تعريف منحنى القطع: شرح منحنيات الفصل B وC وD

ماذا تعني منحنى فصل القاطع الكهربائي؟

منحنى انقطاع القاطع الكهربائي يرسم مدة التشغيل مقابل التيار الكهربائي إنه يجيب عن سؤال عملي: إذا ارتفع التيار فوق القيمة المقدرة للمفتاح، فكم من الوقت ينبغي أن يستغرق فتح المفتاح؟

المصطلحات التقنية المعتادة هي منحنى فصل قاطع الدائرة , خاصية التعثر و خاصية الوقت-التيار «كاشف المنحنى» هو عبارة بحثية وليست فئة منتجات مستقلة. ينبغي مع ذلك تحديد الجهاز وفقًا لنوع المنتج، والمعيار المطبق، والجهد المقنن، والتيار المقنن، ومنحنى التيار، وقيمة مقاومة القصر.

يُرسم منحنى التحرّك على شكل نطاق، لأن الأجهزة الوقائية الفعلية تعمل ضمن حدود محددة بدلاً من أن تؤدي عملها عند نقطة واحدة قابلة للتكرار تماماً. فدرجة الحرارة المحيطة، والتحميل السابق، وطريقة التركيب، وتسامح التصنيع، كلها عوامل قد تؤثر في زمن التشغيل الفعلي. ولأغراض التصميم، ينبغي قراءة طرفي النطاق المنشور واستخدام منحنى الشركة المصنعة الخاص بالرقم الدقيق للكتالوج.

تشير النطاقات B وC وD التي تمت مناقشتها في هذا الدليل إلى الخصائص الشائعة لقواطع الدوائر الكهربائية المفتاحية ذات التيار المتردد تحت آي إي سي 60898-1 . يغطي هذا المعيار قواطع الدوائر الكهربائية ذات الفاصل الهوائي المُشغَّلة بالتيار المتردد، وذلك للمنشآت المنزلية والمنشآت المشابهة ضمن حدود الجهد والتيار والسعة القصوى لقصر الدائرة المحددة في المعيار. ولا يجعل كل قاطع مُعلَّم برمز B أو C أو D قابلًا للتبادل.

كيف يستجيب قاطع الدائرة المغناطيسي الحراري

يجمع قاطع الدائرة المغناطيسي‑الحراري النموذجي بين آلتين تشغيل. وهما يحميان الدائرة نفسها، لكنهما يستجيبان لمستويات ومدد مختلفة من التيار الزائد.

تُغيّر حرف المنحنى بشكل رئيسي المنطقة المغناطيسية. وهو يفعل ليس حوّل قاطعًا بتيار اسمى 16 أمبير إلى قاطع قادر على حمل تيار مستمر قدره 80 أمبير أو 160 أمبير. يظل العنصر الحراري يستجيب للحمل الزائد المستمر.

مقارنة منحنيات الرحلات B وC وD

بالنسبة لقاطعين مصغرين ذوي نفس التيار المقنن، فإن حرف المنحنى الأعلى يسمح بمرور تيار أطول مدة خلال فترة قصيرة قبل أن يصبح التشغيل المغناطيسي مؤكدًا. وهذا يمكن أن يساعد في تشغيل المحولات أو بدء تشغيل المحركات، ولكنه يعني أيضًا أن الدائرة يجب أن توفر تيار عطل أكبر للوصول إلى المنطقة المغناطيسية السريعة.

هذه الحروف ليست مجرد «سريع، متوسط وبطيء»

إن تسمية B سريعًا وD بطيئًا يُخفي الجزء المهم. فعند مضاعف معين مرتفع للتيار المقنن، قد تعمل الأجهزة الثلاثة جميعًا بسرعة. الفرق يكمن في نطاق التيار الذي يُتوقع فيه حدوث التشغيل المغناطيسي. إن قاطع الدائرة ذا منحنى D ليس نسخةً ذات قدرة تشغيل أعلى من القاطع نفسه، كما أن المنحنى B لا يعني بالضرورة أمانًا أكبر. يعتمد الاختيار الصحيح على كلٍّ من تيار الاندفاع للحمل وحماية الدائرة من الأعطال.

تنشر بعض مجموعات المنتجات نطاقات أضيق أو منزاحة وفق معيار أو تصميم مختلف. وهذا لا يعني أن النطاقات العامة المذكورة أعلاه خاطئة؛ بل يدل على أن بيانات المنتج هي التي تخضع للرقابة. لا تقم أبداً باستبدال منحنى الشركة المصنعة بجدول عام متاح على الإنترنت.

