مزایا و کاربرد RCD

در این مقاله کاربرد RCD و دلایل نصب آن را بررسی میکنیم و مزایای استفاده از RCD را شرح میدهیم. جهت آشنایی بیشتر با RCD ها میتوانید مقاله ی دستگاه جریان باقی مانده یا RCD چیست را مطالعه کنید.

هدف از نصب و کاربرد RCD

دستگاه جریان باقی مانده یا RCD می تواند یک ماژول داخلی در بریکرها، ماژول کمکی یا رله ای مستقل با ترانس کوربالانس مجزا باشد. حروف RCD مخفف Residual Current Device بوده و به دستگاه جریان باقی مانده اشاره می کند. تاکید می شود که RCD نیاز به سنسور یا ترانس کوربالانس مجزا داشته و با حفاظت خطای زمین یا Ground Fault Protection در برخی بریکرها و رله های ثانویه متفاوت است.

امروزه دستگاه جریان باقی مانده یا نشتی جریان در سراسر جهان به عنوان وسیله ای موثر برای حفاظت افراد در برابر خطرات الکتریکی در سطح فشار ضعیف کاربرد دارد. تجهیزات جریان باقی مانده یا RCD می توانند نقش مهمی در جلوگیری از برق گرفتگی هنگام تماس مستقیم و غیر مستقیم داشته باشند. تاکید می شود که RCD ها می توانند خطاهای فاز به زمین را شناسایی کرده و در برابر خطای بین فاز و نول یا خطای بین فازها با یکدیگر عملکرد نخواهند داشت. با توجه به عدم عملکرد این تجهیزات در برخی از خطاها مانند اتصال مستقیم شخص بین فاز و نول یا بین فازها نباید از واژه ی محافظ جان استفاده کرد.

انتخاب و بهره برداری از RCD ها نیاز به دانش فنی و اطلاعات کافی از نوع تاسیسات دارد. همانطور که در بخش های قبلی شرح داده شد، انتخاب RCD بر اساس هدف، طرح ارتینگ، موقعیت در مدار، نوع بارهای نصب شده و غیره انجام می شود. هدف از نصب RCD در لایه های بالای تاسیسات؛ حفاظت در برابر آتش سوزی و در مدارهای نهایی؛ حفاظت از افراد در برابر تماس مستقیم و غیر مستقیم است.

تماس مستقیم و غیر مستقیم در تاسیسات الکتریکی باعث ایجاد جریان خطا می شود. جریان خطا از منبع دریافت شده و از طریق بدن فرد یا سیستم ارت به سمت زمین هدایت می شود. در واقع جریان خطا از منبع دریافت شده ولی از طریق هادی های برقدار به آن باز نمی گردد. منظور از هادی های برقدار تمام سیم ها و کابل های استفاده شده برای فازها و نول می باشد. اختلاف پتانسیل و جاری شدن جریان هنگام تماس مستقیم و غیر مستقیم برای افراد و تاسیسات بسیار خطرناک است.

به منظور جلوگیری از خطرات برق گرفتگی از راه کارهای مختلفی مخصوصا نصب RCD استفاده می شود. وظیفه ی اصلی تجهیزات RCD شناسایی جریان خطا و قطع مدار در سریع ترین زمان ممکن است. از دیگر کاربردهای RCD ها استفاده از آن ها به منظور مانیتورینگ وضعیت عایقی کابل ها و بارهای الکتریکی است. این تجهیزات می توانند کاهش مقاومت عایقی در تاسیسات را شناسایی کرده و از خطاهای سنگین بعدی جلوگیری کنند.

تصویر 1 شناسایی خطا بعلت رخ دادن جریان id در مدار

تفاوت حفاظت جریان باقی مانده و حفاظت نشتی زمین

عبارت های حفاظت جریان باقی مانده  یا Residual current protection و حفاظت نشتی زمین یا Earth leakage protection با یکدیگر متفاوت هستند. در گام اول باید این دو مفهوم را فرا گرفته و به جای یکدیگر استفاده نکنیم.

