دروس جافاسكريبت بالعربي _ الحلقة ١

 المصهرات الكهربائية

مصهرات جهد منخفض

تعريف

تعتبر المصهرات الكهربائية أبسط جهاز وقاية، و تستخدم المصهرات الكهربائية Fuses لفتح الدائرة الكهربائية في حالة حدوث قصر للدائرة short circuit أو زيادة حمل over-load و بذلك تحمي المعدات الكهربائية من السخونة الزائدة الناتجة عن مرور تيار العطل و طريقة عملها بسيطة و لا تحتاج إلى خبرات خاصة.

التركيب

يتكون المصهر Fuse من سلك معدنى أو شريط معدنى مصنوع من مادة لها نقطة إنصهار منخفضة نسبياً مثل الرصاص أو القصدير أو الزنك أو الفضة أو سبيكة منهم.

أبسط أشكال الفيوز

هذه القطعة المعدنية الرقيقة و تسمى عنصر المصهر Fuse Element تكون متصلة بقاعدتين معدنيتين و يتم تثبيتهم على قاعدة معزولة  و يتم توصيل المصهر على التوالى مع الدائرة الكهربية المراد حمايتها و بذلك يمثل المصهر الجزء الأضعف فى الدائرة، و عند مرور تيار أكبر من التيار المقنن للدائرة Rated current تنصهر القطعة المعدنية  و تفتح الدائرة، أما في حالة مرور تيار أقل من القيمة المقننة فلا يسبب زيادة في السخونة ولا تنصهر القطعة المعدنية، أكثر أنواع أسلاك المصهرات تكون من النحاس أو سبيكة القصدير مع الرصاص.

تعريفات مرتبطة بالمصهرات

خصائص قطع التيار فى المصهرات

هناك بعض التعريفات المتعلقة بقطع المصهر للتيار كما هو موضح بالشكل و نستعرضها فى النقاط التالية:

1. أقل تيار لعمل المصهر  Minimum Fusing Current:

و هى أقل قيمة تيار ينصهر عندها المصهر.

2. التيار المقنن للمصهر Fuse current rating:

هى أعلى قيمة تيار يعمل عندها المصهر دون أن ينصهر.

3. معامل المصهر Fusing Factor :

هى النسبة بين أقل تيار لعمل المصهر إلى التيار المقنن للمصهر و هى قيمة أكبر من الواحد.

Fusing factor = min. fusing current / fuse current rating   >1

4. زمن الإنصهار أو زمن ما قبل الشرارة  Melting Time or Pre-arcing Time :

هو الزمن المحسوب من اللحظة التى يمر فيها أقل تيار لعمل المصهر fusing time  الى اللحظة التى تحدث فيها شرارة القطع.

5. زمن الشرارة أو زمن القطع  Arcing Time :

هى اللحظة من بداية حدوث الشرارة إلى اللحظة التى تنطفئ فيها الشرارة أو يمكن القول أنه الزمن اللازم لإطفاء الشرارة.

6. زمن التشغيل الكلى  Total Operating Time :

هو الزمن الكلى من لحظة مرور تيار العطل الى نهاية إطفاء الشرارة و بذلك يكون هو مجموع زمن الإنصهار و زمن القطع.

قد يتسائل البعض ما أهمية هذه الأزمنة و التى تقدر بأجزاء من الثانية و الإجابة أن الدراية الكافية بهذه الأزمنة لهي أمر في غاية الأهمية، فعند عمل التنسيق الزمنى بين أجهزة الوقاية المختلفة فلابد من معرفة زمن الفصل لكل عنصر حتي نقوم بعمل التأخير الزمني المناسب بين أجهزة الوقاية، فمثلا لو كان هنا قاطع و كابل مغذي و محول و تم وضع مصهرات لحماية المحول ففى هذه الحالة لابد من عمل تأخير زمني للقاطع حتي لا يقوم بالفصل قبل المصهر في حالة حدوث عطل بالمحول و تسمي هذه العملية بالتنسيق الزمنى أو coordination  و يمكن فهم الموضوع بشكل أكثر من هنا.

تصنيف المصهرات الكهربائية  Classification of Fuses :

انواع المصهرات الكهربائية

1. النوع القاطع أو الطارد Expulsion type fuse :

يتم التعبير عنه باسم القاطع Cutout أو  semi-enclosed و هو رخيص الثمن حيث تبدأ أسعارة من 2$  و يعمل في الجهد المتوسط و يكون غالبا مستخدم لحماية محولات التوزيع المعلقة Pole mounted transformers و المستخدمة في المناطق الريفية أو النائية.

2. نوع الخرطوشة أو عالى سعة القطع Cartridge Type (High Rupture Capacity  HRC)

في هذا النوع يتم إطفاء الشرارة في مادة بودر محشو بها المصهر حول عنصر المصهر و التى تقوم بعمل مقاومة عالية للشرارة و تمتص حرارتها و تساعد بشكل كبير على إخمادها، و هذا النوع هو الأكثر إستخداما لذلك سنتعرض له بشئ من التفصيل في السطور التالية.

3. النوع السائل Liquid Type :

في هذا النوع يتم إطفاء الشرارة في وسط سائل عالى المقاومة الكهربية.

4. نوع فجوة القرن Horn Gap fuse (HG fuse) :

يستخدم هذا النوع في تطبيقات الجهد المتوسط و في الاماكن المفتوحة لانة يعتمد علي الهواء الجوي لإطفاء الشرارة.

سعة حمل التيار للمصهرات Current Carrying Capacity of fuses :

تعتمد قدرة المصهر علي حمل التيار علي عدة عوامل و هي:

1. نوع المادة المستخدمة في صناعة عنصر الصهر.
2. مساحة مقطع عنصر الصهر.
3. طول عنصر الصهر.
4. حجم قاعدة المصهر.

