قاطع الدائرة ومفصل الدائرة الأرضية: فهم طبقتين من الحماية الكهربائية

عند الضغط على زر الاختبار في مخرج GFCI في حمام منزلها في سياتل، اكتشفت مالكة المنزل أنه لا يوجد استجابة. بدا المخرج كما هو الحال مع كل مخرج مقاوم للتلاعب في المنزل، لكن الدائرة الداخلية للكشف قد تعطلت على ما يبدو منذ فترة طويلة. وبالتالي، على الرغم من أن GFCI كان مزودًا بمصدر طاقة نشط لأسابيع أو شهور، إلا أنه كان يمد بالطاقة دون أي حماية ضد أعطال الأرض. في لوحة الكهرباء نفسها، كان قاطع الدائرة الحرارية المغناطيسية بقدرة 20 أمبير يعمل بشكل مثالي. ومع ذلك، لم يكن بإمكانه المساعدة في اكتشاف نوع العطل الذي كان من المفترض أن يحمي منه GFCI. لذلك، يمكن إقامة العلاقة التالية من حيث وظيفتهما: قاطع الدائرة يحمي الأسلاك والهياكل من الحمل الزائد والدوائر القصيرة، بينما يحمي GFCI الأشخاص من الصعق الكهربائي، مما يعني أن الأجهزة المذكورة أعلاه ليست قابلة للتبادل ولا يمكن أن تحل محل بعضها البعض.

ماذا تفعل كل جهاز: حماية من التيار الزائد مقابل حماية من أعطال الأرض

المصطلح المستخدم لقاطع الدائرة هو في الأساس قاطع دائرة مصغر (MCB) أو قاطع دائرة مغلق الشكل (MCCB). يُعرف بأنه آلية لحماية من التيار الزائد. يعمل تلقائيًا عن طريق إيقاف الدائرة عندما يكون هناك حمل زائد، حيث يمكن أن تسحب عدة منتجات كهربائية تيارًا أكبر مما يمكن أن توصل الأسلاك. عندما يحدث قصر في الدائرة، يحدث ذلك عندما تلامس الأسلاك الكهربائية، حيث يحدث فتح للدائرة. ينشئ قاطع الدائرة تأثيرًا يحمي خطًا كهربائيًا، والأجهزة، والممتلكات من الاشتعال.
يقوم بذلك باستخدام آليتين؛ واحدة منها هي الشريط ثنائي المعدن، حيث عندما يكون هناك حمل زائد، ينحني الشريط ثنائي المعدن تحت الحرارة ويشغل قاطع الدائرة. مع قاطع الدائرة البسيط، لا يمكن لقاطع الدائرة اكتشاف أي تيار يتسرب عبر الأرض. قد لا يتمكن من التقاط التيار الكهربائي الذي قد يمر عبر إنسان أو حتى عبر الماء. وقد ثبت أيضًا أنه إذا لمس شخص ما سلكًا كهربائيًا حيًا، فإن التيار الكهربائي الذي يسير عبر الشخص يتراوح بين 10 إلى 30 مللي أمبير. هذه قيمة كبيرة يمكن أن تسبب الرجفان البطيني والموت النهائي لكنها بالتأكيد ليست كافية لتشغيل قاطع الدائرة. الموارد من مؤسسة السلامة الكهربائية الدولية (ESFI) تشرح أن عتبة الصدمة القاتلة تبلغ حوالي 50 مللي أمبير، وهو أقل بكثير من عتبة التشغيل لأي قاطع قياسي، ولهذا السبب فإن الحماية الإضافية ضرورية في المواقع الرطبة والخارجية.

