فحص واختبار التركيبات الكهربائية: أجهزة التيار المتبقي
1. ما هو RCD وماذا يفعل؟
يتم تعريف جهاز التيار المتبقي (RCD) في BS 7671:2008(2013) على النحو التالي:
'جهاز تبديل ميكانيكي أو مجموعة من الأجهزة تهدف إلى التسبب في فتح جهات الاتصال عندما يصل التيار المتبقي إلى قيمة معينة في ظل ظروف محددة.'
قاطع التيار المتبقي (RCD) هو جهاز حماية يُستخدم لفصل التيار الكهربائي تلقائيًا عند اكتشاف خلل في التوازن بين الموصلات النشطة. في حالة الدوائر أحادية الطور، يراقب الجهاز فرق التيار بين موصلات الخط والموصلات المحايدة.
لاحظ أن مصطلح "الموصل الحي" يشمل كل من الموصلات الخطية والموصلات المحايدة.
في دائرة كهربائية سليمة، حيث لا يوجد تيار عطل متدفق إلى الأرض أو تيار موصل واقٍ، يكون مجموع التيارات في موصلي الخط والمحايد صفرًا. في حال حدوث عطل بين الخط والأرض، لن يعود جزء من تيار موصل الخط عبر الموصل المحايد. يراقب الجهاز هذا الفرق، ويُشغّل الدائرة، ويفصلها عندما يصل التيار المتبقي إلى حدٍّ مُحدد مسبقًا، وهو تيار التشغيل المتبقي (IΔn).
تُستخدم أجهزة القطع المتبقية (RCDs) لتوفير الحماية ضد المخاطر المحددة التي قد تنشأ في التركيبات الكهربائية، بما في ذلك:
- حماية من الأخطاء؛
- حماية إضافية؛ و
- الحماية من الحرائق.
لا يوفر قاطع التيار المتبقي (RCD) حماية من التيار الزائد. يتم توفير الحماية من التيار الزائد بواسطة مصهر أو قاطع دائرة. ومع ذلك، تتوفر قواطع تيار وقواطع دائرة مدمجة، وتُعرف باسم RCBOs.
2. أنواع أجهزة RCD
"RCD" هو المصطلح العام لجهاز يعمل عندما يصل التيار المتبقي في الدائرة إلى قيمة محددة مسبقًا. يوضح الجدول التالي (الشكل 1) أنواع أجهزة RCD المتاحة، ووصفًا لكل جهاز، وأمثلة على كيفية استخدامه.
الشكل 1 أنواع RCD
| نوع RCD | وصف | تم التثبيت/الاستخدام | |
|---|---|---|---|
| ر.س.ب. | قاطع دائرة يعمل بالتيار المتبقي بدون حماية متكاملة من التيار الزائد | جهاز يعمل عندما يصل التيار المتبقي إلى قيمة معينة في ظل ظروف محددة. | وحدات الاستهلاك لوحات التوزيع |
| ار سي بي او | قاطع الدائرة الذي يعمل بالتيار المتبقي (RCCB) مع حماية متكاملة من التيار الزائد | جهاز يعمل عندما يصل التيار المتبقي إلى قيمة معينة في ظل ظروف محددة ويتضمن حماية من التيار الزائد. | وحدات الاستهلاك لوحات التوزيع |
| سي بي آر | قاطع الدائرة المتضمن حماية التيار المتبقي | جهاز حماية من التيار الزائد يتضمن حماية من التيار المتبقي. | لوحات التوزيع في المنشآت الأكبر حجمًا. |
| مركز أبحاث السرطان | مقبس كهربائي يحتوي على قاطع تيار متبقي | وحدة توصيل مقبس أو وحدة توصيل مدمجة تتضمن قاطع تيار متبقي مدمج. | يتم تركيبه في كثير من الأحيان لتوفير حماية إضافية لمستخدمي المقبس الكهربائي عندما قد لا يكون من المفيد حماية الدائرة بأكملها باستخدام RCD. |
| حزب العدالة والتنمية | جهاز التيار المتبقي المحمول | PRCD هو جهاز يوفر حماية RCD لأي عنصر من المعدات يتم توفيره من منفذ المقبس. | مُتصل بمقبس كهربائي موجود. أجهزة PRCD ليست جزءًا من التركيب الثابت. |
| SRCBO | مقبس كهربائي يشتمل على RCBO | وحدة توصيل المقبس أو المصهر التي تتضمن RCBO. | يتم تركيبه في كثير من الأحيان لتوفير حماية إضافية لمستخدمي المقبس الكهربائي عندما قد لا يكون من المفيد حماية الدائرة بأكملها باستخدام RCD. |
2.1 التركيبات القديمة مع ELCBs
تاريخيًا، تم التعرف على نوعين أساسيين من قواطع الدائرة لتسرب الأرض (ELCB) من خلال اللوائح؛ النوع المألوف الذي يعمل بالتيار والنوع الأقدم الذي يعمل بالجهد.
