1.1 التعاريف والوظائف الأساسية

المصهر هو جهاز أمان كهربائي مهم مصمم لتوفير الحماية من التيار الزائد عن طريق مقاطعة الدوائر الكهربائية عندما يتدفق التيار الزائد عبرها. تعتمد وظيفة المصهر الأساسية على آلية ذوبان يتم التحكم فيها حيث يذوب عنصر معدني، مصنوع عادة من سبائك الفضة أو النحاس أو الزنك، ويخلق فجوة قوسية عند تعرضه لمستويات حالية تتجاوز قدرته المقدرة. يمنع هذا الانقطاع المتحكم فيه تلف المعدات الكهربائية والأسلاك ويزيل مخاطر الحريق في الأنظمة الكهربائية.

وتشمل الوظائف الرئيسية ما يلي:

حماية التيار الزائد:يمنع الموصلات والمكونات من ارتفاع درجة الحرارة أو اشتعال النار.

الدعم الميكانيكي:يجب أن يتناسب المصهر بشكل آمن داخل الحامل أو المقبس مع الحفاظ على مقاومة اتصال منخفضة.

إمكانية الخدمة:مختلفأنواع الصماماتتم تصميمها لسهولة الاستبدال أو الصيانة الميدانية.

تشمل المتغيرات الرئيسيةكتل الصمامات, مقاطع الصمامات، وأصحاب خرطوشة، تم تحسين كل منها لحالات الاستخدام المميزة.

1.2 مكان استخدام حاملات المصهر (لقطات الصناعة)

تعتمد الصناعات المختلفة على الصمامات لضمان السلامة والموثوقية:

الالكترونيات الاستهلاكية:خرطوشة صغيرة وثنائي الفينيل متعدد الكلور-مثبت في أجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأجهزة التلفزيون، والأجهزة.

السيارات:تحمي الصمامات النصلية والحوامل المضمنة أحزمة 12 فولت/48 فولت، وحزم بطاريات المركبات الكهربائية، ومحولات التيار المستمر - DC.

التحكم الصناعي:الصمامات الأسطوانية وحاملات السكك الحديدية DIN في مراكز التحكم في المحركات والمفاتيح الكهربائية.

شبكات الجهد العالي:صمامات الجسم{0}}المثبتة بمسامير أو المربعة للمحولات وتوزيع المرافق.

 

 

2.1 الجهد المنخفض مقابل الصمامات ذات الجهد العالي

يكمن التمييز الأساسي بين أنواع الصمامات ذات الجهد المنخفض وأنواع الصمامات ذات الجهد العالي في بنائها وموادها وبيئات التشغيل المقصودة. تعمل الصمامات ذات الجهد المنخفض عادةً في أنظمة ذات جهد يصل إلى 1000 فولت تيار متردد أو 1500 فولت تيار مستمر، وتشمل التطبيقات السكنية والتجارية والصناعية الخفيفة. هؤلاءأنواع الصماماتتوجد بشكل شائع في لوحات التوزيع ومراكز التحكم في المحركات ودوائر حماية المعدات حيث من المتوقع حدوث تيارات وفولتية معتدلة.

على العكس من ذلك، تم تصميم الصمامات ذات الجهد العالي للأنظمة الكهربائية التي تتجاوز 1000 فولت تيار متردد، وغالبًا ما تتراوح من 3 كيلو فولت إلى 38 كيلو فولت في تطبيقات الجهد المتوسط ​​وما بعد 38 كيلو فولت في أنظمة نقل الجهد العالي. يشتمل إنشاء أنواع الصمامات ذات الجهد العالي على وسائط تبريد -قوسية متخصصة، مثل رمل السيليكا أو الغازات المتخصصة، لمقاطعة تيارات أعطال الطاقة العالية-بشكل فعال. تتميز هذه الصمامات بأغطية سيراميكية أو مركبة قوية مصممة لتحمل الضغوط الميكانيكية المتولدة أثناء انقطاع الأعطال وتوفير الخلوصات الكهربائية الكافية لتشغيل الجهد العالي.

تختلف بيئات التطبيق الخاصة بفئات الصمامات هذه بشكل كبير. تعمل الصمامات ذات الجهد المنخفض على حماية المعدات مثل المحركات والمحولات ودوائر الإضاءة والأحمال الإلكترونية في المباني والمنشآت الصناعية. تُستخدم الصمامات ذات الجهد العالي في المقام الأول في أنظمة نقل وتوزيع الطاقة، وحماية المحولات، والمفاتيح الكهربائية، والخطوط الهوائية حيث يمكن أن تصل تيارات الأعطال إلى عشرات الآلاف من الأمبيرات وتتطلب قدرات انقطاع متخصصة.

 

2.2 الصمامات AC مقابل DC

ينبع التمييز بين أنواع فتيل التيار المتردد وصمامات التيار المستمر من الاختلافات الأساسية في السلوك الحالي وخصائص القوس. يعبر التيار المتردد بشكل طبيعي الصفر مرتين في كل دورة (عادة 120 مرة في الثانية في أنظمة 60 هرتز)، مما يوفر نقاط انطفاء القوس الطبيعي. تسمح ظاهرة التقاطع الصفري - لصمامات التيار المتردد بمقاطعة تيارات الصدع بسهولة أكبر، حيث ينطفئ القوس بشكل طبيعي عندما يقترب التيار من الصفر.

تواجه صمامات التيار المستمر تحديات أكبر بكثير لأن التيار المباشر يحافظ على قطبية وحجم ثابتين، مما لا يوفر أي نقاط عبور طبيعية -لانقراض القوس. وبالتالي، تتطلب أنواع منصهرات التيار المستمر إمكانات محسنة لإخماد القوس-، بما في ذلك الحشوات المتخصصة، ومسارات القوس الأطول، وميزات النفخ المغناطيسي الأقوى- لإطفاء القوس بالقوة. الطبيعة المستمرة للتيار المستمر تعني أنه بمجرد إنشاء القوس، فإنه يميل إلى الحفاظ على نفسه، مما يتطلب آليات انقطاع أكثر عدوانية.

