اصول عملکرد کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف

کلید اتوماتیک از جمله تجهیزات حفاظتی مورد استفاده در مدارهای الکتریکی است. این بریکرها قادرند مدار را در برابر خطاهای اتصال کوتاه، اضافه جریان و … محافظت کنند. ولتاژ کاری مدارهای الکتریکی در صنایع مختلف متفاوت است. کلیدهای اتوماتیک را می توان براساس کلاس های ولتاژ استاندارد دسته بندی کرد. طبق استاندارد IEEE  4 سیستم ولتاژی مختلف وجود دارد. این استاندارد با عنوان «طبقه بندی ولتاژ IEEE» شناخته می شود.

در اغلب صنایع از سطوح ولتاژی فشارضعیف و متوسط استفاده می شود. بر این اساس کلید اتوماتیک فشار ضعیف از جمله پرکاربردترین بریکرها در تابلو برق های صنعتی است. در ادامه ابتدا به بررسی طبقه بندی ولتاژی IEEE خواهیم پرداخت و سپس جزئیات بیشتری در مورد کلید اتوماتیک برای ولتاژهای پایین خواهیم پرداخت.

طبقه بندی ولتاژ IEEE

هدف از استانداردسازی رسیدن به یک ادبیات واحد در مورد موضوع مورد بحث است. به دلیل گستردگی سیستم های الکتریکی، انجمن IEEE اقدام به معرفی یک استاندارد ولتاژی در این زمینه کرده است. همانطور که اشاره شد در این طبقه بندی سیستم های ولتاژی به 4 گروه تقسیم می شوند:

• سیستم های فشار ضعیف: ولتاژهای کمتر از 1000 ولت
• سیستم های ولتاژ متوسط: بازه ولتاژ 1000 ولت تا 100 کیلو ولت
• سیستم های ولتاژ بالا : ولتاژهای بین 100 کیلو ولت تا 230 کیلو ولت
• سیستم های فوق ولتاژ: رنج ولتاژ بین 230کیلوولت تا 800 کیلو ولت

لازم به ذکر است اغلب سیستم های ولتاژ متوسط ولتاژی کمتر یا مساوی 38 کیلو ولت دارند. رایج ترین ولتاژهای این دسته عبارتند از: 7.2، 12 ،24 و 36 کیلو ولت.

کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف

کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف براساس نوع عملکرد به دو گروه بریکر های دارای مکانیزم “تغییر وضعیت” یا همان دارای دستگیره قطع و وصل کلید و بریکر های “مکانیزم انرژی ذخیره شده دو مرحله ای” تقسیم می شوند.

 کلید اتوماتیک قالبی (molded-case circuit breaker) از مکانیزم ضامن با موقعیت قطع مشخص بهره می برد که معمولاً در حالتی بین روشن و خاموش قرار دارد.

بریکر فشار ضعیف (LVPCB) با مکانیزم انرژی ذخیره شده دو مرحله ای طراحی شده است. در این مکانیزم از یک وسیله ذخیره انرژی مانند فنر استفاده می شود. در این مکانیزم فنر “شارژ” و سپس آزاد یا “دشارژ” می شود تا مدار شکن را ببندد.

LVPCB تکنولوژی قدیمی مکانیزم انرژی ذخیره شده دو مرحله ای است. به منظور کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری، LVPCB منسوخ شده و کلیدهای مدار عایق (ICCB) جایگزین آن شده اند. محفظه های مهر و موم شده ICCB در برابر ورود هرگونه گرد و غبار یا آلودگی ایمن هستند. این تکنولوژی به منظور افزایش عمر مفید و پایداری عملکرد قطعات مورد استفاده قرار گرفته است.

ساختار کلید اتوماتیک

همانطور که در شکل زیر می بینید، کلید اتوماتیک شامل 5 قسمت اصلی است:

• قاب محافظ خارجی
• مکانیزم عملیاتی
• کنترل کننده جرقه و کنتاکت ها
• کانکتورهای ترمینالی
• واحد تریپ (نشانگر وضعیت)

قاب یک محفظه عایق است که برای نصب اجزای کلید اتوماتیک استفاده می شود. اندازه فیزیکی کلید اتوماتیک و حداکثر ولتاژ و جریان مجاز به وسیله قاب تعیین می شود.

مکانیزم عملکرد بخش اصلی بریکر است و وضعیت باز یا بسته کردن کنتاکت های قطع کننده را تعیین می کند. دسته مکانیزم عملکرد علاوه بر نشان دادن باز یا بسته بودن بریکر، نشان می دهد که با حرکت به موقعیتی بین روشن و خاموش، بریکر به طور خودکار باز شده (سقوط کرده) است. برای تنظیم مجدد کلید، ابتدا باید دسته را به حالت خاموش و سپس به حالت روشن حرکت دهید.

کانکتورهای ترمینالی از نظر الکتریکی به کنتاکت های کلید اتوماتیک متصل شده و امکان اتصال بریکر به مدار را فراهم می کنند.

المان تریپ بخشی از کلید اتوماتیک است که وضعیت اضافه بار را حس می کند و باعث واکنش بریکر و در نتیجه قطع مدار می شود. برخی از کلیدهای اتوماتیک از واحد تریپ حالت جامد استفاده می کنند. این واحد شامل ترانسفورماتورهای جریان و مدارهای حالت جامد است.

