الهندسة

الفرق بين التيار الزائد والحمل الزائد والجهد الزائد

أهمية التفريق بين التيار الزائد والحمل الزائد والجهد الزائد:

 

يجب على المبتدئين الإلمام بالمفاهيم الأساسية بسبب المصطلحات المربكة والمستخدمة في نظريات  الهندسة الكهربائية والإلكترونية مثل الدائرة القصيرة و”التيار الزائد” و”الجهد الزائد” و”الحمل الزائد” وما إلى ذلك، حيث أن هذه المصطلحات والتعبير لها معنى محتمل ولكن لها خصائص مختلفة مثل الحمل الزائد وقصر الدائرة والجهد الزائد وحتى الجهد العالي.

 

لذلك؛ فإنه يتوجب التفريق بينها بشكل يجسد المعنى التقني ويحقق المفهوم الأساس لكل من الحمل الزائد والجهد الزائد والتيار الزائد.

 

ما هو التيار الزائد؟

 

التيار الزائد هو الحالة التي يبدأ فيها التيار الكهربائي في “التدفق داخل الدائرة” بسبب الحمل الزائد وخاصة عند وجود ماس كهربائي، لذلك في حالة حدوث ماس كهربائي؛ فإنه يبدأ تيار عالي جداً في التدفق في الدائرة، حيث يصبح مستوى الجهد تقريباً صفراً، وذلك عبر “أطراف الحمل الكهربائي”، مما يؤدي إلى فشل العزل والحريق بشكل كامل، بالإضافة الى تلف المعدات ونظام الطاقة حتى انفجار خطير.

 

وعلى سبيل المثال، يتم توصيل نقطة انطلاق قاطع الدائرة (125) أمبير (رحلة مغناطيسية) مصنفة بنسبة 200٪ بدائرة تحميل (100) أمبير، وذلك عندما يزداد الحمل الحالي ويصل إلى حد (125) أمبير؛ فإنه سيرحل في النهاية، لذلك إذا كانت الزيادة الحالية تصل إلى (200) أمبير، سيعمل القاطع على الفور ويحمي الدائرة من التيار الزائد بسبب ماس كهربائي وما إلى ذلك.

 

الحماية الخاصة من التيار الزائد:

 

حماية التيار الزائد هي بشكل عام حماية ضد ماس كهربائي محتمل وغير متوقع، لذلك عندما يبدأ التيار الزائد في التدفق في الدائرة الكهربائية من خلال سريان منتظم؛ وعند حدوث خلل ما؛ فإنه يؤدي إلى إتلاف المعدات المتصلة بشكل كلي.

شاهد أيضاً:   اتصالات البيانات البصرية Optical Data Communication

 

كما تستخدم الصمامات وقواطع الدائرة ومرحلات التيار الزائد ومحددات التيار ومستشعرات درجة الحرارة ومفاتيح الطاقة في الحالة الصلبة ضد أجهزة حماية التيار الزائد، وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يتم استخدام قاطع “الدائرة المغناطيسية الحرارية” لحماية كل من التيار الزائد والحمل الزائد.

 

ما هو الحمل الكهربائي الزائد؟

 

الحمل الكهربائي الزائد هو الحالة التي يأخذ فيها الحمل تياراً أكثر من التيار العادي أو “التيار المقنن” (المقرر)؛ فعلى سبيل المثال، يمكن لسلك قياس رقم (12) حمل تيار (20) أمبير بأمان، كما يمكن حماية الدائرة بحد أدنى (20) أمبير أو 125٪ من قوة الحمل أي (20 أمبير من تيار الحمل × 125٪ = 25 أمبير).

 

وفي هذه الحالة، يجب أن نستخدم “قاطع دائرة” (25) أمبير كحد أقصى للحماية. الآن إذا استخدمنا قاطع دارة (30A – 35A)، وبدلاً من (CB) المقدر؛ فهذا يعني أن قاطع الدائرة سيسمح بحوالي (30) إلى (35) أمبير تياراً “لدائرة الحمل” التي تتدفق في الأسلاك المصنفة لـ (20) أمبير.

 

وبمعنى آخر، قد يسمح “قاطع الدائرة الكهربائية” بتيار أكثر من التيار الاسمي الذي يمكنه التعامل مع ما يصل إلى (20) أمبير فقط، وفي هذه الحالة، قد ترتفع درجة حرارة الأسلاك وتشتعل فيها النيران أو تتلف الدائرة والأجهزة المتصلة أثناء عدم تعثر القاطع؛ لأننا لم نستخدم الحجم المناسب وتصنيف قاطع الدائرة للحماية.

 

ومثال آخر على الحمل الزائد هو توصيل حمولة (1.5) كيلو وات بالمولد 1 كيلو وات أو العاكس أو المحول أو عندما يصل تيار أعلى بمقدار 1.5 مرة عبر الدائرة بدلاً من التيار المقنن، عندها يكون الزائد هو تدفق التيار في الدائرة، والذي يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الجهاز المتصل، وبالتالي فإن؛ الحمل الزائد هو نوع من التيار الزائد.

