تجهیزات حفاظتی یکی از بخش های مهم و ضروری هر سیستم الکتریکی هستند. بسته به ویژگی های سیستم و نیاز ما، در هر مدار تجهیزات متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرد. کلید اتوماتیک یا MCCB به عنوان یکی از تجهیزات خوب حفاظتی شناخته می شود که پایداری و ایمنی مدارات الکتریکی را به ارمغان می آورد. این بریکرها انواع مختلفی دارند. در یک دسته بندی رایج می توان آن ها را به دو نوع کلید اتوماتیک ثابت و کلید اتوماتیک قابل تنظیم تقسیم کرد.
موضوع بحث این محتوا موارد استفاده از نمونه های ثابت کلید اتوماتیک، خطاهای قابل تشخیص توسط آن ها و مزایای آن ها است. در ابتدا و پیش از ورود به بحث با کلیت کلید MCCB و انواع واحد تریپ آشنا میشویم. با ما همراه باشید.
کلید اتوماتیک چیست
Molded Case Circuit Breaker یا به اختصار MCCB ، با نام کلید اتوماتیک یا کلید کامپکت شناخته میشود. این کلید از جمله بریکرهای پرکاربرد در مدارات جریان بالا است. کلید اتوماتیک برای محافظت از تجهیزات الکتریکی مانند موتورها، ترانسفورماتورها، ژنراتورها و سایر دستگاه ها در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه و برخی خطاهای دیگر استفاده می شود. این کلیدها را می توان در سیستم های توزیع برق برای ایزوله کردن تجهیزات معیوب و جلوگیری از آسیب به بقیه سیستم استفاده کرد.
کلیدهای اتوماتیک نسخه پیشرفته تر کلید مینیاتوری یا MCB ها هستند. قابلیت امکان کنترل از راه دور و مشخصات تریپ قابل تنظیم (در برخی از نمون ها) از جمله قابلیت های اضافی این کلید نسبت به MCB ها است. ضمن اینکه رنج جریان آن ها نیز متفاوت است.
جزئیات بیشتر در مورد این بریکرها را در مقاله “کلید اتوماتیک چیست” ببینید.
این بریکر در دو نوع کلید اتوماتیک ثابت و کلید اتوماتیک قابل تنظیم ارائه می شود. این دسته بندی به ویژگی های واحد تریپ در ساختار کلید اتوماتیک مرتبط است. قسمت تریپ یونیت بخشی از کلید اتوماتیک است که وظیفه شناسایی خطاها را بر عهده دارد. در صورت بروز هر خطا تریپ مدار را باز می کند. تریپ یونیت انواع مختلفی دارد که در بخش بعد به معرفی آن پرداخته ایم.
تریپ یونیت کلید اتوماتیک
در تمام بریکر های حفاظتی واحدی به نام تریپ یونیت وظیفه تشخیص خطا را بر عهده دارد. تریپ یونیت ها انواع متفاوتی دارند. کلید های اتوماتیک بر اساس ولتاژ و جریان و مشخصات کاری مدارطبقه بندی می شوند. در یک دسته بندی دیگر، MCCB را با توجه به تکنولوژی تریپ یونیت دسته بندی می کنند.
واحد تریپ بر اساس تکنولوژی ساخت انواع مختلفی دارد و بر همین اساس خطاهای مختلفی را شناسایی میکند. لازم به ذکر است عامل تشخیص خطا در بریکرها، جریان عبوری از مدار (بریکر) است. در ادامه با انواع تریپ یونیت آشنا می شویم.
تریپ یونیت حرارتی مغناطیسی
واحد تریپ حرارتی مغناطیسی از دو بخش مجزا تشکیل شده است. یک بخش حرارتی و یک بخش مغناطیسی. هر قسمت وظیفه تشخیص خطای مشخصی را بر عهده دارد.
