چگونه کلیدهای مدار را انتخاب کنیم؟

در انتخاب کلیدهای مدار، دسته کاربری باید با توجه به شرایط کاربری خاص انتخاب شود و پارامترهایی مانند ولتاژ نامی کار، جریان نامی و جریان تنظیم دستگاه خاموش کننده انتخاب شود. ویژگی های حفاظتی باید با توجه به منحنی مشخصه حفاظتی ارائه شده توسط نمونه های محصول انتخاب شود و ویژگی های اتصال کوتاه و ضریب حساسیت باید تأیید شود. طبقه بندی قطع کننده های مدار (1) مدار شکن قاب (ACB)

قطع کننده فریم که به آن کلید یونیورسال نیز می گویند، تمامی قطعات آن در یک اسکلت فلزی عایق بندی شده نصب می شود که معمولاً باز بوده و می تواند به لوازم جانبی مختلفی مجهز شود. تعویض کنتاکت ها و قطعات راحت است و اغلب در کلید اصلی در انتهای منبع تغذیه استفاده می شود. انتشار بیش از حد جریان شامل انتشار الکترومغناطیسی، الکترونیکی و هوشمند است. قطع کننده مدار دارای حفاظت چهار مرحله ای برای تاخیر طولانی، تاخیر کوتاه، آنی و خطای زمین است و مقدار تنظیم هر محافظ با توجه به درجه قاب پوسته آن در محدوده خاصی تنظیم می شود.

     (2) قطع کننده مدار قالبی (MCCB)

مدار شکن کیس قالبی را قطع کننده دستگاه نیز می نامند و تماس خارجی ترمینال سیم اتصال به زمین، محفظه خاموش کننده قوس، رها کننده و مکانیسم عملکرد همه در یک جعبه پلاستیکی نصب می شوند. کنتاکت های کمکی، رهاسازی کم ولتاژ و آزادسازی شنت عمدتاً مدولار شده اند و ساختار بسیار فشرده است. به طور کلی، تعمیر و نگهداری در نظر گرفته نمی شود، بنابراین برای کلیدهای حفاظت انشعاب مناسب هستند. کلیدهای مدار قالبی معمولاً شامل واحدهای قطع کننده حرارت مغناطیسی هستند، در حالی که مدار شکن های کیس قالبی با اندازه بزرگ مجهز به سنسورهای خاموش کننده حالت جامد هستند.

دو نوع دستگاه قطع جریان بیش از حد برای قطع کننده های مدار قالبی وجود دارد: الکترومغناطیسی و الکترونیکی. به طور کلی، قطع کننده های مدار قالب گیری الکترومغناطیسی، قطع کننده های مدار غیر انتخابی با تنها دو حالت حفاظتی هستند: تاخیر طولانی و لحظه ای. قطع کننده مدار قالب گیری الکترونیکی دارای چهار عملکرد حفاظتی است: تاخیر طولانی، تاخیر کوتاه، آنی و خطای زمین. برخی از محصولات جدید کلیدهای مدار قالب گیری الکترونیکی نیز دارای عملکرد قفل کننده انتخابی منطقه ای هستند.  

قطع کننده های مدار قالبی معمولاً برای کنترل و حفاظت فیدرهای توزیع، کلید اصلی خطوط خروجی جانبی ولتاژ پایین ترانسفورماتورهای توزیع کوچک، کنترل پایانه های توزیع برق و همچنین برای کلیدهای برق ماشین آلات مختلف تولید استفاده می شود.

مدار شکن فریم برای شبکه توزیع AC 50Hz، ولتاژ نامی 380V، 660V و جریان نامی 200A-6300A مناسب است. عمدتاً برای توزیع انرژی الکتریکی و محافظت از خطوط و تجهیزات منبع تغذیه از اضافه بار، ولتاژ کم، اتصال کوتاه، زمین تک فاز و سایر خطاها استفاده می شود. کلید مدار دارای عملکردهای مختلف حفاظتی هوشمند است و می تواند به حفاظت انتخابی دست یابد. در شرایط عادی، می توان از آن برای تعویض مکرر خطوط استفاده کرد. برای محافظت از موتور در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه در شبکه با ولتاژ AC 50 هرتز و 380 ولت می توان از کلیدهای مدار زیر 1250 آمپر استفاده کرد.