الاختيار بين هذهأنواع الصماماتيعتمد بشكل حاسم على خصائص نظام الطاقة. تعتبر صمامات التيار المتردد مناسبة لأنظمة التوزيع الكهربائية التقليدية ومحركات المحركات ومعظم المعدات الصناعية. تعد صمامات التيار المستمر ضرورية لأنظمة البطاريات، وتركيبات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، والمركبات الكهربائية، ومحركات محركات التيار المستمر حيث يتطلب غياب تقاطعات التيار الطبيعي صفر-قدرات انقطاع متخصصة. غالبًا ما تشتمل صمامات التيار المستمر الحديثة على ميزات الانفجار المغناطيسي وغرف القوس الممتدة لمقاطعة تيارات خطأ التيار المستمر بشكل فعال.

 

 

التقييمات الكهربائية لالتقاط

عند التصنيفأنواع الصماماتيجب على المهندسين الحصول على التصنيفات الكهربائية أولاً:

التصنيف الحالي (في):التيار المستمر الذي يمكن أن يحمله المصهر دون أن ينصهر.

الجهد المقنن:يميزالصمامات ذات الجهد المنخفض(حتى 1000 فولت) منالصمامات ذات الجهد العالي(فوق 1000 فولت).

تيار الدائرة القصيرة المحتمل-(Isc):الحد الأقصى لتيار الخطأ الذي يمكن للنظام توصيله. الصماماتمقاطعة التقييميجب أن تكون أكبر من أو تساوي هذه القيمة.

الوقت-المنحنى الحالي:يحدد سرعة استجابة الصمامات؛ مرتبطة بـ I²t (تمرير الطاقة-من خلال).

 

العوامل الميكانيكية والبيئية

تختلف الصمامات ليس فقط في التصنيفات الكهربائية ولكن أيضًا في المرونة الجسدية. تشمل المعلمات:

نوع التركيب: ثنائي الفينيل متعدد الكلور، أو حامل اللوحة، أو مضمن، أو سكة DIN، أو اتصال مثبت بمسامير.

مقاومة التلامس: القيم المنخفضة تقلل من توليد الحرارة عند المحطات الطرفية.

ارتفاع درجة الحرارة: الحرارة المفرطة تقلل من عمر الصمامات وتؤثر على الدقة.

تصنيف IP: يحدد مقاومة الغبار والماء للاستخدامات الخارجية أو السيارات.

 

الامتثال والمعايير التي يجب أن تتطابق معها

ترتبط كل فئة من فئات الصمامات بالمعايير الدولية:

يو ال 248:يغطي تصنيفات الصمامات في أمريكا الشمالية.

إيك 60269:معيار عالمي لصمامات الجهد المنخفض-.

يو ال 4248:يتحكم في حاملات المصهرات، مما يضمن التركيب الآمن.

ايزو 8820:متطلبات الصمامات السيارات.

قد يؤدي الفشل في مطابقة نوع المصهر مع الشهادة الصحيحة إلى إبطال الامتثال وتعريض النظام للمخاطر.

 

 

3.1 الصمامات NH (قدرة كسر عالية الجهد المنخفض)

الصمامات NH(من الألمانية "Niederspannungs-Hochleistungs") عبارة عن أجهزة ذات جهد كهربائي منخفض-وقدرات كسر عالية. وهي مصممة للوحات التوزيع ومراكز التحكم في المحركات والأحمال الصناعية الثقيلة. بفضل قدرات القطع التي تصل إلى 120 كيلو أمبير، تحمي صمامات NH من دوائر القصر الشديدة في شبكات الجهد المنخفض-.

فئة الجهد: عادة ما يصل إلى 690 فولت تيار متردد.

التطبيقات: المفاتيح الكهربائية الصناعية، توزيع الطاقة، الحماية الاحتياطية لقواطع الدائرة.

المزايا: قدرة كسر عالية، أبعاد موحدة.

أنواع الصمامات NH نشأت في ألمانيا وتمثل فئة مهمة من الصمامات ذات قدرة الانكسار العالية المصممة للتطبيقات الصناعية ذات الجهد المنخفض. يشير اسم "NH" إلى "Niederspannung Hochleistung" (أداء عالي الجهد المنخفض)، مما يعكس قدرتها على مقاطعة تيارات الأعطال العالية جدًا مع الحفاظ على الأبعاد المدمجة. هؤلاءأنواع الصماماتتتميز بنظام التلامس المميز لشفرات السكين- وبنية الجسم الخزفية القوية، مما يمكنها من تحقيق معدلات مقاطعة تتجاوز 100 كيلو أمبير في بعض التكوينات.

يشتمل بناء صمامات NH على العديد من عناصر التصميم الرئيسية التي تساهم في أداء الصمامات ذات القدرة العالية على الانكسار. يوفر الغلاف الخزفي قوة ميكانيكية ممتازة وثباتًا حراريًا، بينما تضمن وصلات شفرة السكين-اتصالات كهربائية موثوقة وتسهل عملية الاستبدال. يتميز البناء الداخلي بالعديد من عناصر الصمامات المتوازية المحاطة بحشوة رمل الكوارتز، والتي تعمل بمثابة وسيط تبريد قوسي- وتوفر الدعم الميكانيكي أثناء انقطاع الأعطال.

