کلید RCD چیست و چرا در سیستمهای برق اهمیت دارد؟


کلید RCD چیست و چرا در سیستمهای برق اهمیت دارد؟

کلید RCD (Residual Current Device) یا کلید حفاظت جریان باقیمانده، وسیلهای حفاظتی در مدارهای الکتریکی است که هدف اصلی آن محافظت از افراد در برابر برقگرفتگی و همچنین پیشگیری از آتشسوزی ناشی از جریان نشتی میباشد. این کلید همچنین با نام کلید محافظ جان شناخته میشود که اصطلاح دقیقی نیست. چرا که کلیدهایی با IΔn های بزرگتر (مثلاً 300 میلیآمپر) از جان افراد حفاظت نمیکنند.
این تجهیز با مقایسه لحظهای جریان رفت و برگشت در سیم(های) فاز و نول، هرگونه اختلاف بین این دو مقدار را شناسایی کرده و در صورت وجود نشتی (حتی در حد چند میلیآمپر)، مدار را در کسری از ثانیه قطع میکند. هر چه میزان جریان نشتی بیشتر باشد، این تجهیز مدار را سریعتر قطع میکند. بر اساس متن استاندارد، در صورت وجود نشتی برابر با IΔn، کلید جریان نشتی باید حداکثر تا 300 میلیثانیه مدار را قطع کند.*
مکانیزم عملکرد کلید RCD:
عملکرد RCD بر پایه اصل تعادل جریان در مدار بسته است.
● در شرایط عادی: جریان عبوری از سیم فاز (I1) دقیقاً برابر است با جریان بازگشتی از سیم نول (I2).
● در صورت نشتی: بخشی از جریان از مسیر دیگری مانند بدن انسان یا بدنه دستگاه به زمین منتقل میشود. در این حالت، اختلاف بین I1 و I2 ایجاد شده و RCD فعال میشود.
برای تشخیص این اختلاف، داخل RCD یک ترانس جریان حلقوی (Toroidal Current Transformer) قرار دارد که هر دو هادی فاز و نول از آن عبور میکنند. در صورت یکسان نبودن جمع برداری جریان رفت و برگشت، شار مغناطیسی خالص ایجاد شده و در سیم پیچ حسگر، جریان IΔn ایجاد میشود.در صورتی که این جریان IΔn از مقدار معینی (مثلا 30 میلیآمپر) بیشتر باشد، رله قطع فعال شده و مکانیزم تریپ را تحریک میکند و در نتیجه مدار باز میشود.

پارامترهای کلیدی در RCD
جریان نامی (In):
حداکثر جریانی که کلید میتواند در حالت عادی عبور دهد. به عنوان مثال 40A ،32A ،25A یا 63A.
جریان قطع نشتی (IΔn):
حساسیت کلید در برابر نشتی جریان. متداولترین مقادیر:
● 30mA ← حفاظت از جان افراد در اثر تماس مستقیم
● 100mA و 300mA ← حفاظت از جان افراد در اثر تماس غیر مستقیم
● 300mA ← حفاظت در برابر آتشسوزی و ایمنی تجهیزات
زمان قطع:
استاندارد IEC 61008 و IEC 61009 الزام میکنند که RCD:
- نباید در جریان نشتی کوچکتر یا برابر با 0.5xIn تریپ کند.
بعنوان مثال، اگر حساسیت یک RCD برابر با 30 میلیآمپر باشد، نباید در جریان نشتی کمتر یا برابر با 15 میلیآمپر تریپ کند. این ویژگی موجب عدم تریپ ناخواسته بریکر بدلیل وجود نویز یا جریانهای نشتی کوچک میشود.
- باید در جریان نشتی برابر با In، در طی مدت زمان معین تریپ کند.
