مقاله ها

کلید اتوماتیک در شبکه فشار ضعیف چه کاربردی دارد؟

مریم آقاسیدقاسم

15 دقیقه مطالعه

کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف

محافظت از سیستم های وابسته به صنعت برق به خصوص شبکه فشار ضعیف، در مواجهه با ایرادات و سوانح شبکه هم چون اضافه بار و اتصال کوتاه تنها با نصب انواع کلید یا انواع فیوز امکان پذیر می گردد. اما به دلیل ضعف سیستم فیوزها در قطع نمودن هم زمان سه فاز و بروز خطاهای فراوان در واکنش آن ها جهت محافظت از شبکه، بیش تر اوقات امکان استفاده برای حفاظتی مطمئن وجود ندارد.

برخی شبکه های توزیع نیز باید به محض بازگشت جریان یا ولتاژ یا کاهش بیش از حد ولتاژ، مدار را به طور خودکار قطع و پیام های ضروری را ارسال نمایند. گاهی هم ورود اتوماتیک یا دستی دیزل ژنراتور یا ترانسفورماتور به شبکه توزیع برای برقراری همیشگی فعالیت های شبکه و یا انجام تعمیرات دوره ای آن اجتناب ناپذیر می باشد؛ و تنها در این موارد می توان کلیدهای اتوماتیک به کار برد.

 


در نیکسا بخوانید: محاسبه جریان و قدرت اتصال کوتاه در شبکه فشار ضعیف


دانلود کنید: فایل اکسل محاسبه جریان اتصال کوتاه در شبکه فشار ضعیف


 

1. کلید اتوماتیک هوایی (Circuit Breaker: ACBَََ) 

به علت مكانيزم اطفاء جرقه ناشی از اتصال کوتاه (Short Circuit) اين كليدها در محفظه ای با هواي آزاد؛ به آن ها، كليد هوايي گفته می شود. عمر مفيد كليدهاي هوايي دو برابر كليدهاي كامپكت پیش بینی می شود. هم چنين قدرت قطع اين كليدها نسبت به كليدهاي كامپكت بيش تر بوده و به طور معمول بسته به نوع طراحي كليد، بين 55 تا 200 كيلو آمپر مي باشد.

مكانيزم عملكرد كليدهايي هوايي به این صورت است كه فنر شارژ كليد توسط دسته گردننده يا موتور الكتريكي شارژ مي شود و كليد به حالت وصل مجدد مي رود. در هنگام بروز خطا، رله الكترونيكي با كمك ترانسفورماتورهاي نمونه بردار، جريان خطا را حس كرده و در زمان معيني فرمان دشارژ فنر یا به عبارتي فعال ساختن مكانيزم جريان قطع توسط كليد صادر مي گردد. به طور كلي مكانيزم شارژ كليدها يا به شكل گردننده (Rotary) و يا به صورت فنر شارژ شده (Charged Spring) است. كليدهاي هوايي در دو نوع ثابت و كشويي ساخته مي شوند و تابلوسازان برق با توجه به ملزومات طراحي، يكي از اين دو نوع کلید را براي بهينه سازي كار تابلو انتخاب مي كنند.

 


از نیکسا بخواهید: ساخت و تولید تابلو برق صنعتی


 

به این جهت که اين كليدها از رله هاي الكترونيكي و ميكروپروسسوري بهره مي گيرند، از دقت و انعطاف پذيري بسيار بالايي جهت حفاظت و برقراري سلكتيوتي (Selectivity) -به حداقل رساندن آسیب در سیستم برق- در شبكه برخوردارند. مشاهده تصاویر زير، كليد هوايي را کامل تر معرفی می کند:

 

کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف

شکل (1) نمایی کامل از کلید اتوماتیک هوایی (Air Circuit Breaker)

 

نصب کلید هوایی در تابلو برق

شکل (2). کلید اتوماتیک هوایی در تابلوبرق

 

عملکرد کنتاکت های کلید هوایی

شکل (3). طرحی از ساختمان کلید هوایی

 

