کلیدهای اتوماتیک یا MCCB ها، از تجهیزات مهم حفاظت الکتریکی به شمار می روند. این کلیدها در سیستم های توزیع برق ولتاژ پایین، بسیارکاربردی هستند. هدف از به کارگیری آن ها در مدارهای الکتریکی، محافظت در مقابل اضافه بار، اتصال کوتاه و … می باشد.
کلید اتوماتیک با مشخصه های تریپ قابل تنظیم در ولتاژها و فرکانس های مختلف استفاده می شود. در ادامه مقاله به برسی دقیق تر MCCB ها ، مزیت ها و مشخصات آن ها خواهیم پرداخت.
کلید اتوماتیک چیست؟
ممکن است در زمان اتصال مدارهای الکتریکی؛ اتفاقات نامطلوبی مانند اتصال کوتاه و یا خطاهای زمین و اضافه بار، رخ دهد. برای حفاظت در برابر صدمات ناشی از این حوادث، MCCB ها طراحی شده اند. محافظت از دستگاه های الکتریکی، سیستم های سوئیچینگ و ترانسفورماتورها وظیفه اصلی این کلید است.
MCCB ظرفیت شکست بیشتری نسبت به سایر بریکرها دارد. در واقع این کلید نسخه توسعه یافته کلید مینیاتوری است؛ که از نظر عملکرد نیز مشابه یکدیگرند. اما خصوصیات اضافه شده به MCCB ها، آن ها را به یک بریکر برتر تبدیل کرده است.
امکان کنترل از راه دور و مشخصات تریپ قابل تنظیم، از مهم ترین قابلیت های اضافه شده به این کلیدها است.
جهت کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با تفاوت کلید اتوماتیک و کلید مینیاتوری می توانید به مقاله “6 تفاوت کلید مینیاتوری و کلید اتوماتیک” مراجعه نمایید.
ساختار کلید اتوماتیک
برای اینکه یک کلید اتوماتیک بتواند بهترین کارایی را داشته باشد، ساختمان نسبتا پیچیده ای دارد. در شکل زیر قسمت های مختلف یک کلید اتوماتیک نشان داده شده است.
همان طور که در شکل مشاهده می کنید، یک کلید MCCB از بخش های مهم زیر تشکیل شده است:
تیغه ها
عبور جریان بار از طریق تیغه ها انجام می شود. کلید حرارتی دو تیغه ثابت و متحرک دارد. تغییر حالت به شکل دستی و یا قطع شدن کلید، باعث جابه جایی تیغه متحرک و در نتیجه قطع اتصال بین تیغه ها می شود. در کلید های محافظ وضعیت نرمال کلید ها بسته است با تشخیص بروز خطا و وارد عمل شدن کلید وضعیت کلید ها تغییر کرده و به حالت باز در می آید.
مکانیزم محافظ اتصال کوتاه
وظیفه این قسمت از کلید حرارتی، تشخیص وقوع اتصال کوتاه در مدار است. اگر اتصال کوتاه رخ بدهد جریانی چندین برابر حالت نرمال از مدار عبور می کند که ممکن است به مدار آسیب جدی رسیده و یا منجر به آتش سوزی شود. سرعت عکس العمل در تشخیص خطای اتصال کوتاه اهمیت زیادی دارد.
مکانیزم محافظ اتصال کوتاه در یونیت های مغناطیسی یک سیم پیچ است که در جریان های ناگهانی و بالا خاصیت مغناطیسی پیدا می کند و باعث قطع مسیر جریان می شود. واحد حفاظت اتصال کوتاه می تواند رنج جریان ثابت و یا متغییری داشته باشد.
جهت کسب اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله “همه چیز درباره کلید اتوماتیک ثابت” مراجعه نمایید.
ترمینال ها
با هدف وصل کردن منبع تغذیه و بار به کلید اتوماتیک، ترمینال های ورودی و خروجی در آن تعبیه شده است.
