عند تحديد مفتاح فصل أو مفتاح قطع التيار لحماية التركيبات الكهربائية، ستصادف أربعة رموز غامضة في ورقة بيانات الشركة المصنعة: AC-20A، AC-21A، AC-22A، و AC-23A. هذه ليست رموزًا اعتباطية - بل تمثل فئات الاستخدام وفقًا للمعيار IEC 60947-3، وهو نظام تصنيف يحدد نوع الحمل الكهربائي الذي تم تصميم كل جهاز تحويل للتعامل معه.
هذا التمييز مهم للغاية. فالمفتاح المصنف AC-21A (الأحمال المقاومة مثل السخانات) سيفشل قبل الأوان إذا تم تطبيقه على AC-23A (تحويل المحركات مع تيارات تدفق عالية). ومع ذلك، يختار العديد من المهندسين أجهزة التحويل بناءً على تصنيف التيار فقط، متجاهلين فئة الاستخدام تمامًا. والنتيجة: حالات فشل مزعجة، وتقصير عمر المعدات، ومخاطر السلامة من الأجهزة التي تعمل خارج حدود تصميمها.
بالنسبة للمهندسين الكهربائيين الذين يصممون أنظمة التحكم في المحركات، وبناة اللوحات الذين يختارون أجهزة التحويل، وفنيي الصيانة الذين يستبدلون المعدات المعطلة، فإن فهم فئات الاستخدام أمر ضروري. يشرح هذا الدليل نظام التصنيف IEC 60947-3، وخصائص وتطبيقات كل فئة، والمعايير العملية لمطابقة أجهزة التحويل مع الأحمال المقصودة.
ما هو IEC 60947-3؟
الشكل 1: يحكم IEC 60947-3 مفاتيح الفصل وفئات الاستخدام الخاصة بها (AC-20A، AC-21A، AC-22A، AC-23A)، والتي تصنف الأجهزة حسب نوع الحمل الكهربائي الذي تم تصميمها لتحويله. تقوم VIOX Electric بتصنيع مفاتيح الفصل المصممة وفقًا لمعايير IEC 60947-3.
IEC 60947-3 هو المعيار الدولي الذي يحكم المفاتيح، والفواصل، ومفاتيح الفصل، ووحدات دمج المصهرات المستخدمة في الأنظمة الكهربائية ذات الجهد المنخفض (حتى 1000 فولت تيار متردد أو 1500 فولت تيار مستمر). يضع هذا المعيار، الذي نشرته وتعهده اللجنة الفنية 121 التابعة للجنة الكهروتقنية الدولية، متطلبات الأداء وإجراءات الاختبار وأنظمة التصنيف لأجهزة التحويل الميكانيكية.
يميز المعيار بين ثلاثة أنواع رئيسية من الأجهزة:
المفاتيح هي أجهزة ميكانيكية قادرة على توصيل وحمل وقطع التيارات في ظل ظروف التشغيل العادية، بما في ذلك الأحمال الزائدة المحددة. يمكنهم حمل تيارات الأعطال لفترة محددة وقد يكونون قادرين على توصيل (ولكن ليس قطع) تيارات القصر.
الفواصل هي أجهزة ميكانيكية توفر، عند فتحها، وظيفة عزل - مما يخلق فجوة هوائية مرئية أو يمكن التحقق منها تضمن فصل الطاقة الآمن للصيانة. لم يتم تصميم الفواصل لقطع تيارات الحمل؛ فهي تعمل فقط في ظل ظروف عدم التحميل أو التحميل الضئيل.
مفاتيح الفصل (تسمى أيضًا مفاتيح قطع التيار) تجمع بين القدرتين: يمكنها توصيل وحمل وقطع التيارات في ظل ظروف الحمل العادية مع توفير وظيفة العزل أيضًا عند فتحها. هذه القدرة المزدوجة تجعل مفاتيح الفصل هي الأجهزة الأكثر تنوعًا والأكثر شيوعًا في تطبيقات التحكم في المحركات والتوزيع.
قدمت النسخة الموحدة لعام 2025 (IEC 60947-3:2020+AMD1:2025) تحديثات مهمة، بما في ذلك تصنيفات تيار القصر المشروط للأجهزة المحمية بواسطة قواطع الدائرة الكهربائية, واقيات التيار، واختبارات تيار الحمل الحرجة لتطبيقات التيار المستمر، وفئات جديدة للمحركات عالية الكفاءة مع تيارات دوار مقفل مرتفعة. تعكس هذه التحديثات المتطلبات المتطورة للأنظمة الكهربائية الحديثة وتكنولوجيا محركات الأقراص متغيرة السرعة.
