تکنولوژی‌ای که کلید جریان باقیمانده (RCD:Residual Current Device) از آن استفاده می‌کند بسیار ساده و جادویی است! کلید جریان باقیمانده به‌طور پیوسته تفاوت بین مقدار جریان‌های خروجی و ورودی را در مدار محافظت شده کنترل می‌کند. اگر این اختلاف، برابر با صفر نباشد، این بدان معناست که جریان نشتی یا جریان باقیمانده وجود دارد. وقتی مقدار مجموع این جریان‌ها به آستانه تعیین شده کلید جریان باقیمانده برسد، به طور خودکار منبع تغذیه مدار را قطع می‌کند، به همین سادگی!

عملکرد اصلی کلید جریان باقیمانده، حفاظت در برابر تماس‌های غیرمستقیم است. ولی بعضی از مدل‌های دارای حساسیت بالا جهت حفاظت در برابر تماس‌های مستقیم کاربرد دارند.

در این مقاله در مورد عملکرد RCD، انتخاب نوع مناسب، مزایا و تریپ ناخواسته آن صحبت می‌کنیم.

1) اجزای تشکیل دهنده کلید جریان باقیمانده

کلید جریان باقیمانده عمدتا از یک هسته و یک رله سنجش جریان (CT) تشکیل شده است.

1-1) هسته مغناطیسی

هسته مغناطیسی کلید جریان باقیمانده مانند ترانسفورماتور کار می‌کند. هسته اولیه‌ی آن تمام جریان‌های مدار را که تحت نظر گرفته می‌شوند اندازه‌گیری می‌کند، و هسته‌ی ثانویه‌ی آن انرژی رله جریان را تامین می‌کند. اگر جریان نشتی یا باقیمانده در مدار وجود داشته باشد، حاصل جمع برداری جریانهای ورودی و خروجی صفر نیست و اگر مقدار این جریان بالاتر از آستانه از پیش تعیین شده کلید (IΔn) باشد، رله سنجش جریان باعث باز شدن اتصال اصلی داخل دستگاه (کلید یا قطع کننده مدار) می‌شود.

1-2) رله سنجش جریان

رله سنجش جریان از یک سیم‌پیچ مغناطیسی تشکیل شده است و تا زمانی که هیچ جریان نشتی یا باقیمانده‌ای وجود نداشته باشد، یک میله فلزی را در حالت بدون حرکت و ثابت (بسته) نگه می‌دارد. این میله فلزی بر روی محوری ثابت است و از سیم‌پیچ رله انرژی خود را جهت حرکت دریافت می‌کند.

تا زمانی که سیم‌پیچ به‌وسیله جریانی تحت تاثیر قرار نگیرد، آهنربای دائمی به‌وسیله نیروی مغناطیسی خود، میله فلزی را در جای خود نگه می‌دارد. اگر سیم‌پیچ تحت تاثیر جریان نشتی یا باقیمانده قرار گیرد، شار مغناطیسی ناشی از سیم‌پیچ در جهت مخالفت با نیروی مغناطیسی آهنربای دائمی خواهد بود.

نیروی حاصل از سیم‌پیچ باعث می‌شود تا میله فلزی حرکت کند و باعث باز شدن اتصال داخلی کلید می‌شود.

تصویر 1: کلید RCBO، کنترل فاز و نول مدار

دو نوع جریان مهم در کار با RCD وجود دارد: جریان نشتی و جریان باقیمانده.

  • جریان نشتی: جریانی که در حالت کارکرد عادی مدار و بدون وقوع هیچ خطایی به سوی زمین جاری می‌شود.
  • جريان خطا: جریانی که به‌دلیل یک عیب عایقی از طریق هادی‌های رسانای در دسترس یا هادی حفاظتی به سوی زمين جاری می‌شود.
    • جریان باقیمانده: اختلاف مابین جریان ورودی و خروجی یک مدار از طریق عایق معیوب یا تماس مستقیم با یک قسمت زمین شده نظیر تماس انسان با هادی برق‌دار که به زمین جریان می‌یابد. جریان باقیمانده نوعی جریان خطا محسوب می‌شود.

2) نحوه عملکرد RCD

2-1) RCD در شرایط عادی و بدون خطا

تصویر 2: RCD در شرایط عادی و بدون خطا در حال کار کردن می‌باشد:

I2 = – I1
I1 + I2 = 0

مقدار جریان خروجی (فاز) برابر با مقدار جریان برگشتی (نول) است. اگر هیچ جریان باقیمانده‌ای وجود نداشته باشد، هیچ شار مغناطیسی در هسته ایجاد نمی‌شود. سیم پیچ رله‌ی سنجش جریان تحریک نشده و کنتاکت داخلی دستگاه در حالت بسته می‌باشد. بنابراین دستگاه به‌صورت عادی در حال کار کردن است.