مشخصه های فني و منحني هاي قطع كليد هوايي

كليدهاي هوايي با توجه به نوع رله حفاظتي نصب شده بر روي آن ها داراي منحنی هاي گوناگون قطع مي باشند كه در بخش زیر به آن ها اشاره می شود:

- مشخصه L (OverLoad Protection

اين مشخصه وظيفه حفاظت تجهيزات را در مقابل اضافه بار دارد و به طور معمول در دو كلاس با مشخصه i^2*t و يا i^4*t تعريف مي گردد. هم چنين اين رله ها هم در محور زمان و هم در محور جريان قابل تنظيم مي باشند. حفاظت از اضافه بار به طور معمول بر روی منحنی زمان معکوس عمل می کند که با افزایش جریان، زمان قطع کم تر می شود:

 

مشخصه اضافه باز

شکل (4). نحوه عملکرد مشخصه OverLoad Protection

 

- مشخصه S  (Short Time Delay, Short Circuit Protection

اين مشخصه وظيفه حفاظت تجهيزات در مقابل اتصال كوتاه را بر عهده دارد و در دو محور زمان و جريان قابل تنظيم است. اين مشخصه نقشی اساسی در سلكتويتي حفاظت بازي مي كند. این حفاظت در برابر جریان بیش از حد مجاز نسبت به جریان قابل قبول تجهیزات است و بلافاصله کار می کند. به محض تشخیص جریان اضافی، دستگاه قطع شده و مدار را قطع می کند:

 

جریان اتصال کوتاه در کلیدهای اتوماتیک

شکل (5). جریان اتصال کوتاه در کلیدهای اتوماتیک 

 

- مشخصه I  (Instantaneous Short Circuit Protection

اين مشخصه وظيفه حفاظت تجهيزات را در مقابل اتصال هاي كوتاه (فاز به فاز، فاز به نول و فاز به زمین) با قدرت قطع زياد و در زمان بسيار كوتاه يا آني را ايفا مي كند و تنها در محور جريان قابل تنظيم مي باشد:

 

مشخصه اتصال کوتاه قوی

شکل (6). نمایی کامل از کلید هوایی با مشخصه Instantaneous Short Circuit Protection

 

- مشخصه G  (Earth Fault Protection

اين مشخصه وظيفه حفاظت تجهيزات را در مقابل اتصال كوتاه زمين را دارد كه در دو محور زمان و جريان قابل تنظيم مي باشد.

جریان اتصال کوتاه از سیستم عبور می کند. جریان از طریق زمین یا هر وسیله الکتریکی بازگشته و به تجهیزات آسیب می رساند. هم چنین موجب نقصان تداوم تأمین برق می گردد. برای محافظت از تجهیزات و ایمنی افراد، از دستگاه های محافظت در برابر خطا در نصب استفاده می شود. جهت آشكار سازي خطای زمين از روش هاي زير استفاده مي گردد:

                1-آشكار سازي از طريق هادي PE

               2- آشكار سازي از طريق جمع جبري جريان هاي سه فاز

 

دیاگرام خطای زمین

شکل (7). دیاگرام عملکرد مشخصه Earth Fault Protection

 

کلید هوایی دارای محافظ خطای زمین

شکل (8). نمایی کامل از کلید هوایی با مشخصه Earth Fault Protection

 

شكل زير منحني هاي هر یک از مشخصه ها را نمایش داده و هم چنين شكاف بين دو نوع فناوری حفاظتي در نسل قديم (مغناطيسي) و جديد (ميكروپروسسوري) را نشان مي دهد:

مقایسه ACB

 

 تجهيزات جانبي كليد هوايي (ACB)

تجهيزات جانبي عمومی قابل نصب بر روي كليدهاي هوايي عبارت هستند از:

با مشاهده تصاویر زیر، دیدگاه کامل تری نسبت به این تجهیزات، حاصل می شود:

 

رله شانت

شکل (9). رله شانت (Shunt Trip Breaker)

 

under voltage relay

شکل (10). رله افت ولتاژ (Under Voltage Relay)

 

auxiliary contacts

شکل (11). كنتاكت هاي كمكي (Auxiliary Contacts)