قطع کننده های مدار نوع فریم نیز اغلب در سوئیچ خروجی اصلی، سوئیچ کنتاکت باس، کلید فیدر با ظرفیت بالا و کلید کنترل موتور در مقیاس بزرگ در سمت 400 ولت ترانسفورماتور استفاده می شود.

(3) مدار شکن مینیاتوری (MCB)

مدار شکن مینیاتوری یکی از پرکاربردترین وسایل حفاظتی ترمینال در ساخت تجهیزات توزیع ترمینال برق است. برای حفاظت از اتصال کوتاه، اضافه بار و اضافه ولتاژ تک فاز و سه فاز زیر 125 آمپر شامل تک قطبی 1P، دو قطبی 2P، سه قطبی 3P و چهار قطبی 4P استفاده می شود.

مدار شکن مینیاتوری از مکانیسم عملیاتی، کنتاکت ها، دستگاه های محافظ (دستگاه های مختلف تریپ) و سیستم خاموش کننده قوس تشکیل شده است. کنتاکت اصلی آن به صورت دستی یا به صورت الکتریکی بسته می شود. پس از بسته شدن کنتاکت اصلی، مکانیسم قطع آزاد کنتاکت اصلی را در موقعیت بسته شدن قفل می کند. سیم پیچ آزاد کننده اضافه جریان و المنت حرارتی آزاد کننده حرارتی به صورت سری به مدار اصلی متصل می شوند و سیم پیچ تخلیه کم ولتاژ به صورت موازی با منبع تغذیه متصل می شود.

در طراحی برق ساختمان های عمرانی، کلیدهای مینیاتوری عمدتاً برای اضافه بار، اتصال کوتاه، اضافه جریان، افت ولتاژ، کمبود ولتاژ، زمین، نشتی، کلیدزنی خودکار منابع تغذیه دوگانه و حفاظت و کارکرد موتورها در مواقعی که به طور مکرر راه اندازی نمی شوند، استفاده می شود.

پارامترهای مشخصه اصلی قطع کننده مدار

(1) ولتاژ کاری نامی Ue

ولتاژ کاری نامی به ولتاژ نامی قطع کننده مدار اشاره دارد که می تواند به طور مداوم تحت شرایط استفاده و عملکرد عادی مشخص شده کار کند.

در چین، حداکثر ولتاژ کاری 1.15 برابر ولتاژ نامی سیستم در سطح ولتاژ 220 کیلو ولت و کمتر است. سطح ولتاژ 330 کیلوولت و بالاتر 1.1 برابر ولتاژ نامی به عنوان بالاترین ولتاژ کاری است. مدار شکن می تواند عایق را در بالاترین ولتاژ کاری سیستم نگه دارد و طبق شرایط مشخص شده بسته و باز شود.

(2) جریان نامی در

جریان نامی به جریانی اطلاق می‌شود که آزاد شدن آن می‌تواند برای مدت طولانی از محیط عبور کند

دمای زیر 40 درجه است. برای یک قطع کننده مدار با رهاسازی قابل تنظیم، حداکثر جریانی است که آزادسازی می تواند برای مدت طولانی عبور کند.

هنگامی که دمای محیط بیش از 40 درجه سانتیگراد باشد اما از 60 درجه سانتیگراد بیشتر نباشد، اجازه کار برای مدت طولانی با کاهش بار وجود دارد.

(3) مقدار تنظیم فعلی Ir آزادسازی اضافه بار

جریان بیشتر از مقدار تنظیم فعلی Ir سفر است و قطع کننده مدار در زمان قطع می شود. همچنین نشان دهنده حداکثر جریانی است که مدار شکن می تواند بدون خاموش شدن تحمل کند. این مقدار باید از حداکثر جریان بار Ib بیشتر باشد، اما کمتر از حداکثر جریان مجاز Iz توسط خط باشد.