خطای اضافه بار و بخش حرارتی
در این بخش با استفاده از یک تیغه بیمتال خطای اضافه بار شناسایی می شود. خطای اضافه بار در حقیقت وقتی اتفاق می افتد که یا لود روی شفت موتور بیشتر از استاندارد باشد یا سیم پیچ موتور اتصالی داشته باشد. به همین خاطر موتور جریان بیشتری می کشد. این جریان اضافه باعث بالا رفتن حرارت داخل سیم پیچ ها شده و عمر موتور و عایق سیم ها را به شدت کاهش می دهد. ادامه پیدا کردن اضافه بار و بالا رفتن حرارت در سیم ها ممکن است منجر به آب شدن عایق ها و آتش سوزی و خسارت در تجهیزات و تاسیسات الکتریکی شود.
در کلید اتوماتیک یک عنصر حرارتی به اضافه جریان پاسخ می دهد. عنصر حرارتی در واقع یک تیغه بیمتال است. تیغه بیمتال از دو ماده فلزی با ضریب انبساط طولی متفاوت ساخته شده و بر اثر بالا رفتن حرارت تغییر وضعیت می دهد. با تغییر وضعیت تیغه مسیر جریان قطع می شود.
خطای اتصال کوتاه و عنصر مغناطیسی
عنصر مغناطیسی نیز به جریان های لحظه ای بالا که ناشی از اتصال کوتاه هستند پاسخ می دهد. خطای اتصال کوتاه در مواردی که فاز به اشتباه اتصالی پیدا کرده باشد رخ می دهد. بر اثر خطای اتصال کوتاه جریان مدار بالا می رود. برای تشخیص این خطا از یک سیم پیچ و هسته مغناطیسی به صورت سری در مسیر جریان استفاده می شود. با بالا رفتن جریان در سیم پیچ، آهن ربای الکتریکی قوی تری ایجاد می شود. نهایتا میدان مغناطیسی آنقدر قوی می شود که تیغه های مسیر جریان را جذب کرده و باعث تغییر وضعیت آن می شود.
تریپ یونیت الکترونیکی
تریپ یونیت الکترونیکی یک مدار الکتریکی است که برای ارائه تنظیمات حفاظتی دقیق و قابل تنظیم در کلید اتوماتیک طراحی شده است. واحدهای تریپ الکترونیکی خطاهای مختلفی را می توانند تشخیص دهند. تریپ الکترونیکی از یک ریزپردازنده برای پردازش سیگنال های مختلف استفاده می‌کنند و در صورت بروز خطا، بریکر را فعال می‌کنند. به طور مثال خطای اضافه بار که در تریپ الکترومکانیکی با بیمتال شناسایی می شد در تریپ یونیت الکترونیک توسط پردازش دیجیتال سیگنال و یک تابع که خطای اضافه بار را شناسایی می کند تشخیص داده می شود. تریپ الکترونیکی عملکردهای حفاظتی بیشتری مانند محافظت در اتصال کوتاه نول و خطای اتصال زمین را شناسایی می کند.
تریپ یونیت الکترونیکی به تنظیمات دقیقی نیاز د ارد و اغلب در کلید اتوماتیک ثابت از آن استفاده نمی شود.
جزئیات بیشتر در این زمینه را در مقاله ” تریپ یونیت کلید اتوماتیک” ببینید.
کلید اتوماتیک ثابت
کلید اتوماتیک ثابت با نام کلید اتوماتیک فیکس (FIX)و یا غیر قابل تنظیم هم شناخته می شود. در شرایطی که عملکرد مشخصی از کلید اتوماتیک مورد نیاز است، استفاده از کلید اتوماتیک غیر قابل تنظیم یک انتخاب بهینه و منطقی محسوب می شود. منظور از ثابت بودن کلید اتاوماتیک، تنظیم جریان خطا روی یک مقدار مشخص توسط تولید کننده است و به عبارت دیگر کاربر امکان تغییر آستانه خطای کلید را ندارد.