 

fault contact

شکل (12). كنتاكت خطا (Fault Contact)

 

 

 


ویدئو(1). نحوه نصب رله شنت تریپ در کلید اتوماتیک

 

طبقه بندی تنظیمات واحدهای حفاظتی در کلیدهای فشار ضعیف

در جدول زیر، بخشی از طبقه بندی تنظیمات تمامی واحدهای حفاظتی در کلیدهای فشار ضعیف مشاهده می شود:

 

رنج تنظیمات

 

ادامه جدول طبقه بندی تنظیمات حفاظتی کلیدهای حفاظتی:

 

ادامه رنج تنظیمات

 

روش تنظیمات واحدهای حفاظتی در کلید هوایی

  • واحد حفاظتی Overload

پیک آپ (انرژی راه اندازی) این Function حفاظتی به صورت معمول بزرگ تر یا برابر بیش ترین جریان نامی فیدر آن است. کلاس حرارتی آن نیز بر اساس هماهنگی حفاظتی با کلید پایین دست استخراج می گردد.

 

  • واحد حفاظتی Short Time

این Function به دو منظور اتصال های کوتاه با ولتاژ پایین و هماهنگی حفاظتی با منحنی پایین دست استفاده می گردد. مقدار پیک آپ زمانی آن بر مبنای هماهنگی حفاظتی با کلید پایین دست و به طور معمول با اختلاف زمانی 0.1 ثانیه با منحنی آن محاسبه می شود. مقدار پیک جریانی آن نیز بر اساس هماهنگی حفاظتی تعیین می شود.

 

  • واحد حفاظتی Instantaneous

از این Function برای اتصال های کوتاه با شدت جریان بالا استفاده می گردد و زمان عملکرد آن، در لحظه است. با توجه به ظرفیت حرارتی بالای کلیدهای ACB و جهت هماهنگی با کلیدهای پایین دست (Down Stream)، می توان این Function را OFF کرد تا حفاظت در برابر اتصال های کوتاه با جریان بالا توسط عملکرد Short Time صورت گیرد.

 

  • واحد حفاظتی Ground Fault

از این Function برای خطاهای تک فاز استفاده می گردد و با توجه به این که سیستم ارت از نوع TN می باشد، بنابراین سطح اتصال تک فاز به زمین بسیار بالا بوده و با هر پیک ثبت شده روی کلید هوایی و با حفظ شرایط هماهنگی زمانی (حداقل 0.1 ثانیه) بین دو منحنی، هماهنگی حفاظتی را انجام داد.

 


در نیکسا بخوانید: سیستم زمین یا ارتینگ چیست؟


 

در منحني TCC زير يك نمونه از هماهنگي حفاظتي كليد ACB با منحني هاي پایين دست، آمده است. در این شكل، كليدهاي A3000 = 2A-AN7-QI + و كليد + A3000 = 2A-AN7-Q03 + از نوع ACB مي باشند و به صورت زماني با هم هماهنگ شده اند:

 

منحنی tcc

 

2. كليد اتوماتیک كامپكت (Moulded Case Circuit Breaker: MCCB)

به دلیل این که بدنه اين كليدها به كمك نوع خاصي از قالب هاي تزريقی ساخته مي شوند؛ به آن، بدنه تزريقي يا Molded Case‌ یا کلید کامپکت گفته می شود و به طور اختصاري به اين دسته از كليدها MCCB‌ اطلاق مي شود.

مكانيزم عملكرد اين كليدها در هنگام وقوع خطا مشابه كليدهاي هوايي يا ACB مي باشد. به اين گونه كه فنر مكانيزم که به صورت دستي يا موتوري شارژ مي گردد، در هنگام وقوع خطا دشارژ شده و پل هاي كليد را باز مي كند. به طور معمول با استفاده از يك رله حرارتي (بي متال) و يك رله الكترومغناطيسي، جريان خطاي اضافه بار يا اتصال كوتاه توسط كليد تشخيص داده شده و فرمان قطع كليد صادر خواهد شد.

