دليل مقاسات الموصلات الوقائية: مقارنة بين IEC 60364-5-54 وNEC 250.122

الموصلات الواقية هي مكونات أساسية لأنظمة السلامة الكهربائية. والغرض منها هو توفير مسار مناسب لتيار العطل ودعم الفصل التلقائي للإمدادات عند حدوث عطل أرضي.

بموجب مصطلحات IEC، يشار إلى هذه الموصلات عادة باسم الموصلات الواقية (PE) . في المنشآت التي يحكمها قانون الكهرباء الوطني الأمريكي (NEC)، يكون المصطلح المقابل بشكل عام موصل تأريض المعدات (EGC) .

على عكس موصلات الطور، لا يُقصد من موصلات PE وEGCs حمل تيار الحمل العادي. ولذلك يجب ألا يعتمد حجمها فقط على قدرة حمل التيار المستمر، أو السعة، المستخدمة في موصلات الطور.

تعتمد طريقة التحجيم المطبقة على معيار التركيب الكهربائي.

يشرح هذا الدليل حجم الموصل الوقائي أدناه إيك 60364-5-54 ، تليها المقارنة مع إن إي سي 250.122 لمشاريع أمريكا الشمالية.

1. ما هو الموصل الوقائي؟

يتم توفير موصل وقائي للسلامة الكهربائية، بما في ذلك توصيل الأجزاء الموصلة المكشوفة بترتيب التأريض الوقائي.

أثناء حدوث خطأ أرضي، قد يشكل الموصل الوقائي جزءًا من مسار تيار العطل، مما يسمح لجهاز الحماية بفصل الدائرة المتأثرة خلال الوقت المطلوب.

يعتمد أدائها على عدة عوامل:

• المواد الموصلة ومنطقة المقطع العرضي.

• تيار خطأ الأرض المحتمل.

• مدة الخطأ.

• خصائص جهاز الحماية.

• مقاومة حلقة الخطأ.

• ترتيب التأريض.

• شروط الحماية والتركيب الميكانيكية.

يجب أن يكون الموصل الواقي قادرًا على تحمل التأثيرات الحرارية والميكانيكية المرتبطة بظروف الأعطال ذات الصلة.

ويجب أن يشكل أيضًا جزءًا من ترتيب التأريض والحماية الذي يلبي متطلبات قطع الاتصال التلقائي المعمول بها.

هام: تؤدي موصلات PE والموصلات المحايدة والموصلات الواقية والمحايدة المدمجة (PEN) وظائف مختلفة ويجب ألا يتم التعامل معها على أنها قابلة للتبديل.

2. إيك 60364-5-54: تحديد حجم الموصل الوقائي

توفر المواصفة القياسية إيك 60364-5-54 متطلبات ترتيبات التأريض والموصلات الواقية وموصلات الربط الواقية في التركيبات الكهربائية ذات الجهد المنخفض.

بالنسبة لمنطقة المقطع العرضي للموصل الواقي، تسمح المواصفة القياسية IEC 60364-5-54 بطريقتين رئيسيتين:

1. الاختيار باستخدام جدول التحجيم المبسط.

2. يعتمد الحساب على الصمود الحراري للدائرة القصيرة.

ويظل كلا النهجين خاضعين للحد الأدنى المطبق من مساحة المقطع العرضي ومتطلبات التثبيت والحماية.

عندما يقوم المشروع بتقييم كلتا الطريقتين، قد يختار المصمم حجم الموصل الأكبر الناتج كخيار تصميم متحفظ. لا ينبغي الخلط بين هذا وبين متطلب IEC العالمي لحساب كلتا القيمتين واعتماد القيمة الأكبر دائمًا.

2.1 جدول تحجيم الموصلات الواقية المبسط من IEC

بالنسبة للموصلات الواقية المصنوعة من نفس مادة موصلات الخط المقابلة، فإن العلاقة المبسطة هي:

مثال 1:

تستخدم الدائرة موصل خط نحاسي بقطر 10 مم².

تحت الجدول المبسط، يكون موصل PE النحاسي المقابل 10 مم².

مثال 2:

تستخدم الدائرة موصل خط نحاسي بقطر 25 مم².

تحت الجدول المبسط، يكون موصل PE النحاسي المقابل 16 مم².

مثال 3:

تستخدم الدائرة موصل خط نحاسي بقطر 70 مم².

وبموجب الجدول المبسط، فإن مساحة PE النحاسية المحسوبة هي:

70 / 2 = 35 ملم²

يجب أن يفي الموصل المحدد بالحد الأدنى من المتطلبات المطبقة وأن يستخدم حجم موصل مناسبًا متاحًا.