یکی از موضوعاتی که در رابطه با ترمینال ها اهمیت دارد مکم بودن کابل و سیم ها در زیر پیچ های ترمینال است. شل بودن سیم ها باعث بروز خطای اتصال کوتاه و یا ایجاد جرقه می شود.
واحد حفاظت حرارتی( یا الکترونیکی )
وظیفه تشخیص اضافه بار به عهده واحد حفاظت حرارتی است. مکانیزم واحد حرارتی در کلیدهای غیر الکترونیکی ، بر اساس استفاده از بیمتال است. بیمتال دو فلز غیر همجنس است که بر روی آن عایق کشیده شده و بر روی هم پرچ و یا جوش داده شده است. جریان خط از این دو فلز عبور داده می شود. چنانچه جریان از مقدار نامی بیشتر باشد بیمتال انحراف پیدا می کند. دلیل این امر اختلاف ضریب انبساط دو فلز است.
واحد حفاظت حرارتی می تواند بر روی یک رنج جریان ثابت باشد و یا امکان تنظیم بر روی جریان های مختلف را داشته باشد. اما غالبا واحد حفاظت حرارتی قابل تنظیم است.
در مقاله “آشنایی با انواع کلید اتوماتیک” به جزئیات بیشتری در این رابطه پرداخته ایم.
مکانیزم اهرم تغییر وضعیت و کنترل دستی
قابلیت کنترل دستی؛ یکی دیگر از ویژگی های کلیدهای اتوماتیک است. به کمک این مکانیزم در زمان انجام عملیات تعمیر و نگهداری، می توان مدار را قطع کرد. همچنین توانایی قفل شدن این مکانیزم در زمان تعمیر و نگهداری ، باعث افزایش ایمنی می شود. تغییر وضعیت به صورت دستی، به وسیله اهرم تغییر وضعیت انجام می شود.
مکانیزم کنترل جرقه
هنگامی که تیغه ها از حالت بسته به باز تغییر وضعیت می دهند؛ به دلیل تغییر ناگهانی مسیر جریان جرقه بزرگی ایجاد می شود. آسیب تیغه ها و سایر بخش ها از جمله صدمات ناشی از این جرقه هاست. اما به وسیله مکانیزم کنترل جرقه، این حالت نامطلوب کنترل می شود.
قاب محافظ
برای حفاظت از بخش های الکتریکی کلید در برابر اتصال و ممانعت از ورورد گرد و غبارو…. به داخل مکانیزم ها، از قاب محافظ استفاده می شود. جنس این قاب از پلاستیک و یا باکلیت می باشد.
واحد تریپ و مکانیزم حفاظت
MCCB به یک تریپ یونیت تجهیز شده است که کار آن شناسایی شرایط غیر طبیعی و قطع کردن مدار است. زمانی که مقدار جریان از حد مجاز بیشتر شود؛ واحدتریپ؛ با فعال کردن مکانیزم باز شدن MCCB ، مدار را قطع می کند.
واحد تریپ از بخش های گوناگونی مانند عناصر الکترو مکانیکی یا الکترونیکی، سنسورهای جریان و مدارهای نظارت بر عبور جریان تشکیل شده است. طبقه بندی تریپ یونیت ها در دو گروه کلی الکترونیکی و حرارتی مغناطیسی انجام می شود.
MCCB با در نظر گرفتن نوع کاربرد و حفاظت مورد نیاز، ممکن است از یک عنصر یا ترکیبی از عناصر مختلف استفاده کند. تریپ یونیت ها قدرت تشخیص خطاهای مختلفی را دارند و در هنگام وقوع آن ها می توانند مدار را قطع کنند.
- اضافه بار حرارتی
- اتصال کوتاه
- خطای زمین
از آن جایی که روش تشخیص هرخطا به شکل متفاوتی انجام می شود، عملکرد متفاوتی را نیز به دنبال خواهد داشت. در ادامه به برسی عملکرد کلید در هر یک از حالت های خطا می پردازیم.