Ir رله تریپ حرارتی معمولاً می تواند در محدوده 0.7 ~ 1.0 اینچ تنظیم شود، اما اگر از تجهیزات الکترونیکی استفاده شود، محدوده تنظیم آن بزرگتر خواهد بود، معمولاً 0.4 ~ 1.0 اینچ. برای قطع کننده های مدار مجهز به رله قطع جریان اضافه غیر قابل تنظیم، Ir=In.

(4) مقدار تنظیم جریان قطع اتصال کوتاه Im

رله اتصال کوتاه (تأخیر آنی یا کوتاه) برای خاموش کردن سریع قطع کننده مدار هنگامی که مقدار جریان خطا بالا ظاهر می شود و آستانه تریپ آن Im است استفاده می شود.

(5) دارای درجه مقاومت کوتاه مدت Icw فعلی

به مقدار فعلی اجازه داده شده در زمان توافق شده منتقل شود. مقدار جریان در مدت زمان تعیین شده از هادی عبور می کند و هادی به دلیل گرم شدن بیش از حد آسیب نمی بیند.

(6) ظرفیت شکستن

ظرفیت قطعی کلید مدار به توانایی قطع کننده مدار در قطع ایمن جریان خطا اشاره دارد که لزوماً به جریان نامی آن مربوط نمی شود. 36KA، 50KA و سایر مشخصات قبلاً وجود دارد. به طور کلی، آن را به ICU ظرفیت قطع اتصال کوتاه محدود و Ic های ظرفیت قطع اتصال کوتاه در حال اجرا تقسیم می شود.

اصول کلی انتخاب قطع کننده مدار

ابتدا نوع و تعداد قطب قطع کننده مدار با توجه به هدف انتخاب می شود. جریان نامی قطع کننده مدار را با توجه به حداکثر جریان کار انتخاب کنید. نوع رهاسازی و انواع و مشخصات لوازم جانبی را در صورت نیاز انتخاب کنید. الزامات خاص به شرح زیر است.

1) ولتاژ کاری نامی کلید مدار بزرگتر یا مساوی ولتاژ نامی خط است.

2) ظرفیت نامی اتصال کوتاه قطع و وصل قطع کننده مدار بزرگتر یا برابر با جریان بار محاسبه خط است.

3) ظرفیت نامی اتصال کوتاه قطع کننده مدار بزرگتر یا برابر با حداکثر جریان اتصال کوتاهی است که ممکن است در خط رخ دهد (به طور کلی با توجه به مقدار موثر محاسبه می شود).  

4) جریان اتصال کوتاه تک فاز به زمین در انتهای خط ≥1.25 برابر جریان تنظیم قطعی آنی (یا تاخیر کوتاه) قطع کننده مدار است.

5) ولتاژ نامی رهاسازی ولتاژ کم مدارشکن برابر با ولتاژ نامی خط است.

6) ولتاژ نامی شنت آزاد کننده مدارشکن برابر با ولتاژ منبع تغذیه کنترل است.

7) ولتاژ کاری نامی مکانیزم انتقال الکتریکی برابر با ولتاژ منبع تغذیه کنترل است.  

8) هنگامی که از مدار شکن در مدار روشنایی استفاده می شود، جریان تنظیم لحظه ای رهاسازی الکترومغناطیسی به طور کلی 6 برابر جریان بار است.  

9) هنگامی که از یک مدارشکن به عنوان محافظ اتصال کوتاه یک موتور استفاده می شود، جریان تنظیم تریپ لحظه ای 1.35 برابر (شکن مدار سری DW) یا 1.7 برابر (شکن سری DZ) جریان راه اندازی موتور است.  

10) هنگامی که از مدار شکن به عنوان محافظ اتصال کوتاه چندین موتور استفاده می شود، جریان تنظیم آزادسازی آنی 1.3 برابر جریان راه اندازی بزرگترین موتور به اضافه جریان کار بقیه موتورها است.