المان های تریپ

المان تریپِ حرارتی، مانند فیوز تاخیری، مدار را در برابر اضافه بارهای کوچک که برای مدت طولانی ادامه دارد، محافظت می کند. هر چقدر میزان اضافه بار بیشتر باشد، کلید سریعتر عمل می کند. عنصر حرارتی همچنین مدار را در برابر افزایش دما محافظت می کند.

بریکر های دارای المان تریپِ مغناطیسی بلافاصله پس از رسیدن جریان به میزان از پیش تعیین شده مدار را قطع می کند. در برخی از کاربردها، هر دو نوع حفاظت مغناطیسی و حرارتی مورد نیاز است. در چنین مواردی به جای استفاده از دو کلید اتوماتیک مجزا، از یک المان تریپ که شامل عناصر حرارتی و مغناطیسی است، استفاده می شود که به آن تریپ یونیت نیز می گویند.

تریپ مغناطیسی کلید اتوماتیک از یک آهنربای الکتریکی که با مصرف کننده سری می شود ساخته شده است. زمانی که جریان در بازه استاندارد قرار دارد، آهنربای الکتریکی جاذبه کافی برای حرکت دادن نوار تریپ را ندارد و کنتاکت ها بسته باقی می مانند. افزایش جریان عبوری از سیم پیچ سبب افزایش قدرت آهنربا می شود.

به محض اینکه جریان عبوری از مدار به اندازه کافی بزرگ شد، میله حرکت به سمت عنصر مغناطیسی (الکترومغناطیس) کشیده می شود. در نتیجه این حرکت کنتاکت ها باز و عبور جریان از مدار متوقف می شود. مقدار جریان مورد نیاز برای عملکرد کلید اتوماتیک به اندازه شکاف بین میله تریپ و عنصر مغناطیسی بستگی دارد. در برخی از انواع بریکر، اندازه شکاف و در نتیجه جریان تریپ قابل تنظیم است.

در کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف شامل عنصر تریپ حرارتی- مغناطیسی، یک عنصر مغناطیسی به صورت سری به مصرف کننده مدار متصل می شود. همچنین جریان عبوری از بار یک بی متال را گرم می کند. با رسیدن گرمای محل اتصال دو فلز به میزان مشخص شده کلید اتوماتیک عمل می کند.

کلیدهای اتوماتیک تریپ آزاد و تریپ غیر آزاد

کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف براساس عملکرد واحد تریپ به دو گروه تقسیم می شوند. بریکر تریپ آزاد حتی اگر مکانیزم کار در موقعیت “روشن” نگه داشته شود، مدار را قطع می کند. بریکر تریپ غیرآزاد را می توان حتی با وجود اضافه بار یا گرمای بیش از حد بازنشانی کرد و یا “روشن” نگه داشت. به عبارت دیگر، با روشن نگه داشتن مکانیسم عملکرد، می توان این بریکر را از مدار خارج کرد.

بریکر های تریپ آزاد در مدارهایی که نمی توانند اضافه بار را تحمل کنند و در مدارهای غیر اضطراری مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله کاربردهای این تجهیزات می توان به مدارهای دقیق یا حساس به جریان، مدارهای روشنایی غیراضطراری و مدارهای تجهیزات غیرضروری اشاره کرد.

بریکر های تریپ غیرآزاد در کنترل عملیات بخش های ضروری مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله کاربردهای مدار تریپ غیر آزاد می توان به روشنایی اضطراری، مدارهای کنترلی و مدارهای تجهیزات اساسی که نباید غیرفعال شوند اشاره کرد.

تعمیر و نگهداری کلید اتوماتیک

همه بریکر هایی که برای استفاده در دسترس ما هستند، نیاز به تعمیر و نگهداری دارند. منظور از عملیات نگهداری، بازرسی دقیق و تمیز کردن دوره ای تجهیزات است. قبل از انجام هرکاری بر روی بریکر های فشار ضعیف دفترچه راهنمای فنی مربوطه را به دقت بررسی کنید. قبل از کار بر روی بریکر برق آن را قطع کنید. بر روی فیوز مربوط به بریکر علامت بزنید تا مطمئن شوید که در حین کار برق آن وصل نمی شود.

وضعیت بریکر را چندین بار به صورت دستی تغییر دهید تا مطمئن شوید که مکانیزم عملکرد به خوبی کار می کند. کنتاکت ها را از نظر ایجاد حفره های ناشی از قوس الکتریکی یا خوردگی بررسی کنید. در صورت وجود حفره، کنتاکت ها را با کاغذ سنباده شماره 00 تمیز کنید. از اتصال مناسب کنتاکت ها در زمان روشن بودن مکانیزم عملیاتی اطمینان حاصل کنید.

اتصالات ترمینال ها را بررسی کنید. همه پایانه ها و سیم کشی ها باید محکم و بدون خوردگی باشند. تمام سخت افزارها را از نظر پوشش و ساییدگی بررسی کنید. کلید اتوماتیک فشار ضعیف را کاملا تمیز کنید. پس از اتمام کار بر روی بریکر، برق را وصل کنید و برچسب را از فیوز بردارید.