کلید اتوماتیک و اضافه بار حرارتی
وقوع اضافه بار در مدار دمای بین عایق و هادی را افزایش می دهد. عدم کنترل این افزایش دما، باعث کاهش بیش از اندازه عمر عایق و وقوع اتصال کوتاه می شود. میزان گرما به مقاومت هادی، بزرگی جریان و مدت زمان عبور جریان بستگی دارد.
اگر زمان و جریان عبوری از کلید کنترل شوند، شرایط اضافه بار تا حدودی قابل تشخیص و پیش بینی خواهد بود.
کنترل بار اضافه، توسط یک نوار بیمتال انجام می شود که عبور جریان بار آن را گرم می کند. بیمتال از دو فلز با ضریب انبساط متفاوت ساخته شده است. این تیغه قابل تنظیم شدن نیست و تنها درکارخانه می توان آن را کالیبره کرد.
گرمای ایجاد شده در اثر عبور جریان اضافی باعث خمیدگی بیمتال می شود. قسمتی از بیمتال را که با سرعت بیشتری انبساط پیدا می کند، در قسمت بیرونی قرار می دهند. با افزایش عبور جریان، دمای بیمتال نیز افزایش یافته و باعث خم شدن تیغه می شود. حاصل این اتفاق، جداشدن تیغه متحرک و ثابت از یکدیگر است.
تشخیص اتصال کوتاه
اگر اتصال کوتاه در مدار اتفاق بیفتد، افزایش جریان زیادی را مشاهده خواهیم کرد. معیوب بودن تیغه ها به دلیل تمام شدن عمر مفید و یا اتصال ناخواسته سیم ها به یکدیگر، می تواند از دلایل ایجاد این وضعیت باشد. این جریان بزرگ را فقط به کمک سیستم توزیع می توان کاهش داد. برای جلو گیری از وارد شدن صدمات جدی به مدار و تجهیزات، متوقف کردن سریع این جریان ضرورت دارد.
کلید اتواتیک با استفاده از یک آهرنبای الکتریکی وقوع اتصال کوتاه را تشخیص می دهد. این آهنربا از یک سیم پیچ تشکیل شده است که به صورت سری در مسیر جریان بار قرار دارد. در زمان وقوع اتصال کوتاه، به دلیل افزایش جریان عبوری، قدرت میدان مغناطیسی سیم پیچ به سرعت افزایش می یابد.
افزایش خاصیت آهنربایی حاصل از این اتفاق، سبب جذب شدن هسته سیم پیچ و در نهایت جابه جایی تیغه متحرک می شود. این کار با سرعت بالایی رخ می دهد؛ مدت زمانی که صرف باز شدن تیغه ها و خاموش کردن جرقه الکتریکی می شود، تنها تاخیر زمانی به وجود آمده خواهد بود. زمان این تاخیر معمولا کمتر از یک سیکل است.
تشخیص خطای زمین
این خطا از رایج ترین خطاها در سیستم های ولتاژ پایین (600 ولت یا کمتر) به شمار می رود. خطای زمین زمانی اتفاق می افتد که اتصالی بین فاز و زمین رخ دهد. این وضعیت در واقع نوعی اتصال کوتاه محسوب می شود. معمولا جریانی که در اثر این اتصال ایجاد می شود به اندازه کافی بزرگ نیست تا کلید اتوماتیک استاندارد آن را شناسایی کند.
درصورت عدم شناسایی خطای زمین، جریان به اندازه ای افزایش می یابد که mccb را خاموش می کند. چون این افزایش جریان با تاخیر اتفاق می افتد؛ زمانی که کلید آن را شناسایی می کند، ممکن است تجهیزات آسیب دیده باشند. از مواردی که وقوع این وضعیت در آن ها مشاهده می شود، می توان به موتورهایی که دچار نقص عایق داخلی شده اند اشاره کرد.
