به منظور کنترل و حفاظت از مدارهای الکتریکی، کلیدهای اتوماتیک به شکل گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. این کلیدها دارای تنوع زیادی هستند و براساس ولتاژ و جریان یا به عبارتی مشخصات کاری دسته بندی می شوند. در کلیدهای اتوماتیک به منظور تشخیص خطاها و قطع مدار، بخشی به نام تریپ یونیت تعبیه شده است.
تریپ یونیت ها نیز انواع متفاوتی دارند و می توانند خطاهای مختلفی را شناسایی کنند. در این مقاله انواع تریپ یونیت کلید اتوماتیک را از نظر خواهیم گذراند. با من همراه باشید.
کلید اتوماتیک
کلید اتوماتیک یا MCCB مخفف شده عبارت Molded Case Circuit Breaker است. این کلیدها در واقع جایگزینی برای کلید مینیاتوری هستند. از آن جایی که کلیدهای مینیاتوری حداکثر تا جریان های کمتر از 100 آمپر تولید می شوند، در مدارهایی که جریان های بزرگتری دارند نمی توان از آن ها استفاده کرد. در این موارد از کلیدهای اتوماتیک استفاده می شود.
این کلیدها به کمک بخشی حساس به اسم تریپ یونیت ، می تواند وقوع خطاهای مختلف در مدار را تشخیص دهد. از جمله رایج ترین خطاهای مدار الکتریکی می توان به خطای اتصال کوتاه و خطای اضافه جریان حرارتی اشاره کرد.
جزیئیات بیشتر درمورد عملکرد و ساختار داخلی این کلیدها را می توانید در مقاله “ نکات ریزو درشت از کلید اتوماتیک ” ببینید.
تریپ یونیت کلید اتوماتیک
یکی از ماژول های داخلی MCCB تریپ یونیت است. نظارت بر جریان، ولتاژ و سایر پارامترهای مدار الکتریکی از جمله وظایف واحد تریپ است. این بخش از کلید اتوماتیک می تواند خطاهای الکتریکی و یا شرایط غیرعادی را شناسایی و در موارد ضروری مکانیزم قطع مدار را فعال کند. در نتیجه، از مدار و تجهیزات متصل به آن در برابر صدمات ناشی از وقوع خطا محافظت می کند.
تریپ یونیت ها به شکل های مختلف طبقه بندی می شوند. در ساده ترین حالت تریپ یونیت ها را می توان به دو گروه قابل تنظیم و غیر قابل تنظیم یا ثابت تقسیم کرد.
درحالی که نمونه های غیر قابل تنظیم، براساس یک جریان از پیش تعیین شده طراحی می شوند، قابلیت تنظیم جریان عبوری در نمونه های قابل تنظیم وجود دارد. طبقه بندی تریپ یونیت کلید اتوماتیک با توجه به تکنولوژی به کارگرفته شده در ساختار واحد تریپ، یکی دیگر از روش های رایج طبقه بندی آن ها است.
براین اساس دسته بندی های زیر را می توان برای آن ها درنظر گرفت:
واحد تریپ حرارتی مغناطیسی
یکی از رایج ترین انواع تریپ یونیت کلید اتوماتیک، واحد تریپ حرارتی- مغناطیسی است. در این تکنولوژی برای محافظت از مدار در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه از دو عنصر حرارتی و مغناطیسی استفاده می شود.
عنصر حرارتی که از یک تیغه بیمتال تشکیل شده است، نسبت به اضافه جریان طولانی مدت( اضافه جریان حرارتی ) واکنش نشان می دهد. درحالی که عنصر مغناطیسی به جریان های لحظه ای بالا حاصل از وقوع اتصال کوتاه پاسخ می دهد. عنصر مغناطیسی متشکل از یک سیم پیچ و یک هسته مغناطیسی است.
تریپ حرارتی – مغناطیسی با جریان نامی ثابت یا قابل تنظیم عرضه می شود. علاوه بر این زمان پاسخ این کلیدها نیز ثابت است.
