وفقا لهذا المطلب ، أدخلت بعض الشركات المصنعة أيضا منتجات حماية من الجهد الزائد ذات الصلة ، والتي نسميها غالبا واقيات زيادة التيار. من الضروري إنشاء نظام ربط كامل متساوي الجهد لحماية الأنظمة الكهربائية والإلكترونية ، بما في ذلك جميع الموصلات النشطة في منطقة حماية التوافق الكهرومغناطيسي. الخصائص الفيزيائية لمكونات التفريغ في أجهزة الحماية من الجهد الزائد المختلفة لها مزايا وعيوب في التطبيقات العملية ، لذلك يتم استخدام دوائر الحماية التي تستخدم أجزاء متعددة على نطاق واسع.
ومع ذلك ، يمكن أن تلبي جميع المتطلبات الفنية لمانع التيار الكهربائي الذي يمكنه توصيل تيار نبض 10 / 350μs مع المستوى التقني المعاصر ، وواقي زيادة التيار القابل للتوصيل لتوزيع الطاقة الثانوية ، وجهاز حماية الطاقة الكهربائية ، وفلتر الطاقة. لذلك ، فإن خط الإنتاج نادر. أيضا ، يجب أن تشتمل مجموعة المنتجات هذه على مانعات لجميع الدوائر ، أي بالإضافة إلى إمدادات الطاقة ، للقياس والتحكم ودوائر التنظيم الفني ودوائر نقل المعالجة الإلكترونية للبيانات والاتصالات اللاسلكية والسلكية ، بحيث يمكن للعملاء استخدامها.
يتم تقديم مقدمة موجزة للعديد من منتجات الحماية من زيادة التيار شائعة الاستخدام وتحليل موجز لخصائصها ومناسباتها القابلة للتطبيق.
1 نظام الترابط متساوي الجهد
المبدأ الأساسي للحماية من الجهد الزائد هو أن الجهد الزائد العابر يحدث في الوقت الحالي (مستوى ميكروثانية أو نانو ثانية). يجب تحقيق تكافؤ الجهد بين جميع الأجزاء المعدنية في المنطقة المحمية. "متساوي الجهد هو استخدام أسلاك التوصيل أو واقيات الجهد الزائد لتوصيل أجهزة الحماية من الصواعق ، والهياكل المعدنية للمباني ، والموصلات الخارجية ، والأجهزة الكهربائية والاتصالات السلكية واللاسلكية ، وما إلى ذلك ، في المساحة التي تتطلب الحماية من الصواعق." ("مواصفات تصميم الحماية من الصواعق للمباني") (GB50057-94). "الغرض من الترابط متساوي الجهد هو تقليل فرق الجهد بين الأجزاء المعدنية والأنظمة في المساحات التي تتطلب الحماية من الصواعق" (IEC13123.4). ينص "قانون تصميم الحماية من الصواعق للمباني" (GB50057-94) على ما يلي: "المادة 3.1.2 بالنسبة للمباني المجهزة بأجهزة الحماية من الصواعق ، عندما لا يمكن عزل أجهزة الحماية من الصواعق عن المرافق الأخرى والأشخاص الموجودين في المبنى ، يجب أن تكون تعتمد رابطة متساوية الجهد." عند إنشاء شبكة الترابط متساوية الجهد هذه ، يجب توخي الحذر للحفاظ على أقصر مسافة بين المعدات الكهربائية والإلكترونية التي يجب أن تتبادل المعلومات وأسلاك التوصيل بين حزام الترابط متساوي الجهد.