كيفية قراءة منحنى الوقت-التيار للمفتاح الكهربائي

عادةً ما يُرسم مخطط المصنّع بحيث يكون التيار الكهربائي على المحور الأفقي، ووقت التشغيل على المحور العمودي. ويكون كلا المحوريْن غالبًا لوغاريتميين، لذا فإن المسافات المتساوية لا تمثّل زيادات عددية متساوية.

1. حدد الجهاز بالضبط. يُرجى تأكيد عائلة المنتج، التيار المقنن، عدد الأقطاب، تصنيف التيار المتردد أو التيار المستمر، درجة الحرارة المرجعية والمعيار المعمول به.
2. اقرأ المحور الحالي. قد يُظهر الأمبيرات أو مضاعفات التيار المقنن، ويُكتب على النحو I/I _ن . بالنسبة لقاطع 16 أمبير يحمل تيارًا قدره 64 أمبير، فإن قيمة المضاعف هي 64 ÷ 16 = 4.
3. انتقل إلى الشريط المميز. اقرأ أوقات التشغيل المسموح بها الأقدم والأحدث. لا تتخذ خط الوسط كضمان مضمون.
4. افصل بين الحمولة الزائدة والتشغيل المغناطيسي. المنطقة العلوية المنحدرة هي في معظمه حرارية؛ أما المنطقة السفلية شبه العمودية فهي مغناطيسية.
5. تحقق من تعريف الزمن. تُظهر بعض الوثائق زمن التعثر أو فك القفل، بينما تُظهر وثائق أخرى زمن التفريغ الكلي، الذي يشمل فتح الملامس والتأين.

ما يعنيه نطاق التسامح

بالنسبة لقاطع الدائرة المغناطيسي الحراري IEC 60898-1 في ظروفه المرجعية، فإن 1.13 × I _ن هو تيار اختبار تقليدي غير مُفعّل ويساوي 1.45 × I _ن هو تيار اختبار انقطاع تقليدي. بالنسبة للأجهزة حتى 63 أمبير بما في ذلك، يكون الزمن التقليدي المقابل ساعة واحدة؛ وفوق 63 أمبير يكون ساعتين. وهذه نقاط اختبار للمطابقة، وليست إذنًا بتصميم موصل لتحمل حمل زائد مستمر.

تُعدّ درجة الحرارة ذات أهمية لأن آلية التسخين تستجيب للحرارة. فقد يعمل قاطع كهربائي دافئ مثقل الحمل في وقت أبكر من نظيره البارد. كما أن ارتفاع درجة حرارة المحيط، وتقارب توضع الأجهزة، وارتفاع درجة حرارة الغلاف، قد تستلزم خفض القدرة التشغيلية. أما المستشعر المغناطيسي فهو أقل اعتمادًا على درجة الحرارة، غير أن الجهاز الكامل والتركيب لا يزالان بحاجة إلى تقييم استنادًا إلى البيانات المنشورة.

B16، C16 وD16: مثال محلول

على قاطع كهربائي مُعلَّم بـ C16، تشير الحرف C إلى خاصية الفصل، بينما يدل الرقم 16 على قيمة التيار المقنن البالغ 16 أمبير. وبتطبيق الشرائط المغناطيسية الشائعة لقواطع الدوائر الكهربائية المقاومة للتيار المتردد، نحصل على المقارنة التالية.

لنفترض أن الحمل يستهلك 12 أمبير أثناء التشغيل، ويصل لفترة وجيزة إلى 96 أمبير عند بدء التشغيل:

96 A ÷ 16 A = 6 × I _ن

ست مرات أنا _ن يقع فوق نطاق B16 القياسي، وداخل نطاق C16، وأدنى من نطاق D16. وهذا يفسر لماذا قد تسلك المنحنيات الثلاث سلوكًا مختلفًا خلال نفس عملية التشغيل. غير أن ذلك لا يكفي وحده لتحديد اختيار نطاق C16 أو D16؛ إذ لا تزال هناك ضرورة للتحقق من مدة النبضة، وحماية الكابل، والحد الأدنى لتيار العطل، ووقت الفصل المطلوب.

لاحظ أيضًا ما يفعله الحساب ليس المعنى: لا يتحمل قاطع الدائرة C16 تيارًا مستمرًا قدره 80 أمبير. فحتى عند تيار مستمر يقل بكثير عن الحد المحدد للمجال المغناطيسي، قد يظل العنصر الحراري له يعمل.