جهاز قطع الدائرة بسبب العطل الأرضي (GFCI) المعروف أيضًا باسم أجهزة التيار المتبقي (RCD) في المملكة المتحدة وأسواق IEC، هو جهاز أمان للدائرة يلاحظ التغير في تدفق التيار عبر السلك الحار والسلك المحايد. بعبارة أخرى، يعمل كلا التيارين بشكل متساوٍ في دائرة وظيفية. من الناحية المثالية، عندما يلمس شخص ما سلكًا كهربائيًا، يدخل بعض التيار إلى الأرض عبر الجسم بدلاً من العودة عبر السلك المحايد. يتعرف جهاز GFCI على هذا التغيير — عادةً عند قيمة 5 مللي أمبير (0.005 أمبير) في الولايات المتحدة، أو 30 مللي أمبير (0.030 أمبير) في بعض أجهزة RCD من IEC — ويقطع الدائرة على الفور. ومع ذلك، فإنه لا يوفر حماية ضد التحميل الزائد أو الدوائر القصيرة ويجب أن يكون متصلًا بقاطع دائرة وصمامات مسؤولة عن حماية الأسلاك في حالة زيادة التيار. لفهم أعمق لإطار الشهادات الذي يحكم القواطع التي تجلس بجانب GFCIs في لوحة التحكم، مقالتنا عن ما هي قواطع UL 489 تشرح متطلبات الاختبار والتسجيل لكل من القواطع القياسية والمتخصصة.

كيف تقارن الأجهزة الاثنين: مرجع جنبًا إلى جنب

أين يتطلب كل جهاز — وأين يجب أن يعملوا معًا

كل تركيب كهربائي له قاطع الدائرة القياسي الخاص به. تحتوي كل دائرة على هذا العنصر الأساسي لحماية من زيادة التيار، بدونها، تكون أي دائرة غير قانونية. يحدد القانون الوطني للكهرباء (NEC) أنه يجب استخدام GFCI في مناطق معينة تحتوي على خطر حدوث أعطال أرضية، مثل الحمامات، المطابخ، المرائب، المآخذ الخارجية، المساحات الضيقة، غرف الغسيل، وأي مكان يقع ضمن ستة أقدام من حوض. حماية RCD بقيمة 30 مللي أمبير إلزامية عبر جميع الدوائر النهائية في المباني السكنية في المملكة المتحدة وفي العديد من دول IEC، مما يوفر للسكان حماية أكثر شمولاً من النهج الأكثر محدودية في أمريكا الشمالية، الذي يحمي فقط المناطق عالية المخاطر.

يجب استخدام كلا الجهازين معًا لأي دوائر تحتاج إلى حماية GFCI. يتضمن الترتيب التقليدي وجود مخرج GFCI في أول مخرج في الدائرة موصول لحماية جميع المآخذ التالية باستخدام أطراف LOAD الخاصة به، بينما تكون الدائرة بأكملها محمية بقاطع دائرة عادي في اللوحة. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام قاطع دائرة GFCI يجمع بين وظائف قاطع الدائرة وكاشف العطل الأرضي أثناء تركيب أجهزة GFCI. هذه الخيار أكثر أناقة وغالبًا ما يُفضل في البناء الجديد. تشمل مجموعة منتجات HUYU كلاً من MCBs القياسية لحماية من زيادة التيار و RCBOs (قواطع التيار المتبقي مع تيار زائد), ، مثل HUM18LE‑63 RCBO, ، التي تجمع بين وظائف MCB و RCD في جهاز DIN-rail واحد. هذه هي الحماية الأكثر اكتمالاً لدائرة نهائية واحدة: الحمل الزائد، الدائرة القصيرة، وتسرب الأرض، كل ذلك في جهاز واحد يشغل نفس المساحة مثل MCB القياسي.

