نکته های مهم در انتخاب RCD

در مقاله قبل با دستگاه های جریان باقیمانده یا RCD آشنا شدیم. در این مقاله نکات مهم در انتخاب RCD را بررسی می کنیم.

حساسیت RCD ها به اختلالات

برخی از شرایط محیطی در موارد خاص می تواند باعث جلوگیری از عملکرد صحیح RCD ها شود:

• تریپ های بی مورد و آزار دهنده: تریپ های بی مورد باعث قطع شدن منبع تغذیه در شرایطی می شود که واقعا خطرناک نیستند. این مدل از تریپ ها اغلب به صورت تکراری بوده و ضمن ایجاد مزاحمت باعث کاهش کیفیت منبع تغذیه خواهد شد.
• عدم عملکرد: عدم عملکرد در شرایط خطر یکی دیگر از اختلالات RCD ها است. عدم عملکرد در مقایسه با عملکرد بی مورد کمتر محسوس بوده و باید توسط تست های دوره ای و به دقت بررسی شود. تاکید می شود که عدم عملکرد به معنی از دست رفتن ایمنی کاربر نهایی خواهد بود.

اختلالات اصلی الکتریکی

جریان نشتی دائمی به زمین

تمام تاسیسات فشار ضعیف به دلایل زیر، یک جریان نشتی دائمی به زمین دارند:

• عدم تعادل طبیعی بین ظرفیت خازنی هادی های برقدار و ارت در مدارهای سه فاز
• ظرفیت خازنی بین هادی های برقدار و ارت در مدارهای تکفاز

با بزرگتر شدن تاسیسات، میزان ظرفیت خازنی و در نتیجه جریان نشتی حاصل از آن نیز افزایش پیدا می کند. گاهی اوقات جریان خازنی نشتی به زمین با فیلتر کردن خازن های مرتبط با تجهیزات الکترونیک مانند اتوماسیون، کامپیوترها و غیره به میزان قابل توجهی افزایش پیدا می کند. در صورتی که اطلاعات دقیقی از تاسیسات موجود نباشد، می توان میزان جریان خازنی نشتی به زمین را با توجه به مقادیر زیر تخمین زد. این کمیت ها در شبکه ی 230 ولت و 50 هرتز اندازه گیری شده اند:

• خطوط تکفاز یا سه فاز: 1.5 میلی آمپر/ 100 متر
• گرمایش از کف: 1 میلی آمپر/ کیلو وات
• ترمینال فکس، پرینتر: 1 میلی آمپر
• کامپیوترهای کوچک، ایستگاه های کاری: 2 میلی آمپر
• دستگاه کپی: 1.5 میلی آمپر

از آنجایی که RCD ها طبق استاندارد IEC و بسیاری از استانداردهای ملی ممکن است بین 0.5 IΔn تا IΔn تریپ شوند، باید به جریان نشتی نرمال مدار توجه کرد. در صورتی که جریان باقی مانده دائمی مدار بیشتر از 0.5 IΔn است، توصیه می شود تا تاسیسات الکتریکی را به بخش های کوچکتری تبدیل کنید. این کار برای جلوگیری از تریپ های ناخواسته ی RCD ها است. برای موارد خاص مانند گسترش و نوسازی جزئی تاسیسات الکتریکی با طرح ارتینگ IT باید با شرکت های سازنده مشورت شود.

مولفه های با فرکانس بالا مانند هارمونیک، گذراها و غیره

موارد فوق توسط منابع تغذیه ی تجهیزات کامپیوتری، مبدل ها، موتورهای مجهز به کنترل کننده ی سرعت، سیستم های روشنایی فلورسنت، نزدیکی تجهیزات سوئیچنگ توان بالا به بانک های خازنی و غیره تولید می شوند. بخشی از جریان های فرکانس بالا ممکن است از طریق خازن های پارازیتی به زمین منتقل شوند. در تعریف خازن های پارازیتی می توان گفت هنگامی که دو عنصر رسانا در نزدیکی یکدیگر بوده و سطوح ولتاژ متفاوتی داشته باشند، یک خازن ذاتی و معمولاً ناخواسته تشکیل خواهد شد. جریان های فوق برای کاربر خطرناک نیستند ولی می توانند باعث عملکرد ناخواسته ی RCD ها یا تجهیزات دیفرانسیل دیگر شوند.

