مدرستي
Sciences physiques et technologie

الظواهر الكهربائية الامن الكهربائي

الحماية من أخطار التيار: المنصهرة، القاطع التفاضلي، المأخذ الأرضي، العزل المزدوج، الاستعمال الآمن

🔊 La maîtresse lit pour toi
يكفي أن تلمس هيكل غسّالة معطوبة، أو أن تُدخل خمسة قوابس في مأخذ واحد، حتّى تتحوّل الكهرباء التي تخدمك كلّ يوم إلى خطر على جسمك وعلى بيتك. ولهذا لا تُترك أيّ شبكة منزلية بلا وسائل أمان. ما الوسائل التي تحمي الأشخاص والتجهيزات من أخطار التيار الكهربائي، وكيف يشتغل كلّ منها؟
🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:
  • شرح دور المنصهرة وموضعها في الدارة، ومعنى الشدّة المكتوبة على جسمها
  • شرح دور القاطع، والتمييز بينه وبين المنصهرة
  • تفسير اشتغال القاطع التفاضلي بمقارنة شدّتي الطور والحيادي
  • تعليل ربط هياكل الأجهزة المعدنية بالمأخذ الأرضي
  • التعرّف على العزل المزدوج وعلى قواعد الاستعمال الآمن للكهرباء
🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:
  • أطراف المأخذ الثلاثة: الطور والحيادي والأرضي
  • التركيب على التسلسل والتركيب على التوازي في دارة كهربائية
  • أنّ التيار الكهربائي يمرّ أكثرُه في الطريق الأقلّ مقاومة

وسائل الأمان الكهربائي هي وسائل تُستعمل لحماية الأجهزة الكهربائية من الارتفاع المباشر لقيمة التيار الداخل إليها، ممّا يؤدّي إلى تجنّب الحرائق. ونعرض منها أربعا: المنصهرة، والقاطع، والمأخذ الأرضي مع القاطع التفاضلي، والعزل المزدوج.

المنصهرة

المنصهرة سلك فلزّي يُصنع بحيث لا يتحمّل تيارا تزيد قيمته عن حدّ معيّن. فإذا زاد التيار عن هذا الحدّ سخُن السلك سخونة كافية لانصهاره.

الشدّة القصوى مكتوبة على جسم المنصهرة نفسه: هي التي تحدّد أين تنصهر
كيف تشتغل المنصهرة
  • تُوصل المنصهرة في الدارة على التسلسل، وعلى سلك الطور.
  • بمجرّد مرور تيار كهربائي تتجاوز شدّته حدّا معيّنا نجده مسجّلا عليها، ينصهر سلكها فتنفتح الدارة.
  • تفتح المنصهرة الجزء من الدارة الذي تجاوزت فيه شدّة التيار الحدّ المسموح به، أمّا باقي الدارة فيبقى مشتغلا.
  • وتختلف المنصهرات فيما بينها من حيث شدّة التيار الذي تسمح بمروره عبر سلكها.
لا تخمّن شدّة منصهرة: هي مكتوبة على جسمها. واستبدالها بأخرى ذات شدّة أكبر يبطل الحماية كلّها، لأنّ السلك سيتحمّل حينئذ تيارا يحرق الأسلاك قبل أن ينصهر هو.
مثال 1: هل تنصهر المنصهرة؟

دارة كهربائية يمرّ فيها تيار شدّته الكلّية 13 أمبير، والمنصهرة الموجودة فيها تسمح بمرور 13,5 أمبير. نريد أن نضيف إليها جهازا شدّته 1,2 أمبير.

🎯المطلوب: احسب الهامش المتبقّي، ثمّ بيّن ماذا يحدث بعد إضافة الجهاز.

📌المعطى
I = 13 A , Imax = 13,5 A
🔹الخطوة 1: الهامش المتبقّي

الهامش هو ما تبقّى من الشدّة المسموح بها قبل بلوغ حدّ المنصهرة.

Imax − I=13,5 − 13=0,5 A
🔹الخطوة 2: الشدّة الكلّية الجديدة

نجمع شدّة الجهاز الجديد إلى الشدّة الكلّية للدارة.

I=13 + 1,2=14,2 A
✅النّتيجة
14,2 A > 13,5 A
الجهاز شدّته 1,2 أمبير والهامش 0,5 أمبير فقط، فالمنصهرة تنصهر وتنفتح الدارة. قارن دائما شدّة الجهاز الذي تضيفه بالهامش، لا بالشدّة القصوى وحدها.

القاطع

يتمثّل دور القاطع في قطع التيار الكهربائي عند تجاوزه الحدّ الذي ضُبط عليه. وهو يفصل الدارة تلقائيا، وعند إنهاء العطب يُعاد رفعه إلى وضع الاشتغال، ولا يحتاج إلى تبديل بعد العطب.