RCD

دستگاه جریان باقی مانده یا RCD یک وسیله ی حفاظتی با سنسور حلقوی است. سنسور حلقوی با عنوان های مختلف مانند ترانس کوربالانس نیز شناخته می شود. سنسور حلقوی RCD تمام هادی های برقدار را در بر می گیرد. تاکید می شود که تمام هادی های برقدار باید از داخل این سنسور یا ترانس عبور کنند.

یک RCD بر اساس اختلاف جریان یا به عبارت دقیق تر بر اساس جریان باقی مانده عمل می کند. وجود جریان باقی مانده نشان دهنده ی رخ دادن خطای عایقی بین هادی برقدار با بدنه ی تجهیز یا زمین است. این پدیده در تصویر قبل به صورت برداری نمایش داده شده است. جریان باقی مانده از مسیر غیر مجاز به منبع باز می گردد. مسیر غیر مجاز جریان باقی مانده معمولا از طریق زمین خواهد بود.

ترانس کوربالانس در اغلب بریکرهای نشتی جریان و واحدهای جریان باقی مانده به صورت داخلی است. در صورت استفاده از رله ی مستقل باید یک ترانس کوربالانس مناسب به آن متصل کنید. ترانس کوربالانس خارجی یا مجزا در ابعاد و شکل های مختلف تولید شده و باید بر اساس نیازمندی های مدار انتخاب شود. از موارد مهم در انتخاب کوربالانس می توان به میزان جریان، دقت، شکل هادی ها، سطح مقطع هادی ها، تعداد هادی های برقدار و نوع رله ی حفاظتی اشاره کرد. در تصویر یک ترانس مستطیل شکل برای عبور شینه و کابل های بزرگ را مشاهده می کنید.

تصویر 2 ترانس مستطیل شکل برای هادی های بزرگ و شینه ها

در نظر داشته باشید که تمام هادی های برقدار مدار شامل تمام فازها و نول باید از داخل ترانس کوربالانس عبور کنند. در تصویر عبور هادی های فاز و نول یک مدار تکفاز را از داخل ترانس کور بالانس مشاهده می کنید. هنگام سیم بندی RCD باید به هادی حفاظتی و هادی مشترک حفاظتی-نوترال توجه کنید. استفاده از RCD هنگام وجود هادی PEN مجاز نبوده و هادی حفاظتی PE هرگز نباید از داخل ترانس عبور کند.

تصویر 3 عبور هادی های فاز و نول از داخل ترانس کوربالانس و نحوه ی عملکرد آن

تجهیزات جریان باقی مانده اغلب با یک قطع کننده مانند سوئیچ، بریکر یا کنتاکتور ترکیب می شوند. با ترکیب RCD و قطع کننده یک سیستم خودکار ایجاد می گردد. سیستم خودکار شناسایی و قطع جریان باقی مانده می تواند مدار معیوب را در زمان مجاز از منبع تغذیه جدا کند. زمان مجاز عملکرد به طرح ارتینگ بستگی دارد.

هنگام استفاده از دستگاه جریان باقی مانده در کنار کلیدهای قابل قطع تحت بار باید به حداکثر جریان اتصال زمین سیستم توجه شود. انتخاب نامناسب کلید می تواند صدمات الکتریکی شدیدی در خطاهای زمین سنگین ایجاد کند. عبور جریان بالا و عملکرد کلید حین خطا ممکن است باعث جوش خوردن کنتاکت ها، آرک داخلی و آتش سوزی شود. در این حالت باید خطاهای سنگین توسط ادوات حفاظت اضافه جریان مانند فیوزها یا بریکرها قطع شده تا به کلید صدمه وارد نکند. در صورت ترکیب یا وجود واحد تشخیص نشتی جریان در یک بریکر، باید مشخصات الکتریکی بریکر مانند قدرت قطع و وصل آن را با مدار مطابقت دهید.

Earth leakage

حفاظت نشتی زمین یا Earth leakage شامل یک یا چند دستگاه اندازه گیری است. این حفاظت  به منظور تشخیص اختلاف جریان ورودی و خروجی از قسمت خاصی طراحی شده است. از حفاظت Earth leakage جهت تشخیص اختلاف جریان ورودی و خروجی خطوط، کابل ها، ترانسفورماتورها، ژنراتورها، موتورها و غیره استفاده می شود. حفاظت نشتی زمین یا Earth leakage یک مدل پرکاربرد در سطوح ولتاژی فشار متوسط و بالاتر است. حفاظت نشتی جریان در هر دو طرح حفاظت خطای عایقی و نشتی جریان در سیستم حفاظتی فاز با فاز کاربرد دارد.