عندما يمر في المصهر تيار طبيعي (التيار المقنن أو أقل) تكون الحرارة الناتجة عن مرور التيار مساوية للحرارة المسربة أو المشتتة عن طريق الإشعاع أو التوصيل و لو زاد التيار عن هذا الحد يبدأ المصهر في الإنصهار و يمكن تعيين قيمة هذا التيار من العلاقة الآتية:

$I=k*d^{3/2}$

حيث:

K = ثابت يعتمد على نوع الوسط المحيط و علي نوع المصهر 

d = قطر عنصر الصهر بالملليمتر.

I = التيار الكهربائي.

المصهر الخرطوشة عالي سعة القطع High Rupturing Capacity HRC Cartridge Fuse :

تركيب HRC Fuse

التركيب:

يتكون هذا النوع من المصهرات من جسم مصنوع من السيراميك و له نهايات معدنية و يتم تركيب عنصر المصهر Fuse element  بينهم، و يتم حشو جسم المصهر بمادة عبارة عن بودر مصنوعة من رمل الكوارتز Quartz-sand و التي تتميز بالقدرة على إمتصاص الحرارة  ولا تسبب تصاعد الغازات.

طريقة عمل المصهر:

مصهر جهد متوسط  11kv مكسور و نلاحظ تساقط رمل الكوارتز من مكان الكسر

عند حدوث عطل يمرر تيار عالى جداََ Fault Current مسبباََ إرتفاع درجة حرارة عنصر المصهر و من ثَمَّ إنصهاره و يتم ذلك قبل أن يصل تيار العطل إلى قمته الأولى First Peak.

نتيجة لعملية الإنصهار يحدث تفاعل كيميائى بين البخار المتصاعد من عنصر المصهر و مادة الحشو  Quartz-sand مكونة مادة شديدة المقاومة للشرارة و الإشتعال و بذلك يتم إطفاء الشرارة بشكل سريع جداً. و بعد أن يمتص رمل الكوارتز الحرارة يتحول إلى خرز زجاجى و الذي يدمر مسار الجهد المعاكس.

أحد أهم خصائص HRC هو أن العلاقة بين الحرارة المتولدة و التيار هى علاقة خطية و بذلك يعطى مؤشر تقريبى عن كمية الحرارة التي سيتعرض لها الجهاز الواقع فى منطقة حماية المصهر و التي تساعدنا كثيراً في عمليات التوصيف و الإختيار لعناصر الشبكة المختلفة.

علاقة التيار و الزمن  HRC Fuse  (Time/Current Characteristics)

العلاقة بين التيار و الزمن فى المصهرات

العلاقة بين التيار و الزمن في  HRC هى علاقة عكسية Inverse Time characteristics بمعنى أن كلَّما كان تيار العطل عالى كلَّما قلَّ الزمن الذي يستهلكه المصهر للعمل و العكس بالعكس كلما قل تيار القصر كلما زاد زمن الفصل.

أيضاً لو تم ترتيب المصهرات تنازلياََ حسب سعة القطع ففى حالة حدوث عطل فإن المصهر صاحب سعة القطع الأقل هو أول من سيقوم بالفصل و بذلك يمكن عمل التنسيق بين المصهرات.

طريقة إختيار مصهر من نوع HRC:

هذه المصهرات لها العديد من التطبيقات فقبل إختيار المصهر المناسب لابد من الأخذ في الإعتبار عدة نقاط:

1. إلى أي مدى الحماية ضد زيادة التيار مهمة.
2. قيمة التيار المتوقع مرورة في الدائرة.
3. قيمة فرق الجهد بين طرفى المصهر بعد فصل الدائرة حيث لابد أن تتناسب مع القيم المقننة للمصهر.
4. سعة القطع للمصهر حيث لابد أن تكون أكبر من التيار الذي سيتم قطعة.
5. درجة التمييز أو التنسيق المطلوبة عندما يكون هناك أكثر من مصهر يلزم التنسيق بينهم.

مميزات المصهرات الكهربائية Advantages Of Electrical Fuses :

1. القدرة على فصل التيارات العالية أو المنخفضة على حد سواء.
2. لها خصائص عكسية للتيار مع الزمن Inverse time characteristics .
3. يمكن الإعتماد عليها Very Reliable و يمكن إختيارها لدرجة معينة من التمييز  Discrimination و بالتالى تمكنك من عمل التنسيق Coordination اللازم بين عناصر نظام الوقاية ككل.
4. لها أداء ثابت.
5. رخيصة الثمن نسبياً.
6. لا تحتاج إلى صيانة دورية.

عيوب المصهرات الكهربائية Disadvantages of Electrical Fuses :

1. يلزم إستبدال المصهر بعد كل عملية تشغيل و بذلك يحتاج لمساحة لتخزين المصهرات.
2. لا يمكن عمل Interlock و لابد من وجود قاطع لعمل ذلك.
3. يدمر نفسه ذاتياً.
4. لا يمكن التحكم به عن بعد و لا يعطى إشارة للتحكم.
5. لا يمكن ضبطة.
6. ينتج حرارة زائدة تؤثر على التوصيلات المجاورة.
7. لا يمكن حماية الثلاث فازات معا فى وقت واحد فهو Single Pole ، مع العلم أن بعض مصهرات ال HRC يمكن تركيبها داخل سكينة ثلاثية و عند انصهار أحدها تقوم السكينة بالفتح و بالتالى يتم فصل الفازات الثلاثة و تستخدم هذه الطريقة عند استعمال المصهرات لحماية المحركات الكهربائية و التي يمكن أن تتضرر بشدة إذا عملت تحت تأثير فاز ناقص.