الأخبار

صُممت الأنظمة الكهربائية لتعمل بأمان في الظروف العادية، ولكن الأعطال مثل قصر الدائرة الكهربائية وأعطال التأريض قد تتسبب في تدفق تيارات عالية للغاية في غضون أجزاء من الثانية. يُعرف مستوى التيار المتاح أثناء العطل بتيار العطل المتوقع (PFC).

يساعد فهم معامل تصحيح القدرة (PFC) وتيار قصر الدائرة المتوقع (PSCC) الكهربائيين والمهندسين والمقاولين على اختيار أجهزة الحماية ذات قدرات القطع المناسبة والحفاظ على التشغيل الآمن في جميع المنشآت.

ما هو تيار العطل المحتمل (PFC)؟

تيار العطل المتوقع هو أقصى تيار يمكن أن يتدفق في دائرة كهربائية أثناء حدوث عطل، بافتراض إهمال مقاومة أجهزة الحماية. وهو يمثل أعلى تيار عطل ممكن عند نقطة معينة في المنشأة.

يتأثر الفص الجبهي الأمامي بعدة عوامل، منها:

تحدث تيارات الأعطال الأعلى عمومًا بالقرب من محول التغذية حيث تكون المعاوقة أقل.

الفرق بين PFC وPSCC وPEFC

يُستخدم مصطلح PFC غالبًا كوصف عام لتيار العطل المتاح، بينما يصف كل من PSCC و PEFC أنواعًا محددة من الأعطال.

تيار قصر الدائرة المتوقع (PSCC)

يشير مصطلح PSCC إلى تيار العطل بين الموصلات الحية، مثل:

تنتج الأعطال ثلاثية الأطوار عادةً أعلى قيم لتيار العطل.

تيار خطأ الأرض المتوقع (PEFC)

يشير مصطلح PEFC إلى التيار المتدفق أثناء حدوث عطل بين الخط والأرض. وتعتمد قيمته بشكل كبير على نظام التأريض ومعاوقة حلقة العطل الأرضي.

في العديد من عمليات الفحص الكهربائي، يتم قياس كل من PSCC و PEFC، ويتم تسجيل القيمة الأعلى على أنها PFC للمنشأة.

لماذا يُعدّ تيار العطل مهمًا؟

تم تصميم أجهزة الحماية مثل قواطع الدائرة الكهربائية، وقواطع التيار المتبقي مع التيار الزائد، وقواطع الدائرة المصغرة، والصمامات لفصل تيارات الأعطال بأمان قبل حدوث أي ضرر داخل التركيبات الكهربائية.

إذا تجاوز تيار العطل المحتمل قدرة القطع لجهاز الحماية، فقد تتعطل المعدات أثناء حالة العطل، مما قد يتسبب في أضرار جسيمة لمفاتيح التبديل ويزيد من مخاطر السلامة.

تساعد حسابات تيار العطل الدقيقة المهندسين وفنيي الكهرباء على اختيار تصنيفات مفاتيح التبديل المناسبة، وتنسيق أجهزة الحماية بشكل صحيح، وتقليل مخاطر وميض القوس الكهربائي، والتحقق من أن أوقات الفصل تتوافق مع لوائح الأسلاك الكهربائية.

على سبيل المثال، لا ينبغي تركيب قاطع دائرة مصغر بقدرة 6 كيلو أمبير في دائرة يتجاوز فيها تيار العطل المقاس 6 كيلو أمبير، حيث قد لا يكون القاطع قادرًا على قطع العطل بأمان.

كيفية حساب تيار قصر الدائرة المتوقع

الصيغة الأكثر شيوعًا المستخدمة لحساب معامل ارتباط السعة (PSCC) هي:

 

أين:

Isc =

V Z

تشمل المعاوقة الكلية ما يلي:

مع انخفاض المعاوقة، يزداد تيار العطل.

مثال على حساب PSCC

لنفترض نظامًا ثلاثي الأطوار بجهد 400 فولت يتم تزويده بواسطة محول كهربائي بقدرة 500 كيلو فولت أمبير مع مقاومة 5٪.

الخطوة 1: حساب تيار الحمل الكامل

IFL =

500000 √3 × 400

يبلغ تيار الحمل الكامل حوالي 722 أمبير.

الخطوة الثانية: حساب تيار قصر الدائرة

ISC =

722 × 100 5

يبلغ تيار قصر الدائرة المتوقع المحسوب حوالي 14.4 كيلو أمبير.

