Table of Contents
Understanding Ac to Dc Power Conversion in Commercial Environments
وتعتمد المعدات التجارية على إمدادات ثابتة ونظيفة من التيارات المباشرة إلى الأجهزة الإلكترونية الحساسة للطاقة، ونظم الرقابة، والوصلات البينية للاتصالات، ويجب تصحيح التيار الحالي من شبكة المرافق العامة، ووضع ضوابط تنظيمية لإنتاج الفولط الثابت في العاصمة الذي تتطلبه الحمولات الحديثة، وتشمل عملية التحويل هذه عدة مراحل: تصحيح المدخلات، وإصلاح عوامل القوة، والتبديل العالي التردد، والعزلة في مراحل الإنتاج، وإعادة تكييف النماذج، والاختتام.
وتمتد نتائج الإمداد غير الكافي بالطاقة إلى ما يتجاوز الفشل في المعدات البسيطة، ويمكن أن تنشأ مخاطر الحريق، ومخاطر الصدمات الكهربائية، وفساد البيانات، وظروف التشغيل غير المأمونة عندما لا تستوفي إمدادات الطاقة معايير السلامة والأداء المعمول بها، وقد تطورت الأطر التنظيمية على مدى عقود للتخفيف من هذه المخاطر، بالاستفادة من الدروس المستفادة من الإخفاقات الميدانية، والاختبارات المختبرية، والتعاون في الصناعة.
The Regulatory Landscape for Power Supply Compliance
وتسير إدارة إمدادات الطاقة من شركة AC إلى العاصمة على مستويات متعددة: المعايير الدولية التي وضعتها اللجنة الدولية للكهرباء الكهربائية، والأنظمة الإقليمية التي تنفذها هيئات مثل الاتحاد الأوروبي أو إدارة السلامة والصحة المهنية بالولايات المتحدة، وعلامات التصديق الوطنية التي تحتاجها فرادى البلدان، وهذه الطبقات لا تتواءم دائما، ويجب على المصنعين أن يلبيوا في كثير من الأحيان متطلبات التداخل أو التباين حسب أسواقهم المستهدفة.
الهيئات المعنية بالمعايير الدولية وتأثيرها
وتنشر اللجنة معايير قائمة على توافق الآراء تشكل أساس العديد من الأنظمة الإقليمية، وقد تحدد اللجنة الانتخابية المستقلة 60950-1 و62368-1 خلفها متطلبات السلامة لتكنولوجيا المعلومات والمعدات السمعية/الفيدية، على التوالي، وتحدد هذه الوثائق مسافات الزاحف، ومتطلبات التطهير، ودرجات العزل، والحدود القصوى لدرجات الحرارة، وبروتوكولات اختبار التكييف التي تشكل مباشرة تصميم إمدادات الطاقة، والبلدان التي تعتمد معايير للكهرباء الدولية باعتبارها قواعد وطنية مصدق عليها كثيرا ما توفر لها معنى
شروط التصديق الإقليمية
وفي أمريكا الشمالية، تفرض معايير مختبرات المقاولات المتعاقبة، مثل 60950-1 و62368-1 من طراز UL، وزناً قانونياً لأن شركة " إتش إيه " تحتاج إلى معدات مدرجة أو مصدقة في العديد من تطبيقات أماكن العمل، ولا تكون علامة الوصل بين الولايات المتحدة ملزمة لجميع المعدات التي تباع في الولايات المتحدة، بل يتعين على شركات البيع بالتجزئة والمؤمنين النهائيين أن تطالب بها في كثير من الأحيان.
معايير السلامة الأساسية لـ (ج) إلى إمدادات الطاقة
وتعالج معايير السلامة المتعلقة بإمدادات الطاقة خطرين أساسيين هما: الصدمات الكهربائية والنيران، وترمي الاحتياجات إلى حماية المستخدمين في ظروف التشغيل العادية والظروف غير المباشرة، ويمثل الانتقال من 60950-1 إلى 62368-1 إلى المركز الدولي للكهرباء تحولا كبيرا في الفلسفة، من نهج قائم على فئات المنتجات إلى إطار هندسي قائم على المخاطر.