منحنى التيار، والقيمة الاسمية للتيار، وسعة القطع كلها مختلفة

من الأخطاء الشائعة في الاختيار التعامل مع كل رقم على قاطع الدائرة المغناطيسي كإعداد للإغلاق. فكر في العلامة B16 6000 على جهاز نموذجي وفقًا للمعيار IEC 60898-1.

يجب أن تتوافق سعة قصر الدائرة للمفتاح القاطع مع قيمة التيار القصير المتوقع عند نقطة التركيب، ما لم يتم استخدام نظام احتياطي أو تركيب متسلسل مُثبت بشكل خاص. وغالبًا ما تستخدم المواصفة IEC 60898-1 القيمة I _{سي إن} . تستخدم القواطع الصناعية وفقًا للمعيار IEC 60947-2 مصطلحات تشمل I _سيو وأنا _{سي إس} . تُستمد هذه التصنيفات من تعريفات وسلاسل اختبارات مختلفة، ولا يجوز استبدالها بمجرد مطابقة الرقم المطبوع بالكيلوأمبير وحده.

كيفية اختيار منحنى B أو C أو D

ابدأ بظروف الدائرة الكهربائية بدلاً من الحرف المفضل. يتيح التسلسل التالي تجنّب الخطأ الشائع المتمثل في معالجة الانقطاعات غير الضرورية مع إضعاف حماية الأعطال.

1. حدد التيار التصميمي وسعة الموصل. اختر التيار المقنن فقط بعد أخذ الأحمال، وحجم الكابلات، وطريقة التركيب، ودرجة الحرارة المحيطة، والتجميع، وقواعد الأسلاك المطبقة في الاعتبار.
2. احصل على ملف التيار الاندفاعي. التيار الأقصى وحده غير كافٍ. احسب مدة استمراره ومعدل تكراره بالنسبة للمحركات، والمحولات، ومشغلات المصابيح الثنائية الباعثة للضوء، ومصادر التغذية السعوية، أو الملفات الكهربائية.
3. قارن منحنى الشركة المصنعة الكامل. ارسم نقطة البداية والمدة الزمنية مقابل حدّي نطاق الرحلة المقترح.
4. التحقق من الحد الأدنى لتيار العطل. تحقق من مقاومة حلقة العطل وأدنى قيمة لتيار العطل المتوقع، خاصة عند الطرف البعيد لدائرة كهربائية طويلة.
5. تحقق من وقت الفصل التلقائي. يجب أن تظل المنحنى المختار مستوفياً لمتطلبات الحماية المطبقة وفقاً لظروف التأريض الفعلي وظروف الدائرة.
6. تحقق من سعة التيار القصير. يجب أن تكون قدرة القطع كافية عند جهد التثبيت وفي الموقع المعني.
7. تحقق من التنسيق. مراجعة مدى انتقائية الأجهزة الوقائية المسبقة والملاحقة، وكذلك أي مجموعة داعمة تم اختبارها.

التطبيقات النموذجية هي أدلة، وليست وصفات.

غالبًا ما تُؤخذ منحنيات B في الاعتبار للدوائر ذات التيار الداخل المفاجئ المنخفض. أما منحنيات C فهي شائعة حيث يُتوقع تيار بدء معتدل. ويمكن أن تناسب منحنيات D المعدات ذات التيار الداخل المفاجئ العالي عندما تدعم ظروف العطل عتبة مغناطيسية أعلى. إن ملصق المعدة الذي يشير إلى «محرك» أو «إضاءة» أو «صناعي» لا يكفي لاختيار المنحنى المناسب. فقد ينطوي مجموعة من محركات LED على تيار داخل مفاجئ سعوي شديد، بينما قد يحدّ محرك محرك مُتحكم فيه من تيار البدء.

هل تنطبق المنحنيات B وC وD على كل قاطع دائرة؟

MCB مقابل MCCB

تُعنى المراحل B وC وD أساسًا بخصائص التحرّك الثابتة المستخدمة في قواطع الدوائر الكهربائية ذات العلبة المقولبة. أما العديد من قواطع الدوائر الكهربائية ذات العلبة المقولبة (MCCBs) فتستخدم بدلاً من ذلك إعدادات قابلة للضبط للزمن الطويل، والزمن القصير، والزمن الفوري. وقد يكون طرح السؤال حول ما إذا كان هذا القاطع من النوع «منحنى B أو C» سؤالًا غير موفَّق؛ إذ إن إعدادات وحدة التحرّك الخاصة به ومنحنى الوقت–التيار المنشور هما اللذان يُعتبران الأهم. وتختلف فئات المنتجات من جهة إلى أخرى، لذا ينبغي تجنّب اعتماد قواعد مطلقة تستند فقط إلى حجم الإطار.