قيود المواد الهامة

ينطبق الجدول المبسط أعلاه عندما يكون الموصل الواقي وموصل الخط مصنوعين من نفس المادة.

عند استخدام مواد مختلفة، مثل موصل خط الألومنيوم مع موصل وقائي من النحاس، يجب مراعاة أحكام تصحيح المواد المعمول بها في المواصفة IEC 60364-5-54.

لا ينبغي تطبيق الجدول مباشرة على مواد موصلة مختلفة دون التعديل المطلوب.

3. الحد الأدنى لمساحة المقطع العرضي لموصلات PE المنفصلة

عندما لا يكون الموصل الواقي مدمجًا في كابل ولا يتم وضعه في حاوية مشتركة مع موصلات الخط، يتم تطبيق متطلبات الحد الأدنى الإضافية لمساحة المقطع العرضي.

بالنسبة لشروط تركيب IEC ذات الصلة، تنطبق الأحجام الدنيا التالية بشكل شائع:

هذه هي المتطلبات الدنيا لترتيبات التثبيت المحددة.

إنها لا تحل محل الحاجة إلى تحديد حجم الموصل الوقائي الذي يتطلبه تصميم الدائرة.

قد يلزم أن يكون الموصل الواقي أكبر حجمًا بسبب طريقة التحجيم المحددة أو ظروف الخطأ أو المتطلبات الأخرى المعمول بها.

موصلات القلم

يجمع موصل PEN بين وظائف الحماية والمحايدة.

بموجب متطلبات IEC ذات الصلة، يكون الحد الأدنى من مناطق المقطع العرضي لموصل PEN بشكل عام:

• 10 ملم² من النحاس.

• 16 ملم² من الألومنيوم.

تخضع موصلات PEN لقيود إضافية فيما يتعلق بترتيب التأريض والتركيب وبناء الموصل.

لا ينبغي وصف موصل PE العادي أو تحديده على أنه موصل PEN ما لم تكن الوظيفة المدمجة مطلوبة ومسموح بها بشكل صريح.

4. حساب ثابت الحرارة للموصلات الواقية

توفر المواصفة القياسية IEC 60364-5-54 أيضًا طريقة قائمة على الحساب لتحديد مساحة المقطع العرضي للموصل الواقي من المقاومة الحرارية لدائرة القصر.

بالنسبة لأوقات إزالة الأخطاء المطبقة التي لا تتجاوز 5 ثوانٍ، تكون العلاقة الأديباتية المبسطة هي:

S_PE ≥ أنا × √t / ك

أين:

يجب تحديد العامل k لبناء الموصل الوقائي الفعلي ودرجات الحرارة الأولية والنهائية المطبقة.

4.1 القيم المرجعية النموذجية k

تُستخدم القيم التالية بشكل شائع لظروف الموصل المعزول المذكورة:

هام: هذه ليست قيمًا عالمية لكل موصل وقائي. يجب التحقق من العامل k المطبق وفقًا لأحكام IEC ذات الصلة وظروف الموصل الفعلية.

4.2 مثال على الحساب

افترض أن الموصل الواقي النحاسي مع عزل XLPE يخضع لما يلي:

• تيار الصدع الأرضي المحتمل: 5000 أ.

• وقت إزالة الخطأ: 0.2 ثانية.

• عامل k المطبق: 143.

مساحة المقطع المطلوبة هي:

S_PE ≥ 5000 × √0.2 / 143

S_PE ≥ 15.64 ملم²

من شأن موصل نحاسي بقطر 16 مم² أن يفي بهذا الحساب الحراري التوضيحي.

ومع ذلك، يجب أن يفي اختيار الموصل النهائي أيضًا بمتطلبات التثبيت والحماية الأخرى المطبقة.

المثال ليس التحقق الكامل من التركيبات الكهربائية.

4.3 لماذا يهم وقت إزالة الأخطاء

يعتمد الإجهاد الحراري الذي يتعرض له الموصل الواقي على كل من تيار العطل ومدة العطل.

لا يتطلب تيار العطل الأعلى بالضرورة موصلًا أكبر إذا قام جهاز الحماية بإزالة العطل بسرعة كافية.

على العكس من ذلك، قد يؤدي تيار الصدع المنخفض المستمر لمدة أطول إلى إنتاج إجهاد حراري كبير.

يجب على المصمم استخدام خصائص تشغيل جهاز الحماية ذات الصلة وظروف الخطأ المحتملة بدلاً من افتراض وقت مسح ثابت لكل دائرة.