فهم فئات الاستخدام
يصنف IEC 60947-3 أجهزة التحويل حسب فئة الاستخدام- وهو تعيين يحدد نوع الحمل الكهربائي الذي تم تصميم الجهاز لتحويله والواجب التشغيلي الذي يجب أن يتحمله. يدرك نظام التصنيف هذا أن تحويل سخان مقاوم (حيث يكون التيار في الطور مع الجهد والتدفق الأولي ضئيل) يفرض ضغوطًا مختلفة تمامًا عن تحويل المحرك (حيث يمكن أن تصل تيارات الدوار المقفل إلى 6-8 أضعاف التيار المقنن ويكون معامل القدرة ضعيفًا أثناء البدء).
تحدد فئة الاستخدام تيار التشغيل المقنن (Ie)- الحد الأقصى للتيار الذي يمكن للجهاز توصيله وحمله وقطعه بأمان في ظل واجبه المقصود. والأهم من ذلك، قد يكون للمفتاح المادي نفسه تصنيفات Ie مختلفة اعتمادًا على فئة الاستخدام. على سبيل المثال، قد يتم تصنيف مفتاح الفصل بـ 100 أمبير عند AC-21A (واجب مقاوم) ولكن فقط 63 أمبير عند AC-23A (واجب المحرك) عند نفس الجهد، لأن تحويل المحرك مع تدفق أولي عالٍ يتطلب تخفيضًا.
بالنسبة لتطبيقات التيار المتردد، يحدد IEC 60947-3 أربع فئات رئيسية، مع تعيين لاحقة “A” (AC-20A، AC-21A، AC-22A، AC-23A) لتمييزها عن فئات التيار المستمر. إن فهم هذه الفئات أمر أساسي للاختيار المناسب للجهاز وأداء النظام الموثوق به.
AC-20A: واجب العزل بدون حمل
AC-20A هي فئة الاستخدام ذات أقل واجب، وهي مصممة حصريًا لتحويل العزل في ظل ظروف عدم التحميل أو التحميل الضئيل. لا يُقصد بالأجهزة المصنفة AC-20A مقاطعة التيارات الكبيرة؛ وظيفتها الأساسية هي توفير فصل عزل آمن عندما تكون الدوائر معطلة بالفعل أو تحمل تيارًا ضئيلاً.
تنطبق هذه الفئة عادةً على الفواصل- الأجهزة المستخدمة للتقسيم والعزل حيث يتم التعامل مع مقاطعة الحمل بواسطة معدات أخرى (مثل المقاولون أو قواطع الدائرة في المنبع). يعني تعيين AC-20A أن الجهاز مصنف للفتح والإغلاق في ظل الظروف التي يكون فيها تدفق التيار صفرًا بشكل أساسي أو يقتصر على التيارات السعوية أو التسرب الصغيرة.
تطبيقات AC-20A النموذجية
- مفاتيح العزل الرئيسية في لوحات التوزيع حيث تم فصل الحمل بوسائل أخرى قبل تشغيل العازل
- مفاتيح التقسيم لعزل الصيانة، مما يوفر فاصلًا مرئيًا لإجراءات الإغلاق / وضع العلامات
- قواطع قضبان التوصيل في المفاتيح الكهربائية لتقسيم أنظمة التوزيع
- عزل مفتاح النقل حيث يتم التعامل مع نقل الحمل بواسطة عناصر تحويل أخرى
نظرًا لأن أجهزة AC-20A لا تقاطع تيارات الحمل الكبيرة، فيمكن أن تكون أبسط وأكثر اقتصادا من مفاتيح قطع التيار. ومع ذلك، من الأهمية بمكان أن تضمن إجراءات التشغيل أن الدائرة معطلة أو غير محملة قبل تشغيل جهاز AC-20A. يمكن أن تتسبب محاولة قطع تيارات الحمل باستخدام فاصل مصنف AC-20A في لحام التلامس وتلف القوس ومخاطر السلامة.
AC-21A: تحويل الحمل المقاوم
AC-21A هي فئة الاستخدام لتحويل الأحمال المقاومة أو الحثية قليلاً حيث يكون تيار التدفق الأولي ضئيلاً ويكون شكل الموجة الحالي في الطور بشكل أساسي مع الجهد. تمثل هذه الفئة تحويل قطع التيار المباشر دون تعقيدات التدفق الأولي العالي أو معامل القدرة الضعيف.