التيار المتردد مقابل التيار المستمر

الـ 3–5، 5–10 و 10–20 × I _ن يرتكز المقارنة الواردة في هذا المقال على قواطع الدائرة الكهربائية التيارية المتناوبة القياسية IEC 60898‑1. ولا يجوز نقل هذه المواصفات تلقائيًا إلى دوائر التيار المستمر أو الدوائر الكهروضوئية. إذ إن فصل التيار المستمر يتطلب معايير أكثر صرامة، لأن التيار لا يحتوي على نقطة انعدام طبيعية. ويتعين أن تتوافق الجهد المقنن للتيار المستمر، وسعة الفصل، والقطبية، وعدد الأعمدة المتصلة على التوالي، واتجاه التوصيل، جميعًا مع بيانات الشركة المصنّعة.

يمكن أن تندرج قواطع الدوائر الكهربائية الصناعية ضمن آي إي سي 60947-2 ، والذي يغطي نطاقًا مختلفًا ومجموعةً من التصنيفات. إن قدرة القاطع المادي على التثبيت على سكة DIN لا تكفي لتحديد ملاءمته لدائرة تيار مستمر للخلايا الكهروضوئية.

ما علاقة منحنيات فصل القاطع بحماية الدوائر من التأثيرات العابرة؟

تُحلّق قواطع الدوائر الكهربائية وأجهزة حماية التيار المفاجئ مشكلات كهربائية مختلفة. إن فهم الحدود الفاصلة بينهما أكثر فائدة من اعتبار أيٍّ منهما مكوّنًا أمانًا شاملاً.

قد يؤدي ارتفاع الجهد إلى تلف محول التيار أو لوحة التحكم دون أن ينتج تيارًا زائدًا مستمرًا كافيًا لتفعيل قاطع الدائرة الفرعية. ولهذا السبب لا يمكن لقاطع الدائرة أن يحل محل جهاز حماية من التفريغ الكهربائي (SPD). وإذا كان هذا التمييز جديدًا، فابدأ بدليل CRESIN الخاص بـ ما الذي يفعله جهاز حماية من التقلبات الكهربائية .

لماذا قد يحتاج جهاز التفريغ المقاوم للتيار القصير إلى حماية إضافية؟

يُظهر جهاز حماية من التفريغ الكهربائي (SPD) عادةً ممانعة عالية عند تردد الطاقة. وإذا حدث فيه عطل أدى إلى قصر كهربائي أو تعذّر عليه قطع التيار المتبقي، فيجب فصل العطل بشكل آمن. واعتمادًا على نوع جهاز الحماية المحدد وطريقة التركيب، قد يُؤدّى هذا الدور بواسطة فيوز أو قاطع دائرة كهربائية موجود أعلى الجهاز، أو بوساطة جهاز حماية احتياطي مخصص لجهاز الحماية من التفريغ الكهربائي، أو من خلال نظام حماية متكامل.

إن قاطع الحرارة الداخلي الخاص بشركة SPD والجهاز الخارجي للحماية من القصر الكهربائي ليسا الشيء نفسه. ي隔离 قاطع الحرارة مكوّن الحماية المُفرط في تسخينه ضمن الظروف المصمَّمة له؛ أما الجهاز الخارجي فيتعيّن عليه التعامل مع تيار العطل المتوقّع عند تردد الطاقة وحماية الموصلات الفرعية.

لماذا لا تكفي رسالة المنحنى

لا يكفي وجود حرف B أو C أو D وحده لاختيار الحماية الاحتياطية لمُخفِّف التوتر المفاجئ (SPD). يتطلب اتخاذ قرار سليم تحديد النموذج الدقيق للمُخفِّف، والتنسيق الموثق من الشركة المصنعة أو الجهاز الاحتياطي المسموح به، ومستوى جهد النظام وترتيب التأريض، وتيار القصر المتوقع، وحماية الموصلات، وقدرة الفصل، بالإضافة إلى أي حد أقصى مسموح به لتصنيف الحماية الاحتياطية.

كما أن كل جهاز حماية من التفريغ الكهربائي لا يحتاج تلقائيًا إلى قاطع كهربائي إضافي منفصل. فإذا كان جهاز الحماية الموجود في المجرى العلوي يفي بالفعل بشروط الشركة المصنعة لجهاز الحماية من التفريغ الكهربائي، فقد يكون وجود جهاز إضافي غير ضروري. وفي المقابل، فإن تركيب قاطع كهربائي مصغّر منفصل ذي تصنيف أمبير «مناسب» لا يضمن توافق التيار الناتج عن الارتفاع المفاجئ.