IEC 60950-1 and the Transition to IEC 62368-1
وقد ظل معيار السلامة المهيمن لمعدات تكنولوجيا المعلومات الذي يمتد لأكثر من عقدين، وهو يحدد ثلاثة فئات من المعدات استنادا إلى طريقة الحماية من الصدمات الكهربائية: الدرجة الأولى (الأرض الواقية)، والفئة الثانية (العزلة المزدوجة أو المعززة)، والفئة الثالثة (الاستعراض البيئي أو الطاقة المحدودة)، ويجب أن تلبي إمدادات الطاقة المصممة بموجب هذا المعيار مسافات محددة من التسلل وإزالة المبيدات استنادا إلى مسافات الوظيفية، ودرجة الصنعة للتلوث، ومسافات، ومسافات، ومسافات، ومسافات المحولة، ومسافات المحولة الصنعة، ومسافات المحولة، ومسافات المحولة، ومسافات المحولة، ومسافات المحولة، ومسافات المحولة، ومسافات المحولة مباشرة.
(أ) يُدخل في إطار الدورة الأولى للجنة الاقتصادية الدولية 62368-1، التي اعتُمدت الآن كاستبدال لكل من اللجنة التنفيذية 60950-1 و665 من وحدات الجماعة الاقتصادية الدولية (أجهزة الأوديو/الفيديو)، مفهوم مصادر الطاقة المصنفة على النحو الواجب في الفئة " هاء-1 " ، أو " هاء-2 " ، أو " ميم " ، أو " ميم " ، " ، " ، " ، " ، " ، أو " ، " ، " ، " ، " ، " ميم " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ، " ،
معايير القانون النموذجي ومتطلبات أمريكا الشمالية
ويتفق كل من 60950-1 و62368-1 من القانون النموذجي للعموم بشكل وثيق مع نظرائهم في اللجنة الانتخابية المستقلة، ولكن يشمل أحكاماً إضافية محددة لممارسة أمريكا الشمالية، وكثيراً ما تتطلب معايير UL مسافات أكبر من المسافات التي تقطعها العزلة من الأول إلى الثاني، وترتيب درجات حرارة محددة من مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وفرض اختبارات أكثر صرامة لمكونات مثل الصمامات والفارات والآلفات الضوئية، كما تحتفظ جامعة التحرير بمتطلبات اللازمة لسلامة من استمرارية الواقية.
وبالإضافة إلى معايير السلامة، تنشر جامعة أمريكا اللاتينية أيضا معايير الأداء ذات الصلة بإمدادات الطاقة، أما المعيار 1310 للوحدة الكهربائية من الدرجة الثانية، فهو مهم بصفة خاصة بالنسبة للإمدادات المنخفضة القدرة، والسعة المحدودة الطاقة المستخدمة في الإضاءة التجارية، ونظم الأمن، والتشغيل الآلي للبناء، وتستثنى من متطلبات معينة من الأسلاك في المدونة الكهربائية الوطنية، مما يجعلها جذابة بالنسبة لبنيات الطاقة الموزعة، ويستلزم الامتثال لخطء اليورانيوم 1310 الإمداد بالطاقة للحد من الإنتاج إلى 100.
معايير الشبكة الداخلية في الاتحاد الأوروبي
ويحتاج الاتحاد الأوروبي إلى الامتثال للمعايير المنسقة التي تنشر في الجريدة الرسمية للاتحاد الأوروبي. فرقم 62368-1 هو معيار السلامة الأولية، ولكن المعايير الإضافية تنطبق حسب فئة المعدات.
ويقتضي توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن انخفاض درجة الحرارة (2014/35/EU) أن تعمل المعدات الكهربائية بأمان في نطاق الفولطية يتراوح بين 50 و000 1 V AC و75 V إلى 1500 V DC.