2-2) RCD در حالت وقوع خطا

تصویر 3: RCD در حالت وقوع خطا در حال کار کردن می‌باشد:

I2 ≠ I1
I1 + I2 = Id

مقدار جریان خروجی (فاز) با مقدار جریان برگشتی (نول) متفاوت است. جریان باقیمانده باعث به‌وجود آمدن شار مغناطیسی در هسته می‌شود، و جریانی را تولید می‌کند که باعث تحریک رله سنجش جریان می‌شود.

برای کلیدهای جریان باقیمانده سه‌پل یا چهارپل، همه هادی‌ها (فازها و نول) وارد هسته می‌شوند و در هنگام استفاده از این نوع کلیدها، نکته زیر را در نظر داشته باشید:

هادی نول باید همیشه در مسیر کلید جریان باقیمانده قرار گیرد و هادی PE هرگز نباید از کلید جریان باقیمانده عبور کند.

تصویر 4: برای RCD سه‌پل و چهارپل، همه هادی‌ها (فازها و نول) وارد هسته (RCD) می‌شوند

2-2-1) هنگام وقوع اولین جریان خطا در سیستم TT

وقتی کلید جریان باقیمانده در انتهای تاسیسات الکتریکی نصب شده باشد (به عنوان مثال به شکل یک پریز: SRCD): به محض وقوع جریان باقیمانده آن‌ را تشخیص می‌دهد. این بدان معنی است که مقدار مقاومت پایین سیستم ارتینگ که به سختی به‌دست می‌آید، مورد نیاز نیست.

هنگامی که کلید جریان باقیمانده در ابتدای هر مدار قرار گیرد و یا چند مدار را با هم محافظت کند: اگر بعد از RCD هادی نول و هادی حفاظتی با هم اتصال نداشته باشند، حفاظت توسط RCD تامین می‌شود.

2-2-2) هنگام وقوع اولین جریان خطا در سیستم TN

وقتی که کلید جریان باقیمانده‌ای در ابتدای هر مدار قرار گیرد: با توجه به منحنی قطع خودش مدار را محافظت می‌کند. ولی در صورت افزایش طول بیش از حد مدار، امکان عدم تشخیص و یا قطع ناخواسته مدار وجود دارد.

هنگامی که کلید جریان باقیمانده چند مدار را با هم محافظت کند: اگر بعد از RCD هادی نول و هادی حفاظتی با هم اتصال نداشته باشند، حفاظت توسط RCD تامین خواهد شد.

2-2-3) هنگام وقوع دومین جریان خطا در سیستم IT

وقتی که کلید جریان باقیمانده در ابتدای هر مدار قرار گیرد: هنگام وقوع خطا حتما RCD آن‌را قطع خواهد کرد و شرایط مدار تاثیری در عملکرد آن نخواهد داشت (طول زیاد مدار باعث عدم تشخیص مناسب کلید جریان باقیمانده خواهد شد، و در سیستم IT جهت جلوگیری از جریان‌های خطا طول مدار را نسبت به سیستم TN کمتر می‌گیرند).

هنگامی که کلید جریان باقیمانده چند مدار را با هم محافظت کند: اگر بعد از RCD هادی نول و هادی حفاظتی با هم اتصال نداشته باشند، حفاظت توسط RCD تضمین خواهد شد.

3) انتخاب RCD مناسب

انتخاب کلید جریان باقیمانده مناسب بستگی به میزان سطح مورد نیاز از حفاظت (حساسیت آستانه قطع I∆n)، ماهیت دستگاه (قطع کننده یا سوییچ مدار) و شرایط خاص استفاده (تأخیر، تمایز، ایمنی) از آن دارد.

تصویر 5: تابلو با سه عدد RCD ) RCD با 100 میلی‌آمپر حساسیت جهت حفاظت در برابر جریان باقیمانده و RCD با 30 میلی‌آمپر حساسیت جهت حفاظت اضافی )

3-1) تعیین آستانه قطع RCD

سه نوع آستانه قطع در وسایل جریان باقیمانده وجود دارد که به آن‌ها حساسیت بالا، متوسط و کم گفته می‌شود.