5. إن إي سي 250.122: مقارنة أمريكا الشمالية

بالنسبة للمشروعات التي يحكمها قانون الكهرباء الوطني الأمريكي، يتم تحديد حجم موصلات التأريض للمعدات عمومًا وفقًا للمادة 250 من NEC.

تحدد NEC 250.122 الحد الأدنى من متطلبات الحجم لموصلات تأريض المعدات بناءً على تصنيف أو إعداد جهاز الحماية من التيار الزائد الذي يحمي الدائرة.

وهذا يختلف عن نهج IEC المبسط، الذي يربط حجم الموصل الوقائي بمنطقة المقطع العرضي لموصل الخط.

5.1 جدول NEC المحدد 250.122 القيم

يوفر الجدول التالي القيم المرجعية المحددة لموصلات التأريض للمعدات من النوع السلكي.

ملحوظة: هذا جدول مرجعي مكثف، وليس نسخة لكل متطلبات شركة NEC. يجب التحقق من إصدار NEC المعتمد والاستثناءات المطبقة ومتطلبات السلطة المحلية لمشروع فعلي.

5.2 زيادة حجم موصل الخط

بموجب NEC 250.122(B)، عندما يتم زيادة حجم الموصلات غير المؤرضة في ظل الظروف التي يغطيها هذا الحكم، يجب أيضًا زيادة موصلات تأريض المعدات من النوع السلكي بشكل متناسب بمساحة ميل دائرية، مع مراعاة الاستثناءات المعمول بها.

يعد التحكم في انخفاض الجهد سببًا شائعًا لزيادة حجم موصل الخط.

ومع ذلك، لا ينبغي وصف القاعدة بأنها تنطبق فقط على الزيادات المرتبطة بانخفاض الجهد.

5.3 الدوائر المتوازية

قد تتطلب تركيبات الموصلات المتوازية موصلات تأريض للمعدات في كل مجرى سباق أو ترتيبات أسلاك أخرى مسموح بها.

يجب اتباع أحكام NEC المعمول بها عند تحديد عدد وموقع وحجم EGCs.

لا ينبغي تقسيم منطقة EGC المطلوبة ببساطة على عدد المجاري المائية المتوازية دون التحقق من متطلبات NEC ذات الصلة.

6. IEC مقابل NEC: الاختلافات الرئيسية

تستخدم IEC وNEC مصطلحات مختلفة وطرق تحديد حجم الموصلات وأنظمة حجم الموصل القياسية.

هل يمكن تبادل جداول التحجيم IEC وNEC؟

لا.

لا يمكن الإعلان تلقائيًا عن أن حجم الموصل المحدد بموجب IEC 60364-5-54 متوافق مع NEC 250.122 بمجرد تحويل mm² إلى AWG.

وبالمثل، لا يمكن التعامل مع EGC المحدد من جدول NEC 250.122 تلقائيًا على أنه موصل PE متوافق مع IEC.

بالنسبة للمشاريع الدولية، ينبغي وضع معيار التركيبات الكهربائية الحاكم قبل الانتهاء من تحديد حجم الموصل.

عندما تحتوي مواصفات المشروع على متطلبات من أكثر من نظام قياسي، يجب على مهندس التصميم حل المتطلبات المطبقة وأي تعارضات قبل الموافقة على إنشاء الكابل.

7. الموصلات الواقية في مشاريع كابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض

بالنسبة لكابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض، يمكن توفير الموصل الواقي على النحو التالي:

• قلب معزول داخل كابل متعدد النواة.

• موصل وقائي معزول منفصل.

• ترتيب موصل آخر مسموح به يفي بمعايير التثبيت المعمول بها.

على سبيل المثال، يمكن تحديد كبل متعدد النواة منخفض الجهد بموصلات ثلاثية الطور ونواة موصل وقائية منفصلة.

يجب أن يتم إنشاء منطقة المقطع العرضي لموصل PE المطلوبة بواسطة المصمم الكهربائي وفقًا لمعايير التثبيت الحاكمة.

لا ينبغي لمصنعي الكابلات أن يفترضوا أن كل كابل رباعي النواة مناسب لدائرة ثلاثية الطور مع موصل PE.

قد يكون المقصود من النواة الرابعة بدلاً من ذلك أن تكون موصلاً محايدًا.

يجب تحديد الوظيفة المطلوبة لكل نواة بوضوح في مواصفات الكابل.

8. اعتبارات تأريض كابلات الجهد المتوسط

إن جدول تحجيم IEC PE المبسط الذي تمت مناقشته أعلاه مخصص للتركيبات الكهربائية ذات الجهد المنخفض ضمن نطاق المواصفة IEC 60364.

تتطلب أنظمة الكابلات ذات الجهد المتوسط دراسة إضافية لما يلي:

• بناء شاشة معدنية.