ماذا يحدث عندما يتعطل GFCI

يتكون GFCI من العديد من الأشياء: لوحة دائرة كهربائية، ملف استشعار، ومرحّل. يمكن أن تفشل أي من هذه الأجزاء بسبب العمر، الرطوبة، ارتفاع الجهد، أو ببساطة التآكل من الاستخدام على مر السنين. يمكن أن يحدث الفشل في GFCI دون بالضرورة إيقاف الطاقة: يمكن أن يستمر GFCI في العمل بينما يتوقف كشف العطل الأرضي عن العمل. من خلال الضغط على زر TEST، يمكن للمرء أن يعرف أن هذا الزر يمكن أن لا يفعل شيئًا أو يفصل الجهاز ولكن لا يعيد تشغيله. GFCI الذي يفصل بدون حمل أو الذي لا يفصل زر TEST الخاص به على الإطلاق لم يعد يعمل ويجب استبداله. يقول NEC والمصنعون أنه يجب اختبار GFCIs مرة واحدة في الشهر باستخدام زر TEST. يجب استبدال الجهاز الذي لا يفصل على الفور. GFCI الذي وصل إلى نهاية عمره الافتراضي - عادة بعد 10-15 عامًا من الخدمة، على الرغم من أنه يمكن أن يفشل في وقت أقرب في الظروف الرطبة أو في الخارج حيث تكون الرطوبة مرتفعة جدًا - يحتاج إلى الاستبدال بشكل استباقي بدلاً من تفاعلي لأنه لا يوجد طريقة لمعرفة أن GFCI قد توقف عن العمل.

ما الذي لا ينبغي توصيله بـ GFCI

إن استخدام حماية GFCI مهم عند التعامل مع الأماكن الرطبة، ولكن القليل من الأجهزة تثبت أنها خيارات سيئة وقد تؤدي إلى انقطاع غير مرغوب فيه. في هذا الصدد، قد تخلق الثلاجات والمجمدات (خاصة الأجهزة القديمة) تيارات تسرب صغيرة مع مرور الوقت بينما يتحمل الضاغط اختبار الزمن. يجب الإشارة إلى أن GFCI الذي ينقطع في مجمد يعمل في المرآب ولا يتم ملاحظته لعدة أيام سيؤدي إلى فساد الطعام. من الضروري ذكر مثل هذه الأجهزة مثل مضخات مياه الصرف ومضخات المجاري: GFCI الذي انقطع خلال عاصفة سيسبب فيضانات في القبو. فيما يتعلق بهذه الأجهزة، يسمح NEC بمخرج رطب واحد بدون حماية GFCI تحت ظروف معينة إذا لم تتطلب موقع التركيب الحماية بطريقة أخرى. إذا، على العكس، كانت الحاجة إلى GFCI واضحة (سواء في المرآب أو القبو غير المنتهي)، فإن البديل هو استخدام GFCI مع إنذار صوتي سيقوم بإخطار صاحب المنزل أو تثبيت GFCI مخصص يعمل فقط لتلك الجهاز بحيث إذا انقطع، فلن يؤثر على أي أحمال أخرى على تلك الدائرة. هذه هي سبب عدم تجنب حماية GFCI كلما كانت مطلوبة، بل بدلاً من ذلك تطبيقها بحكمة.

الحل المشترك: قواطع ثنائية الوظيفة AFCI/GFCI وRCBOs

أدت متطلبات NEC المتزايدة لحماية AFCI وحماية GFCI إلى الاستخدام الواسع للقواطع ثنائية الوظيفة، وهي أجهزة توفر حماية AFCI وGFCI وحماية من زيادة التيار في حزمة واحدة. في عالم IEC، تعتبر RCBOs أجهزة تحقق نفس نوع الحماية التراكمية باستخدام جهاز واحد على سكة DIN، والذي يجمع بين حماية زيادة التيار (MCB) ووظائف حماية التيار المتبقي (RCD). عادةً ما تتطلب الدوائر التي تزود مآخذ سطح المطبخ في منزل جديد في أمريكا الشمالية كل من حماية AFCI وGFCI، وسيكون اللوح مزودًا بقاطع ثنائي الوظيفة يجمع بين AFCI وGFCI وحماية زيادة التيار العادية في وحدة واحدة. في المملكة المتحدة / مناطق المنتجات المماثلة، سيتم تجهيز كل دائرة نهائية بـ RCBO لتحقيق نفس مستوى الحماية. تصنع HUYU وتورد أجهزة ثنائية الوظيفة وRCBO لتطبيقات AC وDC، بما في ذلك VRL22B نوع ب RCBO, ، الذي يوفر حماية من التيار المتبقي للدوائر التي قد تحتوي على تسرب DC - مثل تلك التي تخدم شواحن EV، العاكسات الشمسية، أو محركات السرعة المتغيرة.

