کلید اتوماتیک چیست؟ – راهنمای کاربرد و عملکرد

کلید اتوماتیک (MCCB) یکی از تجهیزات حفاظت الکتریکی است که به طور گسترده در سیستم های توزیع برق ولتاژ پایین استفاده می شوند. این کلیدها به منظور حفاظت مدارهای الکتریکی در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه و … مورد استفاده قرار می گیرند. MCCB ها در طیف وسیعی از ولتاژها و فرکانس ها با مشخصات تریپ قابل تنظیم استفاده می شوند. در این مقاله نگاهی دقیق تر به MCCB ها، ویژگی ها و مزایای آنها خواهیم داشت.

کلید اتوماتیک چیست؟

این کلیدها به منظور حفاظت از مدار الکتریکی در برابر آسیب های احتمالی ناشی از حوادث نامطلوب مانند اتصال کوتاه، خطاهای زمین و اضافه بار طراحی شده اند. MCCB در مقایسه با دیگر بریکرها ظرفیت شکست بالاتری دارد. وظیفه اصلی این تجهیزات محافظت از سیستم سوئیچینگ، ترانسفورماتور و سایر دستگاه های الکتریکی است.

برای آشنایی بیشتر درباره نحوه محافظت مقاله “حفاظت از مدار با کلید اتوماتیک زیمنس” را مطالعه نمایید

این کلید یک نسخه پیشرفته از کلید مینیاتوری MCB است که عملکردی مشابه آن دارد. با این حال، ویژگی‌های اضافی دارد که آن را به یک بریکر برتر تبدیل می‌کند. از جمله قابلیت های اضافی این کلیدها می توان به کنترل از راه دور و مشخصات تریپ قابل تنظیم اشاره کرد.

ساختار کلید اتوماتیک

کلید اتوماتیک به منظور عملکرد مورد انتظار خود، ساختار نسبتا پیچیده ای دارد. شکل زیر بخش های مختلف یک کلید اتوماتیک را نشان می دهد. مطابق شکل یک MCCB از قسمت های اصلی زیر ساخته شده است:

• قاب محافظ

این قاب محافظ از جنس پلاستیک یا باکلیت ساخته می شود. محافظت از بخش های الکتریکی در برابر اتصالی و همچنین جلوگیری از ورود گرد و غبار و … به داخل مکانیزم ها از جمله کاربردهای این بخش از کلید اتوماتیک است.

• مکانیزم جرقه گیر

در زمان تغییر وضعیت کنتاکت ها از بسته به باز، به دلیل تغییر مسیر جریان شاهد ایجاد جرقه های بزرگ هستیم. این جرقه ها می تواند به کنتاکت ها و سایر بخش ها آسیب برساند. با استفاده از مکانیزم جرقه گیر، این حالت ناخواسته کنترل می شود.

• مکانیزم کنترل دستی و اهرم تغییر وضعیت

کلیدهای اتوماتیک به صورت دستی نیز قابل کنترل هستند. از جمله کاربردهای مکانیزم کنترل دستی، قطع مدار در مواقع انجام عملیات تعمیر و نگهداری است. همچنین این مکانیزم قابلیت قفل شدن دارد که ایمنی در زمان تعمیر و نگهداری را ارتقا می دهد. تغییر وضعیت دستی توسط اهرم تغییر وضعیت انجام می شود.

• واحد رله حرارتی (یا الکترونیکی)

این بخش وظیفه تشخیص اضافه بار را بر عهده دارد.

• ترمینال ها

ترمینال های ورودی و خروجی به منظور اتصال منبع تغذیه و بار به کلید اتوماتیک تعبیه شده اند.

• مکانیزم تشخیص اتصال کوتاه

این بخش از کلید اتوماتیک وظیفه تشخیص اتصال کوتاه را بر عهده دارد.

• کنتاکت ها

کنتاکت ها مسیر عبور جریان بار هستند. کلید اتوماتیک دارای یک کنتاکت ثابت و یک کنتاکت متحرک است. تغییر وضعیت دستی و یا عملکرد قطع شدن کلید، سبب جابجایی کنتاکت متحرک و قطع و وصل اتصال کنتاکت ها می شود.