أنواع القواطع الثلاثة
  • نوع يفصل الدارة عند ارتفاع شدّة التيار الكهربائي فيها.
  • نوع يفصل الدارة عند ارتفاع قيمة المجال المغناطيسي في الدارة.
  • نوع ثالث يفصل الدارة عند ارتفاع أحدهما أو كليهما.
لكلّ دارة قاطع بشدّة تناسب ما تغذّيه، وكلّ أسلاك الأرضي تنتهي إلى مشط واحد
الفرق العملي بين الاثنين بسيط: المنصهرة تُستبدل بعد كلّ انصهار لأنّ سلكها ذاب، أمّا القاطع فيُرفع ذراعه بعد إصلاح العطب ويعود إلى الخدمة كما كان.

المأخذ الأرضي والقاطع التفاضلي

يحدث في بعض الأحيان أن يلامس الطورُ مباشرة الهياكل المعدنية لبعض الأجهزة الكهربائية، كالثلّاجات والغسّالات، فيشكّل ذلك خطرا على مستعمليها عند لمسها.

بلا مأخذ أرضي، الجسم هو الطريق الوحيد الذي يجده التيار المتسرّب نحو الأرض
حالتان
  • في حالة عدم وجود مأخذ أرضي: بمجرّد لمس هذه الأجهزة تتسرّب الكهرباء عبر جسم الإنسان، الشيء الذي يسبّب له صدمة كهربائية غير محمودة العواقب.
  • في حالة وجود المأخذ الأرضي: يفرّغ المأخذ الأرضي المتّصل بالهيكل جزءا من هذا التيار نحو الأرض، فيجد التيار طريقا أسهل من طريق الجسم.

وفي الحالات العادية تكون شدّة التيار المارّ في الطور هي نفسها المارّة في الحيادي: ما يدخل الجهاز يخرج منه كلّه.

الحالة العادية
IPh = IN
IPhشدّة التيار في سلك الطور(A)INشدّة التيار في سلك الحيادي(A)

أمّا عند حدوث تسرّب نحو الأرض عبر الهيكل والمأخذ الأرضي، فإنّ جزءا من التيار يغادر الدارة قبل أن يعود عبر الحيادي، فتصير شدّة الحيادي أصغر من شدّة الطور.

عند حدوث تسرّب نحو الأرض
IN < IPh
السلك الأخضر يمنح التيار المتسرّب طريقا، والصندوق يلاحظ أنّ ما دخل لم يخرج كلّه

يقارن القاطع التفاضلي بين شدّة التيار المارّ في الطور وشدّة التيار المارّ في الحيادي باستمرار؛ فإذا وجد شدّة الحيادي أقلّ من شدّة الطور قطع التيار آليا، مجنّبا الأشخاص خطر التكهرب.

مجال حساسية القاطع التفاضلي
30 mA ≤ Is ≤ 500 mA
Isحساسية القاطع التفاضلي لفرق الشدّتين(A)

ويختلف قاطع تفاضلي عن آخر في شدّة حساسيته لفرق شدّة التيار بين الطور والحيادي؛ وكلّما كانت قيمة هذه الحساسية صغيرة كانت الشبكة الكهربائية أكثر أمنا.

افهم لماذا الأصغر أفضل: تسرّب قدره 100 ميلي أمبير يفصله قاطع حساسيته 30 ميلي أمبير لأنّ 100 أكبر من 30، ولا يفصله قاطع حساسيته 300 ميلي أمبير لأنّ 100 أصغر من 300. الحساسية الصغيرة تلاحظ التسرّبات الصغيرة، وهي بالضبط التي يبدأ عندها الخطر على الإنسان.
مثال 2: هل يفصل القاطع التفاضلي؟

قاطع تفاضلي حساسيته 30 ميلي أمبير. قِيست شدّة التيار في سلك الطور فوُجدت 4,50 أمبير، وقِيست في سلك الحيادي في اللحظة نفسها فوُجدت 4,46 أمبير.

🎯المطلوب: بيّن هل يفصل هذا القاطع التيار في هذه الحالة.

📌المعطى
IPh = 4,50 A , IN = 4,46 A , Is = 30 mA
🔹الخطوة 1: فرق الشدّتين

القاطع لا ينظر إلى الشدّتين، بل إلى الفرق بينهما.

IPh − IN=4,50 − 4,46=0,04 A
🔹الخطوة 2: التحويل إلى الميلي أمبير

نوحّد الوحدتين قبل المقارنة: الحساسية معطاة بالميلي أمبير.