نظام المقارنات المغناطيسية
وتتحكم متطلبات التوافق المغناطيسي في الانبعاثات الناتجة عن إمدادات الطاقة وحصانتها على التدخل الخارجي، وتبدو إمدادات الطاقة البديلة مزعجة في جوهرها بسبب التبديل العالي التردد للأجهزة الرئيسية شبه الموصلات، وتولد مرحلة التصحيح تناسقا منخفض التردد، وبدون التصفيف السليم والتصميم، يمكن لهذه الانبعاثات أن تعطل نظم الاتصالات القريبة، وتتسبب في أخطاء في البيانات في حدود إلكترونية حساسة،
شروط الانبعاثات والحصانة
(د) يحدد المعيار 55032 (CISPR 32) حدود الانبعاثات التي يتم تنفيذها والمشعة من المعدات المتعددة الوسائط، بما في ذلك إمدادات الطاقة المستخدمة فيها، وتطبق حدود الانبعاثات المطبقة على الترددات من 150 كيلوهرتز إلى 30 ميغاهرتز، وتقاس على مدخلات الـ (AC) الرئيسية باستخدام شبكة متأنية لتثبيت الارتداد (LISNber) وتشمل حدود الانبعاثات المبردة 30 ميغاهرتز إلى 1 ميغاهيرتز، التي تقاس في مركب مفتوح
وتحدد شروط الحصانة بموجب الفقرة 55035 من الدستور معايير الأداء للتصريف الكهروستاني، أو أجهزة النقل السريع للكهرباء، أو الطفرة، أو حقول الكهرومغناطيسية المتواترة للبث الإذاعي، أو الغطس والتوقف، وقد تنطوي إمدادات الطاقة التي لا تخضع لاختبار الحصانة على تعطيل الناتج أو التمزق أو الضرر الدائم عند التعرض لاضطرابات كهربائية إضافية واقعية.
FCC Part 15 and North American EMC
وفي الولايات المتحدة، تنظم لجنة الاتصالات الاتحادية الانبعاثات الكهرومغناطيسية بموجب الباب 15 من قواعدها، وتصنف الأجهزة الرقمية، بما في ذلك إمدادات الطاقة المستخدمة في المعدات التجارية، على أنها من الفئة ألف (الصناعة/التجارة) أو الفئة باء (السكن) على أساس بيئتها المقصودة، وتزداد صرامة الحدود القائمة على المستوى باء لأن المعدات السكنية يجب أن تتعايش مع نظم التلفزة والإذاعة والاختبارات الإلكترونية الأخرى التي تباع.
ولا يُلزم الجزء 15 من قانون المنافسة النزيهة باختبار الحصانة، ولكن وكالات أخرى تطبق شروط الحصانة وتُشار إليها بمعايير سلامة المنتجات، ويجب على الجهات المصنعة المصدرة لكل من الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي تصميم إمدادات الطاقة التي تلبي في الوقت نفسه حدود انبعاثات البلدان المشمولة بحماية المنافسة في جمهورية أفريقيا الوسطى ومتطلبات الحصانة في المناطق الريفية، التي كثيرا ما تتطلب حلا وسطيا بين تحديد النطاق الترددي وتكلفة العناصر.
معايير كفاءة الطاقة والتوجيهات المتعلقة بالتصميم
وقد أُدخلت قيود كبيرة على أنظمة كفاءة الطاقة المتعلقة بإمدادات الطاقة استجابة للجهود العالمية الرامية إلى خفض استهلاك الكهرباء وانبعاثات الكربون، كما أن الطاقة الاحتياطية، والخسائر في الحمولة، وكفاءة التحويل في ظل ظروف التحميل المعتادة تخضع جميعها لبرامج إلزامية وطوعية للكفاءة.