3-1-1) حساسیت بالا، I∆n کمتر از 30 میلی آمپر

این نوع RCD در مدارهای پریز برق، اتاق‌های مرطوب، تاسیسات سیار (کارگاه‌های ساختمانی، نمایشگاه‌ها و غیره)، ساختمان‌های کشاورزی یا هنگامی که شرایط زمین کردن تجهیزات فراهم نباشد استفاده می‌شود.

3-1-2) حساسیت متوسط، I∆n بزرگتر از 30 میلی آمپر و کمتر از 500 میلی آمپر

این مدل در مدارهای نصب ثابت (به‌طور عمده در سیستم‌های TT) استفاده می‌شود. در واقع در مدارهایی استفاده می‌شوند که حساسیت بالا برای آن‌ها لازم نیست.

RCDهای با حساسیت متوسط در شرایط وقوع جریان خطای اتصال کوتاه مینیمم (انتهای مدار در سیستم های TN و IT) حفاظت لازم را انجام می‌دهند و جریان‌های باقیمانده (خطر آتش‌سوزی) را محدود می‌کنند.

3-1-3) حساسیت کم، I∆n بزرگتر از 500 میلی آمپر

این نوع RCD در سیستم‌های TN و IT، جهت ایجاد تمایز حفاظتی بین دستگاه‌های با حساسیت بالا و متوسط کاربرد دارند.

4) انتخاب نوع دستگاه حفاظتی

4-1) RCD بدون محافظت در برابر اضافه جریان (RCCB)

مطابق با استاندارد IEC 61008، کلید RCCB می‌تواند به عنوان ایزولاتور عمل کند و مدار را قطع کند، اما توانایی حفاظت در برابر اضافه جریان را ندارد. جهت حفاظت در برابر اضافه جریان باید از وسیله حفاظتی مناسب مانند کلید مینیاتوری یا فیوز استفاده شود همچنین می‌توان از RCBO (نوعی RCD) نیز استفاده کرد.

4-2) RCD همراه با حفاظت در برابر اضافه جریان (RCBO)

مطابق با استاندارد IEC 61009-1، کلید RCBO توانایی قطع مدار و همچنین امکان حفاظت در برابر اضافه جریان (اتصال کوتاه و اضافه بار) را دارد. کلید RCBO در شکل‌های زیر یافت می‌شود:

  • به شکل یک واحد مجزا (مانند MCB)
  • به صورت ماژول دارای قابلیت اتصال به وسایل حفاظتی
  • شامل CTهای حلقوی جداگانه همراه با قطع کننده مدار

4-3) RCCB بالادست دستگاه‌های حفاظت اضافه جریان

دلیل استفاده از ترکیب RCCB بالادست و وسایل حفاظتی پایین دست، احتیاط جهت کاهش خطرات تماس غیر مستقیم می‌باشد (سیم‌کشی در داکت‌‌ها، باسبارها و غیره).

تصویر 6: RCCB نصب شده در بالادست وسایل حفاظتی

کلیه دستگاه‌های جریان باقیمانده دارای دکمه "TEST" هستند. این دکمه جریان باقیمانده را شبیه‌سازی کرده و عملکرد RCD را امتحان می‌کند. این تست ماهی یکبار باید انجام شود. در ضمن تست‌های عملکردی این کلیدها که یکی از موارد تست و تحویل تاسیسات برقی هم محسوب می‌شود، حداکثر 5 سال یکبار باید انجام شود.

تصویر 7: دکمه تست RCD

عملکرد قطع کلید‌های جریان باقیمانده در حد آستانه‌ی قطعشان معمولاً برای دماهای پایین تا 5- درجه سانتیگراد تضمین می‌شود. همچنین برخی از نسخه‌های ویژه RCD نیز وجود دارد که دمای کاری آن تا 25- درجه سانتیگراد است.

5) مزایای دستگاه‌های جریان باقیمانده

اطمینان کلی در مورد حفاظت در آرایش سیستم‌های زمین (TN، IT، TT)، هم به طراحی (محاسبه) اصول و قوانین هر سیستم، نصبیات سیستم (طول خطوط تغذیه، کیفیت و کمیت الکترودهای زمین اجرا شده) و مهم‌تر از همه در نحوه استفاده از تجهیزات الکتریکی می‌باشد (گسترش تاسیسات الکتریکی، تجهیزات سیار).

در مواجهه با این عدم قطعیت، و خطرات احتمالی ناشی از کاهش سطح ایمنی، استفاده از وسایل جریان باقیمانده یک "راه حل" را نشان می‌دهد که می‌تواند علاوه بر تدابیر اتصال به زمین مورد استفاده قرار گیرد.

