قاطع دائرة الحماية من القوس الكهربائي

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
هذا القاطع الكهربائي ذو الملصق الأصفر (قاطع الدائرة الكهربائية ذو الحماية من القوس الكهربائي) هو من الجيل القديم. أما الأجهزة الحالية (حتى عام 2013) فتُعرف باسم "النوع المُركّب".

قاطع دائرة الحماية من القوس الكهربائي ( AFCI ) أو جهاز كشف القوس الكهربائي ( AFDD ) [ 1 ] هو قاطع دائرة يفصل الدائرة عند اكتشافه للأقواس الكهربائية التي تُشير إلى وجود وصلات غير محكمة في أسلاك المنزل. قد تتطور هذه الوصلات غير المحكمة بمرور الوقت، وقد ترتفع درجة حرارتها أحيانًا إلى مستوى كافٍ لإشعال حرائق المنازل. يميز قاطع دائرة الحماية من القوس الكهربائي (AFCI) بشكل انتقائي بين القوس غير الضار (الناتج عن التشغيل العادي للمفاتيح والمقابس والمحركات الكهربائية)، والقوس الخطير المحتمل (الذي قد يحدث، على سبيل المثال، في سلك مصباح به موصل مكسور).

في كندا والولايات المتحدة ، أصبحت قواطع التيار الكهربائي AFCI مطلوبة بموجب قوانين الكهرباء للدوائر التي تغذي المقابس الكهربائية في غرف النوم السكنية منذ بداية القرن الحادي والعشرين؛ وقد اشترط قانون الكهرباء الوطني الأمريكي استخدامها لحماية معظم المقابس السكنية منذ عام 2014، [ 2 ] واشترط قانون الكهرباء الكندي استخدامها منذ عام 2015. [ 3 ]

في المناطق التي تستخدم جهد 230  فولت، يؤدي الجمع بين الجهد العالي وتيارات الحمل المنخفضة إلى ظروف مختلفة مطلوبة لبدء عطل القوس الكهربائي، الذي لا يحترق بالكامل ولا يلتحم بدائرة قصر بعد فترة وجيزة، كما أن خصائص القوس تختلف عند حدوثه. ولهذا السبب، في أوروبا الغربية (حيث قد يكون التيار المنزلي في العديد من البلدان 400 فولت ثلاثي الأطوار) والمملكة المتحدة (حيث يشيع استخدام التيار المنزلي أحادي الطور 230 فولت)، يكون اعتماد أجهزة كشف أعطال القوس الكهربائي أبطأ، واستخدامها اختياري، ولا يُلزم إلا في مواقع محددة عالية الخطورة. لا تشترط اللوائح الأسترالية والنيوزيلندية - قواعد التمديدات الكهربائية (AS NZS 3000:2018) - تركيب أجهزة كشف أعطال القوس الكهربائي في أستراليا. مع ذلك، في نيوزيلندا،  يجب حماية جميع الدوائر الفرعية النهائية التي تصل قدرتها إلى 20 أمبير بواسطة جهاز كشف أعطال القوس الكهربائي إذا كانت تغذي مواقع معرضة لخطر حريق كبير، أو مواقع تحتوي على أشياء لا يمكن استبدالها، أو مبانٍ تاريخية معينة، أو منافذ كهربائية في أماكن نوم الطلاب بالمدارس. [ 4 ] معظم المقابس في هذه البلدان موجودة على دوائر مصنفة عند 20 أمبير أو أقل.

في الولايات المتحدة، تُعدّ أعطال القوس الكهربائي من الأسباب الرئيسية للحرائق الكهربائية في المنازل. [ 5 ] ففي كل عام، يُعزى أكثر من 40,000 حريق في الولايات المتحدة إلى الأسلاك الكهربائية المنزلية، مما يُسفر عن أكثر من 350 حالة وفاة وأكثر من 1,400 إصابة سنويًا. [ 6 ]