11) هنگامی که مدار شکن به عنوان کلید اصلی در سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور توزیع استفاده می شود، ظرفیت قطع آن باید بیشتر از مقدار جریان اتصال کوتاه سمت فشار ضعیف ترانسفورماتور باشد، جریان نامی رهاسازی نباید کمتر از جریان نامی ترانسفورماتور باشد و جریان تنظیم جریان ترانسفورماتور به طور کلی 6-10 برابر جریان اتصال کوتاه است. جریان تنظیم حفاظت اضافه بار برابر با جریان نامی ترانسفورماتور است.

12) پس از انتخاب اولیه نوع و درجه کلید مدار، لازم است با مشخصات حفاظتی کلیدهای بالا و پایین برای جلوگیری از جهش جهشی و گسترش دامنه تصادف همکاری شود.

انتخاب مدار شکن

کلیدهای مدار مورد استفاده در سیستم توزیع برق را می توان با توجه به عملکرد حفاظتی آنها به دو نوع انتخابی و غیرانتخابی تقسیم کرد. دو نوع قطع کننده مدار ولتاژ پایین انتخابی وجود دارد: حفاظت دو مرحله ای و حفاظت سه مرحله ای. در میان آنها، ویژگی های لحظه ای و ویژگی های تاخیر کوتاه برای عملکرد اتصال کوتاه مناسب هستند، در حالی که ویژگی های تاخیر طولانی برای محافظت در برابر اضافه بار مناسب هستند. کلیدهای مدار غیرانتخابی عموماً آنی هستند و فقط برای حفاظت از اتصال کوتاه استفاده می شوند. برخی از آنها اقدامات با تاخیر طولانی هستند که فقط برای محافظت از بار استفاده می شوند. در سیستم توزیع برق، اگر مدارشکن سطح بالا از قطع کننده مدار انتخابی استفاده کند و مدار شکن سطح پایین تر از قطع کننده مدار غیرانتخابی یا قطع کننده مدار انتخابی استفاده کند، عمدتاً برای به دست آوردن گزینش پذیری از تفاوت عملکرد تاخیر یا زمان عمل تاخیر در انتشار تاخیر کوتاه استفاده می شود. لطفاً هنگام عبور از عملکرد تاخیری کلید مدار در سطح بالاتر بعدی به مشکلات زیر توجه کنید.

1) صرف نظر از اینکه مرحله بعدی قطع کننده مدار انتخابی یا غیرانتخابی باشد، جریان تنظیم جریان اضافه آنی قطع کننده مدار مرحله قبل معمولاً نباید کمتر از 1.1 برابر حداکثر جریان اتصال کوتاه سه فاز در انتهای خروجی قطع کننده مدار مرحله بعدی باشد.

2) اگر مرحله بعدی قطع کننده مدار غیرانتخابی باشد، برای جلوگیری از ایجاد جریان اتصال کوتاه در مدار محافظت شده توسط مدارشکن مرحله بعدی، حساسیت عمل آنی این مرحله کافی نیست، به طوری که آزادسازی اضافه جریان با تاخیر کوتاه مرحله قبل ابتدا عمل کرده و گزینش پذیری خود را از دست می دهد. به طور کلی، جریان تنظیم خروجی اضافه جریان با تأخیر کوتاه قطع کننده مدار سطح بالایی کمتر از 1.2 برابر جریان اضافه آنی سطح پایین تر نیست.

3) اگر مرحله بعدی نیز یک قطع کننده مدار انتخابی باشد، به منظور اطمینان از گزینش پذیری، زمان تاخیر کوتاه عمل قطع کننده مدار در مرحله بعد حداقل 0.1 ثانیه بیشتر از قطع کننده مدار در مرحله بعد است. به طور کلی، برای اطمینان از عملکرد انتخابی بین کلیدهای ولتاژ پایین بالا و پایین، قطع کننده مدار سطح بالا باید جریان اضافه را انتخاب کند.