في واجب AC-21A، يكون تيار التوصيل (التيار عند إغلاق التلامسات) مساويًا تقريبًا لتيار الحمل في الحالة المستقرة. لا يوجد ارتفاع كبير في التدفق الأولي، وتحدث عملية القطع مع التيار والجهد في الطور، مما يخلق ظروف تقويس حميدة نسبيًا. هذا يجعل AC-21A هو الأساس لقدرة تحويل قطع التيار.
تطبيقات AC-21A النموذجية
- أحمال التسخين المقاومة: الأفران الكهربائية، وسخانات الفضاء، والأفران الصناعية، وعناصر التسخين العملية حيث يكون الحمل مقاومًا تمامًا
- دوائر الإضاءة المتوهجة: إضاءة الفتيل التقليدية (على الرغم من أن إضاءة LED تقدم خصائص مختلفة)
- دوائر التوزيع العامة: المغذيات والدوائر الفرعية التي تزود الأحمال المقاومة في الغالب
- تحويل أولي للمحولات: حيث لا يكون التدفق الأولي المغناطيسي مصدر قلق (يعتمد على تصميم المحول واستراتيجية التحويل)
تصنيفات وأداء AC-21A
توفر مفاتيح الفصل المصنفة لواجب AC-21A عادةً أعلى تصنيف تيار Ie عند جهد معين مقارنة بالفئات الأخرى. على سبيل المثال، قد يتم تصنيف الجهاز:
- 100 أمبير عند 400 فولت تيار متردد لواجب AC-21A
- 80 أمبير عند 400 فولت تيار متردد لواجب AC-22A
- 63 أمبير عند 400 فولت تيار متردد لواجب AC-23A
يعكس تصنيف AC-21A الأعلى الإجهاد الأقل الذي يفرضه التحويل المقاوم. لا تحتاج التلامسات وغرف القوس وآليات التشغيل إلى التعامل مع التيارات العالية وظروف معامل القدرة الضعيفة للأحمال الحثية.
AC-22A: أحمال مقاومة وحثية مختلطة
AC-22A يعالج الأرضية الوسطى: الأحمال المختلطة التي تجمع بين المكونات المقاومة والحثية، مع القدرة على التحميل الزائد المعتدلة المطلوبة. تغطي هذه الفئة دوائر التوزيع والمعدات حيث يوجد بعض الحث ولكن بدء تشغيل المحرك بتيارات دوار مقفل عالية ليس الواجب الأساسي.
يدرك واجب AC-22A أن العديد من الأحمال في العالم الحقيقي ليست مقاومة تمامًا. غالبًا ما تتضمن الدوائر التي تغذي الأدوات الآلية أو المعدات الصناعية أو لوحات التوزيع المختلطة المحولات والملفات اللولبية والمحركات الصغيرة وإمدادات الطاقة جنبًا إلى جنب مع العناصر المقاومة. يقدم المكون الحثي تأخرًا في الطور بين الجهد والتيار، مما يخلق ظروف إطفاء قوس أكثر صعوبة مقارنة بـ AC-21A.
تطبيقات AC-22A النموذجية
- مغذيات توزيع مختلطة: لوحات التوزيع أو دوائر التوزيع الفرعية التي تغذي مزيجًا من الأحمال المقاومة والحثية
- دوائر الآلات: الآلات الصناعية التي تحتوي على كل من عناصر التسخين والمكونات الكهرومغناطيسية (الملفات، الملفات اللولبية، المحركات الصغيرة)
- دوائر الإضاءة مع الصابورة: إضاءة الفلورسنت أو التفريغ حيث يؤثر حث الصابورة على معامل القدرة
- معدات اللحام: لحام المقاومة أو المعدات ذات الحث المحول الكبير
- فواصل وحدات التكييف والتدفئة والتهوية (HVAC): حيث يشتمل الحمل على كل من محركات الضاغط والتسخين المقاوم (على الرغم من أن مهمة المحرك الخالص ستكون AC-23A)
متطلبات AC-22A
يتطلب المعيار أن تتعامل أجهزة AC-22A مع الأحمال الزائدة المعتدلة وأن تقوم بعمل وقطع التيارات بمعاملات قدرة أقل من AC-21A. يجب أن تستوعب قدرة الوصل ارتفاعات التيار المفاجئة المرتبطة بالأحمال الحثية، ولكن ليس بنفس قدر تيارات المحرك المقفل.
