سواءً في المنزل أو في العمل، تحدث في كثير من الأحيان أعطال كهربائية مفاجئة إذا لم يتم معالجتها بسرعة، يمكن أن تسبب أضراراً كبيرة في البنية التحتية الكهربائية للمكان، بل وتتسبب أحياناً في حوادث وحرائق خطيرة قد تنتهي بآثار مدمرة.
للوقاية من هذه الحالات، هناك العديد من أنظمة الحماية المستخدمة في التركيبات الكهربائية مثل الصمامات الكهربائية و مانع زيادة التيار و قاطع الدائرة الكهربائية ,هذا الأخير هو المكون الرئيسي لنظام كهربائي محمي بشكل جيد.
ستتعرف في هذا الدليل على المزيد حول تشغيل هذا الجهاز وأهميته وأنواعه الموجودة في السوق، بالإضافة إلى تفاصيل أخرى مفيدة لسلامة تركيباتك الكهربائية وسلامتك الشخصية.
ما وظيفة قاطع الدائرة الكهربائية؟
لنستخدم منزلاً كمثال. يحتوي المنزل على دائرة كهربائية رئيسية تتكون من عدة دوائر كهربائية فرعية. تعمل هذه الدائرة داخل المنزل بالكهرباء التي تأتي من محطة توليد الكهرباء.
في ظل الظروف العادية، يتم تنظيم التيار الكهربائي ضمن الحدود الآمنة أو حد الجهد (الضغط الكهربائي)، وهو في الولايات المتحدة 120 فولت ± 6٪ . وهذا ضروري لأن الشحنة الكهربائية الزائدة قد تتلف المكونات المختلفة للهيكل.
ولكن في بعض الأحيان ولأسباب مختلفة، يمكن أن تزيد الشحنة الكهربائية إلى مستويات أكبر مما يمكن أن تتحمله الدارة الكهربائية، مما قد يتسبب في تلف الدائرة والأجهزة المتصلة بها، بالإضافة إلى إشعال حريق.
تتمثل الوظيفة الأساسية لقواطع الدارة الكهربائية في ”التحقق“ باستمرار من أن الشحنة الكهربائية لا تتجاوز حدود السلامة، وإذا كان الأمر كذلك، إيقاف تشغيل الدائرة الكهربائية تلقائيًا، وذلك لتجنب تلف التركيبات الكهربائية بشكل عام.
مبدأ عمل القواطع الكهربائية
داخليًا، تتكون قواطع الدائرة الكهربائية بشكل أساسي من أزواج من التلامسات المعدنية، الثابتة والمتحركة على حد سواء، بالإضافة إلى ملف تشغيل.
وفي الظروف العادية - الدائرة المغلقة - تتلامس هذه الملامسات مع بعضها البعض، مما يسمح بتدفق التيار الكهربائي. يتم تثبيت هذه التلامسات المتحركة معًا بفضل الضغط الميكانيكي الذي تمارسه آلية أخرى - زنبرك أو هواء مضغوط، على سبيل المثال.
هذا الضغط على التلامسات المتحركة ممكن بفضل الطاقة الكامنة المخزنة في آلية الضغط المذكورة. عندما يحدث حمل زائد في الدائرة الكهربائية، يتم شحن ملف التشغيل بالطاقة ويسمح المكبس المتصل بآلية التلامس المتحركة، بتحرير الطاقة المخزنة في هذه الآلية، مما يسمح للملامسات المتحركة بالانفصال أيضًا.
وعندما تنفصل التلامسات المتحركة، تنفتح الدائرة داخل CB (قاطع الدائرة)، مما يؤدي إلى قطع تدفق التيار وحماية النظام من المزيد من التلف.
ومع ذلك، من المهم أن تفهم أيضًا مفهوم ”القوس الكهربائي“.
عندما يمر تيار كهربائي عبر فجوة هوائية من مكوِّن نشط إلى مكوِّن متعادل، يحدث تفريغ بلازما يُعرف باسم القوس. وكمثال على ذلك، فإن البرق عبارة عن قوس كبير جداً، يعبر الفضاء الجوي من سحابة إلى الأرض أو إلى سحابة أخرى.