واحد تریپ و مکانیسم حفاظت

MCCB مجهز به یک تریپ یونیت است که وظیفه تشخیص شرایط غیرعادی و قطع مدار را بر عهده دارد. واحد تریپ از اجزای مختلفی شامل سنسورهای جریان، عناصر الکترومکانیکی یا الکترونیکی و مدارهای نظارت بر عبور جریان تشکیل شده است. هنگامی که جریان از آستانه از پیش تعیین شده فراتر می رود، واحد تریپ مکانیزم باز شدن MCCB را فعال و مدار را قطع می کند.  تریپ یونیت ها در دو گروه کلی حرارتی مغناطیسی و الکترونیکی قابل دسته بندی هستند.

جزئیات کامل تر در مورد عملکرد و کارایی واحدهای تریپ را در

مقاله “تریپ یونیت کلید اتوماتیک” می توانید مطالعه کنید.

بسته به کاربرد و حفاظت مورد نیاز، MCCB از یک یا ترکیبی از عناصر تریپ مختلف استفاده می کند. تریپ یونیت ها قادرند وقوع هر یک از خطاهای زیر در مدار را تشخیص داده و مدار را قطع کنند. این خطاها عبارتند از:

• اضافه بارهای حرارتی
• اتصالات کوتاه
• خطای زمین

هر یک از این خطاها به روش متفاوتی تشخیص داده می شوند و عملکرد متفاوتی را به دنبال دارند. در زیر به تشریح عملکرد کلید در هریک از حالت های خطا می پردازیم.

اضافه بار حرارتی

در شرایط اضافه بار، افزایش دما بین عایق و هادی اتفاق می افتد. اگر این افزایش دما کنترل نشود، عمر عایق به شدت کاهش می یابد و در نهایت منجر به وقوع اتصال کوتاه می شود. میزان گرما تابعی از جریان، مقاومت هادی و مدت زمان عبور جریان است. با کنترل جریان و زمان، می توان تا حدودی شرایط اضافه بار را پیش بینی و تشخیص داد.

کنترل اضافه بار حرارتی

مکانیزم کنترل اضافه بار از یک بیمتال استفاده می کند که با عبور جریان بار گرم می شود. بیمتال در واقع دو نوار فلزی به هم چسبیده است که ضریب انبساط متفاوتی دارند. بیمتال ها در کارخانه کالیبره می شوند و قابل تنظیم نیستند. گرما باعث خم شدن بی متال می شود. بخشی از بیمتال که سرعت انبساط بیشتری دارد در قسمت بیرونی منحنی قرار دارد. با عبور بیشتر جریان و افزایش دمای بی متال، خمیدگی تیغه بیشتر شده و سبب جدا شدن تیغه متحرک از تیغه ثابت می شود.

وضعیت اتصال کوتاه

در صورت وقوع اتصال کوتاه در مدار، جریان بسیار زیادی در مدار جاری می شود. این حالت ممکن است در اثر از بین رفتن عایق ها به دلیل تمام شدن عمر مفید یا اتصال اتفاقی سیم ها به یکدیگر اتفاق بیافتد. بزرگی این جریان تنها با قابلیت های سیستم توزیع محدود می شود. به منظور پیشگیری از آسیب های جدی مدار و تجهیزات، توقف سریع این جریان ضروری است.

حفاظت مدار از اتصال کوتاه

برای تشخیص اتصال کوتاه از یک آهنربای الکتریکی استفاده می شود. این آهنربا سیم پیچی دارد که به صورت سری با جریان بار قرار دارد. زمانی که اتصال کوتاه رخ می دهد، افزایش جریان عبوری از سیم پیچ قدرت میدان مغناطیسی آهنربای الکتریکی را به سرعت افزایش می دهد. با افزایش خاصیت آهنربایی آرمیچر جذب شده و کنتاکت متحرک را جابجا می کند. این فرآیند با سرعت زیادی انجام می شود. تنها عامل تأخیر زمانی، مدت زمانی است که برای باز شدن و خاموش کردن جرقه توسط کنتاکت ها لازم است. این زمان معمولا کمتر از یک سیکل است.