يقوم المصنعون بتخفيض قيمة التيار المقنن (Ie) لـ AC-22A مقارنة بـ AC-21A عند نفس الجهد، عادةً بنسبة 10-20٪، مما يعكس زيادة شدة المهمة. يجب أن تتعامل الملامسات وأنظمة إطفاء القوس الكهربائي مع ظروف معامل القدرة المتخلف حيث يكون التيار والجهد خارج الطور، مما يجعل إطفاء القوس الكهربائي أكثر صعوبة.
AC-23A: المحركات والأحمال الحثية العالية
AC-23A هي فئة الاستخدام الأكثر تطلبًا، وهي مصممة خصيصًا لتبديل المحركات والأحمال الحثية العالية الأخرى حيث تفرض تيارات الدوار المقفل (البدء) إجهادات وصل وقطع شديدة. هذه هي الفئة الأكثر أهمية في تطبيقات التحكم في المحركات، واختيار الفئة الخاطئة هنا يؤدي مباشرة إلى فشل المفتاح المبكر.
عندما يبدأ محرك تحريضي، فإنه يسحب تيار الدوار المقفل عادةً من 5 إلى 8 أضعاف تياره المقنن للحمل الكامل، مع معامل قدرة منخفض يصل إلى 0.3 إلى 0.5. يجب أن يقوم المفتاح الذي يغلق على محرك بدء بتوصيل هذا التيار العالي دون لحام الملامسات أو حدوث تقوس مفرط. عند قطع دوائر المحرك، يخلق معامل القدرة المتخلف وتخزين الطاقة الحثية أقواسًا كهربائية مستمرة تضغط على آلية التبديل.
تطبيقات AC-23A النموذجية
- بادئات تشغيل المحرك المباشر (DOL): فواصل التبديل التي توفر كلاً من تبديل قطع الحمل والعزل لدوائر المحرك
- فواصل مغذي المحرك: المفاتيح الرئيسية في اتجاه المنبع لمراكز التحكم في المحركات أو بادئات المحركات الفردية
- دوائر المضخات والضواغط: التبديل المباشر للمعدات التي تعمل بمحركات ذات تيارات بدء عالية
- ضوابط المراوح والمنفاخات: محركات التهوية الصناعية ومعدات معالجة هواء العمليات
- أنظمة النقل: محركات مناولة المواد ذات دورات البدء والتوقف المتكررة
- تبديل المحركات عالية الكفاءة (AC-23Ae): فئة فرعية تم تقديمها في المعايير الحديثة للمحركات عالية الكفاءة IE3/IE4 التي تظهر تيارات دوار مقفل أعلى بسبب التصميم الكهرومغناطيسي الأمثل
متطلبات وتقييمات AC-23A
يتطلب IEC 60947-3 أن تتعامل أجهزة AC-23A مع تيارات الوصل للدوار المقفل وأن تقطع دوائر المحرك في ظل ظروف الحمل الكامل مع معامل قدرة ضعيف. يحدد المعيار تسلسلات الاختبار بما في ذلك:
- عمليات الوصل عند 6-10 أضعاف التيار المقنن (محاكاة ظروف الدوار المقفل للمحرك)
- عمليات القطع عند التيار المقنن مع الأحمال الحثية بمعاملات قدرة محددة
- اختبار التحمل على مدى آلاف العمليات للتحقق من عمر الملامسات
نتيجة لذلك، تكون تقييمات AC-23A أقل بكثير من تقييمات AC-21A لنفس الجهاز. قد يتم تقييم المفتاح 100A المصنف AC-21A عند 400 فولت فقط بـ 63A لمهمة AC-23A - وهو تخفيض بنسبة 37٪ يعكس شدة تبديل المحرك.
AC-23Ae: المحركات عالية الكفاءة
يعترف أحدث إصدار قياسي بـ AC-23Ae, ، وهي فئة فرعية متخصصة للمحركات عالية الكفاءة التي تلبي فئات كفاءة IEC 60034-12 و IEC 60034-30-1 (IE3، IE4). تحقق هذه المحركات كفاءة فائقة من خلال تغييرات التصميم التي تزيد عن غير قصد من الطاقة الظاهرية للدوار المقفل وتيار البدء. يتم اختبار المفاتيح المصنفة AC-23Ae لتيارات وصل أعلى ويجب أن تتعامل مع متطلبات الاندفاع المرتفعة لتصميمات المحركات الحديثة الفعالة.
الاختلافات الفنية الرئيسية بين الفئات
يساعد فهم ما يميز فئات الاستخدام على توضيح سبب أهمية الاختيار المناسب وماذا يحدث عند إساءة استخدام الجهاز.