يمكن أن يحدث القوس الكهربائي أيضًا في الأسلاك الكهربائية المنزلية، وأيضًا داخل قواطع الدارات الكهربائية أثناء التشغيل، مما قد يؤدي إلى تلفها والتسبب في نشوب حرائق إذا لم يتم التحكم في القوس الكهربائي.
ولذلك، تسعى آلية قواطع الدارات الكهربائية أيضًا إلى منع توليد هذه الأقواس الكهربائية أو التحكم فيها قدر الإمكان.
أنواع القواطع الكهربائية
هناك أنواع مختلفة من قواطع الدارات الكهربائية في السوق، ولكن بشكل عام، تعمل جميعها تحت نفس المبدأ الأساسي الذي سبق شرحه أعلاه. يتمثل الفرق بين النماذج بشكل أساسي في نوع الآلية المستخدمة لتفعيل فصل جهات الاتصال المتحركة والتحكم في توليد القوس الكهربائي.
1. قواطع الدائرة الكهربائية ذات الحالة المقولبة (MCCB)
تُستخدم قواطع الدارات الكهربائية المصبوبة في المقام الأول في دوائر الجهد المنخفض. في هذا النموذج، تكون جميع الأجزاء التي تحمل التيار والآليات وأجهزة التحويل مدمجة داخل صندوق مصبوب أو صندوق قواطع دارة مصنوع من مادة عازلة.
وكثيراً ما تستخدم قواطع الدائرة الكهربائية MCCB كخيار أول في أنظمة التيار المتردد (AC) أو التيار المباشر (DC) في الصناعة، وتتمثل مزاياها الرئيسية في تنوعها للتكامل مع أجهزة التحكم الأخرى، وانخفاض تكلفة صيانتها وصغر حجمها.
2. قواطع دوائر تفريغ الهواء (VCB)
في VCB، يحدث انقطاع التيار الكهربائي داخل هيكل مصنوع عادةً من السيراميك يعرف باسم ”نفطة تفريغ الهواء“. وتكون هذه النفطة معزولة بالكامل وتسمح بوجود معدل تفريغ عالٍ في الداخل.
وتوجد داخل هذه الفقاعة التلامسات الثابتة والمتحركة. ويبدأ القوس الكهربائي عندما تنفصل التلامسات وبفضل التفريغ والقوة العازلة (العزل الكهربائي) في الهيكل، تنطفئ الحرارة المتولدة أثناء القوس بسرعة.
وتتمثل الميزة الرئيسية لـ VCB في أنها تقلل إلى حد كبير من خطر نشوب حريق وتتطلب صيانة أقل.
3. قواطع الدوائر الهوائية (ACB)
إن قاطع الدائرة الهوائية تحتوي على مخزن هواء مضغوط بالداخل. يتم إطلاق هذا الهواء من خلال فوهة وتنتج نفاثة هواء عالية السرعة. وهذا الهواء هو ما يستخدم لإطفاء القوس الكهربائي.
وعادةً ما تُستخدم ACB في الخدمات الميدانية ذات الجهد العالي والمتوسط، بشكل عام حتى جهد 15 كيلو فولت أو للخطوط الخارجية حتى 220 كيلو فولت أو أكثر، حسب النوع.
وتتمثل مزاياها الرئيسية في صغر حجمها ج، وزمن استجابتها العالي السرعة، وقلة الصيانة التي تحتاجها، والانخفاض الكبير في خطر الحريق.
4. قواطع دوائر الزيت (OCB)
OCB هي أقدم أنواع قواطع الدارات الكهربائية وتستخدم الزيت كوسيط عازل لإطفاء القوس الكهربائي.
في هذا النموذج، تكون ملامسات المفتاح داخل زيت عازل وعندما يحدث عطل في النظام، تنفتح ملامسات المفتاح داخل الزيت. ويشكل القوس النامي فقاعة هيدروجين حوله، ويمنع الضغط المتولد القوس من إعادة الاشتعال عن طريق الصدفة.