با تأخیر کوتاه رها می شود و جریان عمل آن باید بیش از یک سطح بیشتر از جریان اضافه جریان سطح پایین تر باشد و حداقل جریان عمل Iop.1 قطع کننده مدار سطح بالا نباید کمتر از 1.2 برابر قطع کننده مدار سطح پایین باشد، یعنی iop1 ≥ 1.2 iop.2.

حفاظت آبشاری مدارشکن

در طراحی سیستم توزیع برق، همکاری انتخابی بین مراحل فوقانی و پایینی کلیدهای مدار باید دارای «انتخاب، سرعت و حساسیت» باشد.

گزینش پذیری به همکاری بین کلیدهای مدار بالا و پایین مربوط می شود، در حالی که سرعت و حساسیت به ترتیب به ویژگی های وسایل حفاظتی و حالت عملکرد خط مربوط می شود.

اگر مدار شکن های بالا و پایین به درستی مطابقت داشته باشند، مدار خطا را می توان به طور انتخابی حذف کرد تا اطمینان حاصل شود که سایر مدارهای بدون عیب در سیستم توزیع به کار عادی خود ادامه می دهند. در غیر این صورت بر قابلیت اطمینان سیستم توزیع تاثیر می گذارد.

حفاظت آبشاری کاربرد مشخصی از ویژگی های محدود کننده جریان قطع کننده های مدار است. اصل اصلی آن استفاده از عملکرد محدود کننده جریان مدارشکن های برتر برای انتخاب قطع کننده های مدار با ظرفیت قطع کمتر به منظور کاهش هزینه ها و صرفه جویی در هزینه ها است.

قطع کننده مدار محدود کننده جریان برتر QF1 می تواند حداکثر جریان اتصال کوتاه مورد انتظار را در محل نصب خود قطع کند. از آنجایی که قطع کننده های مدار برتر و فرعی به صورت سری در سیستم توزیع برق نصب می شوند، هنگامی که یک اتصال کوتاه در خروجی قطع کننده مدار سطح پایین QF2 رخ می دهد، مقدار واقعی جریان اتصال کوتاه به دلیل اثر محدود کننده جریان قطع کننده مدار برتر QF1 بسیار کمتر از جریان اتصال کوتاه مورد انتظار است. به عبارت دیگر، ظرفیت قطعی قطع کننده مدار سطح پایین QF2 با کمک قطع کننده مدار برتر QF1 که از ظرفیت قطعی نامی آن فراتر می رود، بسیار افزایش می یابد. این نوع حفاظت آبشاری نیز شرایط خاصی دارد، از جمله اینکه مدارهای مجاور نمی توانند بارهای مهمی داشته باشند (زیرا یک بار QF1 قطع می شود، مدار QF3 نیز قدرت خود را از دست می دهد) و در عین حال، مقدار تنظیم لحظه ای QF1 و QF2 باید به درستی مطابقت داده شود. داده‌های آبشاری را فقط می‌توان با آزمایش‌ها تعیین کرد و انتخاب تطبیق کلیدهای مدار بالا و پایین فقط توسط سازنده قطع کننده مدار تعیین می‌شود.

حساسیت مدار شکن

به منظور حصول اطمینان از اینکه آزاد شدن جریان اضافه لحظه ای یا کوتاه مدت قطع کننده مدار می تواند به طور قابل اعتماد عمل کند زمانی که کوچکترین خطای اتصال کوتاه در محدوده حفاظتی آن در حداقل حالت عملکرد سیستم رخ می دهد. حساسیت حفاظت مدارشکن باید الزامات کد طراحی توزیع ولتاژ پایین (CB50054-95) را برآورده کند که حساسیت آن نباید کمتر از 1.3 باشد، یعنی Sp=lk.min/Iop≥1.3. در جایی که lop جریان عمل آزاد شدن اضافه جریان فوری یا با تاخیر کوتاه است، Ik.Min جریان اتصال کوتاه تک فاز یا جریان اتصال کوتاه دو فاز در انتهای خط است که توسط قطع کننده مدار تحت حداقل حالت عملکرد سیستم محافظت می شود و Sp حساسیت قطع کننده مدار است.