0,04 A = 40 mA
✅النّتيجة
40 mA > 30 mA
الفرق تجاوز الحساسية، فالقاطع يفصل التيار. لاحظ أنّ 40 ميلي أمبير ضاعت في مكان ما من الدارة: هذا هو التسرّب الذي كان سيمرّ عبر جسم من يلمس الجهاز.

الأرضي

الأرضي واحدة من وسائل الأمان، تكون عن طريق التوصيل بالأرض وتُعرف باسم التأريض، وتهدف إلى حماية الإنسان من خطر الصدمة الكهربائية عند ملامسته أجهزةً يلامس سلكُ الطور هياكلَها المعدنية. ويُنجز نظام التأريض بدفن ناقل في الأرض، وتوصيل هياكل الأجهزة به.

وقد درست في السنة الأولى أنّ التيار الكهربائي يمرّ أكثرُه في الطريق الأقلّ مقاومة. ولهذا يجب تكبير مساحة مقطع سلك التأريض وتقليل طوله، حتّى تصير مقاومته أقلّ ما يمكن: فيمرّ أكثر التيار في السلك، ولا يمرّ في الجسم إلّا قليلٌ منه.

العزل المزدوج

العزل المزدوج هو تغطية الأجهزة بمادّة بلاستيكية عازلة للتيار. وفي هذه الحالة لن يُصاب مستخدم الجهاز الكهربائي بصدمة كهربائية حتّى لو لامس سلك الطور جسم الجهاز، وذلك بسبب وجود المادّة العازلة. ولذلك لا يحتاج الجهاز المحميّ بهذه الطريقة إلى سلك تأريض.

الاستعمال الآمن للكهرباء

زيادة استعمال الأجهزة الكهربائية في المنزل تؤدّي إلى زيادة القدرة الكلّية للشبكة الكهربائية داخله، ممّا يؤدّي إلى زيادة التيار الكلّي في الدارة. فإذا زادت قيمة التيار الكلّي عمّا هو مسموح به — أي الشدّة القصوى للمنصهرة أو للقاطع — أدّى ذلك إلى فصل الدارة. ومن هنا يُنصح بتخفيف استعمال الأحمال الكهربائية في المنزل.

حين لا تفصل الحماية، تتحوّل الشدّة الزائدة إلى حرارة، والحرارة إلى حريق
مثال 3: هل يتحمّل القاطع هذه الأجهزة الثلاثة؟

ثلاثة أجهزة موصولة على التوازي في الدارة نفسها: الأوّل شدّته 2 أمبير، والثاني 8 أمبير، والثالث 7 أمبير. والقاطع الذي يحمي هذه الدارة شدّته القصوى 16 أمبير.

🎯المطلوب: احسب الشدّة الكلّية في الدارة، ثمّ بيّن هل يفصل القاطع.

📌المعطى
I1 = 2 A , I2 = 8 A , I3 = 7 A , Imax = 16 A
🔹الخطوة 1: الشدّة الكلّية

الأجهزة على التوازي، فالشدّة الكلّية في السلك المشترك هي مجموع شدّاتها.