RCD های تیپ SI دارای منحنی پاسخ فرکانسی خاصی هستند که برای جلوگیری از تریپ بی مورد هنگام وجود جریان نشتی با فرکانس بالا و غیر خطرناک طراحی شده است.

برقدار شدن تجهیزات

برقدار شدن خازن های بررسی شده در قسمت های قبل، باعث ایجاد جریان های گذرا با فرکانس بالا در زمان بسیار کوتاه خواهد شد. نمونه ی این جریان را در تصویر زیر مشاهده می کنید. رخ دادن ناگهانی خطای اول در طرح ارتینگ IT نیز باعث ایجاد جریان گذرا و نشتی به زمین با فرکانس بالا خواهد شد. این پدیده بعلت افزایش ناگهانی ولتاژ دوفاز سالم به ولتاژ فاز-فاز نسبت به زمین است. RCD های تیپ SI با یک تاخیر کوچک، اجازه ی عبور جریان های گذرا را می دهند. این ویژگی از عملکردهای بی مورد جلوگیری خواهد کرد.

تصویر 1: شکل موج استاندارد شده ی جریان گذرا با زمان 0.5 میکرو ثانیه و فرکانس 100 کیلو هرتز

اضافه ولتاژهای رایج

شبکه های الکتریکی در معرض اضافه ولتاژهای مختلف بعلت برخورد صاعقه یا تغییرات ناگهانی در شرایط بهره برداری مانند رخ دادن خطا، سوختن فیوزها، سوئیچینگ و غیره هستند. این تغییرات ناگهانی اغلب باعث ایجاد ولتاژ و جریان های گذرا در مدارهای القایی و خازنی می شوند. سوابق نشان می دهد که میزان اضافه ولتاژ در سیستم های فشار ضعیف معمولا کمتر از 6 کیلو ولت است. طبق تصویر زیر، پدیده ی اضافه ولتاژ با شکل موج 50/1.2 میکروثانیه نمایش داده می شود.

تصویر 2: شکل موج استاندارد شده50/1.2 میکروثانیه ولتاژ گذرا

اضافه ولتاژهای گذرا باعث ایجاد اضافه جریان گذرا در مدار خواهد شد. جریان گذرا معمولا به صورت شکل موج ضربه 20/8 میکرو ثانیه نمایش داده می شود. طبق تصویر، پیک جریان گذرا می تواند به چند ده آمپر برسد. جریان های گذرا از طریق ظرفیت خازنی تاسیسات به زمین تزریق می شود. RCD های تیپ SI دارای ظرفیت بالای جریان گذرا بوده و می توانند ضربه ای با زمان 20/8 میکروثانیه و جریان بیشتر از 3 کیلو آمپر را تحمل کنند.

تصویر 3: شکل موج استاندارد شده ی 20/8 میکروثانیه جریان ضربه

اختلالات اصلی مربوط به محیط

سرما

در دمای کمتر از منفی 5 درجه ی سانتی گراد، ممکن است اجزای رله های الکترومکانیکی بسیار حساس موجود در RCD ها بر اثر انجماد دچار مشکل شوند. دستگاه های تیپ SI می توانند تا دمای منفی 25 درجه ی سانتی گراد به خوبی کار کنند.

محیط هایی با غلظت بالای موارد شیمیایی یا گرد و غبار

آلیاژهای استفاده شده در ساخت RCD ها به صورت قابل توجهی بر اثر خورندگی آسیب می بینند. از طرفی گرد و غبار می تواند حرکت بخش های مکانیکی را غیر ممکن کند. اقدامات لازم و تعیین شده طبق استانداردها با توجه به سطوح مختلف سختی در جدول بعد آورده شده است. انتخاب نوع حفاظت در برابر نشتی جریان و روش اجرای آن توسط مقررات تعیین خواهد شد. مرجع اصلی متن زیرIEC60364-5-51  است. این استاندارد:

• یک طبقه بندی به صورت AFx برای تاثیرات خارجی هنگام وجود موارد خورنده یا آلاینده تعریف می کند.
• موادی که باید با توجه به تاثیرات شدید انتخاب شوند را تعیین می کند.