این مدت زمان به نوع بریکر بستگی دارد که برای RCD با نوع قطع آنی 300 میلیثانیه، و برای RCD نوع تأخیردار 500 میلیثانیه است.*
- در جریانهای نشتی بالاتر، کلید RCD میبایست در زمان کوتاهتری مدار را قطع کند. طبق استاندارد IEC، در صورت ایجاد جریان نشتی 5 برابر حساسیت نامی (5In)، RCD نوع قطع آنی باید مدار را در کمتر از 40 میلیثانیه و RCD نوع تأخیردار باید مدار را در کمتر از 150 میلیثانیه قطع کند.*
بعنوان مثال، اگر حساسیت یک RCD برابر با 30 میلیآمپر باشد، در صورت وقوع جریان نشتی 150 میلیآمپری، باید زیر 40 میلیثانیه مدار را قطع کند. اگر این RCD از نوع تأخیردار باشد، باید زیر 150 میلیثانیه مدار را قطع کند.
تعداد پلها:
● 2P ← برای سیستمهای تکفاز (فاز + نول)
● 4P ← برای سیستمهای سهفاز (سه فاز + نول)
فنآوری حفاظتی نسبت به تغذیه ورودی:
فنآوری عملکرد مستقل از ولتاژ ← تجهیزات جریان نشتیای که با فنآوری عملکرد مستقل از ولتاژ (Voltage independent technology) طراحی شدهاند، میتوانند در صورت افت کامل ولتاژ تا 0 ولت یا قطع نول، همچنان افراد و تجهیزات را حفاظت کنند.
فنآوری وابسته به ولتاژ ← در این نوع تجهیزات جریان نشتی، وجود منبع ولتاژ برای عملکرد صحیح لازم است. در این نوع RCD، ترانس جریان حلقوی فقط جریان نشتی را تشخیص میدهد اما توان لازم برای تریپ تجهیز از شبکه برق گرفته میشود. بنابراین در صورت افت ولتاژ (معمولاً به زیر 50 ولت) و یا قطع کامل تغذیه بدلیل قطع سیم نول، این نوع کلیدهای جریان نشتی نمیتوانند حفاظتی ارائه دهند و حتی در صورت تماس مستقیم فرد با هادی جریان، این RCDها توان قطع کردن مدار را ندارند.
انواع کلید RCD بر اساس شکل موج نشتی
انتخاب تیپ صحیح RCD برای بارهای مختلف اهمیت زیادی دارد:
تیپ AC:
فقط جریان نشتی متناوب سینوسی را تشخیص میدهد. مناسب برای مصارف خانگی ساده مثل روشنایی و المنتهای حرارتی.
تیپ A:
علاوه بر AC، قادر به تشخیص جریان نشتی پالسی DC (جریانهای متناوب یکسو شده) نیز هست. مناسب برای تجهیزات دارای یکسوکنندهها مثل کامپیوتر و لپتاپ، مایکروویو و ماشین لباسشویی که مدارات الکترونیکی در آنها بکار رفته باشد.
تیپ A-SI (Super Immunized):
همان تیپ A است با این تفاوت که نویزها و ولتاژهای نامتعارف گذرا باعث تریپ در این نوع RCD نمیشود. در شبکههای دارای نویز بالا و آلودگیهای الکتریکی استفاده از این نوع پیشنهاد میشود.
تیپ F:
برای بارهای معمولاً تکفاز با فرکانس متغیر تا 1000 کیلوهرتز (مثل درایوهای اینورتر، VRF و کولر گازی اینورتر).
تیپ B:
پیشرفتهترین نوع RCD است که قادر به تشخیص نشتی جریان AC، پالسی DC و DC یکنواخت است. بیشتر در تجهیزات پزشکی، شارژر خودروهای برقی و سیستمهای خورشیدی کاربرد دارد.
تفاوت RCD با MCB
MCB: فقط اضافه بار و اتصال کوتاه را تشخیص داده و در برابر نشتی جریان محافظت نمیکند.
RCCB: نوع خاصی از RCD است که وظیفه اصلی آن حفاظت نشتی جریان است.
RCBO: نوع خاصی از RCD و ترکیبی از RCCB با MCB است که علاوه بر نشتی جریان، در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه نیز محافظت میکند.
مزایای RCD
● حفاظت مؤثر از جان انسان در برابر تماس مستقیم یا غیرمستقیم
● کاهش خطر آتشسوزی ناشی از نشتی جریان
● افزایش سطح ایمنی در تأسیسات مسکونی و صنعتی
● واکنش سریع (کمتر از چند ده میلیثانیه)
● نصب آسان و امکان ترکیب با سایر کلیدها در تابلو برق
چند نکته:
● حساسیت بالا ممکن است باعث قطع ناخواسته مدار در شرایط خاص شود. بنابراین باید میزان حساسیت RCD متناسب با کاربرد مورد نظر باشد. همچنین در شبکههای دارای نویز میتوان از نوع Super Immunized استفاده کرد.
