دليل فني لجهاز الحماية من زيادة التيار المستمر

يعمل جهاز الحماية من التيار المستمر (SPD) على الحد من الجهد الزائد العابر وتوجيه تيار الصواعق بعيداً عن المعدات. بالنسبة لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تتمثل الأسئلة الرئيسية في مكان تركيب الجهاز، وما إذا كان مصنفاً لتحمل أقصى جهد للدائرة المفتوحة (Voc) عند أدنى درجة حرارة متوقعة، وكيفية تنسيقه مع العاكس (Inverter) وأجهزة الحماية الأخرى. يركز هذا الدليل على جانب التيار المستمر في الأنظمة الكهروضوئية؛ بينما تتطلب أنظمة البطاريات، وشواحن السيارات الكهربائية، وأنظمة الاتصالات التي تعمل بالتيار المستمر فحوصات تطبيقية منفصلة.

ما هي وظيفة جهاز الحماية من التيار المستمر (DC SPD)؟

قد يحدث الاندفاع الكهربائي نتيجة صاعقة قريبة أو عمليات التبديل. يظل جهاز الحماية (SPD) الموصل عبر الموصلات المعنية في حالة غير موصلة تحت الجهد العادي، بينما يقوم بالتوصيل أثناء الجهد العابر، مما يحد من الجهد الذي تتعرض له المعدات. يعد هذا الجهاز جزءاً من نظام حماية متكامل: حيث تظل عمليات الربط، والتأريض، وتوجيه الكابلات، والحماية من التيار الزائد ذات التصنيف المناسب أموراً ضرورية. لا يمكن لجهاز الحماية (SPD) ضمان النجاة من ضربة صاعقة مباشرة، كما أنه لا يغني عن استخدام المصهرات (Fuses) أو قواطع الدائرة.

التصنيفات الرئيسية التي يجب التحقق منها في ورقة البيانات

• U_CPV / U_c: أقصى جهد تشغيل مستمر. في مصفوفة الطاقة الشمسية، قارن هذه القيمة بأقصى جهد محسوب للدائرة المفتوحة للسلسلة (String)، بما في ذلك الزيادة الناتجة عن انخفاض درجات الحرارة. لا تعتمد على جهد التشغيل الاسمي فقط عند الاختيار.
• U_p: مستوى حماية الجهد عند حالة الاختبار المذكورة. قارنه بجهد تحمل النبضات للمعدات وخذ في الاعتبار انخفاض الجهد في أسلاك التوصيل. القيمة الأقل ليست بالضرورة أفضل إذا كان تصنيف الجهد المستمر غير مناسب.
• I_n و I_max: تصنيفات التفريغ تحت شكل موجة الاختبار المحدد 8/20 ميكروثانية. قارن بين المنتجات فقط عندما يكون شكل الموجة وفئة الاختبار وأساس التصنيف متطابقين.
• I_نبضة: تصنيف تيار النبض لجهاز من النوع 1/الفئة الأولى، مذكوراً مع شكل موجة الاختبار الخاص به. لا يمكن استبداله بـ I_max.
• معلومات القصر الكهربائي وفصل التيار: تحقق من تصنيف تيار العطل الكهروضوئي (PV) الخاص بالشركة المصنعة، والحماية الاحتياطية المطلوبة، ومخطط التوصيل، ومؤشر الحالة، وتعليمات الاستبدال.

معايير الأنظمة الكهروضوئية (PV) ونطاق هذا الدليل

IEC 61643-31 تحدد متطلبات الاختبار لأجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) في جانب التيار المستمر لمولدات الطاقة الكهروضوئية والعواكس ذات الجهد المقنن الذي يصل إلى 1500 فولت تيار مستمر. يستثني نطاقها الأنظمة الكهروضوئية التي تتضمن تخزين الطاقة. IEC 61643-32 توفر إرشادات تطبيقية لاختيار وتركيب وتنسيق أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPD) للأنظمة الكهروضوئية. بالنسبة للبطاريات أو أي تطبيقات أخرى للتيار المستمر منخفض الجهد، تحقق من معيار المنتج المعمول به وشهادة الجهاز الدقيقة؛ حيث إن الإقرار الخاص بالأنظمة الكهروضوئية فقط لا يعد دليلاً على الملاءمة لتلك الدائرة.

النوع 1 أو النوع 2: كيفية اتخاذ القرار

يتم اختبار أجهزة النوع 1/الفئة الأولى لنبضات تيار الصواعق؛ بينما يتم اختبار أجهزة النوع 2/الفئة الثانية للارتفاعات المفاجئة الناتجة عن الحث والتبديل. تعتمد الفئة المطلوبة ومكان التركيب على نظام الحماية من الصواعق في المبنى، ومسافة الفصل، وقواعد التركيب المحلية، وتقييم مخاطر المشروع. لا تتطلب المصفوفة الموجودة على السطح النوع 1 تلقائياً، كما أن المصفوفة في الحقول المفتوحة لا تجعل جهازاً أو موقعاً معيناً صحيحاً بشكل تلقائي. استخدم تصميم الحماية من الصواعق الخاص بالمشروع وتعليمات التنسيق الخاصة بالشركة المصنعة.