وفقا لنظرية الحث ، كلما زاد الحث ، زاد الجهد الناتج عن التيار العابر في الدائرة. (U = L · di / dt> يرتبط الحث بشكل أساسي بطول السلك ولا علاقة له بالمقطع العرضي للسلك. لذلك ، يجب أن يحافظ على السلك الأرضي قصيرا قدر الإمكان. علاوة على ذلك ، يمكن أن يقلل التوصيل المتوازي لعدة أسلاك بشكل كبير من محاثة نظام التعويض المحتمل. لوضع هذين الاثنين موضع التنفيذ ، من الممكن نظريا توصيل جميع الدوائر التي يجب توصيلها بجهاز الترابط متساوي الجهد. إنه متصل بنفس الصفيحة المعدنية مثل الجهاز. بناء على مفهوم اللوحة المعدنية ، يمكن استخدام هيكل الخط أو النجمة أو الشبكة عند تعديل نظام الترابط متساوي الجهد. من حيث المبدأ ، يجب استخدام تكافؤ الإمكانات الشبكية فقط عند تصميم معدات جديدة - نظام وصلة.
2 قم بتوصيل خطوط إمداد الطاقة بنظام الترابط متساوي الجهد
ما يسمى بالجهد العابر أو التيار العابر يعني أن وقت وجوده هو ميكروثانية أو نانو ثانية فقط. المبدأ الأساسي للحماية من زيادة التيار هو إنشاء جهد متساوي بين جميع الأجزاء الموصلة في المنطقة المحمية لفترة وجيزة عند وجود الجهد الزائد العابر. تشمل هذه العناصر الموصلة أيضا خطوط الكهرباء في الدوائر الكهربائية. لذلك ، يحتاج المرء إلى مكونات تستجيب بشكل أسرع من الميكروثانية ، خاصة بالنسبة للتفريغ الكهروستاتيكي.
أسرع من نانو ثانية. هذه العناصر قادرة على توصيل تيارات قوية تصل إلى عدة مرات عشرة آلاف أمبير في فترات زمنية قصيرة. يتم حساب الرياح التي تصل إلى 50 كيلو أمبير عند نبضات 10 / 350 ميكرو ثانية في ظل ظروف الصواعق المتوقعة. من خلال جهاز ربط كامل متساوي الجهد ، يمكن تشكيل جزيرة متساوية الجهد بسرعة ، ويمكن أن يصل الفرق المحتمل لهذه الجزيرة متساوية الجهد إلى مسافة تصل إلى مئات الآلاف من الفولت. ومع ذلك ، فإن الأمر المهم هو أنه في المنطقة المراد حمايتها ، يمكن اعتبار جميع الأجزاء الموصلة ذات إمكانات متساوية أو متساوية تقريبا دون فروق كبيرة في الإمكانات.
3 تركيب ووظيفة واقي زيادة التيار
تنقسم المكونات الكهربائية للحماية من زيادة التيار إلى لينة ومعقدة من حيث خصائص الاستجابة. تشمل عناصر التفريغ ذات خصائص الاستجابة الصلبة أنابيب تفريغ الغاز وتفريغ فجوة التفريغ ، إما فجوات شرارة زاوية تعتمد على تقنية تقطيع القوس أو فجوات شرارة التفريغ المحوري. تشمل عناصر التفريغ التي تنتمي إلى خصائص الاستجابة الناعمة المتغيرات والصمامات الثنائية المثبطة. (حامي زيادة التيار لدينا هو استجابة ضعيفة.) الفرق بين هذه المكونات هو قدرة التفريغ وخصائص الاستجابة والجهد المتبقي. نظرا لأن هذه المكونات لها مزايا وعيوب ، فإن الناس يدمجونها في دوائر حماية خاصة لتعزيز نقاط القوة وتجنب نقاط الضعف. واقيات زيادة التيار شائعة الاستخدام في المباني المدنية هي بشكل أساسي مانعات من نوع الفجوة المفرغة ومانعات من نوع المكثف.
تتطلب تيارات البرق وتيارات ما بعد البرق مفرغات قوية للغاية. لتوصيل تيار البرق من خلال نظام الترابط متساوي الجهد في جهاز التأريض ، يوصى باستخدام مانعات الصواعق الحالية مع فجوات الشرارة الزاوية وفقا لتقنية تقطيع القوس. فقط يمكنه إجراء تيار نبض 10 / 350μs أكبر من 50 كيلو أمبير وتحقيق إطفاء القوس التلقائي. يمكن أن يصل الجهد المقنن لتطبيق المنتج هذا إلى 400 فولت. بالإضافة إلى ذلك ، لن يتسبب هذا الصواعق في نفخ فتيل مصنف عند 125 أمبير عندما يذهب تيار الدائرة القصيرة إلى 4 كيلو أمبير.
