يمثّل الثانوي في المحوّل نقطة يختلط فيها واجبان تنظيميان مختلفان. يحدّد NEC 450.3(B) حجم الجهاز الذي يحمي ملف المحوّل؛ ولا يتطرق إطلاقًا إلى الموصلات الخارجة من أطراف الثانوي، بل ينص NEC 240.4(F) صراحةً على أن تلك الموصلات لا تُعدّ محمية بجهاز الحماية الأولي إلا في محوّل أحادي الطور بسلكين إلى سلكين أو دلتا-دلتا بثلاثة أسلاك. وهذا يترك مسار الثانوي لأحكام NEC 240.21(C)، وهي خمس رخص قائمة على الطول، لكل منها حدّها الأدنى الخاص لسعة التيار — عُشر تصنيف جهاز الحماية الأولي عند 10 أقدام، وثُلثه عند 25 قدمًا، ويُضرب كل منهما في نسبة الجهد بين الأولي والثانوي. أما كندا فلا تعتمد الطول إطلاقًا؛ إذ تفرض القاعدة 26-256(2)(a) من CEC حدًا ثابتًا قدره 125% من تيار الثانوي المقنّن. وفي ثانوي بقدرة 150 kVA عند 208Y/120 V، يكون الفرق بين حدّ 346 A وحدّ 520 A — وبشكل عام بين نسبة لا تتجاوز 83% من تيار الثانوي المقنّن ونسبة ثابتة قدرها 125%. هذه هي القواعد التي تقوم عليها قيم تيار الثانوي وتصنيفات الأجهزة التي تنتجها حاسبة اختيار المحوّلات وحمايتها.
لماذا لا يحمي جهاز الحماية الأولي الموصلات الثانوية؟
يغيّر المحوّل كلًا من الجهد والتيار معًا، لذا يصل أي عطل ثانوي إلى جهاز الحماية الأولي مخفَّضًا بنسبة التحويل ومتأثرًا بطريقة توصيل الملفات. ففي محوّل دلتا-نجمة، لا يقدّم عطل ثانوي أحادي الطور لذلك الجهاز تيارًا متناسبًا، وهذا ما يجعل NEC 240.4(F) يمتنع عن افتراض وجود حماية. ولا تنجو من ذلك سوى الحالات المتماثلة — محوّل أحادي الطور بثانوي بسلكين، ومحوّل ثلاثي الطور دلتا-دلتا بثانوي ثلاثة أسلاك — وفي هاتين الحالتين يسمح NEC 240.21(C)(1) لجهاز الحماية الأولي بحماية المغذّي الثانوي، شريطة أن تتوافق الحماية مع 450.3 وألا تتجاوز سعة تيار الموصل الثانوي مضروبة في نسبة الجهد بين الثانوي والأولي.
ويحتاج أي محوّل آخر إما إلى جهاز حماية ثانوي من التيار الزائد أو إلى إحدى الرخص القائمة على الطول أدناه. وعادةً ما يكون القاطع الرئيسي الثانوي موجودًا أصلًا؛ إذ يشترط NEC 408.36 أن تُحمى لوحة التوزيع الفرعية بجهاز حماية من التيار الزائد لا يتجاوز تصنيفه تصنيف اللوحة، ويكون موجودًا داخلها أو على جانب التغذية منها.
ما الذي يسمح به NEC 240.21(C) فعليًا؟
تتبع خمس فقرات فرعية الفقرة 240.21(C)(1)، تربط كل منها طولًا أقصى بحدٍّ أدنى لسعة التيار وشرط توصيل. الترقيم أدناه يتبع إصدار NEC لعام 2023؛ أما المراجع الكندية فتشير إلى CSA C22.1.