Energy Star and 80 PLUS Certification
ويصدق برنامج PLUS 80، الذي يديره معهد بحوث الطاقة الكهربائية والموانئ النظيفة، على إمدادات الطاقة القائمة على كفاءتها بنسبة 10 في المائة، و 20 في المائة، و 50 في المائة، و 100 في المائة من الحمولة المقيسة، وتشمل مستويات التصديق 80 من هذه الأهداف المتعلقة بكفاءة استخدام الطاقة الكهربائية، وسيلفر، وذهب، وبلاتينوم، وتيتانيوم، مع اشتراط كفاءة بنسبة 10 في المائة، و96 في المائة من المعدات ذات المستوى الأعلى.
وتختلف احتياجات الطاقة من الطاقة النجمية من إمدادات الطاقة حسب فئة المنتجات، إذ أن مواصفات الطاقة في الحواسيب، على سبيل المثال، تُلزم بأن تحقق إمدادات الطاقة الداخلية كفاءة ذهبية لا تقل عن 80 من PLUS، وأن تحتفظ بقيم معينة لمعامل الطاقة عند تحميلها بالقيمة المقيسة، ويجب أن تستوفي إمدادات الطاقة الخارجية، مثل أجهزة تكييف الجدار وأجهزة تحميل الحواسيب المكتبية، معايير كفاءة الطاقة من المستوى السادس إلى أقل من 0.1 واء بالنسبة لمعظم مستويات الطاقة، وأن تتطلب الحد الأدنى من الكفاءة من النطاق.
الاتحاد الأوروبي
وقد حدد التوجيه المتعلق بالتصميم الإلكتروني للاتحاد الأوروبي (2009/125/EC) ولوائحه التنفيذية متطلبات الكفاءة الإلزامية للمنتجات المتصلة بالطاقة التي تباع في الاتحاد الأوروبي، وقد تحدد لائحة المفوضية (EU) 2019/1782 التي حلت محل الأنظمة السابقة المتعلقة بإمدادات الطاقة الخارجية الحد الأدنى من الكفاءة بنسبة 10 في المائة و25 في المائة و50 في المائة و75 في المائة و100 في المائة من الحمولة، كما يمكن الحد الأقصى لاستهلاك الطاقة بنسبة 0.1 في المائة أو أقل اعتمادا على تقدير القدرة الإنتاجية.
كما يتطلب إطار التصميم الإلكتروني من المصنعين تقديم معلومات عن مواصفات المنتجات، بما في ذلك قيم الكفاءة، والاستهلاك الاحتياطي، ومعامل القوة، وهذه الشفافية تمكّن المشترين من مقارنة المنتجات واتخاذ قرارات مستنيرة، ويجري تحديث اللوائح بصورة دورية، مع ارتفاع عتبات الكفاءة كل ثلاث سنوات إلى خمس سنوات، مما يرغم المصنعين على مواصلة تحسين تصميماتهم أو الخروج من السوق.
عمليات اختبار الامتثال والتصديق
ويتطلب تحديد الامتثال للمعايير المنطبقة إجراء عملية اختبار وتوثيق منظمة، وتتوقف الاحتياجات المحددة على السوق المستهدفة، وتعقيد إمدادات الطاقة، ومشاركة هيئات التصديق من طرف ثالث.
دور الهيئات المخطرة ووحدات البعثـة
وفي الاتحاد الأوروبي، تقوم الهيئات التي تم إخطارها بتقييم مدى مطابقة المعدات بموجب توجيهات معينة، رغم أن معظم إمدادات الطاقة تقع تحت مسار الإعلان الذاتي، وقد ينخرط المصنعون طوعا في هيئة مخطرة لإجراء اختبارات وإصدار تقرير اختباري أو شهادة، مما يعزز الوثائق التقنية وييسر قبول السوق، وفي أمريكا الشمالية، توجد مختبرات اختبارات معترف بها وطنيا، مثل نظام " UL " ، التحقق من الامتثال لمعايير الإنتاج.