مثال على CRESIN: قراءة تصنيفات SPD وتصنيفات النسخ الاحتياطي بشكل صحيح

البيانات المنشورة لـ كريسِن سي إس إم إس-بي40 نوع 2 من مانعات التفريغ الكهربائي قوائم أنا _ن 20 كيلوأمبير و I _ماكس 40 كيلوأمبير، وكلاهما يستخدم موجة نبضية بزمن 8/20 ميكروثانية. كما تُدرج الصفحة أيضًا قيمة أقصى فيوز احتياطي قدره 125 أمبير من النوع gL/gG. وهذه القيم تجيب عن أسئلة مختلفة.

• 20 كيلوأمبير I _ن و40 كيلوأمبير I _ماكس وصف أعباء التيار المفاجئ المحددة. ولا يعني ذلك أن جهاز حماية التفاضلية يتحمل حملاً قدره 20 كيلوأمبير.
• 125 A gL/gG هو بيان أقصى حد لفيوز النسخ الاحتياطي. هذا ليس تعليمًا بتركيب فيوز بقدرة 125 أمبير في كل لوحة توزيع.
• القاطع التلقائي بتيار مصنّف 125 أمبير ليس بديلاً تلقائياً عن فيوز gG بتيار مصنّف 125 أمبير. لا تُؤسِّس قيم التيار المتساوية حدًّا مكافئًا للتيار، أو طاقة إزالة العطل، أو تنسيق أجهزة الحماية من التفريغ الكهربائي.

هناك أيضًا فخّ في التدوين. أنا _ن على مفتاح قاطع الدائرة المغناطيسي يعني التيار المقنن. أنا _ن على مكثف التفريغ المقاوم للصدأ يُشير إلى تيار التفريغ الاسمي ويُرافقه شكل موجة نبضية. اقرأ الرمز والوحدة وشكل الموجة ونوع الجهاز معًا. من إنتاج CRESIN دليل ورقة بيانات SPD يشرح U _ج ، يو _ص ، أنا _ن ، أنا _ماكس وأنا _إمپ بمزيد من التفصيل.

حيث يتناسب حامي احتياطي مخصص من نوع SPD

كريسين's عائلة منتجات CSCB يُقدَّم كحماية احتياطية مخصصة لأجهزة حماية التفاضلية المقاومة للتيار المتردد. تُدرج صفحة المنتج المنشورة حاليًا قيمة U _إي 220/380 فولت تيار متناوب، وقيم مقاومة للارتفاع المفاجئ والقصر الدائري حسب الطراز.

لا يجوز وصفه بأنه قاطع دائرة مزود بمنحنى تيار محدد من الفئة B أو C أو D إلا إذا كانت وثائق النموذج الدقيق تنص على هذه الخاصية. كما لا يجوز اعتبار تصنيف التيار المتردد المعلن عنه بمثابة موافقة للاستخدام في أنظمة الطاقة الشمسية بالتيار المستمر.

بالنسبة إلى لوحة توزيع التيار المتردد، ابدأ بالمنظومة وترتيب التأريض، ثم اختر مانعات التفريغ الكهربائي (SPD) والتركيب الموثق للحماية المناسب. دليل CRESIN إلى اختيار وتركيب نظام حماية من التفريغ الكهربائي (SPD) بجهد 220/380 فولت تيار متردد يوفر السياق على مستوى النظام.

المعلومات المطلوبة للتحقق من جهاز حماية التفاضلية وجهاز النسخ الاحتياطي

يجب أن يتضمن الاستفسار الفني المفيد الشروط الكهربائية، وليس مجرد تحديد «B أو C أو D». يُرجى إرسال المعلومات التالية عند طلب مراجعة CRESIN لجهاز حماية التفريغ الكهربائي (SPD) ونظام الحماية الاحتياطية المرتبط به:

• نظام التيار المتردد أو التيار المستمر، والجهد التشغيلي الاسمي/الأقصى؛
• ترتيب التأريض، مثل TT أو TN-S أو TN-C-S أو IT؛
• نموذج SPD الدقيق، والنوع، ومتغير الجهد، ووضع الحماية؛
• رقم كتالوج وإعدادات المصهر أو مفتاح الدائرة القاطع التلقائي أو مفتاح الدائرة القاطع المغناطيسي-حراري الموجود في المنبع؛
• تيار القصر المتوقع عند نقطة تركيب جهاز الحماية من التفريغ الكهربائي؛
• حجم الموصل وترتيب الفروع؛
• سوق الوجهة، وقواعد التركيب المعمول بها، والوثائق المطلوبة.

الأسئلة الشائعة