| الفقرة الفرعية | الطول الأقصى | الحد الأدنى لسعة تيار الموصل الثانوي | الشروط الرئيسية |
|---|---|---|---|
| 240.21(C)(2) | 10 أقدام | الحمل المحسوب، وتصنيف الجهاز المُغذّى؛ وحيث تخرج الموصلات من علبة التفريع، 1/10 × جهاز الحماية الأولي × نسبة الجهد | ألا تتجاوز المعدات المُغذّاة؛ وأن تكون داخل مجرى أو علبة معدنية |
| 240.21(C)(3) | 25 قدمًا | لا تقل عن تصنيف تيار الثانوي للمحوّل | للمنشآت الصناعية فقط، وبصيانة من أشخاص مؤهلين |
| 240.21(C)(4) | غير محدود | محدَّدة الحجم وفق الحمل والتوصيل | موصلات خارجية؛ محمية من التلف الفيزيائي؛ جهاز واحد متكامل مع مفتاح الفصل؛ مفتاح فصل سهل الوصول خارجيًا أو داخليًا وبأقرب نقطة إلى الدخول، بما يشمل الموصلات المعتبرة خارجية بموجب 230.6 |
| 240.21(C)(5) | 25 قدمًا، الأولي والثانوي مجتمعين | وفق قاعدة تفريع المغذّي المطبَّقة | موصلات ثانوية من محوّل مُفرَّع من مغذٍّ |
| 240.21(C)(6) | 25 قدمًا | 1/3 × جهاز الحماية الأولي × نسبة الجهد | قاطع دارة واحد أو مجموعة منصهرات تحدّ تيار الحمل عند سعة الموصل المسموح بها وفق 310.14 (الجدول 310.16)؛ محمية من التلف الفيزيائي |
وهناك أمران جوهريان هنا. أولًا، تتغيّر حدود (C)(2) و(C)(6) بتغيّر جهاز الحماية الأولي من التيار الزائد، لا بتغيّر الحمل — فقرار يُتخذ في الجانب الأولي يحدّد الحد الأدنى من النحاس في الجانب الثانوي. ثانيًا، فإن NEC 240.4(B)، أي رخصة الحجم الأعلى التي تسمح لقاطع بتيار 100 A بحماية موصلات بسعة 95 A في دارة عادية، غير متاحة عمليًا هنا، لأن كل قاعدة تفريع تشترط بشكل مستقل ألا يتجاوز تصنيف جهاز التوصيل سعة تيار الموصل.
مثال محلول: 150 kVA، من 480 V إلى 208Y/120 V عند 20 قدمًا
لنأخذ محوّل توزيع ثلاثي الطور من النوع الجاف يغذّي لوحة توزيع فرعية بجهد 208Y/120 V على بُعد 20 قدمًا، ومحميًا على كلا الملفين. الموصلات من النحاس بتوصيلات درجة حرارتها 75 °م، المسموح بها فوق 100 A بموجب NEC 110.14(C)(1)(b).
- تيارات الملفات. 150 000 ÷ (√3 × 208) = 150 000 ÷ 360.3 = 416 A عند الثانوي؛ 150 000 ÷ (√3 × 480) = 150 000 ÷ 831.4 = 180 A عند الأولي.
- تصنيفات الأجهزة، منقولة من المرجع. يعطي الجدول 450.3(B) من NEC جهاز حماية أوليًا بتيار 450 A (250% × 180.4 = 451 A، مقرَّبًا للأسفل إلى التصنيف القياسي في NEC 240.6(A)) وقاطعًا رئيسيًا ثانويًا بتيار 600 A (125% × 416.4 = 520 A، مقرَّبًا للأعلى بموجب الملاحظة 1). ويُشتق كلاهما خطوة بخطوة في تحديد حجم حماية المحوّل من التيار الزائد؛ ويبدأ هذا المقال من حيث انتهى ذلك المقال.
- نسبة الجهد. 480 ÷ 208 = 2.31.
- حد 240.21(C)(6) عند 20 قدمًا. (1 ÷ 3) × 450 × 2.31 = 150 × 2.31 = 346 A.