تریپ یونیت الکترونیکی
تریپ الکترونیکی با استفاده از قطعات الکترونیکی به کار گرفته شده در آن، قابلیت های حفاظتی دقیق و قابل تنظیم ارائه می کنند. از جمله مزایای این تکنولوژی نسبت به نمونه های حرارتی – مغناطیسی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- دقت بالا
- اندازه گیری پیشرفته
- ثبت شکل موج
- عیب یابی پیشرفته
- رابط های ارتباطی متنوع
- ثبت رویدادها
- گزینه های سفارشی سازی
- قابلیت برنامه ریزی گسترده
واحدهای تریپ الکترونیکی برای ایجاد حفاظت دقیق تر و تنظیم منحنی های تریپ، انعطاف پذیری بیشتری دارند. روش نام گذاری این واحدهای تریپ در برندهای مختلف متفاوت است. به عنوان مثال تریپ یونیت الکترونیکی کلید اتوماتیک زیمنس، ETU نام گذاری شده است. اما کلید اتوماتیک اشنایدر با نام میکرو لاجیک شناخته می شود. در برخی منابع برای این گروه نام تریپ یونیت میکروپروسسوری نیز ذکر شده است.
خطاهای قابل تشخیص توسط تریپ یونیت الکترونیکی
به طورکلی هدف اصلی از به کارگیری بریکرها و عملگرهای حافظتی در سیستم های الکتریکی، شناسایی خطاها و ایزوله کردن بخش های معیوب سیستم است. واحدهای تریپ حرارتی-مغناطیسی تنها می توانند خطای اضافه جریان حرارتی و خطای اتصال کوتاه را شناسایی کنند.
درصورتی که تریپ یونیت های الکترونیکی قابلیت تشخیص خطاهای بیشتری را دارند. این واحدها با استفاده از یک ریزپردازنده سیگنال های مختلف را دریافت و آن ها را پردازش می کنند. به این ترتیب در زمان بروز خطا بریکر را فعال می کنند.
استفاده از پردازنده الکترونیکی موجب شده تا واحدهای تریپ الکترونیکی، قابلیت ارائه معیارهای تریپ بیشتری را داشته باشند. درحالی که تریپ یونیت های الکترومکانیکی فاقد این توانایی اند. تریپ الکترونیکی به کمک پردازش دیجیتال سیگنال ها، عملکرهای حفاظتی زیر را ارائه می دهد:
- محافظت در برابر خطای اضافه بار
- حفاظت از اتصال کوتاه با تاخیر زمانی کوتاه
- محافظت از اتصال کوتاه آنی
- حفاظت در برابر خطای زمین
- محافظت از هادی نول
جدول زیر کلاس بندی این خطاها را نشان می دهد:
مشخصه عملکرد | مفهوم | توضیح |
L | Overload protection | محافظت در برابر خطای اضافه بار |
S | Short-circuit protection (short-time delayed) | حفاظت از اتصال کوتاه با تاخیر زمانی کوتاه |
I | Short-circuit protection (instantaneous) | محافظت از اتصال کوتاه آنی |
N | Neutral conductor protection | محافظت از هادی نول |
G | Ground-fault protection | حفاظت در برابرخطای زمین |
منحنی مشخصه وضعیت های خطای تریپ یونیت کلید اتوماتیک در شکل زیر آمده است:
دسته بندی تریپ یونیت های الکترونیکی بر اساس نوع خطاهایی که می توانند تشخیص دهند انجام می شود. این دسته بندی به واسطه مشخصه عملکرد تریپ یونیت بیان می شود. برای نمونه تریپ یونیت معرفی شده با عنوان LSING می تواند تمام خطاها را شناسایی کند. اما نوع LI همانند تریپ یونیت حرارتی-مغناطیسی کلید اتوماتیک تنها در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه لحظه ای از مدار محافظت می کند.
در ادامه این حالت های خطا را با جزئیات بیشتر برسی می کنیم.
حفاظت از اضافه بار
یکی از رایج ترین خطاهای مدار الکتریکی، خطای اضافه بار است. حرف L نشان دهنده قابلیت شناسایی این خطا در تریپ یونیت های الکترونیکی است. تریپ یونیت کلید اتوماتیک این توانایی را دارد که درصورت وقوع خطای اضافه بار، آن را شناسایی و مدار را قطع کند.
در تریپ یونیت های حرارتی- مغناطیسی تشخیص این خطا توسط تیغه بیمتال انجام می شود. اما در تریپ یونیت های الکترونیکی یک تابع قابل تنظیم (توسط کاربر) با شبیه سازی اثر بیمتال، به شناسایی خطا کمک می کند. بریکر تحت تاثیر نتایج این تابع نسبت به شرایط اضافه بار پاسخ می دهد.
در حقیقت این تابع مشخص می کند که کلید اتوماتیک چه مقدار جریان را به صورت مداوم انتقال می دهد. جریان نامی عبوری از کلید اتوماتیک توسط کاربر تعیین می شود. تریپ یونیت عموما در جریانی معادل 075/1 برابر جریان تنظیم شده تریپ می کند.
