مقدمة:
(RCDs) Residual Current Devices هي أحد أدوات السلامة الكهربائية المُصمَّمة لحماية وسلامة الأفراد والمُعدَّات من المخاطر الناتجة عن التيار الكهربائي غير المتوقَّع، ومن الصدمات الكهربائية، وبالتالي إنقاذ الحياة؛ حيث إنَّه من الممكن أن يتسبَّب تيار كهربائي بقوة (30 مللي أمبير) في وفاة الإنسان إذا استمرَّ لأكثر من جزءٍ من الثانية. وتعمل هذه الأجهزة على اكتشاف تسريب التيار الكهربائي من الدائرة الكهربائية، والذي قد يحدث نتيجة تلف العزل، أو سوء التوصيل، أو ملامسة الأسلاك الكهربائية بالأرض أو بالماء.
وعندما يتمُّ الكشف عن أيِّ تسريب تيار غير طبيعي، يقوم الـRCD بقطع التيار الكهربائي في غضون أجزاءٍ من الثانية؛ ممَّا يُقلِّل من خطر حدوث الصدمات الكهربائية أو الحرائق.
ويتميز جهاز RCD بسرعة استجابة عالية، وحساسية عالية أصغر من (30 مللي أمبير)؛ ولهذا السبب يُعدُّ القاطع RCD جزءًا مُهمًّا للغاية في التَّركيبات الكهربائية.
كيف يعمل RCDs
في حالة التوصيلات الكهربائية التقليدية، تتمُّ عملية الحماية بواسطة فُـيُوز أو قاطع الدائرة MCB Miniature Circuit Breaker، وذلك ضد القصر، أي: تلامس الطرف الحي مع النيوترال فقط، ولكنه لا يحمي من الصدمات الكهربائية الناتجة عن تيار التسريب نتيجة تلف العزل، وجسم الإنسان له مقاومة في حدود (1000 أوم)، ولذلك إذا قام أحد الأشخاص بلمس الطرف الحي، فبالتبعيَّة سوف يمرُّ تيار خلال جسم الإنسان تكون قيمته في حدود (30 مللي أمبير)، وهذا التيار غير كافٍ لفصل الفُـيُوز، أو قاطع الدائرة، ولكن هذا التيار يكون قاتلًا للإنسان.
والمبدأ الأساسي الذي يقوم عليه القاطع RCD هو أنَّ التيار في الطرف الحي والطرف المتعادل يجب أن يكون له نفس القيمة، ومتماثلين، وإذا كان هناك اختلاف بين التيارين، فالفرق يكون في صورة تيار تسريب في مكانٍ ما في الدائرة، أو مارًّا في جسم الإنسان.
ويقوم القاطع RCD بمقارنة التيار المار في الطرف الحي والتيار المار في الطرف المتعادل، وبمعنًى أدق: أنه يقوم بمقارنة المجال المغناطيسي الناشئ عن التيار المار في الطرف الحي والمجال المغناطيسي الناشئ عن مرور تيار في الطرف المتعادل في حالة وَضْع قلب مغناطيسي مع لفَّات الطرف الحي والطرف المتعادل، فإنَّ التيارات المتدفِّقة في الموصلات ستنتج مجالات مغناطيسية (متغيِّرة المجالات المتولدة) متطابقة تمامًا، ولكن في الاتجاه المعاكس؛ لذلك فإنَّ أحد المجالات يلغي الآخر، وبالتالي ستكون مُحصِّلة المجالات المغناطيسية المتولِّدة صفرًا.
ولكن إذا قام أحد الأشخاص بلمس الموصل الحي، فسوف يمرُّ جزءٌ من تيار الدائرة في جسمه، وبالتالي فإنَّ التيار في السلك الحي سيكون ذا قيمة أكبر من التيار في السلك المتعادل، وفي حالة عدم تساوي التيارين -وبالتبعية المجالان- سيؤدِّي هذا الخلل أو الاختلاف في قِيَمِ التيارات إلى وجود مجال مغناطيسي في القلب الحديدي، وهناك ملف كهربائي ثالث على قلب حديدي أيضًا، ومتصل بمرحل؛ حيث إنَّه هو المسئول عن عملية الفصل للقاطع، وسيؤدي وجود مجال مغناطيسي إلى تنشيط المرحل، ويقوم القاطع بفصل الدائرة.