حساسیت متوسط (300 یا 500 میلی آمپر)

این نوع از افزایش انرژی جریان‌های خطا که ممکن است باعث آتش سوزی شود، جلوگیری می‌کند (حفاظت از اموال).

حساسیت بالا (30 میلی آمپر)

این نوع RCD حفاظت در برابر تماس غیر مستقیم در صورت ضعیف بودن زمین یا قطعی هادی حفاظتی، را تامین می‌کند. همچنین علاوه بر مورد ذکر شده جهت حفاظت در برابر تماس مستقیم فاز / زمین (حفاظت از جان انسان) استفاده می‌شود.

برق‌یار مشاور شما در زمینه تاسیسات الکتریکی

6) تریپ (قطع) ناخواسته RCD

6-1) علت تریپ ناخواسته

6-1-1) جریان‌های نشتی

تاسیسات برقی LV دارای جریان نشتی دائمی است، علت این جریان وجود خطا نیست بلکه به‌دلیل خصوصیات ذاتی عایق وسایل و هادی‌ها می‌باشد. تمامی هادی‌ها و وسایل الکتریکی در بهترین تاسیسات الکتریکی اجرا شده، در حالت عادی دارای چند میلی آمپر جریان نشتی هستند که این مقدار جریان باعث تریپ ناخواسته مدار نمی‌شود.

امروزه شاهد گسترش روزافزون مدارات مجتمع الکترونیک در وسایل الکتریکی هستیم. در این مداراها به‌ وفور از منابع تغذیه سویچینگ و فیلترها استفاده می‌شود که این موارد باعث افزایش مقدار جریان نشتی می‌شوند. یک کامپیوتر رومیزی شامل چندین وسیله مختلف الکترونیکی (سی‌پی‌یو، صفحه نمایش، پرینتر، اسکنر و ...) است که همگی آن‌ها با هم در حد چند میلی آمپر جریان نشتی را خواهند داشت.

تغذیه همزمان چند وسیله الکتریکی از یک پریز و یا چند مدار مختلف از یک منبع تغذیه باعث جمع شدن جریان‌های نشتی مختلف با هم شده و منجر به تریپ ناخواسته خواهد شد.

6-1-2) جریان‌های گذرا

اثرات خازنی تاسیسات الکتریکی، اضافه ولتاژ ناشی از کلیدزنی به‌دلیل خاصیت سلفی مدار، تخلیه‌های الکترواستاتیک یا جریان صاعقه، همه پدیده‌های لحظه‌ای هستند که ممکن است باعث قطع ناخواسته مدار توسط RCD شوند.

6-1-3) وجود مولفه‌های جریان DC

مولفه جریان DC ممکن است به علت خرابی برخی از منابع تغذیه الکترونیکی در گردش باشند. در صورت عدم رسیدگی به آن‌ها احتمال دارد که باعث آسیب دیدن عملکرد دستگاه‌های جریان باقیمانده شوند.

همچنین جهت مطالعه فلوچارت دلایل تریپ کلیدهای RCD، می‌توانید مقاله "نحوه تشخیص علت تریپ کلید جریان باقیمانده" را مطالعه بفرمایید.

6-2) راه حل‌ها

6-2-1) جریان‌های نشتی زیاد

  • از قرار دادن تمامی مدارها بر روی یک RCD اجتناب کنید و مدارها را تقسیم کرده و هر گروهی از مدارها را به طور جداگانه بر روی یک RCD قرار دهید تا جمع کل جریان نشتی هر RCD کاهش یابد.
  • در صورت امکان از وسایل دارای کلاس عایقی II استفاده کنید. 

تصویر 8: تقسیم مدارات بین دو عدد کلید RCD جهت جلوگیری از تریپ ناخواسته

6-2-2) جریان‌های گذرا

  • به‌وسیله اجرای مناسب همبندی در تاسیسات الکتریکی مقدار آن را محدود کنید.
  • از کابل‌هایی که دارای هادی حفاظتی هستند جهت تغذیه وسایل استفاده کنید، حتی اگر از هادی حفاظتی استفاده نشود (تغذیه تجهیزات کلاس II).

کابل‌های بدون هادی حفاظتی به‌دلیل اثر خازنی می‌توانند جریان‌های گذرا را ایجاد کنند.

  • از کلیدهای جریان باقیمانده تاخیری (نوع S) استفاده کنید، که اجازه می‌دهند جریان‌های گذرا در مدت زمان مشخصی از آن عبور کنند.


منبع: Electrical hazards and protecting persons by Legrand