هنگام انتخاب یک قطع کننده مدار، باید به بررسی حساسیت آن نیز توجه شود. برای یک قطع کننده مدار انتخابی با تاخیر کوتاه و آزاد شدن اضافه جریان آنی، فقط حساسیت عمل انتشار اضافه جریان با تاخیر کوتاه باید تایید شود و حساسیت عمل آزاد شدن اضافه جریان آنی نیازی به تایید ندارد.

انتخاب و تنظیم قطع کننده مدار شکن

(1) تنظیم جریان عمل آزاد شدن بیش از حد آنی

در میان اجسام محافظت شده توسط قطع کننده مدار، تجهیزات الکتریکی وجود دارد که در زمان راه اندازی، در مدت زمان کوتاهی جریان پیک بالایی را چندین برابر جریان نامی خود تولید می کند و در نتیجه باعث می شود که مدار شکن در مدت زمان کوتاهی جریان پیک زیادی را تحمل کند. جریان عمل lop(o) آزادسازی اضافه جریان آنی باید از پیک جریان Ipk خط جلوگیری کند.

یعنی IOP (o) ≥ krel ipk. جایی که کرل ضریب قابلیت اطمینان است. هنگام انتخاب یک قطع کننده مدار، باید به جلوگیری از پیک جریان خروجی بیش از حد آنی قطع کننده مدار توجه کرد تا از عملکرد نادرست کلید مدار جلوگیری شود.

(2) تنظیم جریان عمل و زمان عمل انتشار بیش از حد تاخیر کوتاه.

lop(های) جریان کنشی انتشار اضافه جریان با تاخیر کوتاه نیز باید از حداکثر جریان Ipk خط جلوگیری کند، یعنی IOP (ها) ≥ krel ipk. جایی که کرل ضریب قابلیت اطمینان است. زمان عمل انتشار اضافه جریان با تاخیر کوتاه به طور کلی به سه نوع تقسیم می شود: 0.2s، 0.4s و 0.6s. با توجه به گزینش حفاظتی دستگاه های محافظ جلو و عقب تعیین می شود و زمان عمل محافظ اول باید با اختلاف زمانی بیشتر از حفاظت دوم باشد.

(3) تنظیم جریان عمل و زمان عمل انتشار اضافه جریان با تاخیر طولانی.

انتشار اضافه جریان با تاخیر طولانی عمدتاً برای محافظت از اضافه بار استفاده می شود، بنابراین جریان عمل Iop(l) آن فقط باید از حداکثر جریان بار خط جلوگیری کند، یعنی جریان محاسبه شده I30، یعنی IOP (L) ≥ Krel I30. جایی که کرل ضریب قابلیت اطمینان است. زمان عمل انتشار اضافه جریان با تاخیر طولانی باید از مدت زمان اضافه بار کوتاه مدت جلوگیری کند تا باعث سوء عملکرد قطع کننده مدار ولتاژ پایین نشود.

(4) الزامات تطبیق بین جریان عمل جریان اضافه و خط محافظت شده.

به منظور جلوگیری از داغ شدن بیش از حد کابل عایق شده، آسیب یا حتی آتش سوزی ناشی از اضافه بار یا اتصال کوتاه، و قطع نشدن مدار قطع کننده مدار، lop جریان عمل آزاد شدن بیش از حد جریان قطع کننده مدار باید الزامات فرمول و lop≤Kol·Ial را برآورده کند. جایی که Ial ظرفیت حمل جریان مجاز کابل عایق شده است. Kol ضریب اضافه بار کوتاه مدت مجاز کابل عایق شده است و به طور کلی 4.5 برای آزاد کردن جریان اضافه آنی و با تاخیر کوتاه است. برای آزادسازی جریان اضافه با تأخیر طولانی، 1.1 را برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه و 1 را فقط برای محافظت در برابر بار مصرف کنید. اگر الزامات تطابق بالا برآورده نشد، جریان عملیاتی آزادسازی باید دوباره انتخاب شود، یا سطح مقطع هادی یا کابل باید به طور مناسب بزرگ شود.