ويبدو أن القاطع RCD متشابه جدًّا إلى القاطع MCB، ولكن لا يمكن أن يحلَّ محلَّه، أو يقوم بوظيفته؛ لأنَّ القاطع RCD لا يتفاعل مع الحمل الزائد، أو قصر الدائرة؛ لأنَّ في تلك الحالات تظلُّ التيارات في الموصلات الحيَّة والمتعادلة متوازنةً؛ لذلك لا تقوم باختبار قصر الدائرة على الـ RCD مباشرةً دون وجود قاطع MCB.
اختيار RCDs
وَفْقًا للمواصفة IEC 60364-4-41، استخدام حماية وسلامة إضافيَّة عن طريق أجهزة RCD عالية الحساسية.
وسواء قمتَ بشراء أجهزة RCD لتثبيتها في منزلك، أو تحديد أجهزة RCD لمشروعٍ ما، فمن المُهمِّ تحديد نوع الجهاز المناسب لهذه المهمَّة، ويتضمَّن اختيار RCD تحليلًا دقيقًا لكلٍّ من التطبيق، ونظام الأسلاك المرتبط به للتأكُّد من أن RCD سيعمل بشكل صحيح وموثوق.
ويجب على المُصمِّمين مراعاة عدة عوامل عند اختيار RCD؛ سواء للتركيب الجديد، أو كجزءٍ من ترقية، أو تعديل، أو تحديث دائرة موجودة، فلابدَّ من مراعاة عدة عوامل مهمة جدًّا.
وفيما يلي قائمة بالاعتبارات الرئيسة لاختيار RCDs:
1- حساسية RCDs:
الخطوة الأولى في اختيار RCDs هي تحديد مستوى السلامة المطلوب، وهذا بدوره سيساعدك على اختيار مستوى حساسية RCD الصحيح، وتعتمد معايير سلامة الاختيار -عادةً- على نوع الأحمال التي سيتمُّ حمايتها، بالإضافة إلى أيِّ لوائح مُحدَّدة تنطبق على التثبيت.
وتُعدُّ أجهزة RCD الأصغر مناسبة لسلامة الدوائر ذات التيار المنخفض؛ مثل تلك المستخدمة للإضاءة، في حين أن أجهزة RCD الأكبر حجمًا مطلوبة للأجهزة الثقيلة والآلات الصناعية.
وهناك بشكل عام (3 مستويات) حساسية RCDs، وهي: (منخفضة، ومتوسطة، وعالية).
1.حساسية عالية RCDs
تمَّ تصنيفها للفصل عند (10 مللي أمبير) إلى (30 مللي أمبير)، وتستخدم للحماية والسلامة من الصدمات الكهربائية، ويتمُّ استخدامها -عادةً- في المنشآت التي يوجد فيها خطر الصَّعق الكهربائي؛ مثل المناطق الرطبة، أو حيث يتواجد الأطفال، فاستخدامها يكون للمنازل، والمبانـي السكنية الأخرى.
2.حساسية متوسطة RCDs
تتمتَّع أجهزة RCD بتيار فصل مقدر يتراوح بين (100 و300 مللي أمبير)، وتستخدم بشكل شائع للحماية والسلامة من مخاطر الصدمات والحرائق، وغالبًا ما يتمُّ استخدامها في المبانـي التجارية؛ مثل: متاجر البيع بالتجزئة والمكاتب، حيث يوجد خطر أكبر للحريق بسبب الأعطال الكهربائيَّة.
3.حساسية منخفضة RCDs
تتمتَّع أجهزة RCD بتيار فصل للتيارات المتبقية التي تزيد عن (500 مللي أمبير)، وهي مُصمَّمة للاستخدام في التطبيقات الصناعية؛ حيث إنها توفر مستوى عاليًا من السلامة والحماية ضد مخاطر الصدمات والحرائق، ويمكنها حماية المُعدَّات الصناعية؛ مثل: المحرِّكات.