شدة المهمة وتقييمات التيار
تمثل الفئات تقدمًا في زيادة شدة المهمة:
- AC-20A: عزل عدم التحميل فقط؛ غير مصنفة لقطع الحمل
- AC-21A: قدرة قطع الحمل الأساسية مع الأحمال المقاومة؛ الحد الأدنى من الاندفاع، التيار المتزامن
- AC-22A: مهمة حثية معتدلة مع أحمال مختلطة؛ بعض تأخر الطور والاندفاع المتواضع
- AC-23A: مهمة محرك شديدة مع اندفاع عالي للدوار المقفل ومعامل قدرة ضعيف عند القطع
يحدد هذا التقدم في الشدة تقييمات التيار بشكل مباشر. بالنسبة لفاصل التبديل النموذجي عند 400 فولت تيار متردد:
| الفئة | التيار التشغيلي المقنن (Ie) | التقييم النسبي |
| AC-21A | 100A | 100٪ (الأساس) |
| AC-22A | 80A | 80% |
| AC-23A | 63A | 63% |
إن التقييمات المنخفضة لـ AC-22A و AC-23A ليست تخفيضًا تعسفيًا - فهي تعكس حدودًا مادية حقيقية تفرضها معالجة الاندفاع وقدرة إطفاء القوس الكهربائي وتحمل الملامسات في ظل ظروف قاسية.
تيار الوصل (الإغلاق)
تيار الوصل هو التيار الذي يتدفق عندما يغلق المفتاح على دائرة نشطة. هذا يميز الفئات بشكل كبير:
- AC-20A: تيار وصل صفري بشكل أساسي (بدون حمل)
- AC-21A: تيار الوصل ≈ تيار الحمل في الحالة المستقرة (لا يوجد اندفاع كبير)
- AC-22A: تيار الوصل = 1.5-3 × الحالة المستقرة (اندفاع معتدل من الحث)
- AC-23A: تيار الوصل = 6-10 × التيار المقنن (ظروف الدوار المقفل للمحرك)
يجب أن تغلق أجهزة AC-23A الملامسات على تيارات بدء المحرك دون لحام، مما يتطلب مواد ملامسة قوية وضغط ملامسة عالي وميزات قمع القوس الكهربائي التي لا تحتاجها أجهزة AC-21A.
تيار القطع (الفتح) ومعامل القدرة
القطع يفرض ضغوطًا مختلفة. تقدم الأحمال المقاومة (AC-21A) التيار والجهد في الطور؛ عندما تنفصل الملامسات بالقرب من صفر التيار الطبيعي، ينطفئ القوس الكهربائي بسهولة. تقدم الأحمال الحثية (AC-22A، AC-23A) تيارًا متخلفًا؛ يستمر القوس لفترة أطول لأن التيار لا يعبر الصفر عندما يفعل الجهد.
يجب أن تقطع أجهزة AC-23A تيارات المحرك بمعاملات قدرة منخفضة تصل إلى 0.35، مما يخلق أقواسًا كهربائية مستمرة تتطلب مجاري قوس قوية أو ملفات نفخ أو انحراف قوس مغناطيسي لإجبار الإطفاء. هذا هو السبب في أن المفاتيح المصنفة AC-23A لديها إدارة قوس أكثر تطوراً من أجهزة AC-21A.
التحمل التشغيلي
يتطلب المعيار اختبارات تحمل مختلفة حسب الفئة. تخضع أجهزة AC-23A لاختبارات أكثر صرامة مع تيارات وصل أعلى وقطع معامل قدرة أقل، مما يؤدي إلى عمر افتراضي أقصر للملامسات مقارنة بـ AC-21A في نفس تصميم المفتاح الفعلي. تنشر الشركات المصنعة أرقام التحمل الكهربائي (عدد العمليات عند التيار المقنن) التي تنخفض من AC-21A إلى AC-23A.
التطبيقات وحالات الاستخدام
إن مطابقة فئات الاستخدام مع التطبيقات الواقعية تضمن أداء تبديل موثوقًا وتتجنب الفشل المبكر للجهاز.
التحكم في المحركات الصناعية
تمثل السيطرة على المحركات التطبيق الأكثر تطلبًا وحالة الاستخدام الأساسية لأجهزة AC-23A. في مرافق التصنيع ومصانع المعالجة والبنية التحتية الصناعية:
- مراكز التحكم في المحركات (MCCs): تعمل فواصل التيار المقدرة AC-23A كفواصل رئيسية لمغذيات المحركات الفردية، مما يوفر إمكانية قطع الحمل والعزل للصيانة. يجب أن تتعامل مع بدء تشغيل المحرك المتكرر مع تيارات العضو الدوار المقفل 6-8 مرات الحمل الكامل.