تجد صمامات NH تطبيقًا واسع النطاق في مراكز التحكم في المحركات الصناعية وأنظمة توزيع الطاقة وحماية المعدات حيث يُتوقع وجود تيارات عطل عالية. توفر أحجامها الموحدة (000، 00، 0، 1، 2، 3، و4) المرونة في مطابقة متطلبات الحماية لتطبيقات محددة. إن الجمع بين قدرة المقاطعة العالية والحجم الصغير والتشغيل الموثوق به يجعل أنواع الصمامات NH مناسبة بشكل خاص للمنشآت الصناعية الحديثة حيث تتطلب قيود المساحة ومستويات تيار الأعطال العالية حلول حماية فعالة.

 

3.2 الصمامات الأسطوانية (NF).

الصمامات الأسطوانية، والمعروفة أيضًا باسم صمامات الخرطوشة، هي من بين الأكثر شيوعًاأنواع الصماماتفي الإلكترونيات والتحكم الصناعي. لقد تم توحيدها بواسطة IEC 60269 وتأتي بأحجام مثل 6×32 ملم، 10×38 ملم، 14×51 ملم، و22×58 ملم.

التطبيقات: الإلكترونيات الاستهلاكية، الإضاءة، المرحلات الصناعية، المحركات الصغيرة.

الإيجابيات: مدمج، سهل الاستبدال، متاح على نطاق واسع.

السلبيات: انخفاض التصنيفات الحالية مقارنة بـ NH أو الصمامات المثبتة بمسامير.

تمثل أنواع الصمامات الأسطوانية، والمعروفة أيضًا باسم صمامات الخرطوشة، واحدة من أكثر فئات أجهزة الحماية الكهربائية شيوعًا وتنوعًا في جميع أنحاء العالم. هؤلاءأنواع الصماماتتتميز ببنيتها الأنبوبية مع أغطية طرفية معدنية توفر الدعم الميكانيكي ونقاط التوصيل الكهربائية. الأبعاد القياسية للصمامات الأسطوانية، بما في ذلك الأحجام الشائعة مثل 6×32 مم، 10×38 مم، 14×51 مم، و22×58 مم، تضمن قابلية التبديل وتبسيط إجراءات الشراء والصيانة.

يختلف البناء الداخلي للصمامات الأسطوانية اعتمادًا على التطبيق المقصود ومتطلبات الأداء. تتميز الإصدارات سريعة المفعول-بعناصر سلكية رفيعة مصممة للإنصهار السريع في ظل ظروف التيار الزائد، مما يجعلها مثالية لحماية أشباه الموصلات والمعدات الإلكترونية الحساسة. تشتمل متغيرات النفخ البطيء- على عناصر الكتلة الحرارية التي يمكنها تحمل الأحمال الزائدة المؤقتة، مثل تيارات بدء تشغيل المحرك، مع الاستمرار في توفير حماية موثوقة لتيار العطل.

اعتمدت أسواق أوروبا وآسيا-المحيط الهادئ معايير الصمامات الأسطوانية على نطاق واسع، مع وجود اختلافات في تصميمات الأجهزة الطرفية وخصائص الأداء. تشمل التطبيقات الشائعة دوائر التحكم في المحركات، وأنظمة الإضاءة، وحماية المعدات الإلكترونية، والتوزيع الكهربائي للأغراض العامة. يسهل الحجم الصغير وترتيبات التثبيت الموحدة لأنواع صمامات الخرطوشة هذه التكامل في تصميمات المعدات المختلفة مع توفير حماية موثوقة من التيار الزائد عبر نطاقات الجهد والتيار المتنوعة.

 

3.3 صمامات التوصيل المثبتة بمسامير BS

الصمامات انسحبشائعة في تطبيقات نظام EV، وحماية البطارية، وDC. يتم تثبيتها باستخدام وصلات لولبية أو مثبتة بمسامير، مما يضمن مقاومة اتصال منخفضة وموثوقية عالية. تشتمل نطاقات الجهد غالبًا على خيارات 200 فولت تيار مستمر، و500 فولت تيار مستمر، و750 فولت تيار مستمر.

التطبيقات: السيارات الكهربائية، أنظمة تخزين الطاقة، الحافلات الصناعية DC.

الايجابيات: سلامة الاتصال ممتازة، وانخفاض فقدان الطاقة.

السلبيات: تتطلب التحكم في عزم الدوران والفحوصات الحرارية الدورية.

تمثل صمامات التوصيل المثبتة بمسامير BS فئة متخصصة منأنواع الصماماتمصمم خصيصًا لتطبيقات التيار العالي-التي تتطلب توصيلات ميكانيكية آمنة. تتميز أنواع الصمامات المثبتة بمسامير بترتيبات طرفية قوية مع وصلات ملولبة تضمن مقاومة اتصال منخفضة وأداء كهربائي موثوق به في البيئات الصعبة. يوفر تصميم التوصيل المثبت بمسامير ثباتًا ميكانيكيًا فائقًا مقارنةً بملامسات الشفرة أو الحلقة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات المعرضة للاهتزاز، والتدوير الحراري، وضغوط تيار الأعطال العالية.

لقد توسع نطاق تطبيق الصمامات المثبتة بمسامير BS بشكل كبير مع نمو المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة. تتضمن تطبيقات صمامات EV عادةً جهدًا مستمرًا يتراوح من 200 فولت تيار مستمر إلى 750 فولت تيار مستمر، حيث يعد الانقطاع الموثوق لتيارات الأعطال العالية أمرًا بالغ الأهمية لسلامة الركاب وحماية المعدات. تستخدم أنظمة حماية البطارية أنواع الصمامات المثبتة بمسامير لتوفير الحماية الأولية من التيار الزائد مع الحفاظ على انخفاض الجهد المنخفض والتشغيل الموثوق خلال فترات الخدمة الممتدة.