تنوع كليدهاي MCCB‌ مشابه كليدهاي ACB نيست. به این دلیل که ابعاد و وزن اين كليدها نسبت به كليدهاي هوايي كم تر مي باشد، در زمانی که فضاي تابلو ممكن است با محدوديت رو به رو شود و يا قدرت قطع بالا نياز نباشد، از اين كليدها استفاده مي شود. در شكل زیر يك نمونه از كليدهاي كامپكت تيپ 3VL زيمنس نشان داده شده است:

 

کلید کامپکت زیمنس

شکل (13). نمایی کامل از کلید کامپکت (Moulded Case Circuit Breaker)

 

واحد حفاظتی این نوع کلیدها در نوع TM و Solid State ساخته می شود. در مطلب زیر به توضیح این نوع کلیدها پرداخته می شود. شکل زیر انواع مشخصه های حفاظتی واحد TM در این کلیدهای حفاظتی را نشان می دهد:

 

 

مشخصه حفاظتی tm

 


در اشکال زیر انواع واحدهای حفاظتی کلیدهای Solid State نشان داده می شود:

 

Solid State

 

شکل های زیر نیز ادامه انواع واحدهای حفاظتی کلیدهای Solid State را نشان می دهند:

 

ادامه Solid State

 

تجهيزات جانبي كليد كامپكت (MCCB)

تجهيزات جانبي عمومی قابل نصب برروي كليدهاي MCCB عبارت هستند از:

  • موتور الكتريكي (Electrical Motor)
  • رله شانت ST ‌(Shunt Trip Breaker)
  • رله افت ولتاژ (Under Voltage Relay)

 

روش تنظیمات واحدهای حفاظتی در کلید کامپکت

  • واحد حفاظتی Overload

پیک آپ این Function حفاظتی به طور معمول بزرگ تر یا برابر بیش ترین جریان نامی فیدر آن بوده و کلاس حرارتی آن نیز بر اساس هماهنگی حفاظتی با کلید پایین دست استخراج می گردد.

 

  • واحد حفاظتی Short Time

این Function به دو منظور اتصال های کوتاه با ولتاژ پایین و هماهنگی حفاظتی با منحنی پایین دست استفاده می گردد. مقدار پیک آپ زمانی آن بر مبنای هماهنگی حفاظتی با کلید پایین دست و به طور معمول با اختلاف زمانی 0.1 ثانیه با منحنی آن محاسبه می شود. مقدار پیک جریانی آن نیز بر اساس هماهنگی حفاظتی تعیین می شود.

 

  • واحد حفاظتی Instantaneous

از این عملکرد برای شدت بالای جریان اتصال های کوتاه استفاده می گردد و زمان عملکرد آن، آنی می باشد. با توجه به ظرفیت حرارتی پایین کلیدهای MCCB، این Function برخلاف کلیدهای ACB، قابلیت OFF کردن این وضعیت را ندارند و بهتر است در کلیدهای TM روی کم ترین اندازه و در کلیدهایی که دارای Function Short time می باشد؛ روی بیش ترین اندازه تنظیم گردد. 

در منحني TCC زير، يك نمونه از هماهنگي حفاظتي كليد MCCB با منحني هاي پایين دست مشاهده می شود. در شكل زير كليد C1000 = 1A-AN3-Q01 + از نوع MCCB بوده و با كليد ACB به شماره C1000 = 1A-AN3-QI + هماهنگ مي باشد:

 

کامپکت TCC

 

3. کلید حرارتی یا محافظ موتور (Motor Protection Circuit Breaker: MPCB) 

کليد حرارتی جهت محفاظت از موتورهای الکتريکی (الکتروموتور) به طور معمول تا قدرت 50 کيلووات استفاده می گردد. اين کليد دارای دو واحد حفاظتی حرارتی (49) و جريان زياد (50) جهت حفاظت از موتور می باشد.