توقفت اللوائح عن الاعتراف بالنوع الذي يعمل بالجهد في عام ١٩٨١، واليوم، لا يُعترف إلا بالنوع الذي يعمل بالتيار. يتميز الجهاز الذي يعمل بالجهد بطرفي تأريض منفصلين - أحدهما لتوصيل موصل تأريض التركيب والآخر للتوصيل بوسيلة تأريض. استُخدمت هذه الأجهزة غالبًا في التركيبات التي تُشكل جزءًا من نظام TT حيث كانت وسيلة التأريض هي قطب تأريض. يتمثل العيب الرئيسي في قاطع دائرة تسرب التأريض الذي يعمل بالجهد في أن مسار التأريض الموازي قد يُعطل الجهاز. هناك توجه في دوائر التقييس (لجنة BSI PEL/23/1) لإعادة إحياء مبدأ قاطع دائرة تسرب التأريض الذي يعمل بالجهد لاستخدامه في تركيبات شحن المركبات الكهربائية - والمبدأ هو أنه في حال ظهور جهد كهربائي بين نقطتين داخل التركيب، أي التأريض الحقيقي والمركبة، سيعمل الجهاز وينفصل؛ انظر اللائحة ٧٢٢.٤١١.٤.١(ثالثًا) من BS ٧٦٧١:٢٠٠٨(٢٠١٣).
2.2 الأجهزة المعترف بها
تُصنع أجهزة الفصل الحراري (RCDs) المخصصة للاستخدام في المملكة المتحدة وفقًا للمعايير الأوروبية، ويمكن التعرف عليها من خلال أرقام BS EN الخاصة بها. يشير BS إلى أن المعيار معترف به في المملكة المتحدة، بينما يرمز EN إلى Euro-Norm. توضح القائمة التالية المعايير المعمول بها والمعتمدة والحالية:
- BS 7071:1992(1998) - مواصفات أجهزة التيار المتبقي المحمولة.
- BS 7288:1990(1998) - مواصفات المقابس الكهربائية التي تحتوي على أجهزة التيار المتبقي (SRCDs).
- BS EN 61008-1:2012 - قواطع الدائرة العاملة بالتيار المتبقي بدون حماية متكاملة من التيار الزائد للاستخدامات المنزلية والاستخدامات المماثلة (RCCBs).
- BS EN 61009-1:2012 - قواطع الدائرة العاملة بالتيار المتبقي مع حماية متكاملة من التيار الزائد للاستخدامات المنزلية وما شابهها (RCBOs).
يرجى ملاحظة أن مواصفات BS 4293:1983(1993) لقواطع الدائرة العاملة بالتيار المتبقي قد تم سحبها واستبدالها بـ BS EN 61008-1:2012.
2.3 خصائص أجهزة RCD
يتم تعريف أجهزة RCD من خلال سلسلة من ثلاث خصائص كهربائية رئيسية:
- تصنيف الجهاز بالأمبير، I.
- التيار التشغيلي المتبقي المقدر للجهاز الوقائي بالأمبير، IΔn.
- سواء كان الجهاز يعمل فورًا أو يتضمن تأخيرًا زمنيًا مقصودًا لتمكين التمييز. تُسمى هذه الأجهزة "S" أو انتقائية.
يتم تصنيع الأجهزة بقيم مختلفة من التيار المقدر والتيار التشغيلي المتبقي المقدر، ولكن في هذه المقالة سننظر في التيار التشغيلي المتبقي المقدر للجهاز الواقي، IΔn.
3. التطبيقات
يجب اختيار الجهاز المناسب للتطبيق المُحدد. قد يُؤدي اختيار الجهاز الخاطئ إلى عواقب وخيمة، وقد يُسبب صدمة كهربائية أو حريقًا. تُقدم القائمة في الشكل 2 أمثلة على تطبيقات مُحددة لأجهزة الفصل والتوصيل (RCDs)، وتتضمن إشارات إلى اللوائح ذات الصلة الواردة في المعيار البريطاني BS 7671:2008(2013).