تستجيب قواطع الدائرة التقليدية فقط للأحمال الزائدة والدوائر القصيرة ، لذا فهي لا توفر الحماية من حالات التقوس الكهربائي التي تُنتج تيارًا غير منتظم، وغالبًا ما يكون منخفضًا. أما قواطع التيار القوسي (AFCI) فهي أجهزة مصممة للحماية من الحرائق الناجمة عن أعطال التقوس الكهربائي في الأسلاك الكهربائية المنزلية. تراقب دائرة قاطع التيار القوسي التيار باستمرار وتميز بين حالات التقوس الطبيعية وغير المرغوب فيها. بمجرد اكتشاف التقوس، يفتح قاطع التيار القوسي نقاط التلامس الداخلية، وبالتالي يفصل التيار عن الدائرة ويقلل من احتمالية نشوب حريق. [ 7 ]

مبدأ التشغيل

تكشف الدوائر الإلكترونية داخل قاطع الدائرة الكهربائية AFCI عن التيار الكهربائي المتناوب بترددات مميزة، عادةً حوالي 100  كيلوهرتز، والمعروفة بارتباطها بظاهرة تقوس الأسلاك، والتي تستمر لأكثر من بضعة أجزاء من الألف من الثانية. يوفر قاطع الدائرة الكهربائية AFCI حماية ضد التقوس المتوازي (بين الخط والحيادي)، والتقوس التسلسلي (بسبب وجود جزء مفكوك أو مكسور أو ذي مقاومة عالية في خط واحد)، والتقوس الأرضي (من الخط أو الحيادي إلى الأرض)، والحمل الزائد، وقصر الدائرة. يقوم قاطع الدائرة الكهربائية AFCI بفصل الدائرة في حال اكتشاف تقوس خطير.

عند تركيبها كأول مخرج في دائرة فرعية، توفر مقابس AFCI حماية من القوس الكهربائي التسلسلي للدائرة الفرعية بأكملها. كما توفر حماية من القوس الكهربائي المتوازي للدائرة الفرعية بدءًا من مقبس AFCI. وعلى عكس قواطع AFCI، يمكن استخدام مقابس AFCI في أي نظام أسلاك بغض النظر عن لوحة التوزيع.

متطلبات قانون الكهرباء

الولايات المتحدة وكندا

وحدة AFCI (قاطع دائرة عطل القوس الكهربائي) ذات المعايير الأمريكية حوالي عام 2018. السلك الأبيض "الضفيرة" هو وصلة محايدة منخفضة الطاقة، موصلة بشكل ثابت بالوحدة.

ابتداءً من نسخة عام 1999 من قانون الكهرباء الوطني في الولايات المتحدة، ونسخة عام 2002 من قانون الكهرباء الكندي في كندا، تشترط القوانين الوطنية تركيب قواطع التيار القوسي (AFCI) في جميع الدوائر الكهربائية التي تغذي المقابس في غرف نوم الوحدات السكنية. واعتبارًا من نسخة عام 2014 من قانون الكهرباء الوطني، أصبح تركيب قواطع التيار القوسي إلزاميًا في جميع الدوائر الفرعية التي تغذي المقابس أو الأجهزة المثبتة في مطابخ الوحدات السكنية، بالإضافة إلى إضافات عام 2008 من قانون الكهرباء الوطني لتشمل غرف المعيشة، وغرف الطعام، وغرف الجلوس، والصالات، والمكتبات، وغرف المعيشة الصغيرة، وغرف النوم، وغرف التشمس، وغرف الترفيه، والخزائن، والممرات، ومناطق الغسيل، وما شابهها من الغرف والمناطق. كما يُشترط تركيبها أيضًا في وحدات السكن الجامعي. يمكن تحقيق هذا الشرط باستخدام قاطع دائرة "مُركّب" - وهو نوع مُحدد من قواطع الدائرة الكهربائية وفقًا لمعيار UL 1699 - في لوحة القواطع، والذي يوفر حماية مُدمجة ضد أعطال القوس الكهربائي والتيار الزائد ، أو باستخدام مقبس AFCI للتعديلات/التوسعات، أو كمقابس بديلة، أو في الإنشاءات الجديدة، عند أول مخرج في الفرع. لم تعتمد جميع الولايات القضائية الأمريكية متطلبات AFCI الواردة في الكود الوطني للكهرباء (NEC)، لذا من المهم التحقق من متطلبات الكود المحلي.

