کلید مینیاتوری

کلید مینیاتوری (MCB) وسیله الکتریکی است که برای محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه استفاده می شود. کلیدهای مینیاتوری نوعی قطع کننده مدار محسوب می شوند و به گونه ای طراحی شده اند که به طور خودکار جریان الکتریکی را در صورت تجاوز از یک آستانه خاص قطع کنند.

کلیدهای مینیاتوری معمولاً در کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی برای محافظت از مدارهای الکتریکی و جلوگیری از آسیب به تجهیزات الکتریکی استفاده می شوند. بیشتر در تابلوهای توزیع یا واحدهای مصرف کننده نصب می شوند و در حساسیتهای مختلف (بر حسب نیاز) در دسترس هستند.

وظیفه اصلی یک کلید مینیاتوری تشخیص جریان اضافه و قطع مدار در صورت لزوم است. زمانی که جریان عبوری از مدار از جریان نامی آن فراتر رفته و اضافه جریان تشخیص داده می شود، کلید باز شده و با قطع جریان ورودی از آسیبهای احتمالی جلوگیری می‌کند.کلیدهای مینیاتوری همچنین در برابر اتصال کوتاه از مدار محافظت می کنند. در صورت اتصال کوتاه، کلید به سرعت باز می شود تا  از خطرات احتمالی جلوگیری کند.

یکی از مزایای کلیدهای مینیاتوری اندازه جمع و جور آنهاست که امکان نصب آسان و صرفه جویی در فضا در تابلوهای برق را فراهم می کند. آنها همچنین به گونه ای طراحی شده اند که قابلیت راه اندازی مجدد را داشته باشند (برخلاف فیوزهای سنتی). به این معنی که پس از رفع عیب از مدار، می توانیم کلید را به صورت دستی  دوباره وصل کنیم تا جریان در مدار برقرار شود.

کلید مناسب، برای محافظت از مدار الکتریکی خاصی که بر حسب میزان جریان مورد نیاز و همچنین نوع آن  مدار الکتریکی انتخاب می شود تضمین می کند که کلید به طور موثر عمل کرده و محافظت قابل اعتمادی را در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه فراهم کند.

به طور کلی، کلیدهای مینیاتوری از اجزای ضروری در سیستم های الکتریکی به شمار می‌روند زیرا نقش مهمی در محافظت از مدارها و تجهیزات الکتریکی از آسیب احتمالی ناشی از جریان های بیش از حد دارند.

قبل از توسعه MCB ها، قطع کننده های مدار سنتی برای محافظت از مدارهای الکتریکی استفاده می شد. این مدار شکن ها معمولاً بزرگ بودند و برای کاربردهای ولتاژ بالا مانند سیستم های توزیع برق طراحی شده بودند. در فرهنگ آکسفورد در تعریف مینیاتور آورده است: “بسیار کوچک، کوچکتر از معمول” مفهوم کلیدهای مینیاتوری در دهه 1920 به عنوان پاسخ نیاز به تجهیزات حفاظت مدار کوچکتر و کارآمدتر پدیدار شد. MCB ها به گونه ای طراحی شده اند که حفاظت قابل اعتمادی را در برابر جریان اضافه و اتصال کوتاه به شکل فشرده و به راحتی قابل نصب داشته باشند برای اولین بار در سال 1924 شرکت BBC (Brown, Boveri & Cie) که یک شرکت سوئیسی در زمینه مهندسی برق بود توانست کلیدهای مینیاتوری را تولید کند. در طول سال ها، فناوری MCB با بهبود در طراحی، مواد و عملکرد، کامل‌تر شد. تولیدکنندگان مختلف در توسعه MCB ها مشارکت کردند و سازمان های استاندارد، مانند کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (IEC) و بیمه (UL)، دستورالعمل ها و استانداردهای ایمنی را برای MCB ها ایجاد کردند.

با پیشرفت فناوری MCB، سازندگان شروع به افزودن ویژگی های جدید در کلیدهای مینیاتوری کردند تا عملکرد و ایمنی آنها را افزایش دهند. این ویژگی ها شامل قابلیت های کنترل از راه دور، اتوماسیون و غیره است. توسعه MCB ها با تحقیقات و نوآوری های مداوم با هدف بهبود عملکرد، کارایی و ایمنی آنها تا به امروز ادامه یافته است. تولید کنندگان به طور مداوم بر روی طرح ها و فناوری های جدید کار می کنند تا نیازهای پیش رو برای سیستم های الکتریکی را برآورده سازند.

نقش محافظت از سایر اجزای کلید را برعهده دارد. از مواد غیر رسانا، مانند پلاستیک یا رزینهای گرماسخت (ترموست) ساخته می شود. این محفظه عایق و محافظت در برابر عوامل خارجی مانند گرد و غبار، رطوبت و تماس تصادفی را فراهم می کند.

محفظه های کلید مینیاتوری، به عنوان جعبه فیوز یا پانل های MCB نیز شناخته می شوند. کلیدهای مینیاتوری (MCB) و سایر اجزای الکتریکی را می توان در آنها جا داد. این محفظه ها محیط امن و مرتبی را برای کلیدها و سایر تجهیزات الکترونیکی فراهم می‌کنند.

در اینجا چند نکته کلیدی در مورد محفظه های MCB وجود دارد:

 جعبه فیوزها معمولاً از مواد بادوام مانند فلز (به عنوان مثال، استیل) یا پلاستیک فشرده (به عنوان مثال، پلی کربنات) ساخته می شوند. انتخاب جنس مناسب به عواملی مانند کاربرد، محیط و سطح حفاظت مورد نیاز، بستگی دارد.

