أجزاء قاطع الدائرة: كيف تعمل؟

أ قاطع دائرة هو جهاز أمان أساسي يوقف تدفق الكهرباء تلقائيًا عند حدوث حمل زائد أو ماس كهربائي أو عطل. 

يمنع الحرائق الكهربائية وتلف المعدات والصعق الكهربائي. 

تعمل الأجزاء الرئيسية لقاطع الدائرة - مثل جهات الاتصال ووحدة الرحلة وطفاية القوس الكهربائي - معًا لاكتشاف الأعطال وقطع التيار بأمان.

في هذه المقالة، سنقوم بتحليل مكونات قاطع الدائرة، وشرح وظائفها، واستكشاف غرض قاطع الدائرة في التطبيقات السكنية والتجارية والصناعية.

تعريف قاطع الدائرة في الفيزياء

في الفيزياء والهندسة الكهربائية، قاطع الدائرة هو جهاز تبديل يمكنه فتح وإغلاق الدائرة يدويًا أو تلقائيًا في ظل الظروف العادية وغير العادية. 

على عكس الصمامات، والتي يجب استبدالها بعد التعثر، يمكن إعادة ضبط قواطع الدائرة وإعادة استخدامها عدة مرات.

تُستخدم قواطع الدائرة على نطاق واسع في أنظمة الطاقة والمصانع الصناعية ولوحات الكهرباء المنزلية لضمان السلامة الكهربائية وموثوقية النظام.

المكونات الرئيسية لقاطع الدائرة

يتكون قاطع الدائرة من عدة مكونات رئيسية، يلعب كل منها دورًا حاسمًا في اكتشاف التيارات الخاطئة ومقاطعتها.

#1. الإطار (الجسم/الغلاف)

الإطار أو الغلاف هو الغلاف الخارجي للقاطع، ويوفر الدعم الميكانيكي والعزل. وهو:

• يحمي المكونات الداخلية من الغبار والرطوبة والأضرار المادية.
• يوفر عزلًا كهربائيًا لمنع التسرب الكهربائي.
• يحتوي على أجزاء مختلفة مثل آلية التشغيل ووحدة الرحلة.

عادة ما تكون الإطارات مصنوعة من البلاستيك عالي القوة أو مواد العلبة المصبوبة في قواطع الجهد المنخفض، بينما تستخدم قواطع الدائرة الصناعية علبًا مغلفة بالمعادن لمزيد من المتانة.

#2. جهات الاتصال (جهات الاتصال الثابتة والمتحركة)

تعتبر نقاط الاتصال هي الأجزاء الرئيسية التي تحمل التيار في القاطع. 

وهي تتكون من:

• جهات الاتصال الثابتة: أجزاء معدنية ثابتة يتدفق التيار فيها أثناء التشغيل العادي.
• نقل جهات الاتصال: قم بالاتصال والفصل عن جهات الاتصال الثابتة للسماح بتدفق التيار أو مقاطعته.

أثناء التشغيل العادي، تظل جهات الاتصال مغلقة، مما يسمح بمرور الكهرباء. 

عند حدوث عطل، ينفصل جهة الاتصال المتحركة عن جهة الاتصال الثابتة، مما يؤدي إلى كسر الدائرة وتوقف التيار.

#3. آلية التشغيل

آلية التشغيل مسؤولة عن تشغيل القاطع وإيقاف تشغيله يدويًا أو تلقائيًا. 

وهو يتضمن:

• مقبض أو مفتاح تبديل: يستخدم للتشغيل اليدوي.
• آلية الزنبرك: تقوم بتخزين الطاقة للفصل السريع أثناء الأعطال.
• نظام القفل: يبقي القاطع في وضع التشغيل حتى حدوث رحلة.

يجب أن تعمل الآلية بسرعة وبشكل موثوق لمنع حدوث أضرار مفرطة للدوائر الكهربائية.

#4. وحدة الرحلة (آلية الاستشعار)

وحدة الرحلة هي عقل قاطع الدائرة. فهي تكتشف الأعطال الكهربائية وترسل إشارة إلى قاطع الدائرة لفتحه. 

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من وحدات الرحلة:

• الرحلة الحرارية (الشريط ثنائي المعدن): تستجيب للتيار الزائد المطول عن طريق الانحناء بسبب الحرارة، مما يؤدي إلى تشغيل القاطع.
• الرحلة المغناطيسية (الملف الكهرومغناطيسي): تتفاعل مع الارتفاعات المفاجئة، مثل الدوائر القصيرة، عن طريق سحب مزلاج على الفور لإيقاف القاطع.
• وحدة الرحلة الإلكترونية: تستخدم أجهزة الاستشعار والمعالجات الدقيقة لتوفير التحكم الدقيق في الرحلة.

