کلید های اتوماتیک (MCCB)

کلید های اتوماتیک با نام کامل (Molded-Case Circuit Breaker) و به اختصار MCCB نوعی از تجهیزات حفاظت الکتریکال هستند که برای حفاظت از مدار قدرت در برابر اضافه جریانی که باعث اضافه بار یا اتصال کوتاه می شوند، استفاده می شوند. با دسته بندی بر اساس جریان الکتریکی تا 2500 آمپر، کلید های اتوماتیک می توانند برای محدوده وسیعی از ولتاژ، فرکانس با قابلیت تنظیم قطع استفاده شوند. این کلید ها به جای کلید های مینیاتوری در حالتی که کلید های مینیاتوری توانایی محافظت از مدار را ندارند، استفاده می شوند.

چگونگی کارکرد کلید های اتوماتیک

کلید های اتوماتیک از یک واحد قطع حساس به دما به عنوان عنصر حرارتی و یک واحد قطع الکترومغناطیسی حساس به جریان به عنوان عنصر مغناطیسی برای فراهم نمودن یک مکانیزم قطع جهت اهداف محفاظتی و جداسازی استفاده می کنند. این مکانیزم برای کلید اتوماتیک قابلیت های زیر را فراهم می کند:

• حفاظت در برابر اضافه بار
• حفاظت در برابر جریان های اتصال کوتاه
• کلید زنی های الکتریکال

حفاظت در برابر اضافه بار

حفاظت در برابر اضافه بار توسط کلید اتوماتیک از دو طریق انجام می شود:

• واحد قطع حرارتی (Thermal): در برخی از کلید ها از یک واحد قطع حرارتی استفاده می شود. این واحد در واقع یک تیغه متشکل از 2 فلز غیر همنام متصل به هم با ضریب انبساط طولی متفاوت می باشد. در شرایط عادی این تیغه متشکل از 2 فلز جریان الکتریکی را کلید اتوماتیک عبور می دهد. وقتی جریان الکتریکی از مقدار قطع کلید تجاوز می کند، تیغه 2 فلزی شروع به گرم شدن و خم شدن در جهت فلزی که ضریب انبساط طولی بیشتری دارد، می کند. در نهایت ، تیغه تا حدی خم می شود که میله قطع کلید را فشار داده و از هم باز می شود و باعث قطع مدار می شود. این حفاظت دارای یک تأخیر زمانی در قطع می باشد تا اجازه قطع کلید را در بازه زمانی کوتاهی از اضافه جریان که معمولا در عملکرد مدار های الکتریکی دیده می شود، ندهد. به عنوان مثال جریان هجومی در هنگام راه اندازی موتور. این تأخیر زمانی در این گونه موارد اجازه کارکرد عادی را بدون فرمان قطع کلید می دهد.
• واحد قطع الکترونیکی (Electronic): در برخی از کلید ها از یک واحد قطع الکترونیکی استفاده می شود. به دلیل ماهیت الکترونیکی، این واحد دارای یک منبع تغذیه داخلی می باشند. اگر جریانی که از مصرف کننده عبور می کند به علت اضافه بار، عدم تقارن فاز یا خرابی فاز منجر به افزایش جریان موتور فراتر از جریان نامی تنظیم شده موتور شود، توسط ترانسفورماتورهای جریان یا CT داخل رله الکترونیکی در واحد قطع دستگاه تشخیص داده می شود و توسط مدارهای حالت جامد مربوطه با مقدار تنظیمی واحد قطع الکترونیکی مقایسه می شود. در صورت افزایش این اضافه جریان از جریان تنظیم کلید، یک پالس به جهت تغییر وضعیت کنتاکت ها ارسال می کند.

در حالت کلی، رله های قطع حرارتی از 0.7 تا 1.0 برابر In قابل تنظیم هستند اما زمانی که از تجهیزات الکترونیکی برای این امر استفاده می شود، معمولا بازه تنظیمات آنها بزرگتر بوده و از 0.4 تا 1.0 برابر In قابل تنظیم هستند.