تشتمل ميزات إنشاء صمامات التوصيل المثبتة بمسامير على أطراف الخدمة الشاقة- المصممة لتوصيلات عروة الكابلات، والمبيتات الخزفية أو المركبة القوية للقوة الميكانيكية، وأنظمة التبريد القوسية المتخصصة- المحسنة لتطبيقات التيار المستمر. ويتناسب تصميم المحطة مع مختلف أحجام الكابلات وطرق الاتصال، مما يوفر المرونة في تصميم النظام وتركيبه. هؤلاءأنواع الصماماتتعتبر ذات قيمة خاصة في التطبيقات التي تكون فيها إمكانية الوصول إلى الصيانة وموثوقية الاتصال من أهم الاهتمامات.

 

3.4 صمامات الجسم المربعة الأوروبية

صمامات الجسم المربعةوتستخدم على نطاق واسع في أنظمة الطاقة الصناعية والمتجددة. إنها توفر تصميمات طرفية متعددة، مثل الأطراف المسطحة أو النصلية أو المثبتة بمسامير، وغالبًا ما يتم اختيارها لهافتيل أشباه الموصلاتالتطبيقات.

التطبيقات: العاكسون، UPS، المحركات الصناعية، المصفوفات الشمسية.

الإيجابيات: وحدات، تصنيفات تيار عالية، I²t منخفض لحماية أشباه الموصلات.

السلبيات: ضخم، ويتطلب أدوات تركيب مناسبة.

تشكل صمامات الجسم المربعة الأوروبية فئة مميزة منأنواع الصماماتتتميز بتصميمها المستطيل وتكويناتها الطرفية المتنوعة. توفر أنواع الصمامات ذات الجسم المربع خيارات أطراف توصيل متعددة، بما في ذلك أطراف الشفرات المسطحة، وشفرات السكاكين على الطراز الأمريكي-، ومحطات حماية أشباه الموصلات المتخصصة، مما يوفر المرونة لمتطلبات التطبيقات المتنوعة. يعمل تصميم الجسم المربع على تحسين استخدام الحجم الداخلي، مما يسمح بقدرات تبريد معززة-وتحسين الإدارة الحرارية مقارنة بالبدائل الأسطوانية.

يلبي التنوع الطرفي المتوفر في صمامات الجسم المربعة احتياجات التطبيقات المحددة عبر القطاعات الصناعية. توفر المحطات المسطحة اتصالات مدمجة مناسبة للمعدات الإلكترونية ولوحات التحكم، في حين توفر المحطات الطرفية لشفرات السكين سعة تيار أعلى لتطبيقات توزيع الطاقة. تتميز متغيرات فتيل أشباه الموصلات بتصميمات طرفية متخصصة مُحسّنة لحماية أجهزة الطاقة الإلكترونية مثل IGBTs والثايرستور وثنائيات الطاقة في المحركات الصناعية وأنظمة الطاقة المتجددة.

تستخدم التطبيقات الصناعية وتطبيقات تخزين الطاقة صمامات الجسم المربعة الأوروبية على نطاق واسع نظرًا لمزيجها من الأداء العالي ومرونة التركيب. هؤلاءأنواع الصماماتتوجد بشكل شائع في محركات السيارات، وأنظمة UPS، وأنظمة تخزين طاقة البطارية، ومنشآت الطاقة المتجددة حيث تكون الحماية الموثوقة وسهولة الصيانة ضرورية. تعمل أبعاد التركيب القياسية على تسهيل تكامل اللوحة بينما تضمن مجموعة التصنيفات المتاحة التنسيق الأمثل للحماية مع مكونات النظام الأخرى.

 

3.5 منصهرات الأنابيب في أمريكا الشمالية (الفئة J، وR، وT، وما إلى ذلك)

في أمريكا الشمالية، يُعرّف UL 248 بأنه موحدفئات الصماماتمثل الفئة J، R، T، L، وغيرها. ولكل منها تقييمات محددة للجهد والتيار والمقاطعة، بالإضافة إلى أبعاد موحدة لقابلية التبادل.

الصمامات من الفئة J:صغير الحجم، وذو معدل مقاطعة عالٍ، وغالبًا ما يستخدم في لوحات التحكم الصناعية.

الصمامات فئة T:سريع المفعول للغاية-، ومثالي لوحدات UPS وحماية أشباه الموصلات.

الصمامات فئة R:متوفر في إصدارات زمنية-تأخيرية وسريعة-للاستخدام للأغراض العامة-.

تعمل فئات المنصهرات هذه على تسهيل عملية الاستبدال وتضمن التوافق مع حاملات المنصهرات المدرجة في قائمة UL-.

تمثل تصنيفات الصمامات الأنبوبية في أمريكا الشمالية نظامًا شاملاً لـأنواع الصماماتموحدة وفقًا لمعايير UL 248، مما يوفر خصائص أداء محددة لتطبيقات متنوعة. تشتهر أنواع الصمامات من الفئة T-بخصائصها السريعة ومعدلات المقاطعة العالية، مما يجعلها مثالية لحماية المعدات الإلكترونية الحساسة وأجهزة أشباه الموصلات. تتميز هذه الصمامات بأبعاد مدمجة مع قدرات استثنائية لمقاطعة تيار العطل، والتي غالبًا ما تتجاوز تصنيفات المقاطعة 200 كيلو أمبير.

توفر منصهرات الفئة J كلاً من متغيرات -التشغيل السريع وتأخير الوقت-، مما يوفر تعدد الاستخدامات لحماية المحرك وتطبيقات الأغراض- العامة. تتوافق إصدارات تأخير الوقت- مع تيارات بدء تشغيل المحرك مع توفير حماية موثوقة من الأخطاء، مما يجعلها شائعة في تطبيقات التحكم في المحركات الصناعية. توفر صمامات الفئة R بالمثل خيارات تأخير سريع ووقتي- ولكنها تتميز بأطراف من نوع الرفض - تمنع تركيب صمامات غير -محددة للتيار- في حاملاتها، مما يضمن أداء حماية متسقًا.