يهدف قاطع الدائرة الكهربائية AFCI إلى منع نشوب الحرائق الناتجة عن الشرارات الكهربائية. صُممت قواطع الدائرة الكهربائية AFCI لتتوافق مع أحد معيارين كما هو محدد في UL 1699: النوع "الفرعي" أو النوع "المُدمج" (ملاحظة: يستخدم قانون الكهرباء الكندي مصطلحات مختلفة ولكن متطلبات فنية متشابهة). يفصل قاطع الدائرة الكهربائية AFCI من النوع الفرعي عند مرور تيار شراري مقداره 75 أمبير من سلك الخط إلى السلك المحايد أو سلك التأريض. أما النوع المُدمج فيضيف خاصية الكشف عن الشرارات الكهربائية المتسلسلة إلى أداء النوع الفرعي. يفصل قاطع الدائرة الكهربائية AFCI من النوع المُدمج عند مرور تيار شراري متسلسل مقداره 5 أمبير.

مقبس كهربائي ثنائي الوظائف AFCI GFCI (قاطع دائرة العطل الأرضي) بجهد 110 فولت، حوالي عام 2016

تُعدّ مقابس AFCI حلاً بديلاً لقواطع AFCI. صُممت هذه المقابس لمعالجة المخاطر المرتبطة بنوعي الشرارة الكهربائية الخطرة المحتملة: المتوازية والمتسلسلة. توفر مقابس AFCI ميزة الاختبار وإعادة الضبط الموضعية باستخدام أزرار موجودة على واجهة الجهاز. قد يُغني هذا عن الذهاب إلى لوحة القواطع، ولكنه قد يُشجع المستخدم على إعادة الضبط دون التحقق من العطل الأساسي، كما هو مُفترض أن يحدث في حال إبلاغ شخص لديه صلاحية الوصول إلى لوحة الكهرباء.

في عام ٢٠٠٢، حذفت الهيئة الوطنية للكهرباء (NEC) كلمة "مقبس" واستبدلتها بكلمة "منافذ"، مما أدى إلى إضافة المصابيح والأجهزة الأخرى الموصولة بالأسلاك، مثل مراوح السقف في غرف النوم، إلى قائمة المتطلبات. وفي عام ٢٠٠٥، أوضحت الهيئة ضرورة حماية جميع المنافذ، على الرغم من مناقشة لجنة وضع القوانين استثناء أجهزة كشف الدخان في غرف النوم من هذا الشرط. وتشمل "المنافذ" كما هو مُعرّف في الهيئة الوطنية للكهرباء المقابس ووحدات الإضاءة وأجهزة إنذار الدخان، وغيرها. وباختصار، أي نقطة يُستخدم فيها التيار المتردد لتشغيل جهاز ما تُعتبر منفذًا.

اعتبارًا من يناير 2008، لم تكن سوى قواطع التيار القوسي من النوع "المدمج" تستوفي متطلبات الكود الوطني للكهرباء (NEC). يشترط الكود الوطني للكهرباء لعام 2008 تركيب قواطع التيار القوسي من النوع المدمج في جميع الدوائر الكهربائية السكنية ذات سعة 15 و20 أمبير، باستثناء غرف الغسيل والمطابخ والحمامات والجراجات والأقبية غير المكتملة، مع العلم أن العديد من هذه الأماكن يتطلب حماية بقواطع التيار الأرضي (GFCI ). أضاف الكود الوطني للكهرباء لعام 2014 المطابخ وغرف الغسيل إلى قائمة الغرف التي تتطلب دوائر كهربائية مزودة بقواطع التيار القوسي، بالإضافة إلى أي أجهزة (مثل الإضاءة) تتطلب الحماية. [ 8 ]

اعتبارًا من يناير 2023، يوجد إجمالي 6 وسائل حماية مشمولة في البند 210.12(أ). وتشمل هذه الوسائل ما يلي:

1. قاطع دائرة القوس الكهربائي من النوع المركب المدرج والذي يمثل الطريقة الأساسية المستخدمة لتلبية هذه المتطلبات.