حفاظت در برابر جریان های اتصال کوتاه

کلید های اتوماتیک یک پاسخ آنی را در برابر خطای اتصال کوتاه بر اساس اصول الکترومغناطیس برای کلید فراهم می کنند. کلید اتوماتیک شامل یک سیم پیچ سولنوئید می باشد که یک میدان مغناطیسی را زمانی که جریان الکتریکی از کلید عبور می کند، تولید می نماید. در حین کارکرد عادی، میدان مغنطیسی تولید شده توسط سیم پیچ سولنوئید ناچیز است اما زمانی که خطای اتصال کوتاه اتفاق می افتد، یک جریان الکتریکی با مقدار زیاد (در مقایسه با جریان عبوری از کلید در حالت عادی) از سولنوئید عبور می کند. در نتیجه یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می شود که میله قطع کلید را جذب کرده و تیغه ها را باز می کند.

مکانیزم قطع قوس کلید زنی های دستی

علاوه بر مکانیزم های قطع، کلید های اتوماتیک می توانند به عنوان کلید های قطع دستی در مواقع اضطراری استفاده شوند. زمانی که تیغه ها از هم جدا شده و باز می شوند، قوس الکتریکی می تواند ایجاد شود. برای غلبه بر این اتفاق، کلید های اتوماتیک دارای یک مکانیزم قطع قوس برای خاموش نمودن آن می باشند.

تحلیل نمودار های قطع کلید های اتوماتیک

تولید کنندگان کلید های اتوماتیک ملزم به ارائه مشخصه های عملیاتی کلید ها می باشند. برخی از پارامتر های معمول در زیر توضیح داده شده اند:

• جریان نامی فریم (Inm): حداکثر جریانی که کلید اتوماتیک برای کارکرد مجاز می باشد. این جریان نامی فریم حد نهایی محدوده جریان قطع قابل تنظیم را تعریف می کند.
• جریان نامی (In): مقدار جریان نامی تعیین می کند که چه زمانی کلید اتوماتیک به دلیل محافظت در برابر بار بیش از حد عمل قطع را انجام می دهد. این مقدار را می توان تا مقدار حداکثر جریان فریم نامی تنظیم کرد.
• ولتاژ عایق بندی نامی (Ui): این مقدار نشان دهنده حداکثر ولتاژی است که کلید اتوماتیک می تواند در شرایط آزمایشگاهی مقاومت کند. ولتاژ نامی کلید اتوماتیک برای تأمین حاشیه ایمنی معمولاً کمتر از این مقدار است.
• ولتاژ کاری نامی (Ue): این مقدار ولتاژ نامی برای عملکرد مداوم کلید اتوماتیک است. به طور معمول این ولتاژ همان ولتاژ سیستم یا نزدیک آن است.
• ولتاژ مقاوم در برابر ضربه (Uimp): این مقدار ولتاژ پیک گذرا است که قطع کننده مدار می تواند در برابر ضربه های ناشی از کلیدزنی یا صاعقه مقاومت کند. این مقدار توانایی کلید اتوماتیک را در مقاومت در برابر ولتاژ بیش از حد گذرا تعیین می کند. اندازه استاندارد برای آزمایش ضربه 1.2 تا 50 میکروثانیه است.
• جریان قطع آنی یا لحظه ای (Ii): این جریان مضربی به صورت از جریان نامی (In) است. این تنظیم برای محافظت از مدار در برابر جریان های اتصال کوتاه بسیار بالا طراحی شده است. وقتی جریان از مقدار Ii تجاوز کند، MCCB تقریباً فوراً مدار را قطع می کند تا از آسیب به سیستم الکتریکی جلوگیری کند.
• ماکزیمم جریان شکست اتصال کوتاه (Ics): این بالاترین جریان خطایی است که کلید اتوماتیک می تواند بدون آسیب دائمی از عهده آن برآید. کلید های اتوماتیک به طور كلی پس از عمل قطع خطا قابل استفاده مجدد هستند به شرط آنكه از این مقدار فراتر نرود. هرچه Ics بالاتر باشد، قطع کننده مدار نیز از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار است.
• ماکزیمم جریان نهایی قطع اتصال کوتاه (Icu): این بالاترین مقدار جریان خطایی است که کلید اتوماتیک می تواند از عهده آن برآید. اگر جریان خطا بیش از این مقدار باشد ، کلید اتوماتیک قادر به قطع نیست. در این حالت، یک مکانیزم محافظتی دیگر با ظرفیت شکست بالاتر باید کار کند. این نشان دهنده قابلیت اطمینان عملکرد کلید اتوماتیک است. توجه به این نکته مهم است که اگر جریان خطا از Ics بیشتر باشد اما از Icu بیشتر نباشد ، کلید اتوماتیک همچنان می تواند خطا را برطرف کند، اما ممکن است آسیب ببیند و نیاز به تعویض دارد.
• جریان قطع تنظیمی رله اضافه بار (Ir یا Irth): جریان Ir یا Irth جریانی است که کلید در جریان های بالاتر از آن قطع خواهد کرد. همچنین حداکثر جریانی را نشان می دهد که کلید می تواند آن را بدون قطع کردن از مدار خود عبور بدهد.
• جریان قطع تنظیمی رله اتصال کوتاه (Im): جریان Im بالاترین میزان جریانی است که آستانه قطع کلید می باشد.
• طول عمر مکانیکی: این حداکثر دفعاتی است که کلید اتوماتیک می تواند به صورت دستی قبل از خرابی کار کند.
• طول عمر الکتریکی: این حداکثر دفعاتی است که کلید اتوماتیک قبل از خراب شدن می تواند مدار را قطع کند.