تستخدم تطبيقات حماية أشباه الموصلات على نطاق واسع صمامات أنبوبية متخصصة في أمريكا الشمالية مصممة لحماية أجهزة الطاقة الإلكترونية في أنظمة شحن المركبات الكهربائية، وأنظمة إدارة البطاريات، ومعدات التحكم الصناعية. تتميز أنواع صمامات أشباه الموصلات هذه-بخصائص الاستجابة السريعة للغاية مع أوقات مسح يتم قياسها بالمللي ثانية، مما يحمي أشباه موصلات الطاقة الباهظة الثمن من التلف أثناء حالات الأعطال. إن الجمع بين سرعة الاستجابة- العالية وسعة المقاطعة العالية يؤدي إلى تحقيق ذلكأنواع الصماماتضروري لتطبيقات الطاقة الإلكترونية الحديثة حيث تعد تكلفة المعدات وموثوقيتها من العوامل الحاسمة.

 

 

4.1 -التشغيل السريع مقابل البطيء-تفجير الصمامات

ومن أهم الفروق بينأنواع الصماماتهي سرعة الاستجابة:

الصمامات-السريعة المفعول:مصممة للمقاطعة بسرعة في ظل الأحمال الزائدة الصغيرة؛ مثالية لأجهزة أشباه الموصلات.

صمامات النفخ البطيئة-:يتحمل الاندفاعات المؤقتة (مثل تيارات تشغيل المحرك) ولكنه مفتوح أثناء الأحمال الزائدة المستمرة.

يؤدي اختيار الخاصية الخاطئة إلى التعثر المزعج أو عدم كفاية الحماية.

يكمن التمييز بين أنواع-الصمامات سريعة المفعول و-بطيئة النفخ في خصائصها الزمنية-الحالية والتطبيقات المقصودة. تم تصميم الصمامات سريعة المفعول- لتعمل بسرعة عند تعرضها لظروف التيار الزائد، وعادةً ما يتم فتحها خلال ثوانٍ أو أجزاء من الثواني عندما يتجاوز التيار تصنيفها. هؤلاءأنواع الصماماتتتميز بعناصر منصهرة رفيعة مع الحد الأدنى من الكتلة الحرارية، مما يسمح بالتسخين السريع والذوبان عند حدوث تيارات خطأ. الاستجابة السريعة تجعلها مثالية لحماية المكونات الإلكترونية الحساسة وأشباه الموصلات والمعدات التي لا يمكنها تحمل حتى ظروف التيار الزائد القصيرة.

وعلى العكس من ذلك، تشتمل صمامات النفخ البطيئة- على عناصر الكتلة الحرارية أو السبائك الخاصة التي يمكنها تحمل ظروف التيار الزائد المؤقتة لفترات زمنية محددة مسبقًا. تم تصميم أنواع الصمامات هذه للسماح بالعابرين التشغيليين العاديين، مثل تيارات بدء تشغيل المحرك، وتيارات تدفق المحولات، وتيارات شحن المكثف، مع الاستمرار في توفير حماية موثوقة ضد ظروف التيار الزائد المستمرة. يتم تحقيق خاصية التأخير الزمني- من خلال بناء العنصر- المزدوج، حيث يعمل عنصر التشغيل المحمل بنابض - في ظروف التيار الزائد بينما يتعامل العنصر الحراري مع ظروف التحميل الزائد.

يعتمد اختيار التطبيق بين أنواع الصمامات هذه على خصائص الحمل ومتطلبات الحماية. تتفوق الصمامات سريعة المفعول- في تطبيقات حماية أشباه الموصلات حيث يعد التخلص السريع من الأخطاء أمرًا ضروريًا لمنع تلف المكونات. تتطلب إلكترونيات الطاقة، والدوائر الإلكترونية، ومعدات القياس عادةً حماية سريعة-. يُفضل -صمامات النفخ البطيئة لحماية المحرك، ودوائر الإضاءة ذات تيارات التدفق العالية، وإمدادات الطاقة حيث من المتوقع حدوث تيارات زائدة مؤقتة أثناء التشغيل العادي. إن فهم هذه الخصائص يضمن اختيار الصمامات المناسب لحماية المعدات المثلى.

 

4.2 فهم تكنولوجيا المعلومات والتنسيق

تمثل المعلمة I²t خاصية أساسية للجميعأنواع الصمامات، قياس الطاقة الحرارية التي يسمح المصهر بالمرور من خلالها أثناء تشغيله. تعتبر هذه المعلمة، التي يتم قياسها بالأمبير-الثانية المربعة، ضرورية لفهم أداء المنصهر وضمان التنسيق المناسب مع أجهزة الحماية الأخرى. تتكون قيمة I²t من مكونين: ما قبل -القوس I²t (الطاقة الممتصة قبل ذوبان عنصر المصهر) وإجمالي I²t (الطاقة من بدء الخطأ إلى انقطاع التيار الكامل).

توفر منحنيات الوقت-التيار تمثيلًا رسوميًا لخصائص تشغيل المنصهر، مما يوضح العلاقة بين التيار المطبق ووقت التصفية لأنواع الصمامات المختلفة. تعتبر هذه المنحنيات ضرورية لدراسات تنسيق الحماية، مما يسمح للمهندسين بالتحقق من أن الصمامات ستعمل بالتسلسل الصحيح أثناء ظروف الخطأ. يضمن التنسيق المناسب تشغيل المصهر الأقرب إلى الخطأ فقط، مما يقلل من تعطل النظام ويحافظ على إمداد الطاقة للدوائر غير المتأثرة.