- اختبار التوصيل. يجب ألا يتجاوز القاطع الرئيسي الواحد بتيار 600 A سعة تيار الموصل، ولا يقدّم 240.4(B) أي تخفيف. لذا فإن الحد الأدنى الحاكم هو 600 A، لا 346 A.
- اختيار الموصل. وفق الجدول 310.16 من NEC، نحاس عند 75 °م: 350 kcmil = 310 A، فيعطي جدولان متوازيان 2 × 310 = 620 A ≥ 600 A. أما جدولان من 300 kcmil فيعطيان 2 × 285 = 570 A، وهذا غير كافٍ.
I = kVA × 1000 ÷ (√3 × V)
الحد الأدنى لسعة التيار، قاعدة الـ25 قدمًا = جهاز الحماية الأولي ÷ 3 × (V الأولي ÷ V الثانوي)
الحد الأدنى لسعة التيار، قاعدة الـ10 أقدام = جهاز الحماية الأولي ÷ 10 × (V الأولي ÷ V الثانوي)
عند 8 أقدام، يُطبَّق NEC 240.21(C)(2) بدلًا من ذلك. ولا يصبح حدّه، أي العُشر البالغ 0.1 × 450 × 2.31 = 104 A، مقيِّدًا إلا حيث تخرج الموصلات من العلبة التي يُنفَّذ فيها التفريع؛ أما داخلها فيشترط 240.21(C)(2) الحمل المحسوب وتصنيف الجهاز المُغذّى. وفي كلتا الحالتين يحكم التوصيل بتيار 600 A — إذ تخفّف قواعد الطول الحدّ الأدنى، لكنها لا تخفّف أبدًا التطابق بين الجهاز والموصل.
أين يصبح حد الثلث مقيِّدًا فعليًا؟
لا يصبح حد الـ25 قدمًا مقيِّدًا إلا عندما تُغذّى لوحة متواضعة من محوّل كبير. لنفترض حماية كلا الملفين وضبط جهاز الحماية الأولي عند التصنيف القياسي الأقرب أدنى من 250%:
| المحوّل (480 V إلى 208Y/120 V) | تيار الحمل الكامل للأولي | جهاز الحماية الأولي عند 250% | حد 10 أقدام، موصلات خارجة من العلبة | حد 25 قدمًا |
|---|---|---|---|---|
| 75 kVA | 90 A | 225 A | 52 A | 173 A |
| 150 kVA | 180 A | 450 A | 104 A | 346 A |
| 500 kVA | 601 A | 1200 A | 277 A | 923 A |
تسحب تلك الوحدة من النوع الجاف بقدرة 500 kVA تيارًا قدره 500 000 ÷ (√3 × 208) = 1388 A، لذا لا تمثّل لوحة بتيار 800 A سوى جزء من حملها. ضع تلك اللوحة على بُعد 20 قدمًا وينقلب الحساب: كان القاطع الرئيسي بتيار 800 A سيسمح بموصلات 800 A وفق قاعدة الـ10 أقدام، لكن (C)(6) يشترط 1200 ÷ 3 × 2.31 = 923 A. وتعطي ثلاث مجموعات متوازية من 300 kcmil نحاس 3 × 285 = 855 A، وهذا غير كافٍ؛ بينما تعطي ثلاث مجموعات من 350 kcmil 3 × 310 = 930 A وهذا كافٍ. أي 8.8% سعة تيار إضافية، مقابل نحو 17% نحاسًا إضافيًا من حيث المساحة المقطعية، لمجرد أن المسار تجاوز 10 أقدام. ولأن نسبة 250% للأولي سقف لا هدف، فإن اختيار جهاز أولي أصغر يخفّض الحد الأدنى مباشرةً.