در تصویر حفاظت خطای عایقی توسط دو ترانس کوربالانس را مشاهده می کنید. این مدار به صورت سه فاز سه سیمه بوده و فاقد هادی خنثی یا نول است. ترانس های کوربالانس در این طرح حفاظتی می توانند دو سمت یک خط زمینی، کابلی، ترانسفورماتور و غیره نصب شده باشند. این ترانس ها به منظور تشخیص خطای داخلی و تفکیک آن از خطاهای خارجی کاربرد دارند. خروجی این دو ترانس توسط رله حفاظتی با یکدیگر مقایسه شده و در صورت تشخیص خطا، فرمان قطع به بریکرهای هردو سمت تجهیز یا خط ارسال می شود. مزیت این طرح شناسایی دقیق خطای داخلی با دقت بالا است.

تصویر 4 حفاظت نشتی زمین یا Earth leakage protection

به منظور حفاظت نشتی جریان می توان از ترانس جریان نیز استفاده کرد. به عنوان مثال در تصویر زیر از دو ترانس جریان به منظور تشخیص جریان نشتی هر فاز از سیم پیچ موتور یا ژنراتور استفاده شده است. در این طرح حفاظتی باید خروجی ترانس های جریان قرار گرفته روی هر فاز با یکدیگر مقایسه شوند. وجود اختلاف بین ترانس جریان اول و دوم، نشان دهنده ی خطای داخلی بوده و مدار باید به سرعت قطع شود.

تصویر 5 حفاظت نشتی جریان  یا Current leakage protection

RCD یک وسیله ی حفاظتی مفید

طرح ارتینگ تاسیسات، اولین عامل تعیین کننده در انتخاب و استفاده از تجهیزات جریان باقی مانده است. در ادامه هدف از نصب RCD ها در طرح ارتینگ های مختلف به صورت خلاصه شرح داده شده است:

• در طرح ارتینگ TT یا هادی نوترال زمین شده به صورت مستقیم، حفاظت افراد در برابر تماس غیر مستقیم به استفاده از RCD ها بستگی دارد. تجهیزات جریان باقی مانده باید از نظر میزان جریان عامل و نوع آن به درستی انتخاب شوند.
• در طرح های ارتینگ IT و TN از RCD های با حساسیت متوسط و کم برای موارد زیر استفاده می شود:
  • محدود کردن ریسک آتش سوزی
  • جلوگیری از اثرات مخرب جریان های خطای سنگین
  • حفاظت افراد در برابر تماس غیر مستقیم مخصوصا در مدارهای بسیار طولانی
• در تمام طرح های ارتینگ از RCD با حساسیت بالا به منظور حفاظت تکمیلی در برابر تماس مستقیم استفاده خواهد شد. نصب RCD در بسیاری از کشورها جهت حفاظت مدارهای نهایی الزامی است.

جهت آشنایی بیشتر با سایر طرح های ارتینگ مقالات سیستم ارتینگ IT و سیستم TN و نحوه ی اجرای آن را مطالعه نمایید.

کارایی RCD ها در پایان قرن با کاهش چشم گیر تعداد افراد دچار برق گرفتگی، تائید شد. طبق تصویر، نتیجه ی یک بررسی انجام شده در تاریخ آگوست 1982 توسط IEC در کشور ژاپن نیز کارایی این تجهیزات را اثبات می کند. ادوات جریان باقی مانده یا RCD در سراسر جهان صنعتی به عنوان بهترین و قابل اعتماد ترین تجهیزات حفاظتی در برابر تماس غیر مستقیم در سطح فشار ضعیف کاربرد دارند.

تصویر 6 نمودار تعداد مرگ و میر بعلت برقگرفتگی هنگام کار با استفاده از ابزارهای دستی در شرکت های ژاپنی. در سال 1969 استفاده از RCD با حساسیت بالا الزامی شده و از سال بعد تعداد مرگ و میرها کاهش پیدا کرده است.