وتبدأ عملية التصديق عادة باستعراض بناءي، حيث يقدم الصانع مخططات، ومخططات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ومواصفات المكونات، وفواتير المواد، ثم يقوم نظام RTL بإجراء اختبارات للصدمات الكهربائية، وخطر الطاقة، والأخطار الناجمة عن الحرائق، والأخطار الميكانيكية، وتشمل الاختبارات تركيبة الفولطام الديكلتري، واستمرارية الاسترقاق الأرضي، وارتفاع درجة الحرارة في ظل الظروف العادية والخطأية، واختبارات في عمليات التبريد مثل مكونات تصميم الاختصار القصيرة.
الوثائق والملفات التقنية
ويتضمن الملف التقني الكامل لإمدادات الطاقة المخصصة لسوق الاتحاد الأوروبي وصفا للمعدات، والرسومات التصميمية والتصنيعية، وقائمة بالمعايير المنسقة المطبقة، وتقارير الاختبار، ووثائق تقييم المخاطر، وإعلان المطابقة، ويجب الاحتفاظ بالملف التقني لمدة عشر سنوات على الأقل بعد أن يوضع المنتج الأخير في السوق، ويجب أن يتاح لسلطات مراقبة السوق عند الطلب، ويمكن أن يؤدي فقدان أو عدم كفاية الوثائق إلى استنتاج عدم الامتثال حتى إذا كان المنتج نفسه مستوفيا لشروط السلامة.
وبالنسبة لإصدار شهادات السحب من الجامعة، يجب على الصانع أن يحافظ على إجراء من إجراءات خدمات المتابعة يصف اختبارات الإنتاج الجارية، وفترات التفتيش، والإجراءات التصحيحية، ويجوز لمفتشي الأشعة فوق البنفسجية زيارة المصنع دون إخطار مسبق للتحقق من أن وحدات الإنتاج لا تزال تستوفي التصميم المعتمد، ويجب أن توافق الجامعة على أي تغييرات في التصميم، بما في ذلك بدائل المكونات، قبل أن يحافظ على الإدراج في القائمة.
How Regulations Shape Power Supply Design
والأثر التراكمي لمعايير السلامة، والبعثة، والكفاءة، هو تصميم لإمدادات الطاقة يكون أكثر قوة وموثوقية بكثير من تصميم واحد يُبنى على الحد الأدنى من المتطلبات الوظيفية، ويجب على المهندسين أن ينظروا في قيود متعددة، غالبا ما تكون متنافسة، في آن واحد.
عناصر التصميم الحرج للسلامة
ويجب أن تحدد مسافات الخلق وإزالة الصواريخ بين الدوائر الابتدائية والثانوية وبين الأجزاء الحية والأسطح الميسورة، عن طريق الفول العمل، ودرجة التلوث، ومجموعة المواد كما هي محددة في الدورة الاستثنائية 62368-1، وأن تؤثر هذه الأبعاد على الحجم المادي للمحول، وطول فترات الاختلال في المركبات، وفصل الموصلات بين الموصلات، ويجب تصميم نظم العزل لأجهزة تحديد درجات الحرارة المناسبة، مع تعزيز التحولات
الإدارة الحرارية والتدمير
وكثيرا ما تكشف اختبارات ارتفاع درجة الحرارة في ظل أسوأ حالات الحمل والظروف المحيطة بها عن هوامش أشد من المتوقع، وتحد المعايير من درجة حرارة السطح الميسر والعناصر الداخلية والمواد العزلية، ويجب على مصممي الإمداد بالطاقة أن يزيلوا أجهزة التحلل الكهربائي من أجل درجة الحرارة الحالية والمرنة، وأن يختاروا نصف الموصلات التي لها هامش حرارة زمان مناسب، وأن يكفلوا بقاء مسارات التدفق الجوي واضحة حتى في حالات الاختراق المحصورة.