وضعیت خطای زمین

خطای زمین در واقع نوعی اتصال کوتاه است که در صورت اتصال فاز به زمین رخ می دهد. این وضعیت احتمالاً رایج ترین نوع خطا در سیستم های ولتاژ پایین (600 ولت یا کمتر) است. معمولاً جریان ایجاد شده در این حالت به اندازه کافی بزرگ نیستند که توسط دستگاه محافظ استاندارد MCCB شناسایی شوند. اما، اگر شناسایی نشوند، می توانند به اندازه کافی افزایش پیدا کنند تا دستگاه محافظ استاندارد را خاموش کند. اما این افزایش جریان با تاخیر اتفاق می افتد و زمانی کلید آن را تشخیص می دهد که تجهیزات آسیب دیده اند. نمونه ای از وقوع این وضعیت، موتورهای دارای نقص عایق داخلی هستند. این وضعیت باید قبل از آسیب عمده به موتور شناسایی و مدیریت شود. قبل از معرفی کلید اتوماتیک الکترونیکی، از دستگاه های جداگانه ای برای حفاظت از خطای زمین استفاده می شد. در کلیدهای الکترونیکی مدرن امروزی، حفاظت از خطای زمین به بخش جدایی ناپذیر واحد تریپ تبدیل شده است.

تریپ الکترونیکی و کنترل خطای زمین

واحدهای تریپ الکترونیکی معمولاً از یک ترانسفورماتور جریان (CT) برای هر فاز، یک برد الکترونیک و یک تریپ شنت تشکیل شده‌اند. CT ها جریان را کنترل می کنند و آن را برای ورود مستقیم به برد الکترونیکی کاهش می دهند. برد الکترونیکی اطلاعات جریان جاری را تفسیر و بر اساس پارامترهای از پیش تعیین شده تصمیمات مربوط به تریپ را اتخاذ می کند. برد الکترونیکی به واحد تریپ شنت می گوید که مدار را قطع کند.

ویژگی های  MCCB

کلیدهای اتوماتیک چند ویژگی کلیدی دارد که آن ها را برای استفاده در سیستم های توزیع برق محبوب کرده است. برخی از این ویژگی ها عبارتند از:

مکانیزم تریپ

 کلید اتوماتیک مجهز به مکانیزم تریپ است. این مکانیزم کلید را قادر می سازد که بارهای اضافه، اتصال کوتاه و خطاهای زمین را شناسایی کرده و به آنها پاسخ دهد. در صورت بروز هر یک از این خطاها، مکانیسم Trip مدار را باز و مسیر جریان را قطع می کند.

مشخصات تریپ قابل تنظیم

مشخصات تریپ در این کلیدها قابل تنظیم است. این قابلیت به کاربر اجازه می دهد سطح جریانی که در آن مدار باید قطع شود را تنظیم کند. این ویژگی سبب می شود کاربر بتواند از کلیدهای اتوماتیک در مدارات مختلف و با سطوح جریانی متفاوت استفاده کند.

حفاظت حرارتی و مغناطیسی

 کلید اتوماتیک به هر دو مکانیزم حفاظت حرارتی و مغناطیسی مجهز است. مکانیزم حرارتی به منظور حفاظت در برابر اضافه بار در نظر گرفته شده است. این بخش از یک بیمتال تشکیل شده است که در اثر گرم شدن خمیده شده و وضعیت کنتاکت را تغییر می دهد. مشابه این عملکرد را در کلید حرارتی زیمنس شاهد هستیم. مکانیزم حفاظت مغناطیسی به منظور تشخیص اتصال کوتاه در نظر گرفته شده است. عبور جریان اتصال کوتاه از سیم پیچ سبب ایجاد خاصیت آهنربایی و در نهایت تغییر وضعیت کنتاکت ها می شود.

برای اطلاعات بیشتر درباره تفاوت کلید حرارتی  و کلید اتوماتیک  این مقاله را مطالعه کنید.

قابلیتLockout

MCCB ها دارای یک وضعیت قفل هستند که از روشن شدن کلید جلوگیری می کند. در واقع این ویژگی یک ایمنی اضافی برای کلید اتوماتیک ایجاد می کند. این ویژگی تضمین می کند که در حین انجام تعمیرات، برق مدار وصل نمی شود.