جدول 2:طبقه بندی تاثیرات خارجی بر اساس IEC60364-5-51

RCD های تیپ SI با مقاومت در برابر تریپ بی مورد

RCD های تیپ SI به منظور جلوگیری از عملکرد بی مورد و عدم عملکرد در شبکه های الکتریکی آلوده طراحی شده است. منظور از شبکه های آلوده، تاسیساتی است که در آن ها تاثیرات ناشی از صاعقه، جریان های فرکانس بالا، امواج RF و موارد مشابه وجود دارد. در جدول زیر سطوح تست های انجام شده بر روی این RCD ها آورده شده است:

جدول 3: تست ایمنی در برابر عملکرد که بر روی RCD های اشنایدر الکتریک انجام شده است.

توصیه هایی در خصوص نصب RCD با ترانسفورماتور حلقوی مجزا

آشکار ساز جریان باقی مانده یک مدار بسته ی مغناطیسی با نفوذ پذیری بسیار بالا و اغلب به شکل دایره ای است که روی آن یک سیم پیچ وجود دارد. مجموعه هسته و سیم پیچ در نهایت یک ترانسفورماتور جریان حلقوی یا رینگ تایپ را تشکیل می دهند. با توجه به نفوذ پذیری بسیار بالا، هادی های قرار گرفته داخل هسته باید کاملا متقارن باشند. هرگونه انحراف از تقارن و نزدیکی هادی ها به مواد آهنی مانند محفظه های فولادی، بخش های شاسی و غیره می تواند باعث برهم خوردن تعادل بین نیروهای مغناطیسی شود. برهم خوردن تعادل بین نیروهای مغناطیسی مخصوصا هنگام راه اندازی بارهای بزرگ مانند استارت موتورها، ترانسفورماتورها و موارد مشابه باعث عملکرد بی مورد RCD خواهد شد.

اگر اقدامات خاصی صورت نگیرد، نسبت جریان عامل یا IΔn به حداکثر جریان فاز یا Iph معمولا کمتر از 1 به 1000 است. این حد را می توان به صورت قابل ملاحظه ای با اقدامات نشان داده شده در تصویر افزایش داد. گام های نشان داده شده در تصویر به صورت خلاصه در جدول بعد شرح داده شده است. این اقدامات باعث کاهش حساسیت در پاسخ دهی خواهد شد.

تصویر 4: اقدامات کاهش نسبت IΔn/Iph (max)

جدول 4: اقدامات و فاکتورهای کاهش نسبت IΔn/Iph (max)

اقدامات فوق می توانند با یکدیگر ترکیب شوند. به عنوان مثال با متمرکز کردن کابل ها در یک هسته ی حلقوی به قطر 200 میلی متر و استفاده از پوشش فلزی، هنگامی که یک هسته ی 50 میلی متری کافی است می توان نسبت 1/1000 را به 1/24000 تبدیل کرد.

تعیین مشخصات و انتخاب بریکر جریان باقی مانده طبق RCCB-IEC61008

جریان  نامی

جریان نامی یک RCCB با توجه به حداکثر بار متصل شده به آن تعیین می شود. هنگام انتخاب جریان نامی بریکر جریان باقی مانده به این نکات توجه کنید:

• در صورتی که RCCB به صورت سری و پائین دست یک بریکر نصب شده باشد، باید جریان نامی هردو دستگاه یکسان انتخاب گردد. یعنی طبق بخش a از تصویر بعدی، رابطه ی \(In\ge In1\ \) صادق باشد.
• اگر RCCB در بالادست یک گروه بریکر قرار داشته باشد، توسط همه ی آن ها محافظت خواهد شد. طبق بخش b از تصویر، در این حالت جریان نامی RCCB به صورت \(In\ge ku\times ks(In1+In2+In3+In4)\) محاسبه می شود.

الزامات پایداری الکترودینامیک

حفاظت در برابر اتصال کوتاه باید توسط یک SCPD  بالادست انجام شود. عبارت SCPD مخفف Short-Circuit Protective Device است. هماهنگی بین SCPD و RCCB الزامی بوده و اغلب شرکت های سازنده به این منظور جدول هایی را طراحی می کنند. از طریق این جداول می توان RCCB مناسب برای هر فیوز یا بریکر را تعیین کرد.

تصویر 5: بریکرهای جریان باقی مانده یا RCCB