شاهد أيضاً:   تركيب الأسلاك الكهربائية ثلاثية الطور في المنزل

 

الحماية الخاصة من زيادة الحمل الكهربائي:

 

الحماية من الحمل الزائد هي في الواقع حماية ضد الحرارة الزائدة بسبب تدفق التيار الزائد في الدائرة لفترة زمنية محددة، لذلك يتم استخدام “الصمامات البطيئة” ومرحلات الحمل الزائد ضد الحماية من الحمل الزائد، بينما يتم استخدام قاطع الدائرة المغناطيسية الحرارية لحماية التيار الزائد والحمل الزائد.

 

كما يوفر العنصر “المغناطيسي” حماية ضد التيار الزائد والعنصر “الحراري” الذي يحمي الدائرة من “الحمل الزائد”، حيث تعمل على منحنى زمني معكوس، أي يصبح وقت التعثر أقل عندما يزداد التيار، وعادةً ما يتم تنشيط دائرة حماية الحمل الزائد عندما يبدأ تيار أكبر بنسبة (120٪ – 160٪) بالتدفق في الدائرة عن التيار المقنن بواسطة مزود الطاقة.

 

ما هو الجهد الكهربائي الزائد؟

 

الجهد الزائد هو الحالة الثابتة التي يكون فيها جهد التشغيل أو الإمداد أعلى من الجهد المقدر للنظام المحدد من قبل الشركة المصنعة، وكما يوحي الاسم؛ فإن الجهد الزائد هو جهد إمداد أعلى للجهاز من جهده المقنن الاسمي. باختصار، بحيث يُعرف الجهد الأعلى من الجهد المسموح به بالجهد الزائد.

 

وبشكل عام، عندما يزداد جهد الإمداد حتى (1.1) (أي 110٪) من الجهد المقنن لجهاز ما؛ فإنه يُعرف بالجهد الكهربائي الزائد ما لم يحدده المصنعون، لذلك على سبيل المثال، إذا كان الجهد المقنن المطبوع على تصنيف بيانات لوحة الآلة هو (230) فولت تيار متردد (± 10٪)، عندها وفي حالة زيادة جهد الإمداد حتى (250) فولت؛ فإن النظام يصبح غير مستقر بسبب الجهد الزائد (فقد الحديد)، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة وقد يؤدي إلى تلف الجهاز والمعدات.

 

الحماية الخاصة بالجهد الكهربائي الزائد:

 

هنا يمكن حماية الجهد الزائد الناتج عن ضربات الصواعق ونظام الطاقة والارتفاعات المفاجئة في التبديل وفشل العزل المتكرر وما إلى ذلك عن طريق الثنائيات الجليدية والمقاومات الكهربائية التي تعتمد على الجهد (VDR) وصمامات تفريغ الغاز وقضبان الصواعق وأبواق الانحناء وما إلى ذلك.

شاهد أيضاً:   محولات القياس الخاصة بالقدرة والمراقبة الكهربائية

 

وبشكل عام، تستخدم الدوائر الإلكترونية القائمة على الصمام الثنائي(الزينر دايود) في الغالب للحماية الزائدة ذات المستوى الصغير، كما ستعمل دائرة حماية الجهد الزائد عندما يزيد جهد الإمداد بنسبة تصل إلى (110٪ إلى 130٪) أعلى من الفولتية المقدرة للجهاز، وبهذه الطريقة؛ فإنه سيتم قطع التيار الكهربائي لحماية الجهاز من الجهد الزائد، والذي قد يتسبب في إتلاف الجهاز المتصل.

 

الاختيار المناسب للقاطع الكهربائي:

 

وأخيراً فإنه ووفقاً لـ (NEC) (الكود الكهربائي الوطني) و (IEC) (اللجنة الكهرو تقنية الدولية) و (IEEE) (معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات)؛ فإنه يجب أن يكون الحجم المناسب “لقاطع الدائرة الكهربائية” لجميع الدوائر الكهربائية، أي الأسلاك السكنية والتركيبات الصناعية أو التجارية المتنوعة والمستخدم لمنع الصعق الكهربائي والحريق الخطير وحماية المعدات والأجهزة الكهربائية المتصلة.

 

ومن أجل تحقيق أقصى درجات الأمان والتشغيل الموثوق به للآلات الكهربائية الساكنة منها وحتى الدوارة؛ فإنه يوصى باستخدام الحجم الصحيح والمناسب لقاطع الدائرة الكهربائية وفقاً لتيار الدائرة المتدفق خلاله، وخاصةً إذا لم نستخدم قواطع دوائر ذات حجم صحيح.

المصدر

Howard M. Berlin, Frank C. Getz, Principles of Electronic Instrumentation and Measurement, p. 37, Merrill Pub. Co., Jaffe, Robert L.; Taylor, Washington (2018). The physics of energy. Cambridge University Press.Flurscheim, Charles H., ed. (1982). “Chapter 1”. Power Circuit Breaker Theory and Design (Second ed.). G R Jones (ed), Electrical Engineer’s Reference Book, Butterworth – Heinemann Ltd, 1993, page 25/14

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى