الكهرباء والحماية في النوافير

الكهرباء والحماية في النوافير

تصميم الطاقة، والألواح، والكابلات، والتأريض والترابط؛ من الحسابات الأولية إلى الاختبار والتسليم

يجب أن يلبي التركيب الكهربائي للنافورة ثلاثة احتياجات في نفس الوقت: سلامة الأشخاص، وحماية المعدات، والتنفيذ المستقر لتأثيرات الماء والضوء.

تختلف بيئة النافورة عن بيئة المنشأة الجافة. الرطوبة والغمر واحتمال ملامسة الأشخاص للماء والمكونات المعدنية ومواد التنظيف وأشعة الشمس وعمليات الغسيل، كلها تؤثر على اختيار المعدات وطريقة الحماية.

تعتمد سلامة هذا المجمع على الأداء المنسق لعدة أجزاء: اختيار طريقة الحماية، وضع المعدات، جودة الكابل والتوصيل، التوصيل والتوصيل الأرضي، أداء أجهزة الفصل ودقة الاختبارات. إن وجود مفتاح الحماية أو كلمة "مقاوم للماء" على المنتج وحده لا يثبت سلامة النظام بأكمله.

يعرض هذا الفصل أساسيات التصميم والتحكم. يجب أن يتم التحديد النهائي للمعدات ومناطق الحماية والإعدادات وفقًا للخطة المعتمدة ومن قبل مصمم ومقاول مؤهل.

26–1. أساس التصميم والمراجع الفنية

في بداية المشروع، يجب تحديد نوع المنشأة وسلطة التصميم والمراجعة التي سيتم استخدامها ومتطلبات سلطة التصديق.

بعض المراجع الدولية ذات الصلة هي:

تم توضيح نطاق هذه المراجع في الصفحات الرسمية للجنة الانتخابية المستقلة. وينبغي أيضًا استخدام الجزء العام من الألواح مع الجزء الخاص المناسب من نفس المجموعة. مرافق حمامات السباحة والنافورة ^[171]، الأضواء تحت الماء ^[172]، ألواح الضغط المنخفض ^[173]، فحص واختبار المنشأة ^[174]

لا تحل هذه المراجع تلقائيًا محل اللوائح المعمول بها في موقع المشروع. كما أنه لا ينبغي دمج جزء من نظام التصميم مع استثناءات نظام آخر، إلا إذا تم التحقق من توافق المجموعة وتأكيده.

26–2. تصنيف المكان وتحديد مناطق الحماية

قبل اختيار الجهد والمعدات، يجب توضيح حالة استخدام النافورة:

• هل دخول الأشخاص إلى المسبح مسموح أم متوقع؟

• هل يلعب الأطفال بالنوافير مباشرة؟

• ما هي الأسطح التي تتبلل؟

• هل الجهاز تحت الماء، بجوار الماء أو في مكان مستقل؟

• ما هو مسار الغسيل بالضغط العالي واحتمالية حدوث الفيضانات؟

• أين توجد الأجزاء المعدنية التي يمكن لمسها؟

هذه المعلومات هي الأساس لرسم مناطق الحماية في المخطط والقسم. في الخريطة، يجب تحديد موقع الضوء والمضخة وصندوق التوصيل ومصدر الطاقة واللوحة ومسار الكابل فيما يتعلق بالمناطق.

لا يمكن تطبيق خريطة تقسيم المناطق العامة دون مراجعة النافورة المزخرفة، والمقصورة، ونافورة الأرضية الجافة. يجب استخراج أبعاد المساحات وشروط المعدات المسموح بها من النص المرجعي المختار ومناسبة للتصنيف الفعلي.

"التواجد تحت الأرض" أو "التواجد داخل السياج" لا يؤدي بالضرورة إلى إزالة الجهاز من منطقة الخطر؛ يجب التحقق من تفاصيل الوصول وتوصيل المياه والسياج.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 26-1 بدلاً من ذلك

الصورة المقترحة: مخطط ومقطع عرضي للنافورة الافتراضية، يوضح مناطق الحماية وموقع اللوحة ومصادر الطاقة ومسار الكابل. لا يجوز إدخال أبعاد وأسماء المناطق إلا بعد مراجعة المصمم الكهربائي وبناء على المرجع المختار.

العنوان الفرعي: "اختيار المعدات الكهربائية يبدأ بتحديد نوع الاستخدام ومناطق الحماية."

26–3. إعداد قائمة الأحمال الكهربائية

يجب أن تغطي قائمة التحميل كافة المستهلكين؛ من المضخات الرئيسية إلى معدات التحكم الصغيرة.

يجب تحديد الحالة الطبيعية والحد الأقصى وحالة بدء التشغيل لكل مستهلك.

في النافورة الموسيقية، متوسط قوة العرض لا يكفي لاختيار التغذية. في جزء من البرنامج، قد تصل عدة مضخات وجميع الأضواء إلى الحد الأقصى للحمل في نفس الوقت.

تم إدخال مضخات التحكم ذات السرعة المتغيرة و24 فولت في قائمة معدات GSO. يشير هذا الاختلاف إلى أنه يجب تسجيل مواصفات الطاقة للطراز الفعلي لكل جهاز. معدات النافورة الحضرية - GSO ^[175]

26–4. مثال لحساب تيار المحرك والإضاءة

أ) محرك ثلاثي الطور

فكر في محرك افتراضي بالمواصفات التالية:

• الطاقة الميكانيكية الناتجة : 3 كيلو واط .

• جهد الخط : 400 فولت .

• الكفاءة: 0.88؛

• معامل القدرة: 0.82.

للتشغيل المتوازن والمباشر من الشبكة:

$I=\frac{P_{out}}{\sqrt{3}U\eta \cos \phi }$

$I=\frac{3000}{1.732\times 400\times 0.88\times 0.82}\approx 6.0A$

هذا الرقم هو التيار التقريبي عند النقطة المفترضة. يجب استكمال اختيار الكابل وحمايته بمعلومات لوحة الاسم وتيار البدء وظروف التثبيت وطريقة التحكم.

إذا تم تغذية المحرك من العاكس، فلا ينبغي الحصول على تيار الإدخال للمحرك فقط من هذه العلاقة وعامل الطاقة للمحرك؛ مطلوبة معلومات إدخال محرك الأقراص وظروف العمل الفعلية.

ب) حمل الإضاءة الحالي المباشر

لحمل افتراضي 120 واط عند 24 فولت:

$I=\frac{P}{U}=\frac{120}{24}=5A$

هذا التيار يتوافق مع الجانب 24 فولت. سيكون تيار الإدخال لمصدر الطاقة مختلفًا وفقًا لكفاءته ومواصفات الإدخال.

في الحسابات، يجب أن يكون واضحا أن الطاقة المعلنة مرتبطة بالإخراج الميكانيكي للمحرك، أو الإدخال الكهربائي للمعدات أو إخراج مصدر الطاقة.

26–5. هيكل التغذية وتصميم اللوحة

يجب أن تساعد الدوائر المقسمة في تشخيص الأخطاء وصيانتها. يتم تعريف دوائر المضخة والإضاءة والتنقية والتحكم بشكل أفضل مع تحديدها وحمايتها بشكل مناسب.

في تصميم اللوحة، ما يلي مهم:

• تدفق التصميم والظروف المتزامنة للأحمال.

• احتمال حدوث ماس كهربائي في موقع التثبيت ;

• القدرة على قطع معدات الحماية.

• تنسيق حماية دوائر المصب والمنبع.

• زيادة درجة الحرارة داخل اللوحة .

• ظروف الرطوبة والتآكل والفيضانات.

• مساحة الإصلاح وإمكانية قطع الاتصال الآمن.

• العزل السليم لدوائر الطاقة والسيطرة والجهد المنخفض جداً.

جودة الأجزاء الداخلية وحدها لا تؤكد جودة اللوحة. تعتبر طريقة التجميع والوصلات والتهوية والمحطات الطرفية والتحقق من التجميع مهمة أيضًا.

في الموضع، يجب التحقق من المستوى المحتمل للتشبع بالمياه ومسار الأنابيب المتسربة وإمكانية التنقيط من المعدات الأولية. الدرجة المناسبة من حماية الجسم ليست بديلاً عن الوضع المناسب.

26–6. الفصل بين واجبات أجهزة الحماية

معدات الحماية لها وظائف مختلفة:

لا يوفر RCCB التقليدي حماية من الحمل الزائد والدائرة القصيرة في حد ذاته ويجب تنسيقه مع الحماية المناسبة. تشرح شركة ABB الفرق بين RCCB وRCBO في تقديم معداتها. معدات حماية التيار التفاضلي - ABB ^[176]

في الدوائر التي تنص فيها هيئة التصميم على حماية إضافية بحساسية قصوى تبلغ 30 مللي أمبير، يجب تنفيذ هذا المتطلب من خلال الاختيار الصحيح لنوع الجهاز واختبار الأداء. ومع ذلك، لا ينبغي اعتبار رقم 30 مللي أمبير هو الإصدار الكامل للحماية لأي دائرة نافورة.

لا يجوز إزالة الانفصال غير المرغوب فيه عن طريق إزالة الحماية أو زيادة الحد بشكل تعسفي؛ يجب التحقق من مصدر التسرب وتجميع الدوائر وتوافق المعدات.

26–7. لماذا لا يعني "24V" وحده السلامة؟

تعتمد سلامة دائرة الجهد المنخفض على مصدر الطاقة والعزلة عن الدوائر الأخرى وطريقة توصيل الأسلاك وظروف الخطأ.

ويجب التمييز بين ثلاثة مفاهيم:

SELV: نظام آمن للجهد المنخفض للغاية مع عزل وقائي ومتطلبات محددة للدوائر الأرضية والدوائر الأخرى.

PELV: نظام الحماية ذو الجهد المنخفض للغاية الذي تختلف ظروف التأريض عنه عن SELV.

FELV: جهد منخفض جدًا بالنسبة للمتطلبات الوظيفية، دون استيفاء جميع متطلبات الحماية للمجموعتين المذكورتين أعلاه.

يشرح دليل التركيبات الكهربائية من شنايدر إلكتريك هذه الاختلافات وضرورة الحفاظ على عزل دائرة SELV. أنظمة الجهد المنخفض جداً - دليل التركيبات الكهربائية ^[177]

لذلك، فإن مصدر الطاقة بخرج 24 فولت ليس بالضرورة مناسبًا لتشغيل المعدات تحت الماء. يجب التحقق من موقع تثبيت المصدر والموافقة عليه ونوع الإخراج وظروف الاتصال والمعدات النهائية.

يعتمد حد الجهد أيضًا على نوع التيار والمنطقة وظروف الاستخدام. ولا يعتبر الرقم المكتوب على الضوء ترخيصاً بتركيبه في أي جزء من النافورة.

26–8. اتصال الأرض، موصل وقائي والترابط

ترتبط هذه المصطلحات ببعضها البعض، ولكن ليس لها وظيفة واحدة:

• الاتصال الأرضي: الاتصال المحدد للنظام مع الأرض.

• موصل الحماية أو PE: الموصل المتعلق بالحماية، بما في ذلك توصيل الهيئات المحمية.

• الترابط الوقائي: توصيل مكونات محددة للحد من فرق الجهد الخطير.

يجب أن يحدد المصمم نوع شبكة الإمداد ومسار تيار العطل وشروط الفصل التلقائي. إن قياس مقاومة القطب الكهربائي وحده لا يثبت سلامة المنشأة.

يجب تحديد المكونات المضمنة ونقاط الاتصال والمواد والمقطع العرضي للموصل وإمكانية الفحص في خطة التجميع. يجب فحص الوصلة الموجودة على سطح مطلي أو الوصلة المعرضة للتآكل أو المسار الذي يتم إزالته عن طريق فتح جزء منه.

عبارة "تأريض جميع الأجزاء المعدنية" ليست أمرًا دقيقًا. يجب أن تكون حالة كل مكون متوافقة مع طريقة الحماية؛ على وجه الخصوص، يمكن أن يتعارض التأريض التعسفي لأقسام دائرة SELV مع متطلباتها.

كما أنه ليس من الممكن وصف قيمة ثابتة لمقاومة الأرض أو مقطع عرضي ثابت لموصل الربط لجميع النوافير.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 26-2 بدلاً من ذلك

الصورة المقترحة: خريطة مفاهيمية مفصولة بإظهار الموصل الواقي للمعدات المضمنة وشبكة التوصيل البيني ودائرة SELV. ويجب أن توضح الخريطة الفرق بين هذه المسارات وأن يتم فحصها من قبل المصمم الكهربائي قبل الطباعة.

التسمية التوضيحية: "يجب تحديد التأريض والترابط والعزل الوقائي في خطة منسقة."

26–9. الأضواء والمضخات ومعنى درجة الحماية IP

عند اختيار المعدات تحت الماء، ينبغي التحقق من العديد من الخصائص بشكل مستقل:

• ملاءمة الاستخدام ومكان التثبيت.

• طريقة الحماية ضد الصدمات الكهربائية.

• درجة الحماية ضد الاختراق .

• العمق وظروف الغمر المسموح بها .

• التوافق مع الماء ومواد التنقية.

• الظروف الحرارية وإمكانية العمل خارج الماء.

• مواصفات الكابلات والاتصال.

IP68 ليس علامة عامة لـ "الحماية الكاملة". يجب الحصول على ظروف الغمر من الشركة المصنعة وهذا التصنيف ليس بديلاً للتحقق من الصدمات الكهربائية أو التآكل أو التحمل الميكانيكي.

على سبيل المثال، في مواصفات بعض مصابيح ProfiRing، تعلن OASE عن جهد 24 فولت تيار مستمر وتصنيف IP68 بعمق 4 أمتار. هذه المعلومات خاصة بالنموذج ولا ينبغي تعميمها على أضواء أخرى. مواصفات أضواء ProfiRing - OASE ^[178]

تغطي المواصفة IEC 60598-2-18 أيضًا على وجه التحديد الأضواء الثابتة المستخدمة في الماء أو عند ملامسته. إن مجرد الحصول على علامة IP لا يعني تلبية جميع متطلبات المنتج.

26–10. الكابلات والوصلات في البيئة الرطبة

ينبغي اختيار الكابل لظروف التثبيت الفعلية؛ بما في ذلك الغمر الدائم أو ضوء الشمس أو المواد الكيميائية أو الحركة أو التآكل.

وفي التصميم والتنفيذ يجب التحكم في:

• مسار الكابل والحماية الميكانيكية.

• نصف قطر الانحناء وضبط التوتر.

• توافق الغدة مع قطر وبناء الكابلات.

• إغلاق مدخل المعدات.

• الوصول إلى المفاصل القابلة للإصلاح .

• منع انتقال الرطوبة على طول الكابل أو داخل الغلاف ;

• عزل الدوائر حسب خطة الحماية واحتياجات الاتصال.

إن التوصيل اللولبي النموذجي المغطى بالشريط ليس تفاصيل موثوقة للغمر الدائم. يجب أن يكون التوصيل تحت الماء نظاماً مناسباً مع تعليمات التنفيذ.

عند تقديم اتصال ProNect، تنص OASE على الختم والعمق المسموح به وحاجز النقل الشعري كميزات للنظام؛ توضح هذه المواصفات أن جودة الاتصال تتجاوز الختم الخارجي للكابل. ProNect - نظام الاتصال تحت الماء OASE ^[179]

26–11. مثال حسابي لانخفاض جهد الدائرة 24 فولت

فكر في دائرة افتراضية بالمواصفات التالية:

• جهد المصدر: 24 فولت تيار مستمر.

• تيار التصميم المستمر في هذا الحساب: 5 أمبير.

• طول المسار في اتجاه واحد: 30 مترًا.

• موصل النحاس .

• مقاومة محددة افتراضية في ظروف التصميم:

$\rho =0.0225\Omega m{m}^2/m$.

لرحلة ذهابًا وإيابًا بسلكين:

$\Delta U=\frac{2\rho LI}{S}$

حيث $S$ هي مساحة المقطع العرضي لكل موصل بالمليمتر المربع.

النتائج:

إذا كان هدف التصميم، في هذا المثال فقط، هو الانخفاض أقل من 5%، فيمكن اعتبار مقطع عرضي قدره 6 مم2 لانخفاض الموصل.

لكن الاختيار النهائي لا يزال يحتاج إلى التحكم في ما يلي:

• الحد الأدنى المسموح به من الجهد للمعدات.

• الاتصال وإسقاط السائق.

• التسامح مع مخرجات الموارد ;

• التيار الفعلي عند الجهد المنخفض .

• سعة تيار الكابل وحمايته.

تسحب بعض الأحمال الإلكترونية تيارًا أكبر عن طريق تقليل الجهد للحفاظ على الطاقة. ولذلك، ينبغي تكييف افتراض التدفق المستمر في هذا المثال مع السلوك الفعلي للمعدات.

يوضح هذا الحساب لماذا في دائرة الجهد المنخفض، لا يكون اختيار الكابل بناءً على التيار وحده كافيًا. يمكن أيضًا أن يكون تقصير المسار أو تقسيم الحمل بين الفروع فعالاً؛ يتم نقل مصدر الطاقة فقط في المكان المصرح به.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 26-3 بدلاً من ذلك

الصورة المقترحة: مخطط هبوط الجهد لأربعة أمثلة للمقاطع العرضية مع إظهار طول 30 مترا ذهابا وإيابا. أدخل 5 أمبير كافتراض ثابت.

التسمية التوضيحية: "في إمدادات الطاقة ذات الجهد المنخفض، يمكن أن يصبح فقدان المسار حاسمًا قبل الحد من تيار الكابل."

26–12. العاكس والحماية من التسرب والتوافق الكهرومغناطيسي

يستطيع العاكس تغيير شكل تيار التسرب مقارنة بالحمل البسيط. ولذلك، فإن اختيار التجمع الكونغولي من أجل الديمقراطية على أساس التصنيف الحالي والحساسية فقط ليس كافيا.

توضح شركة ABB أن بعض المحولات ومحركات الأقراص يمكن أن تنتج تيارًا تفاضليًا باستخدام مكون تيار مستمر سلس؛ يعد التعرف على هذا النموذج الحالي إحدى مشكلات اختيار RCD من النوع B. حماية التيار التفاضلي في دوائر المحولات - ABB ^[180]

هذا لا يعني اختيار نفس النوع B لجميع المعدات. يجب أن يتم تنسيق نوع الحماية مع مبنى محرك الأقراص وتعليمات الشركة المصنعة ومتطلبات المشروع.

عند تصميم دائرة القيادة، يتم أيضًا أخذ أشياء أخرى في الاعتبار:

• طول ونوع كابل المحرك .

• متطلبات الدرع وارتباطه.

• تأثير مرشحات EMC على تسرب التيار.

• احتمال الحاجة إلى مرشح الإخراج .

• توافق عزل المحرك مع مصدر طاقة المحرك .

• فصل مسار كابل الطاقة عن الاتصالات وأجهزة الاستشعار.

لا ينبغي أن يتم توصيل الدرع والـ PE وفقًا للقواعد التجريبية ونفس الشيء بالنسبة لجميع الكابلات. ينبغي أن تستند تعليمات النظام وخطة التوافق الكهرومغناطيسي.

26–13. الجهد الزائد والطاقة الاحتياطية ودوائر التحكم

قد تحتوي النوافير الخارجية على كابلات طاقة وبيانات طويلة. يجب التحقق من الحماية من الجهد الزائد من خلال ظروف الشبكة والطرق ونظام الحماية من الصواعق.

إن وجود SPD في لوحة المفاتيح الرئيسية لا يعني بالضرورة الحماية الكافية لجميع المعدات البعيدة. ويجب تصميم موقعها ونوعها وتنسيقها واتصالها؛ تساهم خطوط الاتصال أيضًا في هذه المراجعة.

إذا تم استخدام UPS لوحدة التحكم أو تسجيل البيانات، فيجب أن تكون حدود الدائرة الاحتياطية واضحة. قد لا يعني انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي أن جميع الأجزاء قد تم إلغاء تنشيطها.

يجب أيضًا تنفيذ دوائر البيانات مثل DMX أو الشبكة بالمعدات المناسبة وحماية البيئة وطريقة الاتصال الصحيحة. وستتم مناقشة تفاصيل التخطيط والاتصال في الفصل ذي الصلة.

26–14. الإنترلوك والتوقف في حالات الطوارئ والإصلاحات

التعشيق هو تبعية محددة تمنع العملية من الاستمرار في حالة غير مناسبة.

يجب ألا يترك الوضع "اليدوي" وسائل الحماية اللازمة دون مراقبة في الدائرة. يجب أيضًا ألا يتسبب إرجاع الطاقة أو إزالة العطل في بدء تشغيل غير مرغوب فيه أثناء عملية الإصلاح.

يختلف توقف الأمر عن قطع التيار الكهربائي الآمن. إن إيقاف دورة المضخة أو إيقاف البرنامج أو إيقاف تشغيل الشاشة ليس دليلاً على عدم وجود كهرباء.

للإصلاح، يجب فصل مصادر الطاقة وتأمينها وتحديدها حسب الطريقة المعتمدة، ويجب التحقق من فصل الطاقة. وينبغي أيضًا مراعاة الطاقة المخزنة في محركات الأقراص والمصادر الاحتياطية. يجب إجراء الاختبارات والعمل على التركيبات من قبل موظفين مؤهلين.

26–15. التفتيش والاختبار قبل التشغيل

يجب أن يُظهر الاختبار النهائي أن التثبيت تم تصميمه وأن وسائل الحماية تعمل كما هو متوقع.

يمكن أن يتضمن برنامج الاختبار ما يلي:

IEC 60364-6 مخصص للفحص الأولي والدوري واختبار التركيبات. وينبغي أن تستمد قيم وطرق القبول من مرجع محدد ومواصفات المعدات. هيئة التفتيش والاختبار - IEC

قبل اختبار العزل، يجب فحص حالة المعدات الإلكترونية. قد يؤدي تطبيق جهد اختبار غير مناسب على محرك الأقراص أو مصدر الطاقة أو معدات التحكم إلى إتلافها؛ تعليمات الشركة المصنعة للعزل والاختبار هي المعايير.

كما أن الضغط على زر اختبار RCD ليس بديلاً عن الاختبار الكامل للتثبيت واستمرارية الحماية وتسجيل النتائج.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 26-4

الصورة المقترحة: أربع صور لفحص اللوحة في حالة آمنة، والتحكم في المحاذاة، والقياس باستخدام الأداة المناسبة، وورقة نتائج الاختبار. يجب اختيار الصور من العمليات الفعلية الخاضعة للإشراف ولا تصور العمل غير الآمن بجانب الماء.

التسمية التوضيحية: "التسليم الآمن يتطلب نتائج قابلة للتسجيل؛ وتشغيل المعدات القياسية ليس كافيا."

26–16. وثائق التسليم والصيانة الدورية

يجب أن يكون المشغل قادرًا على تحديد كل دائرة وفصلها وتتبعها. يجب أن تتضمن وثائق التسليم ما يلي على الأقل:

• خريطة ذات سطر واحد وخرائط البناء.

• قائمة الأحمال والدوائر.

• خريطة مناطق الحماية.

• مواصفات الكابلات والغدة والوصلات.

• خريطة الاتصال والتنسيق الأرضي.

• نوع وتكوين أجهزة الحماية.

• مواصفات مصادر الطاقة ومحركات الأقراص.

• نتائج الاختبارات ومعرف أداة القياس.

• منطق التعشيق ووقف الطوارئ.

• تعليمات الإصلاح والإغلاق وإعادة التشغيل.

• برنامج الفحص الدوري وسجلات التدريب.

أثناء الصيانة، يجب التحقق من تلف الكابل، وارتخاء التوصيل، والتآكل، واختراق المياه، وحالة الأختام، وعمل وسائل الحماية. بعد تغيير المصباح أو المضخة أو الكابل أو مصدر الطاقة أو تغيير البرنامج الذي يؤثر على السلامة، يجب تكرار اختبار الأجزاء المتضررة.

يجب تحديد تكرار الفحص حسب الظروف البيئية ومعدل الاستخدام وتاريخ الفشل ومتطلبات المشروع. إن النافورة العامة ذات الحركة المرورية العالية والتركيبات المغمورة باستمرار لها متطلبات صيانة مختلفة عن النظام الذي يعاني من نقص الطاقة في بيئة خاضعة للرقابة.

في الفصل 27: شبكات التحكم والأتمتة واتصالات النافورة، سيتم مراجعة هيكل وحدات التحكم، واتصالات المضخة والصمام والضوء، وأجهزة الاستشعار، ومنطق التشغيل، وإدارة الأخطاء والوصول عن بعد.