شکل (2) نمودار زمان – جریان کلید های اتوماتیک

معرفی کلید های اتوماتیک 3VA زیمنس

کلید های اتوماتیک 3VA زیمنس به عنوان یک سیستم طراحی شده کامل، پیشرفته مدولار و بسیار منعطف همیشه یک راه حل مناسب برای نیاز های مرتبط با توزیع برق می باشد. کلید های اتوماتیک 3VA زیمنس به طور ایده آل برای کاربرد های استاندارد در زیرساخت ها و صنایع مناسب می باشند. اگر به دنبال یک راه حل برای انجام امور مربوط به حفاظت الکتریکال در مدارهای برق نظیر توزیع و راه اندازی موتور می باشید، کلید های اتوماتیک 3VA زیمنس دقیقا همان چیزی است که نیاز دارید.

همچنین یکی از مزایای این کلید ها ابعاد کوچک آنها می باشد به طوری که به عنوان مثال کلید های فریم 160A دارای ارتفاع 130 میلی متر، پهنای 76.2 میلی متر، و عمق تنها 70 میلی متر می باشند.

کلید های اتوماتیک 3VA زیمنس یک سیستم مدولار و بسیار منعطف برای حفاظت از خط و موتور های الکتریکی هستند و برای تأمین پشتیبانی در هر مرحله از فرآیند (از مهندسی تا عملکرد روزانه سیستم توزیع نیروی برق) طراحی شده اند.

شکل (2) کلید های اتوماتیک 3VA زیمنس

سیستم یکپارچه

این شرکت یک سیستم کاملاً یکپارچه را با توجه به عملکرد و نصب از محدوده جریان 100 آمپر تا 1250 آمپر ارائه می دهد. این کلید ها در 4 سری 3VA1، 3VA2، 3VA5 و 3VA6 می باشند که خصوصیات و ویژگی هر کدام در جدولی زیر آورده شده است:

جدول (1) مشخصات کلید های اتوماتیک 3VA1 و 3VA2 زیمنس

طیف وسیعی از تجهیزات جانبی این کلید ها امکانات تقریباً نامحدودی را برای گسترش عملکرد این محصولات ارائه می دهند. این تجهیزات جانبی شامل اجزای مختلفی از تجهیزات جانبی متناسب با هر دو سری 3VA1 و 3VA2 است. هر واحد دارای کد QR آسان برای استفاده است که دسترسی به اطلاعات نصب و جزئیات محصول را در دستگاه هوشمند شما فراهم می کند.

کلید های اتوماتیک 3VA دارای محدوده های جریانی مختلف قابل تنظیم می باشند که برای کاربرد های مختلفی نظیر حفاظت خط و موتور مورد استفاده قرار می گیرند.