مزایای  استفاده از کلید اتوماتیک

همانطور که اشاره شد، کلیدهای اتوماتیک به صورت گسترده در سیستم های توزیع برق مورد استفاده قرار می گیرند. دلیل تمایل طراحان به استفاده از این کلیدها، مزایای متعددی است که نسبت به سایر تجهیزات حفاظتی دارند. از جمله مهمترین مزایای این کلیدها می توان به موارد زیر اشاره کرد: حفاظت بیشتر: کلیدهای اتوماتیک محافظت قابل اعتمادی در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه و خطاهای زمین ارائه می دهند. این کلیدها به جلوگیری از آسیب تجهیزات و کاهش خطر آتش سوزی الکتریکی کمک می کنند. انعطاف پذیری: MCCB برای استفاده در بخش های مختلف، از پنل های کنترل کوچک تا تاسیسات صنعتی بزرگ، طراحی شده است. انعطاف پذیری در نصب و استفاده از جمله مزایای این کلیدهاست. مقرون به صرفه: کلیدهای اتوماتیک یک راه حل مقرون به صرفه در مدیریت توزیع برق و حفاظت از تجهیزات هستند. این کلیدها مقرون به صرفه تر از فیوز و در صورت لزوم به راحتی قابل تعویض هستند. استفاده آسان: استفاده از MCCBها آسان است و پس از بروز خطا به سرعت بازنشانی می شوند. این قابلیت باعث کاهش زمان توقف و افزایش بهره وری می شود.

کاربردهای متداول MCCB

کلید اتوماتیک یک قطع کننده همه کاره است که برای محافظت از تجهیزات الکتریکی در برابر جریان اضافه، حفاظت پشتیبان و کاهش بار استفاده می شوند. این کلیدها اجزای ضروری سیستم های توزیع برق در تاسیسات صنعتی، تجاری و مسکونی بزرگ هستند. از جمله کاربردهای رایج این کلیدها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

حفاظت از تجهیزات الکتریکی

 کلید اتوماتیک برای محافظت از تجهیزات الکتریکی مانند موتورها، ترانسفورماتورها، ژنراتورها و سایر دستگاه ها در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه 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.

حفاظت در برابر جریان بیش از حد

اصولا MCCB ها برای محافظت از مدار در برابر افزایش جریان عبوری طراحی شده اند. افزایش جریان ممکن است به دلیل خرابی تجهیزات، اتصال کوتاه یا اضافه بار رخ دهد. عموما در تابلوهای توزیع برق به منظور محافظت از مدارها و تجهیزات در برابر آسیب ناشی از جریان اضافه، از این کلیدها استفاده می شود.

کنترل انتخابی

کلیدهای اتوماتیک را می توان در برنامه هایی که نیاز به کنترل انتخابی دارند مورد استفاده قرار داد. در این شرایط قطع کننده مدار باید بتواند عیب را در بخش خاصی از سیستم تشخیص داده و بدون خاموش کردن کل سیستم، بخش معیوب را از مدار جدا کند. در پروژه هایی که زمان خرابی باید به حداقل برسد و قابلیت اطمینان سیستم در درجه اول اهمیت قرار دارد، کنترل انتخابی ضروری است.

حفاظت پشتیبان

کلید اتوماتیک را می توان به عنوان حفاظت پشتیبان برای انواع دیگر وسایل حفاظتی مانند فیوزها و قطع کننده های مدار استفاده کرد. این کلیدها یک لایه حفاظت اضافی در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه ایجاد می کنند.

کاهش بار

MCCB را می توان برای کاهش بار استفاده کرد. در این فرآیند به منظور کاهش بار کلی در یک سیستم، بارهای غیر بحرانی را قطع می کنند. این کار به جلوگیری از خاموشی و خاموش بودن تجهیزات در زمان لازم کمک می کند.

جمع بندی

کلید اتوماتیک از جمله تجهیزات حفاظتی مورد استفاده در مدارهای الکتریکی است. این کلیدها قادرند مدار را در برابر اضافه بار حرارتی، اتصال کوتاه و خطای اتصال زمین ایمن کنند. این کلیدها به نسبت کلید مینیاتوری سرعت عمل بالاتری دارند و بازه جریان بزرگتری را پوشش می دهند. همچنین مزایا و ویژگی هایی دارند که انتخاب آن ها برای استفاده در مدار را تسهیل می کند.