وميزته الرئيسية هي أنه لا يتطلب أجهزة خاصة للتحكم في القوس الكهربائي، بالإضافة إلى أن الزيت يوفر العزل بين التلامسات بعد إطفاء القوس الكهربائي.
5. قواطع دوائر سداسي فلوريد الكبريت (SF6CB)
وتتمثل الميزة الرئيسية لأجهزة SF6CB في أنها تستخدم غاز سداسي فلوريد الكبريت (SF6) في تشغيلها. ويتمتع هذا الغاز بخاصية عزل ممتازة تجعل من SF6CB أجهزة فعالة للغاية.
وعلاوة على ذلك، يتميز SF6 بخاصية إعادة التركيب السريع بعد إطفاء القوس، كونه وسيط تبريد أكثر فعالية من الهواء. ونظراً لهذه الخصائص، فإن SF6CBs هي أجهزة فعالة جداً في أنظمة الجهد المتوسط والعالي، حيث أن الغاز المستخدم له خصائص عازلة ممتازة، فضلاً عن كونه غير قابل للاشتعال.
نصائح السلامة الكهربائية
من الأهمية بمكان أن تتذكر أنه عند العمل بالكهرباء، هناك دائمًا خطر وقوع حوادث بسبب الصدمات الكهربائية، والتي يمكن أن تكون قاتلة في بعض المناسبات. لذلك، يجب أن تضع في اعتبارك دائماً التدابير الأمنية التالية.
- تحقق من تشغيل جهازك المنزلي أو التجاري CB مرة واحدة على الأقل شهرياً. لهذا الغرض، تحتوي قواطع الدائرة الكهربائية على زر اختبار، بغض النظر عن علامتها التجارية أو مصدرها. إذا لم يؤدي الضغط على الزر إلى تشغيل الذراع، فهذا يعني أنه تالف.
- لا تقم أبداً بتشغيل أي جهاز كهربائي بقدمين عاريتين أو تشغيل مفتاح كهربائي بيدين أو قدمين مبللتين.
- عندما تنوي القيام بأي نوع من الإصلاحات، تأكد من فصل التيار الكهربائي في اللوحة وأثناء العمل، واستخدم دائماً أدوات مزودة بنوع من المواد العازلة.
- في التركيبات التي لها عمر معين، يوصى بأن يقوم كهربائي محترف بأعمال المراجعة والصيانة لمنع وقوع حوادث مستقبلية.
- تجنب العمل على السطح بالقرب من موصلات الطاقة الكهربائية في الأيام العاصفة والعواصف لتجنب الحوادث.
- حاول قدر الإمكان استخدام منفذ لكل استخدام، وليس T-T-Taps أو ما شابه ذلك لتجنب الارتفاعات الكهربائية.
- إذا كنت تخطط لمعالجة التركيب بنفسك، يجب عليك أولاً إيقاف تشغيل التيار الكهربائي عند قاطع الدائرة، والتحقق من عدم وجود جهد كهربائي في الدائرة.
- لا تحاول أبدًا استخدام الكابلات التالفة جدًا، حيث أن أقل تلف في الكابل يمكن أن يتسبب في وقوع حادث بسبب صدمة كهربائية، أو حتى حريق، لذلك يجب استبداله في أقرب وقت ممكن بكابل جديد.
الملخص
أنت تعرف الآن المزيد عن تشغيل قواطع الدائرة، بالإضافة إلى أهميتها لحماية النظام الكهربائي، ولكن من المهم أيضًا أن تعرف كيفية اختيار نوع قاطع الدائرة الأنسب وفقًا لاحتياجاتك.
ومع ذلك، في كثير من الحالات، لا يمكن أن تضمن قواطع الدائرة الكهربائية وحدها 100% من سلامة النظام الكهربائي. لهذا السبب، هناك أيضًا مكونات يمكن - وأحيانًا يجب - إضافتها إلى الدوائر الكهربائية لزيادة تحسين مستوى الحماية الكلي. في الواقع، إحدى أفضل الآليات هي مانع الصواعق الكهربائية، وهو جهاز مناسب لحماية معداتك الكهربائية من ارتفاعات الجهد الكهربائي.