شناسایی و مدیریت این شرایط قبل از اینکه به موتور آسیب جدی وارد شود، الزامی است. پیش از معرفی کلیدهای اتوماتیک با تریپ یونیت الکترونیکی، به منظور محافظت از خطای زمین از تجهیزات جداگانه ای استفاده می شد. اما در کلیدهای مدرن الکترونیکی، این کار توسط واحد تریپ انجام می شود.
تریپ الکترونیکی و کنترل خطای زمین
اجزای تشکیل دهنده واحدهای تریپ الکترونیکی معمولا شامل یک برد الکترونیک، یک تریپ شنت و یک ترانسفور ماتور جریان (CT) برای هرفاز می شود. وظیفه CT کنترل جریان و کاهش آن برای ورود مستقیم به برد الکترونیکی است.
براساس مشخصه های از پیش تعیین شده و با توجه به تفسیر داده های جریان جاری به وسیله برد الکترونیکی، تصمیمات مرتبط با تریپ توسط آن اتخاذ می شود. و در آخر با دستور برد الکترونیکی به واحد تریپ شنت، مدار قطع می گردد.
ویژگی های MCCB
حفاظت از مدار یک الزام غیر قابل انکار است. برای این منظور انواع مختلفی از تجهیزات حفاظتی از جمله بریکرها به بازار عرضه شده اند. کلید اتوماتیک در مقایسه با سایر بریکرها از جمله کلید مینیاتوری و کلید حرارتی کاربردهای بیشتری دارد. قابلیت ها و ویژگی های منحصر به فرد این کلیدها سبب گسترش استفاده از آن ها در کاربردهای مختلف شده است. از جمله مهمترین دلایل استفاده از این کلیدها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
تنوع خطای قابل تشخیص
کلیدهای اتوماتیک، به کمک واحد تریپ بروز خطا در مدار را تشخیص می دهد. تریپ یونیت ها انواع مختلفی دارند و نوع خطاهای قابل تشخیص توسط آن ها نیز متفاوت است. رایج ترین نمونه های تریپ یونیت، ار نوع حرارتی – مغناطیسی و الکترونیکی هستند. تریپ یونیت الکترونیکی قادر است انواع مختلفی از خطا را شناسایی کند که عبارتند از:
- خطای اتصال کوتاه
- اضافه بار
- خطای زمین
- خطای هادی نول
جزئیات بیشتر در مورد تشخیص خطا را در مقاله آشنایی با تریپ یونیت کلید اتوماتیک ببینید.
مشخصات تریپ قابل تنظیم
عملکرد حفاظتی بریکرها بر تشخیص خطا استوار است. در واقع زمانی کلید تریپ می کند که جریان عبوری از مدار (و کلید) از جریان نامی تعیین شده برای تریپ یونیت کلید بیشتر باشد. کلیدهای اتوماتیک در دو نوع کلید اتوماتیک ثابت و قابل تنظیم عرضه می شوند. نمونه های قابل تنظیم این کلید امکان تعیین آستانه جریان خطا را برای کاربر فراهم می کنند.
مزایای استفاده از کلید اتوماتیک
به سبب مزیت های بسیار کلیدهای اتوماتیک در مقایسه با سایر تجهیزات حفاظتی، در سیستم های توزیع برق به طور گسترده از این کلیدها استفاده می شود. از جمله مزایای مهم این کلیدها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
مقرون به صرفه
به منظور کنترل توزیع برق و محافظت از تجهیزات، کلیدهای اتوماتیک یک راه حل مقرون به صرفه محسوب می شوند. این کلید در مقایسه با فیوز مقرون به صرفه تر است و به راحتی میتوان آن را تعویض کرد.
استفاده آسان
استفاده آسان از MCCB ها از دیگر مزایای مهم آن ها به شمار می رود. در صورت بروز خطا، قابلیت باز نشانی سریع را دارند. این ویژگی سبب کاهش زمان توقف و افزایش راندمان سیستم می شود.