ثم تتم مقارنة هذه القيمة بقدرة قطع التيار للأجهزة الوقائية المثبتة داخل النظام.

العوامل المؤثرة على PSCC وPFC

يمكن أن تؤدي العديد من خصائص التركيب إلى زيادة أو تقليل مستويات تيار العطل.

حجم المحول

تُنتج المحولات الأكبر حجماً تيارات عطل أعلى عموماً لأن مقاومتها أقل. ومع زيادة سعة المحول، يمكن أن يتدفق تيار أكبر أثناء حالة العطل.

على سبيل المثال، عادةً ما توفر المحولات التجارية والصناعية تيارات أعطال محتملة أعلى من المحولات السكنية الأصغر حجماً.

تؤثر معاوقة المحول أيضًا على مستويات تيار العطل. فالمعاوقة المنخفضة تسمح بتيار عطل أعلى، بينما تساعد المعاوقة العالية على الحد منه.

طول الكابل

تؤدي الكابلات الأطول إلى زيادة مقاومة الدائرة، مما يقلل من تيار العطل المتاح عند نقطة العطل. ومع زيادة طول الكابل، تزداد المقاومة الكهربائية أيضًا، مما يحد من كمية التيار التي يمكن أن تتدفق أثناء حدوث قصر في الدائرة أو عطل أرضي.

ولهذا السبب، فإن الدوائر الموجودة على مسافة أبعد من مصدر الطاقة عادة ما يكون لها مستويات تيار عطل محتملة أقل.

حجم الموصل

تتميز الموصلات الأكبر حجماً بمقاومة كهربائية أقل، مما يسمح بتدفق تيار العطل بسهولة أكبر عبر الدائرة. ومع زيادة حجم الموصل، تنخفض معاوقة الدائرة، مما قد يؤدي إلى زيادة تيار العطل المحتمل.

تؤدي الموصلات الأصغر إلى مقاومة أعلى، مما قد يساعد في الحد من مستويات تيار العطل ولكنه قد يزيد أيضًا من انخفاض الجهد وتوليد الحرارة في ظل ظروف الحمل.

نوع العطل

تُنتج أنواع الأعطال الكهربائية المختلفة مستويات متفاوتة من تيار العطل. وعادةً ما يُولّد العطل ثلاثي الأطوار أعلى تيار عطل لأن الأطوار الثلاثة جميعها متصلة ببعضها البعض مباشرةً مع مقاومة ضئيلة في مسار العطل.

ينتج عن عطل بين طورين عادةً مستوى تيار منخفض، نظرًا لتأثر طورين فقط. أما عطل التأريض، فينتج عنه عادةً تيار عطل أقل، لأن قيمته تتأثر بشكل كبير بمقاومة مسار عودة التيار إلى الأرض وتكوين نظام التأريض.

برنامج الإمداد

غالباً ما تشهد المنشآت الواقعة بالقرب من المحطات الفرعية قيم PFC أعلى بسبب انخفاض مقاومة الشبكة.

كيفية قياس تيار العطل المحتمل

في الممارسة العملية، يقوم فنيو الكهرباء عادةً بقياس معامل القدرة باستخدام جهاز اختبار التركيب متعدد الوظائف (MFT) أو جهاز اختبار الحلقة المخصص.

يقوم الجهاز بتطبيق حمل اختبار لفترة وجيزة ويحسب تيار العطل المتاح من المعاوقة المقاسة.

قياس معامل التماسك بين الطورين

يتم قياس معامل السعة الكهربائية للعضلات (PSCC) عادةً بين:

• الخط والمحايد
• الخط والخط (أنظمة ثلاثية الطور)

قياس PEFC

يتم قياس PEFC بين:

• الخط والأرض

عادةً ما يتم تسجيل أعلى قراءة كقيمة PFC للمنشأة.

إجراء اختبار PFC النموذجي

يبدأ اختبار تصحيح معامل القدرة (PFC) النموذجي بعزل الدوائر الكهربائية المتصلة بالشبكة عند الضرورة لضمان ظروف اختبار آمنة. ثم يتم توصيل جهاز الاختبار بنقطة بداية التركيب أو مباشرة بلوحة التوزيع.

بعد تحديد وضع اختبار PFC أو مقاومة الحلقة على الجهاز، يتم أخذ القياسات بين الخط والحيادي لتحديد تيار قصر الدائرة المتوقع (PSCC)، وبين الخط والأرض لتحديد تيار خطأ الأرض المتوقع (PEFC).