- بادئات التشغيل المباشر: بالاشتراك مع الكونتاكتورات ومرحلات الحمل الزائد، تتيح فواصل التيار AC-23A بدء تشغيل المحرك وإيقافه وعزله بأمان دون الحاجة إلى أجهزة عزل منفصلة.
- محطات الضخ والضغط: المحركات التي تقود معدات البنية التحتية الحيوية حيث يكون التبديل الموثوق به تحت الحمل الاستقرائي أمرًا ضروريًا.
- فواصل إدخال محرك التردد المتغير (VFD): في حين أن محركات التردد المتغير تبدأ تشغيل المحركات بسلاسة، إلا أن فاصل الإدخال لا يزال يواجه تيار تدفق من مكثفات شحن ناقل التيار المستمر وتمغنط المحولات، مما يجعل AC-22A أو AC-23A مناسبًا اعتمادًا على تصميم المحرك.
توزيع المباني التجارية
تستخدم المرافق التجارية فواصل التيار عبر جميع الفئات:
- فواصل معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC): تتطلب الوحدات الموجودة على الأسطح ومعالجات الهواء المزودة بمحركات ضاغط تصنيف AC-23A. قد تستخدم مراوح معالجة الهواء النقية AC-22A إذا كان تيار التدفق معتدلًا.
- فواصل اللوحة الرئيسية للإضاءة: AC-21A للأحمال المقاومة (المتوهجة، LED بدون تيار تدفق كبير)؛ AC-22A للإضاءة الفلورية أو التفريغ مع كوابح مغناطيسية.
- المفاتيح الرئيسية للوحة التوزيع: AC-21A أو AC-22A اعتمادًا على مزيج الأحمال النهائية. عادةً ما تضمن الأحمال التجارية المختلطة AC-22A.
- نقل الطاقة في حالات الطوارئ: AC-22A أو AC-23A اعتمادًا على الأحمال المتصلة، حيث يجب أن يتعامل المفتاح مع تيار الوصل عند النقل بين المصادر.
معدات المعالجة والتصنيع
تقدم الآلات الصناعية مهام تبديل متنوعة:
- فواصل الأدوات الآلية: AC-22A للآلات ذات محركات المغزل المختلطة والملفات اللولبية وطاقة التحكم. AC-23A إذا كانت هناك محركات كبيرة ذات بداية مباشرة.
- النقل والتعامل مع المواد: AC-23A لمحركات النقل ذات البداية المباشرة؛ AC-22A إذا كنت تستخدم بداية ناعمة أو التحكم في محرك التردد المتغير.
- معدات اللحام: AC-22A لآلات اللحام المقاومة مع محاثة محولات كبيرة ولكن بدون مهمة بدء تشغيل المحرك.
- سخانات وأفران المعالجة: AC-21A لعناصر التسخين المقاومة تمامًا؛ AC-22A إذا كان التحكم في SCR/الثايرستور يقدم محتوى توافقيًا أو إذا كان اقتران المحولات متضمنًا.
عواقب سوء التطبيق
يؤدي تطبيق الفئة الخاطئة إلى إنشاء أوضاع فشل يمكن التنبؤ بها:
- استخدام AC-21A لمهمة المحرك (مطلوب AC-23A): تلتصق الملامسات أثناء بدء تشغيل المحرك بسبب عدم كفاية سعة الوصل؛ تتآكل الملامسات بسرعة بسبب الأقواس المستمرة أثناء القطع؛ يقل التحمل الكهربائي كثيرًا عن التوقعات، مما يؤدي إلى حالات فشل مزعجة ووقت تعطل غير مخطط له.
- استخدام AC-20A تحت الحمل (أي فئة قطع حمل مطلوبة): يؤدي التقوس الشديد إلى تلف الملامسات والعلبة؛ احتمال التصاق الملامسات، مما يخلق خطرًا على السلامة؛ قد يفشل الجهاز في توفير وظيفة العزل بعد عملية قطع الحمل.
- زيادة حجم الفئة دون داع: يؤدي استخدام AC-23A حيث يكون AC-21A كافيًا إلى زيادة التكلفة دون فائدة، على الرغم من أن هذا خطأ أقل خطورة من نقص المواصفات.