الشكل 2 أمثلة على تطبيقات معينة لأجهزة RCD
| طلب | أنظمة | |
|---|---|---|
| 10 مللي أمبير | جهاز حساس للغاية، يستخدم أحيانًا لحماية منافذ الكهرباء في مقاعد المختبرات في المدارس. | 415.1.1 |
| 30 مللي أمبير | يجب حماية المعدات المتنقلة المستخدمة في الهواء الطلق بواسطة قاطع تيار متبقي لا يتجاوز تيار التشغيل المتبقي المقدر له 30 مللي أمبير. | 411.3.3(ثانيًا) 514.1.1 |
| في الأماكن التي تحتوي على حوض استحمام أو دش، يجب حماية جميع دوائر الموقع باستخدام قاطع تيار متبقي واحد أو أكثر لا يتجاوز 30 مللي أمبير. يُرجى ملاحظة أن هذا الشرط خاص بالموقع؛ أي أنه في الواقع يشمل توصيل أو مرور التيار عبر الحمام، ولا يقتصر على الدوائر الكهربائية داخل المناطق. | 701.411.3.3 | |
| مقابس كهربائية للاستخدام العام من قبل الأشخاص العاديين. | 411.3.3(أ) | |
| 100 مللي أمبير | عندما يتم تركيب RCD لأن معاوقة حلقة خطأ الأرض مرتفعة للغاية لحماية الخطأ، أي أن وقت الفصل لا يمكن أن يلبيه جهاز الحماية من التيار الزائد. | 411.5.3 |
| 300 مللي أمبير | أغراض الحماية من الحرائق في الأماكن الزراعية والبستانية. | 705.422.7 |
| قابل للتعديل 2000 مللي أمبير | تُستخدم أحيانًا أجهزة ذات تيار تشغيل متبقي يبلغ ٢ أمبير أو أكثر في تطبيقات صناعية أو توزيعية محددة، أو في إمدادات إمداد مؤقتة لأغراض ترفيهية. يجب استشارة المصمم. | 31-02-10 |
| لا ينبغي أن تكون أي طريقة أو آلية تعديل متاحة للأشخاص العاديين أو غير المهرة أو غير المدربين. | 531.2.10 |
3.1 التشغيل غير المرغوب فيه
قد يحدث تشغيل غير مرغوب فيه لقواطع التيار المتقطعة (RCDs) عندما يتسبب تيار موصل واقٍ في تشغيلها في ظروف غير عطل، أي تراكم تيارات الموصل الواقي الناتجة عن مصادر الطاقة في وضع التبديل لأجهزة الكمبيوتر، مثل وجود عدد كبير جدًا من أجهزة الكمبيوتر على دائرة واحدة. يجب اختيار قاطع التيار المتقطع (RCD) وتقسيم الدوائر الكهربائية بحيث يكون أي تيار موصل واقٍ متوقع حدوثه أثناء التشغيل العادي للحمل (الأحمال) المتصل (المتصلة) أقل احتمالًا أن يتسبب في تشغيل غير ضروري للجهاز (انظر اللائحة 531.2.4). يمكن أن يحدث هذا التشغيل في الدوائر التي تحتوي على عناصر تسخين لأجهزة الطهي وما إلى ذلك، حيث يمكن للعناصر امتصاص كمية صغيرة من الرطوبة من خلال الأختام غير المكتملة عند البرودة. عند تنشيطها، توفر هذه الرطوبة مسارًا موصلًا لتدفق التيار، ويمكن أن تعمل قاطع التيار المتقطعة (RCD). تجف الرطوبة مع تسخين العنصر. على الرغم من عدم استبعاد ذلك في BS 7671، فإنه ليس من المتطلبات استخدام RCD على مثل هذه الدوائر ولكن لا يزال يتعين استيفاء متطلبات اللوائح، أي الكابلات في الجدران، اللائحة 522.6.101.
3.2 التمييز
في حال توصيل جهازين أو أكثر من أجهزة RCD على التوالي، يجب توفير خاصية التمييز، عند الضرورة، لتجنب الخطر (انظر اللائحة 531.2.9). أثناء حدوث عطل، يتحقق التمييز عندما يكون الجهاز الموجود في أعلى التيار والأقرب كهربائيًا من العطل قيد التشغيل، ولا يؤثر على الأجهزة الأخرى الموجودة في أعلى التيار. يتحقق التمييز عندما:
تُستخدم أنواع 'S' (الانتقائية) بالتزامن مع قواطع التيار المتبقي من النوع العام. يتميز النوع 'S' بتأخير زمني مدمج، ويوفر تمييزًا بمجرد تجاهل العطل لفترة زمنية محددة، مما يسمح للأجهزة الأكثر حساسية في نفس الوقت بالعمل وإزالة العطل. يجب عدم استخدام قواطع التيار المتبقي من النوع S، أو قواطع التيار المتبقي ذات تيار التشغيل المتبقي المُصنّف (IΔn)، التي يزيد تيار تشغيلها المتبقي عن 30 مللي أمبير، لتوفير حماية إضافية.