نظرا لأدائها الجيد ، تم تحسين خصائص العمل غير المنقطعة للأدوات والمعدات المثبتة في المنطقة المحمية بشكل كبير. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن معالجة التيار ذو السعة العالية فحسب ، بل الأهم من ذلك ، أن شكل نبضة التيار يلعب دورا حاسما. يجب النظر في كلاهما في وقت واحد. لذلك ، على الرغم من أن فجوة الشرارة الزاوية يمكن أن توصل أيضا تيارات تصل إلى 100 كيلو أمبير ، إلا أن شكل النبض الخاص بها أقصر (8/80 ميكرو ثانية). هذه النبضات هي نبضات تيار دافع ، والتي كانت حتى أكتوبر 1992 أساس التصميم لتطوير مانعات الصواعق الحالية.
على الرغم من أن مانع التيار الصواعق يتمتع بقدرة تفريغ جيدة ، إلا أنه دائما ما يكون له عيوبه: الجهد المتبقي يصل إلى 2.5 ~ 3.5 كيلو فولت. لذلك ، عندما يتم تثبيت مانع تيار الصواعق ككل ، يجب استخدامه مع مانعات أخرى.
وتشمل هذه المنتجات بشكل أساسي Limitor MB و Limitor NB-B و LimitorG-B و Limited GN-B من شركة Asia Brown Boffary (ABB) ؛ DEHNportMaxi (10 / 350 ميكرو ثانية ، 50 كيلو أمبير / مرحلة) ، DEHNport255 (10 / 350 ميكرو ثانية ، 75 كيلو أمبير / مرحلة) ؛ فجوة شرارة زاوية PHOENIX الألمانية: FLT60-400 (10 / 350μs ، مرحلة 60 كيلو أمبير) ، FLT25-400 (10 / 350μs ، مرحلة 25 كيلو أمبير) ؛ شنايدر PRF1 حامي زيادة التيار ؛ سلسلة VBF من MOELLER.
تعمل المتغيرات مثل العديد من الثنائيات المثبطة ثنائية الاتجاه في سلسلة ومتوازية وتعمل مثل المقاومات المعتمدة على الجهد. عندما يتجاوز الجهد الجهد المحدد ، يمكن للمكثف توصيل الكهرباء ؛ عندما يكون الجهد أقل من الجهد المحدد ، لا يقوم المكثف بتوصيل الكهرباء. بهذه الطريقة ، يمكن أن يلعب المكثف دورا مثاليا في الحد من الجهد. تعمل المتغيرات بسرعة كبيرة ، مع أوقات استجابة في نطاق النانو ثانية المنخفضة.
يمكن للمكثف المستخدم بشكل شائع في مصدر الطاقة توصيل التيار بحد أقصى 40kA8 / 20us ، لذلك فهو مناسب جدا لمفرغ المرحلة الثانية من مصدر الطاقة. لكنها ليست مثالية كمانع تيار البرق. تم تسجيل في الوثيقة IEC1024-1 للجنة الدولية لتكنولوجيا الإلكترون أن كمية الشحنة المراد معالجتها هي 10/350 ميكرو ثانية ، وهو ما يعادل 20 ضعف كمية الشحنة في حالة نبضة 8/20 ميكرو ثانية.
(10/350) μs = 20xQ (8/20) μs
يمكن ملاحظة هذه الصيغة أنه من الضروري ليس فقط الانتباه إلى سعة تيار التفريغ ولكن أيضا الانتباه إلى شكل النبض. عيب المكثف هو أنه سهل التقدم في العمر وله سعة عالية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقسيم عنصر الصمام الثنائي. نظرا لأنه ، في معظم الحالات ، تحدث دائرة كهربائية قصيرة عند التحميل الزائد لتقاطع PN ، اعتمادا على عدد مرات تحميله ، يبدأ المكثف في رسم تيارات التسرب التي يمكن أن تسبب أخطاء في دوائر الاختبار غير الحساسة لبيانات القياس. في الوقت نفسه ، خاصة عند الفولتية عالية التصنيف ، ستولد حرارة شديدة في الدورة.
