توفر قواطع الدائرة الـمُصَغّرة (Miniature Circuit Breaker) حماية للدوائر الكهربائية المستخدمة في الجهد المنخفض (أقل من 1000 فولت)، والتي تتواجد في المنازل السكنية والمباني التجارية والمنشآت الصناعية [1]. والتي توفر حماية موثوقة ضد الحمل الزائد (Overload current) وتيار القصر (Short-circuit current)، وهي الأقل كلفة من بين قواطع الجهد المنخفض، كالقواطع المقولبة وقواطع التسريب الأرضي الذي تم تفصيلها في مقالة سابقة للمهندس أحمد جودة [2].
يتم تمثيل خصائص القواطع المصغرة إلى منحنيات التيار/الزمن. والتي تمثل حدود الفصل للأعطال كما يوضح الشكل 1، ويتم تصنيفها إلى قسمين:
الشكل 1: منحنى التيار/ الزمن للقواطع المصغرة [1]
- منحنى الفصل الحراري: والذي يمثل الحماية من الحمل الزائد، حيث يتم فصل القاطع عندما يتجاوز التيار المار قيمة التيار المقنن بنسبة معينة، والتي تتسبب في تسخين شريحة معدنية (Bimetal element) تؤدي إلى سحب الجزء المسؤول عن فصل القاطع. وتستغرق عملية الفصل عدة ثواني وتستمر إلى عدة دقائق.
- منحنى الفصل الكهرومغناطيسي: والذي يمثل الحماية من تيار القصر، حيث يتم فصل القاطع بواسطة قوة المجال المغناطيسي عندما يحدث قصر في الدائرة، وتستغرق عملية الفصل اجزاء من الثواني فقط.
الشكل 2: أنماط تشغيل القواطع المصغرة [3]
كما يتم تصنيع القواطع المصغرة وتحديد قيم منحيات التيار/الزمن وفقا للمواصفات التالية:
- IEC 60947-2: 2016 – مجموعة المفاتيح الكهربائية وأجهزة التحكم ذات الجهد المنخفض – الجزء 2: قواطع الدائرة (الأوروبي).
- IEC 60898-1: 2015 – الملحقات الكهربائية – قواطع الدائرة للحماية من التيار الزائد للمنازل والتركيبات المماثلة – الجزء 1: قواطع التيار المتردد (الأوروبي).
- IEEE C37.17-2022 – معيار أنظمة فصل الجهد المنخفض (1000 فولت وأقل) لقواطع التيار المتردد و (1500 فولت وأقل) لقواطع التيار المستمر (الولايات المتحدة الأمريكية).
تخضع القواطع المصغرة للتطبيقات الصناعية لمواصفة IEC 60947-2. والتي تحافظ على توزيع جهد كهربائي حتى 1000 فولت للتيار المتردد و 1500 فولت للتيار المستمر، بتيارات مقننة تتراوح من 0.5 إلى 6300 أمبير.
بينما تنطبق المواصفات القياسية لـ IEC 60898-1 على قواطع التيار المتردد ذات الجهد المنخفض للتطبيقات المنزلية وما شابهها. بتيار المقنن يبلغ 125 أمبير كحد أقصى، والقيمة القصوى لتيار دائرة القصر المقنن (Icn) هو 25 كيلو أمبير.
وتصنف مواصفة IEC 60898-1: 2015 قواطع الدائرة بناءً على تيارات الفصل اللحظية، ويصنفها إلى ثلاثة أنواع: B و C و D كما هو ظاهر في الشكل 3. وهذا يعني أن جميع قواطع الدائرة تم تصنيعها لتلائم أحد هذه الأنواع الثلاثة.
الشكل 3: تصنيفات قواطع الدائرة [1]
يتم تحديد خواص الفصل الحراري في القواطع المصغرة بواسطة ظروف درجة الحرارة. في الاختبارات الحرارية، يرمز لتيار الاختبار المستخدم في المنحنى البارد (30 درجة مئوية) بقيمتان: I1 و I2. ويختلف نطاق الفصل الحراري من 1.13In إلى 1.45In، حيث أن In هو التيار المقنن لقاطع الدائرة.
الشكل 4: نطاق الفصل الحراري [1]
بينما يمثل منحنى الفصل الكهرومغناطيسي الحد الأدنى لقيمة التيار التي يفصل الدائرة تلقائيًا دون أي تأخير زمني مقصود. والذي يمثل مضاعفات قيمة التيار المقنن، وتعتمد هذهِ القيم على نوع المنحنى كما يلي:
المنحنى B: أعلى من 3In ويصل إلى 5In
المنحنى C: أعلى من 5In ويصل إلى 10In
المنحنى D: أعلى من 10In ويصل إلى 20In
الشكل5: نطاق الفصل الكهرومغناطيسي [1]
إذا كانت الدائرة الرئيسية للقاطع تحمل تيارًا كهربائيًا مساويًا للحد الأعلى لنطاق تيارات الفصل اللحظية (5,10,20In) فيجب أن يفصل القاطع خلال فترة زمنية أقل من 0.1 ثانية كما يوضح الشكل 5.
المراجع:
[2]: https://electricengg.com/mcb-mccb-gfcb/
[3]: https://www.electronicsforu.com/technology-trends/learn-electronics/miniature-circuit-board-mcb