أين يختلف الوضع في كندا: القاعدة 26-256 من CEC
يصل الكود الكهربائي الكندي (CSA C22.1) إلى نتيجة السلامة نفسها بآلية مختلفة. تشترط القاعدة 26-256(1)(a) من CEC أن تكون سعة تيار الموصلات الأولية لا تقل عن 125% من تيار الأولي المقنّن، وتشترط 26-256(2)(a) أن تكون سعة تيار الموصلات الثانوية لا تقل عن 125% من تيار الثانوي المقنّن. ولا يوجد أي تخفيض قائم على الطول ولا حد الثلث.
وبإبقاء آلة واحدة ثابتة — 150 kVA، ثانوي 208Y/120 V، تيار ثانوي مقنّن 416 A — وتطبيق الكودين عند جهدين أوليين مختلفين، يتضح الفرق:
| ثانوي 150 kVA، 208Y/120 V (416 A) | حد NEC 240.21(C)(6) عند 25 قدمًا | حد القاعدة 26-256(2)(a) من CEC، أي طول |
|---|---|---|
| أولي 480 V — 180 A، جهاز 450 A | 346 A | 520 A |
| أولي 600 V — 144 A، جهاز 350 A | 337 A | 520 A |
| الأساس | 1/3 × جهاز الحماية الأولي × نسبة الجهد | 125% × تيار الثانوي المقنّن |
| الاعتماد على الطول | نعم — 10 أقدام أو 25 قدمًا أو غير محدود خارجيًا | لا يوجد |
يقابل صف 600 V جهد الخدمة الشائع في المباني الكندية: 150 000 ÷ (√3 × 600) = 144 A عند الأولي، وجهاز 350 A عند 250%، ونسبة 600 ÷ 208 = 2.88، فيكون 350 ÷ 3 × 2.88 = 337 A. الحد الأدنى الكندي للموصل الأولي هو 1.25 × 144.3 = 180 A؛ والحد الأدنى للثانوي هو 1.25 × 416.4 = 520 A في الحالتين.
وتنبثق القاعدة العامة من النسبتين. فحدّ NEC هو ثلث جهاز محدود أصلًا عند 250% من تيار الأولي، وتيار الأولي مضروبًا في نسبة الجهد يساوي تيار الثانوي — لذا لا يمكن أن يتجاوز حد الـ25 قدمًا أبدًا 0.333 × 2.50 = 83% من تيار الثانوي المقنّن، بل يخفضه أكثر تقريب الجهاز للأسفل إلى تصنيف قياسي. أما CEC فيبدأ من 125% من التيار نفسه ويبقى عندها؛ فحدّ NEC يتحرك مع جهاز الحماية الأولي، بينما لا يتحرك حدّ CEC مع أي شيء. أما على صعيد الحماية، فتحدّ القاعدة 26-254(1) من CEC جهاز الحماية الأولي عند 125% من تيار الأولي المقنّن، وتسمح 26-254(2) بوصول المغذّي الأولي إلى 300% عندما يكون جهاز ثانوي مضبوطًا عند 125% أو أقل من تيار الثانوي المقنّن، وتسمح 26-254(3) بالتصنيف القياسي الأعلى التالي عندما لا تتطابق نسبة 125% مع أي تصنيف قائم. وحيث تُختار حماية المحوّل من التيار الزائد بموجب 26-250(1) أو (2) أو 26-254(3)، تحيل 26-256(4) الموصلات إلى القاعدتين 14-100 و14-104 — وتحدّ 14-104(1) تصنيف الجهاز عند سعة التيار المسموح بها للموصلات التي يحميها، مع مراعاة استثناء التصنيف القياسي الأعلى في الجدول 13 الوارد في 14-104(1)(a). وتحدّ رخصة التفريع بحجم مخفَّض في القاعدة 14-100، البند (و)، الطول المجمَّع لموصل أولي وموصل ثانوي عند 7.5 م. تحقّق من الفقرة الفرعية النافذة حاليًا لدى CSA C22.1 والجهة المختصة (AHJ) أو هيئة السلامة الكهربائية المحلية (ESA).
ما الذي ينبغي تحديده؟
- تيار الحمل الكامل للثانوي عند جهد الثانوي الفعلي — وهو أساس كل نسبة أعلاه، وما تنتجه الحاسبة
- تصنيف جهاز الحماية الأولي من التيار الزائد، لأن حدود 240.21(C)(2) و(C)(6) تُحسب منه، لا من الحمل
- طول المسار ومساره — أقل أو أكثر من 10 أقدام، أقل أو أكثر من 25 قدمًا، داخليًا أو خارجيًا، وما إذا كانت الموصلات تخرج من علبة التفريع أم لا
- جهاز التوصيل — قاطع دارة واحد أو مجموعة منصهرات، بتصنيف عند سعة تيار الموصل أو أقل منها، من دون اللجوء إلى الحجم الأعلى في NEC 240.4(B)
- تصنيف درجة حرارة التوصيل — عمود 75 °م في الجدول 310.16 من NEC وفق 110.14(C)(1)(b) فوق 100 A، وسعة التيار بعد تصحيحها وفق درجة الحرارة المحيطة أو امتلاء المجرى
- تصنيف لوحة التوزيع الفرعية أو لوحة التوزيع وقاطعها الرئيسي، لاستيفاء NEC 408.36، إضافةً إلى تيار العطل المتاح وما يطابقه من سعة قطع (AIC) وتصنيف تيار قصر (SCCR) وفق تيار العطل المتاح وتصنيفات القصر
- الأساس التنظيمي على المخطط — الفقرة الفرعية من NEC 240.21(C) أو الفقرة الفرعية من 26-256 في CEC مذكورة صراحةً، مع الإشارة إلى الحماية الفيزيائية حيث تشترطها (C)(2) أو (C)(6)
أين تتموضع Entogo
تصنّع Entogo محوّلات توزيع ثلاثية الطور من النوع الجاف ومحوّلات مثبّتة على قاعدة (pad-mounted)، إلى جانب لوحات وألواح التوزيع منخفضة الجهد التي تغذيها، في مصنعها الخاص بمنطقة تورونتو، وهي مصمَّمة ومصنَّعة وفق معايير ANSI/IEEE C57 وUL 1561 / UL 1562 وUL 67 وUL 891؛ وقابلة للاعتماد من UL (cULus) / CSA عند الطلب. ولأن المحوّل والمجمّع الذي تنتهي عنده موصلاته الثانوية يُصمَّمان معًا، فإن تصنيف القاطع الرئيسي الثانوي وسعة تيار قضيب التوزيع وأحكام التوصيل تُحسم كمواصفة واحدة بدلًا من التوفيق بينها في الموقع.
احسب تيارات الملفات وتصنيفات الأجهزة في حاسبة اختيار المحوّلات وحمايتها، ثم طبّق حدّ 240.21(C) أو نسبة 26-256 على المسار. حوِّل النتيجة إلى مواصفة باستخدام أداة تهيئة المحوّل، أو تصفّح مجموعة المحوّلات والمحطات الفرعية، أو اطّلع على التنسيق نفسه ضمن مجموعة متكاملة تحت المحطات الفرعية وتوزيع الطاقة. أما بالنسبة لقرار تحديد الحجم الذي يسبق كل هذا، فراجع كيفية تحديد حجم المحوّل.
تكافئ الموصلات الثانوية للمحوّل عادةً منهجية أكثر مما تكافئ معادلة واحدة: سمِّ القاعدة قبل اختيار السلك. حدِّد أولًا ما إذا كان يمكن الاعتداد بجهاز الحماية الأولي بموجب 240.4(F)، ثم اختر الفقرة الفرعية المطابقة لطول المسار، واحسب الحد الأدنى من الجهاز ونسبة الجهد، وأخيرًا تحقّق من جهاز التوصيل مقابل سعة تيار الموصل. أما في كندا، فتجاوز مسألة الطول وابدأ من 125%.