حفاظت بیشتر
کلیدهای اتوماتیک می توانند در مقابل اضافه بار، خطای زمین و اتصال کوتاه حفاظت قابل اطمینانی ارائه کنند. هم چنین این کلیدها می توانند از وقوع آتش سوزی الکتریکی و صدمه به تجهیزات جلوگیری کنند.
انعطاف پذیری
از جمله مزایای MCCB انعطاف پذیر بودن آن برای نصب و استفاده در بخش های مختلف است. این کلید از پنل های کنترلی کوچک تا تاسیسات صنعتی بزرگ را محافظت می کند.
کاربردهای متداول MCCB
برای سیستم های توزیع برق در تاسیسات صنعتی، تجاری و مسکونی بزرگ، MCCB یک بخش ضروری محسوب می شود. در واقع کلید اتوماتیک یک قطع کننده همه کاره است که برای حفاظت پشتیبان ، کاهش بار و جلوگیری از آسیب تجهیزات الکتریکی در برابر جریان اضافه مورد استفاده قرار می گیرد.
رایج ترین کاربردهای کلید اتوماتیک عبارتند از:
حفاظت از تجهیزات الکتریکی
از MCCB ها برای حفاظت تجهیزات الکتریکی مانند ترانسفورماتورها، ژنراتورها، موتورها و سایر دستگاه ها در برابر اتصال کوتاه و بار اضافه استفاده می کنند. هم چنین در سیستم های توزیع برق؛ به منظور عایق کردن تجهیزات آسیب دیده و پیشگیری از آسیب دیگر بخش های سیستم، می توان از این کلیدها استفاده کرد.
حفاظت در برابر جریان بیش از حد
هدف از طراحی MCCB ها؛ محافظت از مدار در زمان افزایش جریان عبوری بوده است. این افزایش جریان می تواند به دلیل اتصال کوتاه، آسیب دیدن تجهیزات و یا اضافه بار اتفاق بیفتد. اغلب برای مراقبت از مدارها و سایر تجهیزات در برابر صدمات ناشی از جریان اضافه در تابلوهای توزیع برق، از کلیدهای اتوماتیک استفاده می کنند.
کنترل انتخابی
از کلیدهای اتوماتیک در طرح هایی که به کنترل انتخابی نیاز دارند هم استفاده می شود. در چنین شرایطی قطع کننده مدار باید بتواند بدون خاموش کردن کل سیستم ، بخش آسیب دیده را شناسایی و آن را از مدار جدا کند. کنترل انتخابی در پروژه هایی که قابلیت اطمینان سیستم بسیار مهم است و خرابی باید به حداقل برسد، پیاده سازی کنترل انتخابی ضروری است.
حفاظت پشتیبان
از کلیدهای اتوماتیک به عنوان پشتیبان سایر تجهیزات محفاظت کننده مانند فیوزها و قطع کننده های مدار استفاده می کنند. این کلید ها لایه حفاظتی مضاعفی را در مقابله با اضافه بار و اتصال کوتاه ایجاد می کنند.
کاهش بار
برای کم کردن بار، می توان از MCCB استفاده کرد. روند انجام این کار به این صورت است که با قطع کردن بارهای غیر ضروری، بار کلی سیستم کاهش می یابد. به کمک این روش از خاموشی و خاموش بودن تجهیزات در زمان نیاز می توان پیشگیری کرد.
جمع بندی
کلید اتوماتیک از جمله تجهیزات محفاظت کننده مدارهای الکتریکی است. این کلیدها دربرابر اتصال کوتاه، اضافه بار حرارتی و خطای اتصال زمین می توانند از مدار محافظت کنند. Mccb در مقایسه با کلید مینیاتوری سرعت عمل بیشتری دارد و هم چنین دامنه جریان بزرگتری را پوشش می دهد. قابلیت ها و مزیت های این کلیدها، انتخاب آن ها را برای استفاده در مدار آسان می کند.
جزئیات بیشتر در مورد انتخاب کلید را می توانید در مقاله “ راهنمای انتخاب کلید اتوماتیک ” ببینید.