تجعل السعة العالية للمكثف من المستحيل استخدامها في خطوط نقل الإشارات في كثير من الحالات. تشكل السعة ومحاثة الأسلاك دائرة تمرير منخفض تخفف الإشارة بشكل كبير. لكن التوهين أقل من حوالي 30 كيلو هرتز لا يكاد يذكر. تشمل هذه المنتجات بشكل أساسي Limitor V و Limited VTS و Limitor VE و Limitor VETS و LimitorGE-S. شنايدر سلسلة PRD واقيات زيادة التيار القابلة للاستبدال; منتجات سلسلة VR7 و VS7 من MOELLER ؛ DEHNguard385 من ألمانيا DEHN (8/20μs ، 40kA الطور) ، DEHNguard275 (8 / 20μs ، 40kA المرحلة) ؛ VAL-MS400ST (8 / 20 ميكرو ثانية ، 40 كيلو أمبير) ، VAL-ME400ST / FM (8 / 20 ميكرو ثانية ، 40 كيلو أمبير / مرحلة) من فينيكس ، ألمانيا ؛ ما شين DB30-4A / B (8 / 20 ميكرو ثانية ، 30 كيلو أمبير / مرحلة) ، DB40-4A / B (8 / 20 ميكرو ثانية ، 40 كيلو أمبير المرحلة).
4 قم بتثبيت واقي من زيادة التيار وفقا لمخطط الحماية من الجهد الزائد
يطلق على التجميع (نوع تركيب السكك الحديدية ، نوع مقبس الطاقة ، المحول) الذي يحتوي على عنصر حماية واحد أو دائرة حماية مدمجة مدمجة وفقا لشروط التثبيت الفنية اسم المفرغ.
يجب تقسيم الحماية من الجهد الزائد في جميع الحالات تقريبا إلى مستويين على الأقل. على سبيل المثال ، يمكن تثبيت كل صواعق يحتوي على مستوى واحد فقط من الأمان في مواقع مختلفة في مصدر الطاقة. قد يكون لدى نفس الصواعق أيضا مستويات متعددة من الحماية. لتحقيق حماية كافية من الجهد الزائد ، سيحتاج الأشخاص إلى حماية مجموعة أقسام التوافق الكهرومغناطيسي المختلفة ، ونطاق الحماية هذا ، بما في ذلك من منطقة الحماية من الصواعق 0 منطقة حماية الجهد الزائد من 1 إلى 3 ، حتى يكون لمنطقة حماية جهد التداخل رقم تسلسلي أعلى. تم تعيين مناطق حماية التوافق الكهرومغناطيسي من 0 إلى 3 لتجنب تلف المعدات بسبب اقتران الطاقة العالية. تم إعداد حماية التوافق الكهرومغناطيسي برقم تسلسلي أعلى لمنع تشويه المعلومات وفقدانها. كلما زاد رقم منطقة الحماية ، انخفضت طاقة الاضطراب المتوقعة ومستوى جهد الاضطراب. يتم تثبيت المعدات الكهربائية والإلكترونية التي تحتاج إلى الحماية في حلقة حماية فعالة للغاية. يمكن أن تكون حلقة الحماية هذه لقطعة واحدة من المعدات الإلكترونية ، أو مساحة بها أنواع إلكترونية متعددة من المعدات ، أو حتى مبنى كامل يمر عبره. يتم توصيل الأسلاك التي تحتوي عادة على حلقة واقية محمية بالفضاء بمانع حماية الجهد في نفس الوقت الذي يتم فيه توصيل المعدات الطرفية للدائرة الواقية.

اترك ردًا