2. نوع RCDs:
أولًا: اعتمادًا على التطبيق:
الخطوة التالية في عملية اختيار RCDs هي تحديد نوع الجهاز المطلوب، واعتمادًا على التطبيق يمكنك الاختيار بين RCD المثبت على سكة DIN أو RCD الإضافـي، ويوجد أيضًا جهاز التيار المتبقي المحمول الذي يمكن استخدامه للسلامة والحماية المؤقتة، كما هو الحال أثناء العمل في الهواء الطلق.
1. Fixed RCDs
يتمُّ تثبيت أجهزة RCD المثبتة على السكك الحديدية DIN (البارة) في لوحة التوزيع الكهربائية، وتُوفِّر السلامة والحماية الدائمة للدوائر، وهذه إلزاميَّة في العديد من المناطق، ويمكن استخدامها للمنشآت بأكملها، أو دوائر مختارة.
2. Plug-in RCDs
تأتـي هذه على شكل مُحوِّل RCD إضافـي، وهي مُصمَّمة لسهولة التثبيت، وغالبًا ما تستخدم في المبانـي المنزلية، وتُشْبه حماية RCD الإضافية حماية RCD المثبتة على السكك الحديدية، ولكنها أقلُّ تكلفة، وأسهل في التثبيت.
3. Portable RCDs
تُعدُّ أجهزة RCD المحمولة من أنواع السدَّادات التي يمكن استخدامها للسلامة والحماية المؤقتة، كما هو الحال أثناء أعمال البناء؛ حيث يتمُّ استخدامها -غالبًا- مع الأدوات الكهربائية، ويمكن توصيل هذه الأجهزة بأيِّ منفذ كهربائي قياسي، وهي توفر السلامة والحماية ضد الصدمات الكهربائية.
ثانيًا: اعتمادًا على أنواع الأحمال:
هناك أيضًا أنواعٌ من الأجهزة RCDs بناءً على أنواع الأحمال التي تمَّ تصميمها من أجلها، وكما هو محدد بواسطة معيار IEC 60755 RCD.
والأكثر شيوعًا هو النوع AC، والنوع A، والنوع F، والنوع B، والنوع S.
4. AC-RCDs -TYPE
إنَّ أجهزة RCD من النوع AC مخصَّصة للتيارات والدوائر الجيبية، أو التيار المتردد، والتي تنتج الحدَّ الأدنى من الاضطرابات، وتشتمل تطبيقات أنواع أجهزة التيار المتبقي على دوائر الإضاءة، وسخانات الغمر، وأنواع أخرى من السخانات التي تستخدم دوائر التيار المتردد.
5. A-RCDs -TYPE
تمَّ تصميمها للحماية والسلامة في كلٍّ من دوائر التيار المتردد، ودوائر التيار المستمر النابضة، وتشمل هذه التطبيقات الأحمال الإلكترونية التي تحتوي على دوائر ومُكوِّنات تصحيحية. وتستخدم أنواع RCD للدوائر التي تتضمَّن أجهزة الكمبيوتر، وأجهزة التلفزيون، وأجهزة الطهي بالحثِّ، والأجهزة المماثلة.
6. F-RCDs -TYPE
جهاز التيار المتبقِّي من النوع F مُخصَّص للتركيبات أُحَادية الطور، ويتمتَّع بمستوى عالٍ من المناعة ضد الفصل الكاذب، ويجب على المُصمِّمين اختيار هذه الأجهزة للدوائر ذات المُعدَّات التي تستخدم أجهزة السرعة، وتشمل الأمثلة مُعدَّات تكييف الهواء، والمضخَّات، والغسالات الحديثة، وغيرها من الأجهزة التي تستخدم مُحرِّكات متغيرة الدفع.
7. B-RCDs -TYPE
هذا النوع من RCD مُخصَّص للتركيبات ثلاثية الطور، ويتمتَّع بنفس المناعة العالية ضد الفصل الكاذب مثل النوع F، ومع ذلك لا يمكن استخدامه إلا مع الإمدادات ثلاثية الطور التي لها مسار إرجاع مشترك، وغالبًا ما توجد هذه الأنواع في التطبيقات التجارية والصناعية؛ حيث يوجد العديد من الأحمال التي تُحرِّكها المحركات الكهربائية، والتطبيقات الشائعة هي: المصاعد، والتدفئة، والتهوية، وتكييف الهواء (HVAC)، وأغلبية المُحرِّكات الصناعية.