أين يتم تركيب الحماية في النظام الكهروضوئي

راجع جانب المصفوفة أو صندوق التجميع، ومدخل التيار المستمر للعاكس، وجانب التيار المتردد للعاكس كنقاط حماية منفصلة. يعتمد عدد وموقع أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs) على أطوال الكابلات، وترتيب التأريض، وتصنيفات تحمل المعدات. حافظ على قصر توصيلات أجهزة الحماية وقم بتوجيه الموصلات وفقاً لتعليمات التركيب؛ حيث يمكن أن تؤدي الأسلاك الطويلة إلى زيادة الجهد الذي يصل إلى المعدات. انظر دليل حماية العاكس الشمسي و نظرة عامة على الحماية الكهروضوئية لسياق التصميم الأوسع.

هل يمكن استخدام جهاز حماية من التيار المتردد (AC SPD) في دائرة تيار مستمر (DC)؟

لا تفترض أن جهاز الحماية من التيار المتردد فقط مناسب لسلسلة الخلايا الشمسية (PV DC). يجب أن تتوافق الجهد المستمر، وسلوك الفصل، وتيار العطل المتاح، والشهادات مع تطبيق التيار المستمر. اقرأ جهاز حماية التيار المتردد في أنظمة التيار المستمر مقالتنا حول أنماط الفشل وفحوصات الاختيار.

قائمة تحقق عملية لاختيار جهاز حماية الخلايا الشمسية (PV SPD).

• احسب أقصى جهد للدائرة المفتوحة لسلسلة الخلايا الشمسية عند أدنى درجة حرارة تصميم للموقع.
• تأكد من أن جهاز الحماية مخصص ومعتمد لتطبيق التيار المستمر للخلايا الشمسية وأن U_CPV تغطي الجهد المحسوب.
• اختر فئة الاختبار وتصنيفات التفريغ بناءً على تصميم الحماية من الصواعق وقواعد التركيب المحلية.
• قارن U_p مع تصنيف تحمل المعدات المحمية مع مراعاة التمديدات الكهربائية المثبتة.
• تحقق من ترتيب التأريض، والقطبية، ومخطط التوصيل الخاص بالشركة المصنعة.
• تأكد من الحماية الاحتياطية، وحدود تيار العطل، وفاصل الدائرة/مؤشر الحالة، وتصنيفات حماية الغلاف الخارجي للظروف البيئية.
• قم بتنسيق الأجهزة في نقاط حماية متعددة باستخدام تعليمات الشركة المصنعة؛ لا تستنتج التنسيق من أرقام كيلو أمبير (kA) وحدها.

ماذا عن البطاريات، وشواحن السيارات الكهربائية، وتيارات الاتصالات المستمرة (DC)؟

تمتلك هذه الأنظمة نطاقات جهد وسلوك مصدري وظروف تيار خطأ مختلفة. لا تقم بنقل مواصفات جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) الخاص بالأنظمة الكهروضوئية (PV) تلقائياً إلى رفوف البطاريات أو ناقل التيار المستمر الخاص بشحن المركبات الكهربائية. احصل على التطبيق المعلن للجهاز ومعيار الاختبار الخاص به، وتحقق من أقصى جهد مستمر وتيار الخطأ، واتبع تصميم الحماية الخاص بمهندس تكامل النظام. للاطلاع على السياق، راجع مقالنا حول شحن المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة.

السعر والمشتريات

تتطلب مقارنة الأسعار الموثوقة نفس التطبيق، وتصنيف الجهد، وفئة الاختبار، وتصنيفات التفريغ، وتكوين الأقطاب، ونوع الحاوية، ووثائق الاعتماد. لا تثبت نطاقات الأسعار العامة عبر الإنترنت أن الجهاز مناسب لتركيب معين. اطلب من المورد ورقة البيانات الخاصة بالطراز، أو الإقرار أو تقرير الاختبار، ومخطط التوصيل، ومتطلبات الحماية الاحتياطية، وعرض الأسعار.

أسئلة متكررة

هل جهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD) بجهد 1100 فولت تيار مستمر مناسب لنظام كهروضوئي بجهد 1000 فولت؟

لا يكفي الاعتماد على ملصق النظام الاسمي وحده. احسب أقصى جهد للدائرة المفتوحة للمصفوفة عند أدنى درجة حرارة تصميم وقارنه بجهد U المعلن لجهاز الحماية من اندفاع التيار (SPD)._CPV. تحقق أيضاً من مخطط التوصيل، وظروف تيار الخطأ، وتعليمات الشركة المصنعة. لا يوجد معامل ضرب عالمي بقيمة 1.2 يمكنه استبدال هذه الحسابات.

هل يعني تصنيف الكيلو أمبير (kA) الأعلى دائماً حماية أفضل؟

لا. قارن بين نفس شكل موجة الاختبار والفئة، ثم ضع في الاعتبار مستوى الحماية من الجهد، وتصنيف الجهد المستمر، وموقع التركيب، والتنسيق. لا يمكن للتصنيف الفردي الأعلى أن يعوض عن تصنيف جهد غير مناسب أو توصيلات كهربائية غير صحيحة.

الخاتمة

الطريقة الأكثر أماناً لاختيار جهاز حماية من التيار المستمر (DC SPD) هي البدء بالدائرة الفعلية والمعدات المراد حمايتها، ثم التحقق من تصنيفات الجهاز ونطاق تطبيقه وتعليمات التركيب الخاصة به. بالنسبة لمشاريع الطاقة الكهروضوئية، استخدم وثائق منتجات IEC 61643-31 وإرشادات التطبيق IEC 61643-32 إلى جانب القواعد المحلية. استكشف Kuangya DC SPD products and request model-specific technical documents before specifying a device.