حفاظت از اتصال کوتاه تاخیری
برای نشان دادن این قابلیت از حرف مشخصه S استفاده می کنند. این عملکرد حفاظتی به بهبود هماهنگی سیتم مورد استفاده کمک می کند. تریپ یونیتی که دارای این قابلیت است امکان قطع مدار توسط قطع کننده سطح پایین تر را فراهم می کند.
با وجود این قابلیت، تنها بخش معیوب سیستم در زمان بروز خطا غیرفعال می شود و سایر بخش های سیستم می توانند به فعالیت خود ادامه دهند. تنظیم عملکرهای حفاظتی سری (پشت سرهم) از نظر زمان، از دیگر مزیت های این قابلیت به شمار می رود.
با این وجود ایجاد استرس مکانیکی و حرارتی غیر ضروری روی تجهیزات الکتریکی از معایب این قابلیت است. به حداقل رساندن زمان تاخیر و بررسی دقیق رتبه بندی جریان تجهیزات، هنگام استفاده از این عملکرد مهم و ضروری است.
حفاظت از اتصال کوتاه آنی
حرف مشخصه I نشان دهنده ارائه این عملکرد توسط تریپ یونیت کلید اتوماتیک است. جریان اتصال کوتاه، متناسب با کاربرد می تواند ثابت یا قابل تنظیم باشد. عملکرد این بخش از تریپ یونیت به گونه ای است که می تواند مدار را بدون تاخیر زمانی خاموش کند و از نظر کارکرد، مشابه تریپ یونیت مغناطیسی کلید اتوماتیک عمل می کند.
اگر حفاظت اتصال کوتاه آنی و تاخیری به صورت همزمان در تریپ یونیت وجود داشته باشد، در صورتی که زمان اتصال کوتاه آنی کمتر یا برابر با اتصال کوتاه تاخیری تنظیم شود، حق تقدم با اتصال کوتاه آنی است.
حفاظت از هادی نول
از دیگر قابلیت های تریپ یونیت الکترونیکی، می توان به حفاظت از هادی خنثی در برابر اتصال کوتاه و جریان اضافه اشاره کرد. این قابلیت با حرف N روی تریپ یونیت کلید اتوماتیک نشان داده می شود. دلایل مختلفی می تواند در وقوع خطای نول دخالت داشته باشد. مانند:
- نوع سیستم ارتینگ
- جریان های هارمونیک در هادی خنثی
- اندازه نامناسب هادی خنثی
برخی از MCCB ها قابلیت حفاظت از هادی نول در برابر عبور 50% یا 100% جریان انتخابی را دارند. یعنی آستانه حفاظت سیم نول 50% یا 100% آستانه حفاظت فاز است.
حفاظت در برابر خطای زمین
برای نشان دادن این قابلیت در مشخصات تریپ یونیت، از حرف G استفاده می شود. خطای اتصال زمین در واقع زمانی رخ می دهد که بین هادی برق و زمین، یا قاب تجهیزات و زمین اتصالی ناخواسته به وجود آید. در این حالت جریان الکتریسیته مدار را دور می زند و مسیری ناخواسته به سمت زمین طی می کند.
آسیب دیدن سیم ها، سیم کشی معیوب، خرابی عایق یا فرسوده شدن عایق سیم ها، از مهم ترین دلایل وقوع این خطا محسوب می شوند. خطای زمین می تواند منجر به بروز مشکلات عمده ای از جمله توقف فرآیند تولید، خرابی، افزایش هزینه های تعمیر و ایجاد خطر آتش سوزی در محیط های صنعتی شود. استفاده از دستگاه هایی که می تواند قبل از بروز صدمات، جریان های خطای زمین را حس کرده و مدار را قطع کنند، بسیار ضرورت دارد.
جمع بندی
تریپ یونیت کلید اتوماتیک، در میزان حفاظت از مدار نقش بسزایی دارد. این تریپ یونیت ها دارای انواع مختلفی هستند و به اشکال متفاوتی طبقه بندی می شوند. در یک نوع از طبقه بندی ها تریپ یونیت ها به دو گروه الکترونیکی و حرارتی-مغناطیسی تقسیم می شوند.
تریپ یونیت های الکترونیکی قابلیت شناسایی خطاهای بیشتری را دارند. هم چنین براساس نوع خطای تشخیصی توسط تریپ یونیت ها، مشخصه تریپ آن ها متفاوت است.