2. قاطع التيار القوسي من النوع الفرعي/المغذي المدرج الذي يتم تركيبه عند منشأ الدائرة الفرعية ويعمل بالاشتراك مع قاطع التيار القوسي من النوع الفرعي للمخرج المدرج (قاطع التيار القوسي للمخرج) المثبت في صندوق المخرج الأول والذي يجب أيضًا وضع علامة عليه بأنه صندوق المخرج الأول للدائرة الفرعية.

3. يتضمن هذا الخيار "قاطع دائرة حماية إضافي من القوس الكهربائي" وهو غير موجود. لا يوجد معيار لهذا الجهاز، لذا لا يمكن استخدامه.

٤. يتوفر لهذا الخيار مُصنِّع واحد لديه حلٌّ في السوق. يتضمن هذا الخيار قاطع دائرة كهربائية فرعية معتمد من نوع AFCI، يتم تركيبه على الدائرة الفرعية عند المخرج الأول، بالإضافة إلى جهاز حماية من التيار الزائد معتمد للدائرة الفرعية، وذلك عند استيفاء الشروط الأربعة التالية: (أ) يجب أن تكون دائرة "التشغيل الرئيسي" متصلة من جهاز الحماية من التيار الزائد للدائرة الفرعية إلى قاطع الدائرة الكهربائية الفرعي AFCI. (ب) الحد الأقصى لطول موصل 14 AWG هو ٥٠ قدمًا، والحد الأقصى لطول موصل 12 AWG هو ٧٠ قدمًا. (ج) يجب تمييز صندوق المخرج الأول. (د) يجب أن يكون كلٌّ من قاطع الدائرة وقاطع الدائرة الكهربائية الفرعي AFCI معتمدين لتلبية متطلبات قاطع الدائرة الكهربائية الفرعي AFCI من النوع المُدمج.

الخياران 5 و 6 هما نفس الخيارات التي رأيناها في هذا القسم في الماضي ولكن تم تضمينهما كنص إيجابي بدلاً من كونهما استثناءً.

هذه الخيارات مطلوبة للمناطق التالية في الوحدات السكنية:

(1) المطابخ

(2) غرف عائلية

(3) غرف الطعام

(4) غرف المعيشة

(5) الصالونات

(6) المكتبات

(7) أوكار

(8) غرف نوم

(9) غرف التشمس

(10) غرف الترفيه

(11) الخزائن

(12) الممرات

(13) مناطق غسيل الملابس

(14) مناطق مماثلة

المملكة المتحدة

في المملكة المتحدة، تُعدّ النسخة الثامنة عشرة من لوائح التمديدات الكهربائية (BS 7671:2018) أول نسخة تُشير إلى أجهزة الحماية من أعطال القوس الكهربائي، وتُوضح إمكانية تركيبها إذا كان التصميم ينطوي على مخاطر عالية غير معتادة لحدوث حريق نتيجة أعطال القوس الكهربائي. تُشير الملاحق المتعلقة بالاختبار إلى أنه عند تركيب أجهزة الحماية من أعطال القوس الكهربائي، يجب التحقق من سلامة تشغيلها قبل إتمام التركيب، ولكن طريقة الاختبار غير مُحددة. وهذا على عكس قواطع التيار المتبقي (RCDs) حيث يجب التحقق من عدد من أوقات الفصل عند مستويات تيار عطل مختلفة. [ 9 ]

قاطع الدائرة الكهربائية المركب AFDD حوالي عام 2012

ألمانيا

توصي قواعد التمديدات الكهربائية الألمانية VDE 0100 باستخدام أجهزة كشف الحريق المضادة للحريق (AFDDs) في الحالات عالية الخطورة، وتقدم أمثلة على ذلك: غرف النوم، والغرف أو الأماكن التي تنطوي على مخاطر حريق خاصة، والغرف أو الأماكن المصنوعة من مكونات بناء تحتوي على مواد بناء قابلة للاحتراق، إذا كانت مقاومة الحريق لهذه المكونات أقل من مقاومة المواد المقاومة للحريق (< F30)، والغرف أو الأماكن التي تنطوي على مخاطر تتعلق بالسلع التي لا يمكن استبدالها. [ 10 ]