غالبًا ما تستخدم قواطع الدائرة الحديثة مزيجًا من وحدات الرحلة الحرارية والمغناطيسية لتعزيز الحماية.

#5. مطفأة القوس الكهربائي (مظلة القوس الكهربائي)

عندما يفتح قاطع الدائرة تحت الحمل، يتشكل قوس كهربائي بين جهات الاتصال الفاصلة. يجب إطفاء هذا القوس بسرعة لمنع حدوث أي ضرر. 

تساعد مطفأة القوس الكهربائي على:

• تقسيم القوس إلى أقسام أصغر.
• تبريد وتشتيت القوس باستخدام صفائح القوس.
• إعادة توجيه القوس بعيدًا عن جهات الاتصال.

تُصنع المزالق القوسية من مواد عازلة مقاومة للحرارة مثل السيراميك أو البلاستيك المقوى بالألياف لتحمل درجات الحرارة القصوى.

#6. توصيلات المحطة الطرفية

التوصيلات الطرفية هي المكان الذي يتم فيه توصيل الأسلاك الكهربائية الواردة والصادرة إلى قاطع الدائرة. 

يجب أن تكون هذه المحطات:

• يجب تأمينها بشكل محكم لتجنب الوصلات الفضفاضة، والتي قد تؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة.
• يدعم مقاييس الأسلاك المختلفة اعتمادًا على تصنيف أمبير القاطع.
• تكون مصنوعة من النحاس أو الألومنيوم للحصول على توصيل فعال.

يعد توصيل لوحة قاطع الدائرة بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية لأداء النظام وسلامته.

يتم تصنيف قواطع الدائرة حسب

تتوافر قواطع الدائرة بأنواع مختلفة وفقًا لوظيفتها ومستوى الجهد وآلية التشغيل.

1. التصنيف حسب مستوى الجهد

قواطع الدائرة السكنية هي ذات جهد منخفض، في حين تستخدم الأنظمة الصناعية قواطع ذات جهد متوسط إلى عالي.

2. التصنيف حسب آلية الانقطاع

يقدم كل نوع مزايا فريدة حسب التطبيق.

ما هي وظيفة قاطع الدائرة؟

الغرض الأساسي من قاطع الدائرة هو حماية الأنظمة الكهربائية من التلف بسبب:

1. التحميل الزائد:عندما يتجاوز الطلب على الكهرباء سعة السلك، يتم إيقاف تشغيل القاطع لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
2. الدوائر القصيرة:إذا تم إنشاء اتصال مباشر بين الأسلاك الحية والمحايدة، يقوم القاطع بقطع الطاقة على الفور لمنع الحرائق.
3. أعطال الأرض:إذا تسربت الكهرباء إلى الأرض، يتم تشغيل قاطع GFCI للحماية من الصدمات الكهربائية.

تلعب قواطع الدائرة دورًا مهمًا في السلامة الكهربائية والموثوقية.

حماية قاطع الدائرة في التطبيقات المختلفة

يتم استخدام قواطع الدائرة في إعدادات مختلفة لتوفير الحماية والسلامة.

#1. الاستخدام السكني

• حماية الأضواء والمنافذ والأجهزة من التيار الزائد.
• تمنع قواطع GFCI الصدمات الكهربائية في الحمامات والمطابخ.
• تعمل قواطع AFCI على إيقاف الحرائق الكهربائية الناجمة عن الأسلاك المعيبة.

#2. الاستخدام التجاري والصناعي

• حماية الآلات الكبيرة واللوحات الكهربائية في المصانع.
• منع الأخطاء في المستشفيات ومراكز البيانات والمكاتب.
• صيانة أنظمة توزيع الطاقة للعمليات ذات الطاقة العالية.

#3. شبكات الطاقة ومحطات الطاقة الفرعية

• تتحكم قواطع الجهد العالي بتدفق الكهرباء في شبكات النقل.
• إنها تمنع انقطاعات التيار الكهربائي على نطاق واسع وفشل الشبكة.

أجزاء قاطع الدائرة: الأفكار النهائية

يعد قاطع الدائرة مكونًا حيويًا في السلامة الكهربائية، وهو مصمم للكشف عن الأعطال الكهربائية ومقاطعتها والحماية منها. 

تعمل الأجزاء الرئيسية لقاطع الدائرة، مثل جهات الاتصال ووحدة الرحلة وطفاية القوس الكهربائي، معًا لضمان توزيع الطاقة بشكل آمن وفعال.

يساعد فهم مكونات قاطع الدائرة في اختيار هذه الأجهزة وتثبيتها وصيانتها للتطبيقات السكنية والتجارية والصناعية.