● انتخاب دقیق نوع RCD بر اساس بار مصرفی دارد.
● نوع RCCB در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه نیازمند تجهیز مکمل (مثل MCB) است.
● نوع RCBO در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه نیز حفاظت ارائه میدهد. اما باید توجه داشت که معمولاً ترکیب RCCB+MCB ظرفیت اتصال کوتاه بالاتری نسبت به یک RCBO ارائه میدهد.
کاربردهای RCD در صنعت و ساختمان
● سیستمهای برق خانگی: پریزها، مدار روشنایی، کولر گازی، ماشین لباسشویی
● تجاری و اداری: تابلوهای توزیع برق، مراکز داده، تجهیزات IT
● صنعتی: خطوط تولید، ماشینآلات با موتورهای اینورتر، تابلوهای توزیع سهفاز
● بخش ویژه: بیمارستانها، شارژر خودرو برقی، نیروگاههای خورشیدی
نکات مهم در انتخاب و نصب RCD
1. جریان نامی مناسب (In) بر اساس توان مصرفی مدار محاسبه میشود.
2. نوع RCD (AC, A, F, B) متناسب با بار انتخاب میشود. توصیه میشود که برای حفاظت حداقلی، از تیپ A استفاده کنید. احتمال اختلال عملکرد برای تیپ AC در مصارف عمومی، با توجه به استفاده روز افزون از تجهیزات الکترونیکی وجود دارد.
3. RCDهای با حساسیت 30mA برای حفاظت از جان افراد در اثر تماس مستقیم طراحی شدهاند، RCDهای با حساست 100mA برای حفاظت از جان افراد در اثر تماس غیرمستقیم و RCDهای با حساسیت 300mA برای حفاظت در برابر آتشسوزی در اثر نشت جریان طراحی شدهاند.
4. با فشردن دکمه TEST روی کلید بصورت دورهای، از سلامت عملکرد کلید اطمینان حاصل کنید.
5. نصب RCD باید پس از کلید اصلی و قبل از انشعاب مدارهای فرعی انجام شود.
6. حساسیت بالا ممکن است باعث قطع ناخواسته مدار در شرایط خاص شود. بنابراین باید میزان حساسیت RCD متناسب با کاربرد مورد نظر باشد. همچنین در شبکههای دارای نویز میتوان از نوع Super Immunized استفاده کرد.
7. انتخاب دقیق نوع RCD بر اساس بار مصرفی صورت میگیرد.
8. نوع RCCB در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه نیازمند تجهیز مکمل (مثل MCB) است.
9. نوع RCBO در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه نیز حفاظت ارائه میدهد. اما باید توجه داشت که معمولاً ترکیب RCCB+MCB ظرفیت اتصال کوتاه بالاتری نسبت به یک RCBO به تنهایی، ارائه میدهد.
جمعبندی
کلید RCD یا به اصطلاح رایج «محافظ جان» (برای RCCB) یا «کلید ترکیبی» (برای RCBO)، یکی از اساسیترین تجهیزات حفاظتی در برق است که با شناسایی سریع نشتی جریان، از بروز برقگرفتگی، آتشسوزی و خسارتهای مالی جلوگیری میکند.
انتخاب صحیح نوع و ظرفیت RCD مطابق با استانداردهای IEC/EN 61009، IEC/EN 61008 و IEC/EN 62423 نقش کلیدی در افزایش ایمنی شبکه برق دارد.
برای اطلاعات بیشتر و مشاهده کلیدهای RCCB اسپکتر اینجا، و برای مشاهده کلیدهای RCBO اسپکتر اینجا را کلیک کنید.
* منابع:
IEC 61008-1:2024 بند 5.3.7 برای کلیدهای RCCB تیپ AC و A
IEC 61009-1:2024 بند 5.3.7 برای کلیدهای RCBO تیپ AC و A
IEC 62423:2009 بند 8.1.4 برای کلیدهای RCCB و RCBO تیپ F و B