بمجرد الحصول على كلا القراءتين، يتم عادةً تسجيل القيمة الأعلى على أنها تيار العطل المتوقع للمنشأة.

يتم إجراء اختبار PFC بشكل شائع في لوحات المفاتيح الرئيسية ولوحات التوزيع والدوائر النهائية ولوحات مفاتيح التبديل التجارية للتحقق من أن أجهزة الحماية قادرة على قطع تيارات الأعطال المحتملة بأمان.

مشاكل التيار العالي والمنخفض للأعطال

يمكن أن تتسبب تيارات الأعطال المرتفعة للغاية والمنخفضة للغاية في مشاكل تتعلق بالحماية.

نسبة عالية من مركبات الكربون البيرفلورية

قد تُشكّل مستويات تيار العطل المتوقعة المرتفعة للغاية مخاطر جسيمة على السلامة والمعدات في التركيبات الكهربائية. إذا تجاوز تيار العطل قدرة قاطع الدائرة على الفصل، فقد يفشل الجهاز في فصل العطل بشكل آمن.

يمكن أن تؤدي تيارات الأعطال العالية إلى زيادة طاقة وميض القوس الكهربائي، وتُسبب إجهادًا حراريًا وميكانيكيًا مفرطًا على مفاتيح التبديل ومعدات التوزيع. في مثل هذه الحالات، يلزم استخدام أجهزة حماية ذات تصنيف كيلو أمبير أعلى للتعامل الآمن مع ظروف الأعطال.

انخفاض نسبة مركبات الكربون البيرفلورية

يمكن أن يتسبب انخفاض تيار العطل أيضًا في حدوث مشاكل لأن بعض أجهزة الحماية قد لا تعمل بسرعة كافية لفصل العطل بأمان.

الطرق الشائعة المستخدمة لتقليل تيار العطل

عندما تكون مستويات تيار العطل مرتفعة للغاية، قد يتخذ المهندسون عدة تدابير لتقليل المخاطر وضمان بقاء النظام الكهربائي آمنًا ومتوافقًا مع المعايير.

يتمثل أحد الحلول الشائعة في تركيب قواطع دوائر كهربائية ذات قدرة أعلى، قادرة على قطع تيارات الأعطال الكبيرة بأمان دون إحداث أي ضرر. كما يمكن استخدام صمامات تحديد التيار لتقليل ذروة طاقة العطل وحماية المعدات المتصلة بها.

في بعض الحالات، يقوم المهندسون بزيادة مقاومة الكابل عن طريق اختيار مسارات كابل أطول أو موصلات أصغر، مما يساعد على الحد من كمية تيار العطل المتدفق عبر النظام.

يمكن لتعديلات معاوقة المحولات أن تقلل من مستويات تيار العطل المحتمل عن طريق تقييد التيار المتاح أثناء حدوث العطل. في المنشآت الكبيرة، قد يُعاد تصميم مخطط التوزيع العام لتحسين إدارة تيار العطل، وتعزيز تنسيق الحماية، وتقليل الضغط على المعدات الكهربائية.

اختيار أجهزة تصحيح معامل القدرة وأجهزة الحماية

لكل جهاز حماية قدرة كسر مصنفة، مثل:

يجب أن تتجاوز قدرة الجهاز الحد الأقصى لتيار العطل المتوقع عند نقطة تركيبه.

فمثلا:

تم قياس مركبات الكربون البيرفلورية	الحد الأدنى لتصنيف قاطع الدائرة
4kA	قاطع دائرة 6 كيلو أمبير
8kA	قاطع دائرة 10 كيلو أمبير
18kA	قاطع دائرة 25 كيلو أمبير

ولهذا السبب يتم عادةً إجراء اختبار تيار العطل قبل اختيار أو استبدال مفاتيح التبديل.

خاتمة

يُعد اختبار تيار العطل المتوقع جزءًا من التحقق الكهربائي والتشغيل وتصميم النظام. وتساعد قيم PSCC وPEFC الدقيقة على ضمان قدرة أجهزة الحماية على فصل الأعطال بأمان، والتزام المنشآت بالمعايير الكهربائية.

اكتشف مجموعتنا من حلول الحماية الكهربائية مصممة لتركيبات آمنة وموثوقة.

اتصل بنا للحصول على معلومات عن المنتج، أو الدعم الفني، أو إرشادات التطبيق، يرجى الاتصال بنا اليوم.