الأسئلة الشائعة

ما الفرق بين جهاز قطع دائرة العطل الأرضي وقاطع الدائرة؟

يحمي قاطع الدائرة الدائرة من كل من الحمل الزائد والدوائر القصيرة من خلال منع ارتفاع درجة حرارة الأسلاك وحرائق محتملة. ومع ذلك، يوفر GFCI حماية ضد الأعطال الأرضية، والتي يمكن أن تنقذ الأشخاص من الصعق الكهربائي الناتج عن تسرب التيار إلى الأرض. إنهم يوفرون الحماية ضد مخاطر مختلفة ولكن كلاهما مطلوب في الدوائر الموجودة في المواقع الرطبة أو الخارجية.

ماذا يجب ألا تقوم بتوصيله في GFCI؟

يمكن أن تؤدي المجمدات والثلاجات ومضخات طرد المجاري ومضخات الصرف إلى تفعيل غير مرغوب فيه لجهاز GFCI مما يتسبب في فساد الطعام والفيضانات إذا لم يتم اكتشافها في الوقت المناسب. إذا كانت الحماية بواسطة GFCI مطلوبة، يجب تثبيت مصدر طاقة مصمم لجهاز GFCI يحتوي على إنذارات صوتية أو جهاز GFCI مثبت على مخرج واحد يغذي فقط هذا الجهاز.

ماذا يفعل جهاز GFCI عندما يتعطل؟

إذا لم يعمل GFCI كما ينبغي، فسوف ينقطع التيار كهربائيًا إما بدون سبب أو يفشل في الانقطاع عند الضغط على زر TEST. يجب الضغط على زر TEST كل شهر، وإذا لم ينقطع GFCI، يجب استبداله فورًا.

هل يوجد قاطع دائرة يجمع بين AFCI و GFCI؟

بالفعل، قواطع الدائرة ذات الوظيفة المزدوجة هي أجهزة تدمج بتناغم حماية القوس الكهربائي (AFCI)، وحماية التيار الأرضي (GFCI)، وطرق الحماية التقليدية من التيار الزائد. يقوم المصنعون المختلفون للوحات الكهربائية في أمريكا الشمالية بتصنيع هذه الأجهزة ويقدمون الحماية المثلى ضد دائرة كهربائية واحدة.

المراجع

• المؤسسة الدولية لسلامة الكهرباء (ESFI) — سلامة GFCI وقواطع الدائرة. إرشادات للمستهلكين والمحترفين حول أدوار GFCIs وقواطع الدائرة في سلامة الكهرباء المنزلية.
• الجمعية الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA) — مقالات NEC 210 و422. متطلبات حماية GFCI و AFCI في المنشآت السكنية والتجارية.
• Eaton — قواطع GFCI، قواطع الوظيفة المزدوجة، و RCBOs. مصنع لأجهزة الحماية السكنية والتجارية التي تجمع بين الحماية من التيار الزائد، وحماية التيار الأرضي، وحماية القوس الكهربائي.
• Schneider Electric — اختيار وتطبيق RCD و RCBO. إرشادات المصنع حول الحماية من التيار المتبقي لتركيبات سوق IEC.

يحمي قاطع الدائرة من الأضرار الناتجة عن الحرارة التي قد تسببها الأسلاك الكهربائية المحملة بشكل زائد؛ بينما يحمي GFCI من الصدمات الكهربائية التي قد تسببها الأسلاك المعطوبة أو الأجهزة الرطبة. ومع ذلك، لا يستطيع أي جهاز التعامل مع التهديدات بمفرده، وحيثما يوجد مزيج من الماء والكهرباء، فإن أيًا من الجهازين لن يكون كافيًا. سواء كان قاطع دائرة موجودًا في اللوحة، أو مقبس تمديد GFCI، أو RCBO، يجب استخدام كلا الجهازين للحفاظ على سلامة الأجهزة الكهربائية المستخدمة في منازلنا ومطابخنا وحماماتنا. لذلك، تبيع HUYU أجهزة تكمل الطبقات المذكورة أعلاه في نظام الحماية ضد المخاطر المرئية وغير المرئية.