أستراليا ونيوزيلندا

لا تشترط لوائح التمديدات الكهربائية الأسترالية والنيوزيلندية (AS NZS 3000:2018) تركيب أجهزة كشف انقطاع التيار الكهربائي (AFDD) في أستراليا. مع ذلك، في نيوزيلندا، يجب حماية جميع الدوائر الفرعية النهائية التي تصل قدرتها إلى 20 أمبير بواسطة جهاز كشف انقطاع التيار الكهربائي (AFDD) إذا كانت تغذي مواقع معرضة لخطر حريق كبير، أو مواقع تحتوي على مواد لا يمكن استبدالها، أو بعض المباني التاريخية، أو منافذ الكهرباء في أماكن نوم الطلاب بالمدارس. [ 4 ] تندرج معظم دوائر الطاقة في هذه الدول ضمن هذا البند لأن المقابس الشائعة فيها ذات قدرة 10 و15 أمبير. تُطبق المعايير الأسترالية في الأرجنتين، وفيجي، وتونغا، وجزر سليمان، وبابوا غينيا الجديدة.

القيود

صُممت قواطع التيار القوسي (AFCIs) للحماية من الحرائق الناجمة عن أعطال القوس الكهربائي. ورغم أن حساسية هذه القواطع تُساعد في الكشف عن أعطال القوس، إلا أنها قد تُصدر إنذارات خاطئة بتحديدها سلوكيات الدائرة الطبيعية على أنها أعطال قوس. فعلى سبيل المثال، تُنتج الصواعق أنماطًا للجهد والتيار تُشبه أعطال القوس، كما أن المكانس الكهربائية وبعض طابعات الليزر تُسبب فصل قواطع التيار القوسي. ويُقلل هذا الفصل غير المقصود من فعالية هذه القواطع. ويجري حاليًا البحث عن تطويرات في هذا المجال. [ 11 ]

من المعروف أيضاً أن قواطع التيار الكهربائي (AFCIs) حساسة لوجود طاقة الترددات الراديوية (الفصل الخاطئ)، لا سيما ضمن نطاق الترددات العالية (HF) (3-30  ميجاهرتز)، والذي يشمل البث الإذاعي المشروع بالموجات القصيرة ، والاتصالات الجوية والبحرية عبر الأفق، وهواة الراديو ، وعمليات راديو النطاق المدني . وقد عُرفت هذه الحساسية وطرق التخفيف منها منذ عام 2013. [ 12 ]

تتضمن قواطع الدائرة الكهربائية AFCI قاطع دائرة قياسي ذو زمن عكسي ولكنها لا توفر حماية محددة ضد التوصيلات "المتوهجة" (المعروفة أيضًا باسم توصيل المقاومة العالية ) أو جهد الخط العالي أو جهد الخط المنخفض.

لا يكشف قاطع التيار القوسي (AFCI) عن ارتفاع جهد الخط الناتج عن انقطاع السلك المحايد في دائرة فرعية متعددة الأسلاك . تستخدم الدائرة الفرعية متعددة الأسلاك كلا السلكين النشطين في خدمة أحادية الطور بجهد  120-240 فولت . في حال انقطاع السلك المحايد على طول مسار العودة إلى لوحة قاطع الدائرة، قد تتعرض الأجهزة المتصلة من خط 120 فولت إلى السلك المحايد لجهد زائد يصل إلى ضعف الجهد الطبيعي. 

لا تكشف قواطع التيار الكهربائي عن انخفاض جهد الخط. قد يتسبب انخفاض جهد الخط في تشغيل وإيقاف المرحلات الكهروميكانيكية بشكل متكرر، أو ما يُعرف بـ"الاهتزاز". إذا كان التيار يمر عبر نقاط تلامس الحمل، فإنه يُسبب شرارة كهربائية عند فتحها. قد تؤدي هذه الشرارة إلى أكسدة نقاط التلامس وتآكلها وانصهارها. هذه العملية قد تزيد من مقاومة التلامس، وترفع درجة حرارة المرحل بشكل مفرط، وقد تؤدي إلى نشوب حرائق. صُممت قواطع التيار الكهربائي لمنع الحرائق الناتجة عن انخفاض الجهد عبر الأحمال.