التنسيق بين مختلفأنواع الصماماتوأجهزة الحماية الأخرى تتطلب تحليلًا دقيقًا لخصائص الوقت الحالية-وقيم تكنولوجيا المعلومات. يجب أن تحتوي أجهزة الحماية الأولية على قيم I²t أعلى بما فيه الكفاية وأوقات تشغيل أطول للسماح للأجهزة النهائية بمسح الأخطاء أولاً. يعد هذا التنسيق الانتقائي مهمًا بشكل خاص في التطبيقات الحيوية مثل المستشفيات ومراكز البيانات والعمليات الصناعية حيث يمكن أن يؤدي انقطاع الطاقة غير الضروري إلى تأثيرات تشغيلية ومالية كبيرة. أدوات التحليل الحديثة بمساعدة الكمبيوتر-تسهل دراسات التنسيق من خلال تقديم مقارنات تفصيلية لخصائص الصمامات وأداء النظام.

 

تصف طاقة الصمامات المسموح بها-من خلال (I²t) الضغط الحراري المنقول إلى المعدات المحمية أثناء إزالة الأخطاء. يعد انخفاض I²t أمرًا حيويًا لحماية أشباه الموصلات. المهندسين التشاور أيضاالوقت-المنحنيات الحاليةلتنسيق الصمامات مع قواطع الدائرة، مما يضمن الانتقائية.

 

 

5.1 EV وصمامات البطارية

الصمامات EVتم تصميمها لتطبيقات التيار المستمر ذات الجهد العالي- في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة. يجب أن تتحمل بيئات 400 فولت - 1000 فولت تيار مستمر، وتتعامل مع التيارات عالية الارتفاع، وتقطع تيارات الأعطال الكبيرة بأمان.

التطبيقات: مجموعات بطاريات السيارات الكهربائية، وأجهزة الشحن السريع التي تعمل بالتيار المستمر، وأجهزة الشحن الموجودة على-المركبات (OBC).

الميزات: قدرة كسر عالية للتيار المستمر، تعبئة مدمجة، مقاومة للاهتزاز.

 

أدى التوسع السريع في تكنولوجيا المركبات الكهربائية إلى تطوير أنواع صمامات EV متخصصة مصممة لتلبية متطلبات الحماية الفريدة لأنظمة التيار المباشر ذات الجهد العالي-. هؤلاءأنواع الصماماتتعمل في بيئات مليئة بالتحديات تتميز بفولتية تيار مستمر تتراوح من 400 فولت إلى 1000 فولت، وتيارات الأعطال العالية، ومتطلبات السلامة الصارمة لحماية الركاب. تتطلب تطبيقات المركبات الكهربائية صمامات قادرة على مقاطعة تيارات خطأ التيار المستمر بأمان مع الحفاظ على الأبعاد المدمجة والبنية خفيفة الوزن لتقليل وزن السيارة وزيادة الكفاءة.

تمتد تطبيقات صمامات البطارية إلى ما هو أبعد من السيارات الكهربائية لتشمل أنظمة تخزين الطاقة، وإمدادات الطاقة غير المنقطعة، وتركيبات البطاريات على نطاق الشبكة-. تتطلب هذه الأنظمة أجهزة حماية قادرة على التعامل مع الخصائص الفريدة لتيارات أعطال البطارية، والتي يمكن أن تصل إلى مستويات عالية للغاية بسبب المقاومة الداخلية المنخفضة لأنظمة بطاريات أيون الليثيوم- الحديثة. يجب أن توفر صمامات حماية البطارية عملية موثوقة عبر نطاقات درجات حرارة واسعة مع الحفاظ على انخفاض الجهد المنخفض لزيادة كفاءة النظام إلى أقصى حد.

يتضمن إنشاء أنواع صمامات السيارات الكهربائية والبطاريات مواد متقدمة وميزات تصميمية لتلبية هذه المتطلبات الصعبة. تعمل نقاط الاتصال المطلية بالفضة- على تقليل مقاومة التلامس وانخفاض الجهد، بينما تضمن أنظمة التبريد القوسية المتخصصة - انقطاعًا موثوقًا للتيار المستمر. تعمل ميزات الإدارة الحرارية على منع ارتفاع درجة الحرارة أثناء التشغيل العادي، بينما توفر العلب القوية الحماية الميكانيكية في بيئات السيارات المعرضة للاهتزاز ودرجات الحرارة القصوى والأضرار المحتملة الناتجة عن الصدمات. هذه المتخصصةأنواع الصماماتالخضوع لاختبارات مكثفة لمعايير سلامة السيارات، بما في ذلك اختبارات التصادم ومتطلبات المتانة البيئية.

 

5.2 صمامات الطاقة الكهروضوئية والطاقة المتجددة

الصمامات gPVمتخصصة في التطبيقات الكهروضوئية. إنها تحمي الألواح الشمسية وصناديق التجميع والمحولات من أعطال التيار الزائد والتيار العكسي.

الجهد الكهربائي: تشمل التقييمات الشائعة 1000 فولت تيار مستمر و1500 فولت تيار مستمر.

التطبيقات: مزارع الطاقة الشمسية، صناديق التجميع، العاكسات المركزية.

الميزات: مصمم للتعامل مع التيار الزائد المنخفض لفترات طويلة في المصفوفات الكهروضوئية.