معايير الاختيار: مطابقة الفئة للتطبيق
يتطلب تحديد فئة الاستخدام الصحيحة تحليل خصائص الحمل ومهمة التشغيل. اتبع هذا النهج المنهجي:
الخطوة 1: تحديد نوع الحمل وخصائصه
حدد ما الذي سيتحكم فيه المفتاح:
- العزل فقط، بدون قطع الحمل: AC-20A (وظيفة فاصل)
- مقاوم الأحمال (السخانات، الإضاءة المتوهجة، التوزيع الذي يغذي المعدات المقاومة في الغالب): AC-21A
- أحمال مقاومة وحثية مختلطة (التوزيع مع محاثة معتدلة، الآلات المختلطة، الإضاءة الفلورية): AC-22A
- المحركات أو الأحمال الحثية العالية (بدء تشغيل المحرك المباشر، محركات المضخات/الضواغط/المراوح، المعدات ذات التدفق العالي): AC-23A
- محركات عالية الكفاءة (محركات IE3/IE4 وفقًا للمعيار IEC 60034-30-1): AC-23Ae إذا كان متاحًا، وإلا AC-23A مع تخفيض مناسب
الخطوة 2: حساب تيار التشغيل المطلوب
حدد تيار الحمل في الحالة المستقرة (تيار الحمل الكامل للمحركات، التيار المقنن للأحمال المقاومة). لتطبيقات المحركات، حدد أيضًا:
- تيار الحمل الكامل للمحرك (FLC)
- تيار العضو الدوار المقفل أو تيار البدء (عادةً 6-8 × FLC للمحركات القياسية)
- معامل قدرة المحرك في ظروف البدء والتشغيل
تيار التشغيل المقنن للمفتاح Ie يجب أن يفي أو يتجاوز تيار الحالة المستقرة للحمل للفئة الاستخدام المحددة. لا تستخدم تصنيفات تيار AC-21A لأحمال المحركات - يجب عليك استخدام تصنيف AC-23A.
الخطوة 3: تحقق من تصنيف الجهد والتوافق مع النظام
تأكد من أن جهد العزل المقنن للمفتاح (Ui) وجهد التشغيل المقنن (Ue) يطابقان جهد النظام. تحقق من جهد تحمل النبض (Uimp) لفئة التثبيت (عادةً CAT III أو CAT IV للمنشآت الثابتة).
الخطوة 4: تحقق من سعة الوصل
بالنسبة لتطبيقات AC-23A، تحقق من قدرة المفتاح على التعامل مع تيار بدء الدوران المحبوس للمحرك أثناء الإغلاق. تحدد أوراق بيانات الشركة المصنعة قدرة الوصل كمضاعف لـ Ie (على سبيل المثال، “قدرة الوصل: 10×Ie لـ AC-23A”). بالنسبة لمحرك بتيار بدء دوران محبوس يبلغ 6×FLC و FLC = 50A، فإن تيار بدء الدوران المحبوس هو 300A. سيقوم مفتاح AC-23A مع Ie ≥ 50A وقدرة وصل ≥10×Ie بالإغلاق بأمان على هذا المحرك.
الخطوة 5: تقييم تردد التشغيل
ضع في اعتبارك عدد مرات تشغيل المفتاح. يتطلب التبديل عالي التردد (عمليات متعددة في الساعة) الاهتمام بتقييمات التحمل الكهربائي. تنشر أوراق بيانات الشركة المصنعة العمر التشغيلي المتوقع (على سبيل المثال، “التحمل الكهربائي: 8000 عملية عند Ie لـ AC-23A”). إذا تجاوز تردد التشغيل هذا، ففكر في:
- تخفيض تصنيف المفتاح (التشغيل بأقل من Ie الكامل لإطالة عمر التلامس)
- استخدام الكونتاكتورات للتبديل المتكرر، مع الاحتفاظ بقاطع التيار للفصل والتبديل الرئيسي غير المتكرر
الخطوة 6: ضع في اعتبارك متطلبات العزل
إذا كان يجب أن يوفر الجهاز عزلًا (الإغلاق/وضع العلامات، فصل الصيانة)، فحدد مفتاح فصل بدلاً من المفتاح. تحقق من أن الجهاز يفي بمتطلبات عزل قاطع التيار وفقًا للمعيار IEC 60947-3 (فاصل مرئي أو مؤشر موضع، مسافات خلوص وتسرب كافية).