4. وضع العلامات
تنص اللائحة 514.12.2 على الإشعار الذي يجب تثبيته في مكان بارز عند أو بالقرب من أصل التركيب، حيث يتطلب التركيب جهاز تيار متبقي:
5. الاختبار
يجب اختبار أجهزة RCD؛ ويتم ذكر المتطلبات في اللوائح التالية:
- يجب التحقق من فعالية جهاز القطع المتبقي عن طريق اختبار يحاكي حالة خطأ مناسبة ومستقل عن أي مرفق اختبار أو زر اختبار مدمج في الجهاز (انظر اللائحة 612.13.1).
- عندما يتم استخدام قاطع تيار متبقي بقيمة تيار تشغيل متبقية مقدرة، IΔn، لا تتجاوز 30 مللي أمبير لتوفير حماية إضافية، يجب ألا يتجاوز وقت التشغيل 40 مللي ثانية عند تيار متبقي 5 IΔn (انظر اللائحة 415.1.1).
تُجرى الاختبارات على جانب الحمل من قاطع التيار المتبقي (RCD) بين موصل خط الدائرة المحمية ووحدة التحكم الإلكترونية (CPC) المرتبطة بها. يجب فصل أي حمل أو أجهزة قبل الاختبار.
5.1 مجموعة الاختبارات
على الرغم من أن الاختبارات التالية ليست متطلبًا محددًا لـ BS 7671: 2008 (2013)، فمن المستحسن إجراؤها:
| جهاز | إعداد اختبار الجهاز الحالي | نتيجة مرضية |
|---|---|---|
| أجهزة RCD للأغراض العامة وفقًا للمعيار BS 4293 ومنافذ التوصيل المحمية بـ RCD وفقًا للمعيار BS 7288 | 50% من تيار التشغيل | لا ينبغي أن يعمل الجهاز |
| 100% من تيار التشغيل | يجب أن يعمل الجهاز في أقل من 200 مللي ثانية حيث يتضمن RCD تأخيرًا زمنيًا متعمدًا، فيجب أن يتم تشغيله ضمن نطاق زمني يتراوح من 50٪ من تأخير الوقت المقدر بالإضافة إلى 200 مللي ثانية إلى 100٪ من تأخير الوقت المقدر بالإضافة إلى 200 مللي ثانية. | |
| قواطع الدائرة الكهربائية ذات الأغراض العامة وفقًا للمعيار BS EN 61008 أو قواطع الدائرة الكهربائية ذات الأغراض العامة وفقًا للمعيار BS EN 61009 | 50% من تيار التشغيل | لا ينبغي أن يعمل الجهاز |
| 100% من تيار التشغيل | يجب أن يعمل الجهاز في أقل من 300 مللي ثانية، إلا إذا كان من النوع S (أو انتقائي) الذي يتضمن تأخيرًا زمنيًا مقصودًا. في هذه الحالة، يجب أن يعمل الجهاز في نطاق زمني يتراوح بين 130 و500 مللي ثانية. | |
| الأجهزة التي توفر حماية إضافية IΔn ≤ 30 مللي أمبير | اختبار التيار عند 5 Iδn يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى لوقت الاختبار 40 مللي ثانية، إلا إذا لم يتجاوز جهد الموصل الواقي 50 فولت. (سوف يقدم مورد الجهاز المشورة بشأن الامتثال). | يجب أن يعمل الجهاز في أقل من 40 مللي ثانية. |
5.2 جهاز الاختبار المتكامل
يحتوي كل قاطع تيار متبقي على جهاز اختبار متكامل. يتيح هذا الجهاز التحقق من سلامة الأجزاء الميكانيكية للقاطع بالضغط على الزر "T" أو "اختبار".
6. أداة الاختبار
يجب أن يكون جهاز الاختبار المُستخدم لاختبار قواطع التيار المتبقي (RCDs) قادرًا على تطبيق كامل نطاق تيار الاختبار بدقة أثناء التشغيل، وفقًا للمعيار BS EN 61557-6. تشمل دقة القراءة أثناء التشغيل تأثيرات تغيرات الجهد حول الجهد الاسمي لجهاز الاختبار. للتحقق من عمل قواطع التيار المتبقي (RCD) وتقليل المخاطر أثناء الاختبار، يجب ألا تتجاوز مدة تطبيق تيار الاختبار ثانيتين. تُلبي الأجهزة المطابقة للمعيار BS EN 61557-6 المتطلبات المذكورة أعلاه.