تتطلب الأنظمة الكهروضوئية أنواعًا متخصصة من الصمامات الكهروضوئية المصممة للتعامل مع الخصائص الفريدة للمنشآت الشمسية، بما في ذلك الظروف الحالية العكسية، ودرجات الحرارة المحيطة المرتفعة، وتحديات انقطاع قوس التيار المستمر. هؤلاءأنواع الصماماتيتم تصنيفها على أنها صمامات gPV (للأغراض العامة الكهروضوئية) وفقًا للمعايير الدولية، ومصممة خصيصًا لحماية سلاسل الألواح الشمسية، وصناديق التجميع، ومدخلات العاكس. يضمن تصنيف gPV أن الصمامات يمكن أن تقاطع بشكل آمن ظروف التيار الزائد والتيار العكسي التي قد تحدث في الأنظمة الكهروضوئية.

تشمل تطبيقات صمامات الطاقة الشمسية حماية السلسلة، وحماية صندوق التجميع، ووظائف فصل التيار المستمر في كل من التركيبات السكنية ومنشآت المرافق. تعمل صمامات السلسلة على حماية سلاسل الألواح الشمسية الفردية من ظروف التيار الزائد الناتجة عن الأعطال الأرضية أو أخطاء القوس أو ظروف التغذية العكسية. تتطلب تطبيقات صندوق التجميع صمامات قادرة على التنسيق مع أجهزة الحماية الأخرى مع توفير إمكانات عزل موثوقة لأغراض الصيانة. تتطلب بيئة التشغيل القاسية لمنشآت الطاقة الشمسية، بما في ذلك درجات الحرارة القصوى والتعرض للأشعة فوق البنفسجية والظروف الجوية، إنشاء صمامات قوية.

تستخدم أنظمة الطاقة المتجددة بخلاف الطاقة الشمسية، بما في ذلك منشآت تخزين طاقة الرياح والطاقة، تقنيات متخصصةأنواع الصماماتمصممة لتلبية متطلبات الحماية الخاصة بهم. تتطلب تطبيقات توربينات الرياح صمامات قادرة على التعامل مع تيارات أعطال المولد وتوفير حماية موثوقة في البيئات ذات الاهتزازات العالية-. تتطلب تطبيقات تخزين الطاقة صمامات مناسبة لحماية البطارية وواجبات التوصيل البيني للشبكة. يتطلب دمج مصادر الطاقة المتجددة في الشبكات الكهربائية تنسيقًا دقيقًا لأنظمة الحماية لضمان التشغيل الموثوق مع الحفاظ على استقرار الشبكة وسلامتها.

 

5.3 صمامات حماية أشباه الموصلات

هؤلاءالصمامات أشباه الموصلات، وتسمى أيضًا صمامات aR، وهي تعمل بسرعة كبيرة-لحماية إلكترونيات الطاقة الحساسة مثل IGBTs والمقومات ومحركات الأقراص. تتميز بكثافة I² منخفضة للغاية وعادةً ما تكون من الأنواع المربعة-أو ذات الهياكل المثبتة بمسامير.

التطبيقات: محركات التردد المتغير، UPS، ومحولات الطاقة العالية-.

الإيجابيات: يحمي أشباه الموصلات الباهظة الثمن، ويضمن الحد الأدنى من مرور الطاقة-.

السلبيات: الاستخدام المحدود للأغراض العامة-؛ يجب أن يقترن بأجهزة الحماية الأخرى.

تمثل صمامات حماية أشباه الموصلات درجة عالية من التخصصأنواع الصماماتتم تصميمه لحماية أجهزة الطاقة الإلكترونية باهظة الثمن مثل IGBTs، وMOSFETs الكهربائية، والثايرستور، وثنائيات الطاقة. تتميز أنواع صمامات حماية أشباه الموصلات هذه بخصائص الاستجابة السريعة للغاية- مع أوقات مسح يتم قياسها بالمللي ثانية أو حتى بالميكروثانية، مما يمنع تلف وصلات أشباه الموصلات الحساسة أثناء حالات الأعطال. يتم تحقيق القدرة على الاستجابة السريعة من خلال التصميم الأمثل لعنصر الصمامات وأنظمة التبريد القوسية المتقدمة-.

توفر تصنيفات الصمامات aR (المصاحبة لحماية دائرة المحرك) حماية متخصصة لمحركات المحركات ومحركات التردد المتغير حيث تتحكم أجهزة أشباه الموصلات في تشغيل المحرك. تنسق هذه الصمامات مع حماية المحرك الزائد مع توفير حماية احتياطية لأجهزة تبديل أشباه الموصلات. يضمن تعيين aR أن هذهأنواع الصماماتلن تعمل أثناء ظروف بدء تشغيل المحرك العادية مع توفير حماية موثوقة أثناء ظروف خطأ أشباه الموصلات.

تستمر تطبيقات صمامات حماية أشباه الموصلات في التوسع مع انتشار إلكترونيات الطاقة في الأتمتة الصناعية، وأنظمة الطاقة المتجددة، والمركبات الكهربائية، والمحولات المرتبطة بالشبكة. تعتمد المحركات الصناعية الحديثة وأنظمة UPS ومعدات تحويل الطاقة على هذه الصمامات المتخصصة لحماية التركيبات التي تبلغ قيمتها ملايين -الدولار من أعطال أشباه الموصلات المكلفة. تتضمن معايير اختيار صمامات حماية أشباه الموصلات توافق I²t مع الأجهزة المحمية، ومعدلات الجهد المناسبة لتشغيل النظام، والتكوينات الميكانيكية المناسبة لتصميمات معدات محددة. التطبيق السليم لهذهأنواع الصماماتيضمن التشغيل الموثوق للمعدات مع تقليل تكاليف الصيانة ووقت توقف النظام.

 

 

كلنوع الصماماتيجب أن تمتثل للمعايير الدولية أو الإقليمية. تحدد هذه المعايير فئات الجهد والأبعاد وإجراءات الاختبار وهوامش الأمان.

يو ال 248:معيار الصمامات في أمريكا الشمالية. فهو يحدد الفئة J، R، T، L، CC، وغيرها الكثير.