کلید اتوماتیک فیکس عموما از تریپ یونیت حرارتی مغناطیسی استفاده می کند. تریپ یونیت حرارتی مغناطیسی در تشخیص دو خطای مهم زیر کاربرد دارد :
- اضافه بار
- اتصال کوتاه
خطای اضافه بار توسط تریپ حرارتی و خطای اتصال کوتاه توسط تریپ مغناطیسی تشخیص داده می شود. بسته به نیاز سیستم می تواند یکی و یا هردو تریپ حرارتی و مغناطیسی ثابت و غیر قابل تنظیم باشد. اغلب نمونه های موجود در بازار به صورت تریپ حرارتی قابل تنظیم و تریپ مغناطیسی ثابت موجود است.
در واقع اگر هر دو تریپ ثابت باشد بر روی مقدار مشخصی از جریان اضافه بار و یا جریان اتصال کوتاه خطا را تشخیص می دهد. همین ویژگی آن را به یک کلید مطمئن و ایمن با کاربری آسان تبدیل کرده است.
صنایع فولاد، پتروشیمی، اتوماسیون صنعتی و حتی ساختمان‌های بزرگ از این کلید به منظور محافظت از سیستم های الکتریکی با مقدار جریان مشخص بهره می برند. برخی از مزایای استفاده از کلید اتوماتیک غیر قابل تنظیم به نسبت کلیدهای قابل تنظیم عبارت است از:
طراحی بهینه بدون هزینه کرد اضافی
طراحی کلید، به بهینه‌سازی عملکرد کلید اتوماتیک کمک می‌کنند. این تجهیزات با توجه به نیازهای مشخصی که در سیستم‌های برق وجود دارد، این امکان را به شما می‌دهد تا از بهره‌وری بالاتری برخوردار شوید. لذا کلید اتوماتیک غیر قابل تنظیم با دقت کافی و بدون پرداخت هزینه برای تنظیمات اضافی که سیستم به آن نیازی ندارد به کار می رود.
عملکرد مطمئن و راه اندازی آسان
عملکرد مطمئن و راه اندازی آسان مزیت دیگر استفاده از کلید اتوماتیک ثابت است. به دلیل ثابت بودن جریان قطع نیازی به تنظیم کلید وجود ندارد و ضمن راه اندازی آسان، احتمال بروز خطای انسانی در تنظیمات آن پایین می آید.
کلید اتوماتیک ثابت سری 3VM زیمنس
کلید اتوماتیک زیمنس با توجه به نوع کاربری در دسته بندی های مختلفی قرار می گیرد. واحد تریپ یونیت در کلید اتوماتیک ثابت زیمنس از نوع حرارتی مغناطیسی با آستانه تریپ ثابت است. زمان تریپ واحدها هم ثابت و در حدود چند ده میلی ثانیه است.
کلید اتوماتیک ثابت زیمنس زیر مجموعه سری3VM در رنج جریان 100 تا 630 آمپر تولید می شوند. انواع تک پل و دو پل این کلیدها تنها در جریان 100 آمپر تولید می شود. با این وجود انواع سه پل و 4 پل در جریان های 100، 160، 250، 400 و 630 عرضه می شوند.
جمع بندی
کلید اتوماتیک ثابت نوعی از کلید اتوماتیک با تریپ یونیت حرارتی مغناطیسی است. تریپ یونیت حرارتی خطای اضافه بار و تریپ یونیت مغناطیسی خطای اتصال کوتاه را تشخیص می دهد. در کلید اتوماتیک ثابت مقدار جریانی که خطا در آن شناسایی و مدار قطع می شود ثابت است. در برخی از انواع کلید های غیر قابل تنظیم هر دو تریپ یونیت حرارتی و مغناطیسی فیکس هستند و در بعضی از نمونه ها ممکن است یکی از دو تریپ یونیت ثابت باشد. طراحی بدون نیاز به هزینه کرد اضافی، عملکرد مطمین و آسان بدون امکان بروز خطای انسانی برخی از مزایای این کلیدها نسبت به نمونه های قابل تنظیم است. کلید اتوماتیک زیمنس سری 3VM نمونه ای با کیفیت از این محصول در بازار است.