التداخل مع شبكات خطوط الطاقة

قد تتداخل قواطع التيار القوسي مع تشغيل بعض تقنيات الاتصالات عبر خطوط الطاقة . [ 13 ]

مراجع

  1. ↑ "هل تعلم أن جهاز الكشف عن أعطال القوس الكهربائي (AFDD) يمكنه منع نشوب حريق كهربائي؟" . شنايدر إلكتريك.
  2. ↑ 2014 NEC(210.12)
  3. ↑ C22.1-15 – قانون الكهرباء الكندي، الجزء الأول: معيار السلامة للتركيبات الكهربائية (الطبعة 23 ). جمعية المعايير الكندية. 2015. القواعد 24-724 (و) و (ز). ISBN  978-1-77139-718-6.
  4. 1 2 "قواعد التمديدات الكهربائية AS NZS 3000:2018 - التحديثات الرئيسية للمعيار وما تعنيه للمثبتين" . 24 يوليو 2018.
  5. ↑ لي، دوغلاس أ.؛ تروتا، أندرو م.؛ كينغ، ويليام هـ. (أغسطس 2000). "تقنية جديدة للوقاية من الحرائق الكهربائية المنزلية: قواطع دوائر الأعطال القوسية (AFCIs)" (ملف PDF) . تكنولوجيا الحرائق . 36 (3). دار نشر كلوير الأكاديمية: 145-162 . doi : 10.1023/A:1015410726786 . ISSN 0015-2684 . S2CID 108941129. تاريخ الاسترجاع: 26 فبراير 2013 .  
  6. ↑ Ault, Singh, and Smith, "1996 تقديرات خسائر الحرائق السكنية"، أكتوبر 1998، لجنة سلامة المنتجات الاستهلاكية الأمريكية، مديرية علم الأوبئة والعلوم الصحية.
  7. ↑ "صحيفة حقائق قاطع دائرة العطل القوسي (AFCI)"، تم الوصول إليها من http://www.cpsc.gov/CPSCPUB/PUBS/afcifac8.PDF . مؤرشفة بتاريخ 20 يوليو 2010 في Wayback Machine ، بتاريخ 22 يوليو 2010.
  8. ↑ "ما الجديد بشأن قواطع التيار المقيدة بالأيونات في معيار NEC لعام 2014؟" ‹ مجلة IAEI" . Iaeimagazine.org . 22 مايو 2015. تاريخ الاطلاع: 28 مارس 2017 . 
  9. ↑ "أهمية توصيلات مواقع IET الإلكترونية" . theiet.org .
  10. ↑ "القسم 421.7". DIN VDE 0100-420 VDE 0100-420:2022-06: التركيبات الكهربائية ذات الجهد المنخفض. الجزء 4-42: الحماية من أجل السلامة - الحماية من التأثيرات الحرارية (IEC 60364-4-42:2010، مُعدّل + A1:2014)؛ التطبيق الألماني HD 60364-4-42:2011 + A1:2015 + A11:2021 (بالألمانية). فرانكفورت، ألمانيا: VDE Verlag. يونيو 2022.
  11. ↑ ستيفنسون، جيمس، دكتوراه. " القضاء على النتائج الإيجابية الخاطئة في الكشف عن وتحديد موقع الأعطال التي تقل عن 3 مللي ثانية على خطوط التيار المتردد/المستمر ، مؤرشف في 25 سبتمبر 2015، في Wayback Machine "، تم تقديمه في مؤتمر صلاحية الطائرات للطيران والاستدامة لعام 2011 في 19 أبريل 2011.
  12. ↑ "الرابطة الأمريكية لهواة الراديو تساعد المصنّع على حلّ مشاكل التداخل الكهرومغناطيسي في قواطع دوائر الحماية من القوس الكهربائي" . Arrl.org . 19 نوفمبر 2013. تاريخ الاطلاع: 28 مارس 2017 .
  13. ↑ "عمل قيد التطوير: مراجعة مجموعة Belkin Gigabit Powerline HD Starter Kit" . SmallNetBuilder . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28-03-2017 .