 


در نیکسا بخوانید: ELECONDESIGN، اپلیکیشن محاسبات الکتروموتور


 

MPCB

شکل (14). نمایی کامل از کلید حرارتی (Motor Protection Circuit Breaker)

 

مشخصه های فني و منحني هاي قطع کلید حرارتی

منحنی  مشخصه های حفاظتی این کلید در شکل زیر آمده  است:

 

مشخصه کلید حرارتی

 

کلاس های حرارتی کليدهای فشار ضعيف حرارتی جهت حفاظت موتور، شش برابر جريان نامی درکلاس های گوناگون و به شرح زير ساخته می شوند:

 

کلاس حرارتی MPCB

 

روش تنظیمات واحدهای حفاظتی در کلید حرارتی

در این کلیدها، تنها واحد پیک آپ واحد اضافه بار قابل تنظیم می باشد و سایر مشخصه های حفاظتی آن ثابت است. مقدار پیک آپ Function اضافه بار از 1.50 تا 1.25، بیش ترین جریان نامی بار قابل تنظیم می باشد:

 

اضافه بار حرارتی

شکل (15). ساختار کلید حرارتی - واحد حفاظتی Overload

 

4. کليد مينياتوري (Miniature Circuit Breaker: MCB)

به طور گسترده ای از دژنكتور (Circuit breaker) مينياتوري براي حفاظت از كابل ها و اتصالات در برابر اضافه بار و اتصال كوتاه استفاده مي شود. در موارد خاص، در سيستم هاي TN، كليدهاي مينياتوری حفاظت در برابر شوك را نيز بر عهده دارند. در اين موارد اين تجهيزات از شوك هاي حاصل از نقص عايق كه منجر به رخداد ولتاژ لمس (Touch voltage) بسيار بالا مي گردد؛ محافظت مي نمايد.

 

mcb

شکل (16). ساختار خارجی و داخلی کلید مینیاتوری (Miniature Circuit Breaker)

 

از مهم ترین ویژگی کلید مینیاتوری آن است که می توان آن ها را در تمامی سيستم هاي توزيع هم چون ساختمان هاي مسكوني، اداري و نيزبیش تر صنایع به کار برد. انواع متعدد دژنكتورهاي مينياتوري و طيف وسيع لوازم جانبي آن ها (اتصالات كمكي و اتصالات سيگنال عيب، آزاد كننده هاي شانت مدار باز و ...) موجب می شود تا نيازمندي هاي گوناگون در كابردهاي متفاوت را برآورده نمايند. 

در زير يك نمونه از تابلوی كليدهاي مینیاتوری مشاهده می شود:

 

تابلو کلید مینیاتوری

شکل (17). تابلوبرق کلیدهای مینیاتوری (MCB)

 

براي محافظت از تجهيزات برقی، چهار مشخصه قطع (A,B,C,D) به شرح زير وجود دارد:

  1. مشخصه قطع A: اين مشخصه به طور خاص مناسب حفاظت از ترانسفورماتور در مدارات اندازه گيري و مدارات الكتريكي با اتصالات بلند مي باشد كه مطابق استاندارد IEC 60364-4-41  بايد در چهار ثانيه قطع گردنند.
  2. مشخصه قطع B: اين مشخصه براي مدارات خروجي پريز در ساختمان هاي مسكوني و اداري است.
  3. مشخصه قطع C: مناسب تجهيزاتي است كه در آن ها جريان وصل به صورت قابل ملاحظه اي بالا است. مانند موتورها و لامپ ها.
  4. مشخصه قطع D: مناسب تجهيزات توليد كننده پالس، هم چون ترانسفورماتورها، گيره هاي سولونوئيد و خازن ها مي باشد.

 در شكل زير منحني مشخصه قطع تيپ هاي گوناگون زير آمده است:

 

مشخصه قطع کلید

 

در جدول زیر به تفاوت های میان دو کلید حرارتی (Motor Protection Circuit Breaker: MPCB) و كليد اتوماتیک كامپكت (Moulded Case Circuit Breaker: MCCB) اشاره می شود:

 

مقایسه کلید حرارتی و کامپکت

 

نیکسا

نیکسا را بیش تر بشناسید...

 

 

برچسب ها:

شبکه فشار ضعیفکلید اتوماتیکفیوز

دیدگاه شما