الخطوة 7: مراجعة التنسيق والحماية
تأكد من أن المفتاح يتناسق مع الحماية في المنبع والمصب:
- يجب أن يساوي أو يتجاوز تيار الدائرة القصيرة المشروط المقدر للمفتاح (إذا كان ذلك ممكنًا) تيار العطل المحتمل، بافتراض قاطع الدائرة أو حماية المصهر في المنبع
- بالنسبة لدوائر المحرك، تأكد من التوافق مع مرحلات الحمل الزائد وأجهزة الحماية من الدائرة القصيرة
سيناريوهات الاختيار الشائعة
السيناريو 1: محرك ثلاثي الأطوار بقدرة 15 كيلو وات / 400 فولت، FLC = 30A، دوران محبوس = 180A (6×FLC)
- نوع الحمل: محرك ← مطلوب AC-23A
- Ie المطلوب: ≥30A عند AC-23A، 400 فولت
- فحص قدرة الوصل: يجب أن يتعامل الجهاز مع تيار وصل 180A ← تحقق من 10×Ie ≥180A ← Ie = 30A، 10×30 = 300A ✓
- الاختيار: قاطع تيار مقدر بـ Ie ≥30A، AC-23A، 400 فولت، مع وظيفة العزل
السيناريو 2: سخان مقاومة كهربائية بقدرة 50 كيلو وات، 400 فولت ثلاثي الأطوار، FLC = 72A
- نوع الحمل: مقاوم ← AC-21A مناسب
- Ie المطلوب: ≥72A عند AC-21A، 400 فولت
- لا يوجد تيار تدفق كبير، الوصل ≈ حالة مستقرة
- الاختيار: قاطع تيار مقدر بـ Ie ≥80A، AC-21A، 400 فولت
السيناريو 3: لوحة توزيع تغذي أحمالًا مختلطة، مقدرة بـ 100A
- نوع الحمل: تجاري/صناعي مختلط ← AC-22A مناسب (ما لم تكن هناك مغذيات محددة للمحرك، والتي يجب تبديلها بشكل منفصل)
- Ie المطلوب: ≥100A عند AC-22A
- الاختيار: قاطع تيار مقدر بـ Ie ≥100A، AC-22A، مع العزل
الختام
توفر فئات الاستخدام IEC 60947-3 - AC-20A و AC-21A و AC-22A و AC-23A - إطارًا منهجيًا لتصنيف أجهزة التبديل حسب نوع الحمل الكهربائي الذي صممت للتعامل معه. يحدد هذا التصنيف بشكل مباشر تقييمات الجهاز، مع توفير نفس المفتاح الفعلي لقيم تيار تشغيل مختلفة (Ie) اعتمادًا على الفئة: الأعلى لواجب مقاومة AC-21A، والأقل تدريجيًا للأحمال المختلطة AC-22A، والأقل لواجب محرك AC-23A مع متطلبات تدفق شديدة.
بالنسبة للمهندسين الكهربائيين الذين يحددون أجهزة التبديل، ومصممي اللوحات الذين يختارون المكونات، ومتخصصي الصيانة الذين يستبدلون المعدات، فإن فهم فئات الاستخدام أمر ضروري لتشغيل النظام بشكل موثوق. يؤدي سوء التطبيق - خاصة استخدام أجهزة AC-21A على أحمال المحرك التي تتطلب AC-23A - إلى حالات فشل يمكن التنبؤ بها: لحام التلامس بسبب عدم كفاية قدرة الوصل، وتآكل التلامس السريع بسبب الأقواس الاستقرائية المستمرة، وتقصير العمر التشغيلي.
يتطلب الاختيار الصحيح للفئة تحليل خصائص الحمل (مقاوم أو مختلط أو محرك)، وحساب متطلبات تيار التشغيل، والتحقق من قدرة الوصل لظروف التدفق، والتأكد من أن الجهاز يفي بمتطلبات العزل عند الحاجة. إن تسمية الفئة في أوراق بيانات الشركة المصنعة ليست معلومات اختيارية - فهي تحدد واجب التبديل الذي تم اختبار الجهاز للتعامل معه والشروط التي تنطبق بموجبها التقييمات المنشورة.
تقوم VIOX Electric بتصنيع قواطع التيار المصممة وفقًا لمعايير IEC 60947-3، مع تقييمات واضحة لفئة الاستخدام ووثائق فنية شاملة. للحصول على إرشادات التطبيق أو المواصفات الفنية أو لمناقشة متطلبات التبديل الخاصة بك، اتصل بفريق الهندسة في VIOX.
حدد فئة الاستخدام الصحيحة لأداء تبديل موثوق. للتواصل مع فيوكس إلكتريك لمناقشة متطلبات قاطع التيار الخاص بك.