• منطقة الشاشة مستعرضة.

• ربط الدروع.

• تيار خطأ الأرض المحتمل.

• مدة الخطأ.

• ترتيب التأريض.

• تصميم مشترك وإنهاء.

• المنفعة المطبقة ومواصفات المشروع.

حيثما كان ذلك مناسبًا، يجب أخذ المواصفة IEC 61936-1 وغيرها من المعايير المعمول بها في الاعتبار فيما يتعلق بالتركيبات الكهربائية الشاملة.

شاشات معدنية ودروع

قد يشتمل كابل الجهد المتوسط على حاجز من الأسلاك النحاسية، أو حاجز من شريط نحاسي، أو غمد معدني أو درع.

لا تؤدي هذه المكونات بالضرورة نفس الوظيفة الكهربائية أو الميكانيكية.

تعتمد ملاءمتها لتحمل تيار الصدع الأرضي على بنائها واستمراريتها وترتيب الترابط والقدرة على تحمل الأخطاء التي تم التحقق منها.

ولذلك لا ينبغي تحديد حجم الشاشة المعدنية أو الدرع المعدني للكابل فقط من خلال تطبيق جدول تحجيم PE المبسط منخفض الجهد.

يجب التأكد من بنية الشاشة المعدنية المطلوبة ومقاومتها لدائرة القصر وفقًا للمواصفات الفنية للمشتري.

9. المعلومات المطلوبة عند طلب كابلات الطاقة ذات موصلات PE

بالنسبة لمصنعي الكابلات، يساعد الاستفسار الفني الكامل على ضمان تطابق البناء المقترح مع التصميم الكهربائي.

يجب على المشترين تقديم المعلومات التالية حيثما ينطبق ذلك:

بالنسبة للكابلات ذات الجهد المتوسط، يجب أن يحدد الاستفسار أيضًا بنية الشاشة المعدنية المطلوبة ومتطلبات تحمل تيار العطل.

إذا لم يتم بعد تحديد مساحة المقطع العرضي للـ PE أو الشاشة، فيجب على المشتري تقديم معلومات التصميم ذات الصلة للتوضيح الفني.

10. الاستنتاج

يعد تحديد حجم الموصل الوقائي أحد متطلبات السلامة الكهربائية ويجب ألا يتم التعامل معه على أنه حساب عادي لسعة الكابل.

بموجب المواصفة القياسية IEC 60364-5-54، يمكن تحديد مساحة المقطع العرضي للموصل الواقي باستخدام جدول التحجيم المبسط المعمول به أو حساب يعتمد على المقاومة الحرارية لدائرة القصر.

بموجب NEC 250.122، يعتمد تحديد حجم موصل تأريض المعدات من النوع السلكي بشكل أساسي على جهاز الحماية من التيار الزائد، إلى جانب متطلبات الضبط والتركيب المعمول بها.

بالنسبة لكلا النظامين، يجب أن يدعم اختيار الموصل النهائي وظيفة الحماية المطلوبة في ظل ظروف التثبيت والخطأ الفعلية.

في أنظمة الكابلات ذات الجهد المتوسط، تتطلب الحواجز المعدنية والدروع وترتيبات الربط المرتبطة بها دراسة فنية منفصلة.

يجب تأكيد المواصفات النهائية للكابل وفقًا للمعايير الحاكمة والتصميم الكهربائي المعتمد والبيانات الفنية المنشورة من قبل الشركة المصنعة.

حول شينيو كابل

تقوم شركة Xinyu Cable بتصنيع كابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض والمتوسط لتوزيع المرافق والمرافق الصناعية ومشاريع البنية التحتية والطاقة المتجددة.

تشتمل مجموعة منتجاتنا على كابلات الطاقة الموصلة من النحاس والألومنيوم، والكابلات المعزولة بـ XLPE، والكابلات ذات الجهد المنخفض متعددة النواة، وإنشاءات الكابلات المدرعة وغير المدرعة.

بالنسبة للاستفسارات المتعلقة بالمشروع، يمكن للعملاء تقديم أحجام الموصلات المطلوبة والتكوينات الأساسية ومتطلبات الموصلات الوقائية ومواصفات الشاشة المعدنية والمعايير الفنية المعمول بها.

يمكن لفريقنا مراجعة بناء الكابل المطلوب وتقديم معلومات المنتج وعروض الأسعار ذات الصلة.

هل تبحث عن شركة تصنيع كابلات الطاقة؟

أرسل لنا المواصفات الفنية الخاصة بك أو جدول الكابلات أو فاتورة الكميات (BOQ).