إيك 60269:معيار الصمامات العالمية ذات الجهد المنخفض-، الذي يغطي الصمامات الأسطوانية وNH والمربعة-.

ايزو 8820:منصهرات السيارات القياسية، التي تغطي الشفرة والمسمار-الصمامات السفلية.

بنفايات والوصول:الإمتثال البيئي للمواد الخطرة.

إن اختيار المصهر الذي يفتقر إلى الشهادة المناسبة يخاطر بالسلامة والموافقة التنظيمية. يجب على المهندسين التحقق من أن الصمامات تحمل العلامات المناسبة (UL Listed، CSA، VDE، CE).

تحكم المعايير الدولية تصميم واختبار وتطبيق مختلفأنواع الصماماتلضمان الأداء والسلامة المتسقين عبر مختلف الشركات المصنعة والتطبيقات. يمثل UL 248 معيار أمريكا الشمالية الشامل الذي يغطي الصمامات الكهربائية، مع فئات فرعية محددة تتناول أنواع الصمامات المختلفة بما في ذلك الفئة J، والفئة T، والفئة R، وصمامات حماية أشباه الموصلات. تحدد هذه المواصفة القياسية متطلبات الأداء وإجراءات الاختبار ومتطلبات وضع العلامات لضمان التشغيل الموثوق به وسلامة المستخدم.

يعتبر المعيار IEC 60269 بمثابة المعيار الدولي لصمامات الجهد المنخفض-، حيث يوفر مواصفات تفصيلية لبناء الصمامات وخصائص الأداء وإجراءات الاختبار. تشمل هذه المواصفة القياسية أنواعًا مختلفة من الصمامات بما في ذلك صمامات NH والصمامات الأسطوانية وصمامات الشفرات المستخدمة في جميع أنحاء العالم. يضمن معيار IEC التوافق العالمي ويزود الشركات المصنعة بمعايير تصميم متسقة لتطوير منتجات حماية موثوقة. يتيح الامتثال للمعيار IEC 60269 لمصنعي الصمامات الوصول إلى الأسواق الدولية مع ضمان خصائص أداء متسقة.

 

تتطلب التطبيقات المتخصصة شهادات إضافية تتجاوز المعايير الكهربائية الأساسية. تتناول ISO 8820 معايير الصمامات لمركبات الطرق، مما يضمن أن تطبيقات السيارات تلبي المتطلبات المحددة لمقاومة الاهتزاز، وأداء درجة الحرارة، والسلامة من التصادم. تؤثر اللوائح البيئية مثل RoHS وREACH على تصنيع الصمامات من خلال تقييد استخدام المواد الخطرة والمطالبة بتوثيق تكوين المواد. تؤثر هذه المتطلبات التنظيمية على اختيارأنواع الصماماتفي التطبيقات التي يكون فيها الامتثال البيئي إلزاميًا، مثل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية وأنظمة السيارات.

 

7.2 أنواع الصمامات مقابل المعايير

 

نوع الصمامات	المعيار الأساسي	المتغيرات الإقليمية	هيئات التصديق	متطلبات خاصة
الصمامات NH	إيك 60269-2	الدين 43620، بس 88-2	VDE، BSI، كيما	اختبار قدرة الكسر العالية
الصمامات الأسطوانية	إيك 60269-3	يو ال 248-14، جيس C4604	أول، وكالة الفضاء الكندية، طائرة، VDE	توحيد الحجم
فئة J/T/R	يو ال 248 (أجزاء مختلفة)	CSA C22.2 رقم . 106	أول، وكالة الفضاء الكندية	القيد الحالي، ميزات الرفض
الصمامات الكهروضوئية	إيك 60269-6، يو إل 2579	توف 2PfG 1169/08.2007	توفالو، أول، إيك سي بي	عكس التيار، التعرض في الهواء الطلق
الصمامات أشباه الموصلات	إيك 60269-4	يو ال 248-13	أول، فد، كيما	استجابة سريعة، دقة عالية
صمامات السيارات	ايزو 8820	ساي J1284، دين 72581	إسو، ساي، اللجنة الاقتصادية لأوروبا	الاهتزاز، والسلامة من الصدمات

 

 

يمكن أن تؤدي عمليات الرقابة على الشهادات والامتثال إلى انتهاكات تنظيمية ومخاوف تتعلق بالسلامة، لا سيما في التطبيقات التي تتطلب موافقات محددة مثل السيارات أو المواقع البحرية أو المواقع الخطرة. يمكن أن يؤدي استخدام أنواع الصمامات غير المعتمدة-في التطبيقات التي تتطلب قائمة UL أو علامة CE أو الموافقات التنظيمية الأخرى إلى رفض المعدات ومشكلات التأمين والمخاوف المتعلقة بالمسؤولية. يجب أيضًا مراعاة المتطلبات البيئية مثل الامتثال لـ RoHS في التطبيقات التي يكون فيها الامتثال التنظيمي إلزاميًا.

 

عدم تطابق الجهد:إن استخدام مصهر ذي تصنيف أقل من جهد النظام قد يؤدي إلى استمرار القوس.

تم تجاهل مقاطعة التقييم:إذا تجاوز تيار خطأ النظام الأشعة تحت الحمراء للمصهر، فقد يحدث فشل كارثي.

الوقت الخاطئ-الخاصية الحالية:قد يؤدي تحديد -منصهر ذو احتراق بطيء لحماية أشباه الموصلات إلى تلف الأجهزة.

الرقابة البيئية:يؤدي الفشل في حساب ارتفاع درجة الحرارة أو الاهتزاز أو الرطوبة إلى تقليل موثوقية المصهر.

إهمال الشهادة:قد تفشل الصمامات غير المعتمدة-في عمليات التدقيق وفحوصات الامتثال القانوني.