I=2 + 8 + 7=17 A
✅النّتيجة
17 A > 16 A
الشدّة الكلّية تجاوزت شدّة القاطع بأمبير واحد، فالقاطع يفصل الدارة. يكفي أن تفصل جهازا شدّته أمبير واحد على الأقلّ لتعود الدارة إلى الاشتغال.
✅النّتيجة
الخطروسيلة الوقاية
ملامسة سلك الطور مباشرة باليد أو باستعمال سلك معدنيعزل الأسلاك عن طريق تغليفها بمادّة عازلة كالبلاستيك
ملامسة المأخذ بيد مبلّلة، أو إدخال جسم معدني في طرفه المتّصل بالطورتركيب المآخذ بعيدا عن أيدي الأطفال، وتزويدها بأغطية لا تُفتح بسهولة
لمس جهاز كهربائي يلامس سلكُ الطور غيرُ المغلّف هيكلَه المعدنياستعمال قاطع تفاضلي ومآخذ أرضية
ربط أجهزة كثيرة على التفرّع، فتزداد الشدّة في الأسلاك وتنتشر الحرارةاستعمال قاطع يفتح الدارة آليا عند زيادة الشدّة عن حدّ معيّن
حدوث دارة مستقصرة، كتوصيل الطور بالحيادي مباشرةاستعمال المنصهرات، وتُوصل في الدارة على التسلسل
لكلّ خطر وسيلته: الأولى تحمي الأشخاص، والأخيرة تحمي التجهيزات
أربعة أخطاء شائعة، وكلّ واحدة منها تفتح للتيار طريقا نحو الجسم
المأخذ في متناول الطفل خطر؛ المأخذ العالي المغطّى يحميه
عتبة الخطر على الإنسان
I = 30 mA , U = 25 V
Iشدّة التيار المارّ في الجسم(A)Uالتوتر المطبّق على الجسم(V)
رغم أهمّيته البالغة في الحياة، للتيار الكهربائي أخطار تبدأ من هاتين العتبتين الصغيرتين. ويُصاب الإنسان بالصدمة الكهربائية عند لمس الطور، أو لمس الطور والحيادي معا، أو لمس أيّ هيكل معدني لجهاز تسرّب إليه التيار من الطور نتيجة تلف مادّته العازلة.
اربط هذا الدرس بالذي قبله: المأخذ يمدّنا بتيار كهربائي متناوب توتره 220 فولط وتواتره 50 هرتز. و 220 فولط هي ما يشير إليه الفولطمتر، أي القيمة المنتجة — وقيمته العظمى أكبر منها بمقدار جذر العدد 2.
المصطلحات العلمية
العربيةfrançais
المنصهرةFusible
القاطعDisjoncteur
القاطع التفاضليDisjoncteur différentiel
المأخذ الأرضيPrise de terre
الدارة المستقصرةcourt-circuit
التيارات الزائدةSurintensité
بالعربية وبالفرنسية
✅الخلاصة
  • المنصهرة سلك ينصهر عند تجاوز الشدّة المكتوبة عليه، وتوصل على التسلسل وعلى سلك الطور.
  • القاطع يفصل الدارة آليا عند تجاوز حدّه، ويعود إلى الخدمة بعد إصلاح العطب دون تبديل.
  • القاطع التفاضلي يقارن شدّتي الطور والحيادي، ويفصل إذا صار الحيادي أصغر: هذا الفرق هو التسرّب.
  • المأخذ الأرضي يمنح التيار المتسرّب طريقا أقلّ مقاومة من طريق الجسم.
  • الجهاز ذو العزل المزدوج لا يحتاج إلى سلك تأريض، لأنّ غلافه العازل يحول دون بلوغ الطور يد المستعمل.
  • الحمل الزائد يرفع الشدّة الكلّية فوق حدّ الحماية، فتُفصل الدارة — أو تحترق الأسلاك إن غابت الحماية.
المصطلحات العلمية
العربيةfrançaisenglish
منصهرةFusibleFuse
قاطع تفاضليDisjoncteur différentielResidual current device
التأريضMise à la terreEarthing
العزل المزدوجDouble isolationDouble insulation
استقصارCourt-circuitShort circuit
مصطلحات هذا الدرس بثلاث لغات
🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في أسئلة من نوع: «ما دور المنصهرة؟ وأين توضع؟»، و«هل يفصل القاطع التفاضلي في هذه الحالة؟»، و«لماذا يُربط هيكل الغسّالة بالمأخذ الأرضي؟». ثلاثة عناصر جاهزة: ① المنصهرة والقاطع: يفتحان الدارة حين تتجاوز الشدّة القيمة المسجّلة عليهما، والمنصهرة توصل على التسلسل وعلى سلك الطور ② القاطع التفاضلي: يقارن شدّة الطور بشدّة الحيادي: ⁦IPh = IN⁩ لا تسرّب، و ⁦IN < IPh⁩ يعني تسرّبا، فإن بلغ الفرق حساسيته قطع التيار مجنّبا الأشخاص خطر التكهرب ③ الأرضي والعزل المزدوج: الأرضي يفتح للتيار المتسرّب طريقا غير الجسم، والعزل المزدوج يمنع خروجه أصلا. ⛔ والخطأ الشائع: الخلط بين المنصهرة والقاطع التفاضلي ؛ الأولى تقطع حين تزيد الشدّة، والثاني حين لا يخرج كلّ ما دخل. وخطأ ثانٍ: إهمال قواعد الاستعمال الآمن، كإدخال قوابس كثيرة في مأخذ واحد.
وسائل الأمان الكهربائي كلّها تجيب عن سؤال واحد: أين يمرّ التيار حين يخرج عن طريقه؟ المنصهرة والقاطع يقطعان الطريق حين تزيد الشدّة، والمأخذ الأرضي يفتح للتيار المتسرّب طريقا غير الجسم، والقاطع التفاضلي يلاحظ أنّ ما دخل لم يخرج كلّه فيقطع. أمّا العزل المزدوج فيمنع الخروج أصلا. أربع وسائل، ومبدأ واحد: لا تترك للتيار أن يختارك طريقا.

Page 1/9

© Madrassati — leçon rédigée par Madrassati · madrassati.net