8.S-RCDs -TYPE
يتضمَّن جهاز RCD من النوع S مَيْزة تأخير الوقت, ويتمُّ استخدامها في الدوائر التي تحتوي على تيارات متدفقة، أو المندفعة (INRUSH CURRENTS)؛ مثل: المُحرِّكات الكهربائية، ودوائر المُحوِّلات. إن RCD هذا غير مناسب للسلامة والحماية من الصدمات الكهربائية؛ لأنه يستغرق وقتًا طويلًا في الفصل.
ثالثًا: اعتمادًا على المحددات والقِيَمِ الأخرى:
تشير تصنيفات RCD إلى التيار والجهد المحددين، والقيم الأخرى التي يمكن للجهاز التعامل معها، بما في ذلك الترددات التي يمكن أن يعمل ضمنها، وتعتبر هذه المواصفات مهمة عند تحديد حجم أجهزتك للدائرة.
تصنيف RCDs حسب الجهد
تمَّ تصميم معظم أجهزة التيار المتبقي لدوائر التيار المتردد بجهد (240 فولت)، ولكن قد يتمُّ تصنيف بعضها لإمدادات ثلاثية الطور بجهد (110 فولت) أو (415 فولت)، وأثناء إجراء اختيار RCDs يُعدُّ هذا أحد المواصفات الأساسيَّة التي يجب عليك التحقُّق منها.
تصنيف RCDs حسَب التيار
عادةً ما يتمُّ تحديد تصنيف تيار RCD بـ (المللي أمبير MA)، ويشير إلى الحد الأقصى للتيار الذي يمكن للجهاز التعامل معه قبل أن يقوم بالفصل. إنَّ تحديد حجم RCD الخاص بك بشكلٍ صحيحٍ يعني اختيار جهاز ذي تصنيف تيار أكبر من تيار القصر المحتمل للدائرة.
وتتضمَّن التقييمات الحالية لـ RCD: التيار المقنن، والتيار المتبقي المقدر، والتيَّارُ المقنَّن هو الحد الأقصى للتيار الذي يمكن للجهاز التعامل معه قبل أن يقوم بالفصل.
والتيَّارُ المتبقي المقدر هو مقدار التيار الذي يتسبَّب في تفعيل RCD، وفصل الدائرة، ويكون هذا -عادةً- حوالي (30 مللي أمبير، وأقل) لتطبيق RCD المنزلي، ويصل إلى (500 مللي أمبير) للاستخدامات الصناعية.
تصنيف RCDs حسَب التردد
تمَّ تصميم RCDs للعمل ضمن نطاق تردُّد محدد، والأكثر شيوعًا هو (50-60 هرتز)، لكن قد يكون لدى بعض الأجهزة نطاق أوسع، وهذه المواصفات مهمَّة للمُعدَّات التي تستخدم مُحرِّكات متغيِّرة السرعة؛ نظرًا لأنَّ التوافقيات الحالية التي تنتجها هذه الأجهزة يمكن أن تُسبِّب تعثُّـرًا خاطئًا إذا لم يكن RCD مُصمَّمًا لتصفيتها.
الخاتمة:
(السلامة قَرارْ، وليست اختيَارْ)؛ ولذلك السلامة ليست خيارًا، بل هي التزامٌ يستدعي اتخاذ قرارات مستنيرة وصحيحة، خاصةً عند اختيار الأجهزة المهمة؛ مثل RCD، ويتطلَّب الأمر دراسةً متأنِّيةً لضمان توافق الجهاز مع متطلبات الدائرة الكهربائية وتطبيقها.
ومن خلال مراعاة تصنيفات الجهد والتيار ونطاق التردد للتأكُّد من أن الجهاز متوافق مع دائرتك- يمكن تحقيق مستوى عالٍ من الحماية والموثوقيَّة، وتَذكَّرْ أن اختيار الجهاز المناسب هو استثمارٌ مباشر في سلامة الأرواح والممتلكات.