العنصر والاختيار
ويتطلب التصديق على السلامة أن تكون العناصر الحاسمة مثل الصمامات، والفارسات، والكابلات، والخيارات، والمتحولات، معترفا بها أو مصدق عليها من قبل هيئة المعايير المنطبقة، وأن استخدام المكونات غير المعترف بها يمكن أن يبطل التصديق على الدخول إلى الأسواق ويؤخره، ويجب على المصنعين أن يحتفظوا بتتبع العناصر من خلال سلسلة الإمداد، وتوثيق أرقام القطع، وحالة التصديق، وأن تكون بدائل المكونات شائعة أثناء جهود خفض تكاليف الإنتاج، ولكن
الوصول إلى الأسواق والآثار القانونية لعدم الامتثال
ويمكن أن تكون العواقب المالية والسمعية المترتبة على بيع إمدادات الطاقة غير الممتثلة شديدة، ويمكن لسلطات مراقبة السوق في الاتحاد الأوروبي أن تصدر عقوبات، وتأمر باتخاذ إجراءات تصحيحية تعطل العمليات وتضر بالثقة في العلامات التجارية، وفي الولايات المتحدة، يمكن لمكتب خدمات الرقابة الداخلية أن يستشهد بأرباب عمل يستخدمون معدات غير مصدق عليها في مكان العمل، ويمكن أن تفرض لجنة المنافسة المالية غرامات على الانبعاثات غير المأذون بها التي تسبب تدخلا، ويمكن أن تنشأ مطالبات تتعلق بالمسؤولية عن المنتجات إذا تسببت في حدوث ضرر أو أضرار في الامتثال لمعايير رئيسية في الامتثال لها.
وبالنسبة للمصنعين الذين يصدّرون إلى مناطق متعددة، كثيرا ما تؤدي استراتيجية الامتثال التي تعالج أعلى قاسم مشترك للاحتياجات إلى الحد من التكلفة العامة والمخاطر، حيث إن تصميم إمدادات الطاقة لتلبية الاحتياجات من المواد الكيميائية 62368-1 و62368-1 و6032 من طراز UL و652 من طراز EN-5032، ومقياس الطاقة من المستوى السادس في نفس الوقت يكفل وصول المنتجات إلى الأسواق عبر أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا ذات التغيّر الأدنى، ويساعد التعاقد المبكر مع هيئات التصديق أثناء مرحلة التصميم على تحديد احتمالات الامتثال المحتملة قبل أن تكون باه باهية.
الاستنتاج: بناء الامتثال في دورة حياة التصميم
إن المعايير والأنظمة التي تحكم إمدادات الطاقة من شركة AC إلى شركة DC ليست مجرد عقبات بيروقراطية، بل تمثل معارف هندسية متراكمة عن كيفية منع الحرائق والصدمات الكهربائية والتدخل في الطاقة، وتعالج الجهات المصنعة الناجحة الامتثال كمتطلب للتصميم منذ البداية وليس خطوة اختبار نهائية، ومن خلال فهم التفاعلات بين السلامة، والشبكة الإيكولوجية، ومعايير الكفاءة، يمكن للمهندسين أن يجعلوا أسواقاً عالمية أكثر استنارة وأكثر قدرة على المنافسة.
وسيستمر تطور المشهد التنظيمي مع ظهور تكنولوجيات جديدة ومع تحول الأولويات البيئية، حيث أن الموصلات شبه الموصلات ذات النطاق الواسع، والترددات العالية المتغيرة، وتقنيات المراقبة الرقمية توفر مكاسب في الكفاءة، ولكنها تستحدث أساليب جديدة للفشل وتحديات تدخل تتصدى لها الهيئات المعنية بالمعايير، وسيكون من الأفضل لمصممي الإمداد بالطاقة الذين يبقون حاليا مع هذه التطورات ويحافظون على علاقات وثيقة مع شركاء التصديق أن يجلبوا منتجات عالية الأداء إلى السوق بسرعة وثقة.