اندازه و دیزاین:

پنلهای MCB در اندازه‌ها و طرح‌های مختلفی برای گنجاندن تعداد و انواع مختلف کلید مینیاتوری وجود دارند. این جعبه‌ها در شکل های مختلف مناسب برای کلیدها تک پل، دو پل، یا چند پل و متناسب با انواع تاسیسات الکتریکی موجود هستند.

به دو دسته توکار و روکار تقسیم می‌شوند. جعبه های توکار در داخل دیوار قرار گرفته و به صورت مسطح نصب می شوند در حالیکه جعبه فیوزهای روکار از سطح دیوار فاصله می‌گیرند.

پنلها از مدار در برابر عوامل محیطی مانند گرد و غبار، رطوبت و نیز تماس تصادفی حفاظت می‌کنند. همچنین به جلوگیری از دسترسی غیرمجاز به قطعات الکتریکی کمک می کنند و خطرات الکتریکی را کاهش می دهند.

جعبه های کلید مینیاتوری برای مدیریت صحیح سیم‌کشی به صورت مرتب و منظم طراحی شده اند. این جعبه ها ممکن است شامل نقاط ورودی، خروجی ها، و… باشند که منجر به اطمینان از منظم بودن اتصالات می‌باشد.

محفظه های MCB باید با استانداردها و گواهینامه های صنعت مربوطه مطابقت داشته باشند تا از کیفیت، ایمنی و عملکرد آنها اطمینان حاصل شود. نمونه هایی از این استانداردها عبارتند از استانداردهای IEC (کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی) و گواهینامه هایی مانند رتبه بندی IP  و…

برخی از محفظه‌های MCB امکان سفارشی‌سازی را فراهم می‌کنند که امکان ایجاد تغییر یا افزودن امکانات  خاص را بر حسب نیاز فراهم می‌کنند. لوازم جانبی مانند ریل های DIN، شینه ها، برچسب ها و قفل ها نیز ممکن است برای بهبود عملکرد و امنیت در دسترس باشند.

انتخاب محفظه MCB مناسب برای کاربرد خاص، با در نظر گرفتن عواملی مانند تعداد MCB، بار الکتریکی، شرایط محیطی، و هر گونه مقررات یا استاندارد خاصی که باید رعایت شود، مهم است.

اجزای داخلی کلید مینیاتوری را در کنار هم نگه می دارد. معمولاً از مواد بادوام مانند پلاستیک فشرده یا فلز ساخته شده است.

قاب به ساختار فیزیکی یا محفظه یک کلید مینیاتوری (MCB) اشاره دارد. این محفظه بیرونی است که اجزای داخلی MCB را در بر می گیرد و محافظت و پشتیبانی می کند.

قاب یک MCB معمولاً از مواد بادوام و غیر رسانا مانند پلاستیک ترموست ساخته می شود. این ماده به عایق بندی اجزای داخلی و جلوگیری از هرگونه تماس الکتریکی با محیط اطراف کمک می کند.

اندازه و شکل قاب بسته به سازنده و مدل خاص محصول می‌تواند متفاوت باشد. کلیدهای مینیاتوری در اندازه های مختلف موجود هستند. رایج ترین انواع کلیدهای مینیاتوری عبارتند از: تک پل، دو پل، سه پل.

قاب کلیدهای مینیاتوری ترمینال یا کانکتورهایی را برای اتصالات الکتریکی فراهم می کند. این ترمینالها امکان اتصال ایمن هادی های الکتریکی ورودی و خروجی را فراهم می کنند. همچنین فریم ممکن است دارای تمهیداتی برای نصب مانند سوراخ هایی که برای تسهیل نصب در تابلوهای برق یا تابلوهای توزیع باشند.

برای قطع یا وصل دستی کلید از آن استفاده می‌شود. معمولن از یک دسته (اهرمی) تشکیل شده است که با استفاده از آن می‌توان جریان را قطع یا وصل کرد.

کلیدهای مینیاتوری دارای دو مجموعه کنتاکت می‌باشند:

الف) کنتاکت ثابت :

ثابت است و به منبع تغذیه ورودی متصل است

ب) کنتاکت متحرک:

به مدار خروجی متصل است.

هنگامی که کلید در موقعیت بسته قرار دارد، این کنتاکت ها با یکدیگر در تماس هستند و به جریان اجازه عبور می دهند.

 کنتاکت های یک MCB معمولاً از مواد رسانا با کیفیت بالا مانند نقره، مس یا آلیاژهای مس ساخته می شوند. این مواد به دلیل هدایت الکتریکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی انتخاب می شوند.

طراحی کنتاکتها به صورتی انجام می‌شود تا اتصالی قابل اعتماد و با هدایت الکتریکی بالا در هنگام بسته بودن کلید اطمینان حاصل شود. آنها معمولن به شکل صفحات صاف یا کمی خمیده هستند که هنگام بسته شدن مدار با یکدیگر تماس پیدا می کنند.

کنتاکت ها با مقدار خاصی از نیرو در کنار هم نگه داشته می شوند تا یک اتصال الکتریکی خوب حفظ شود. این نیرو اکثراً از طریق مکانیزم فنری در MCB به دست می آید. نیروی تماس کافی برای به حداقل رساندن مقاومت و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد در نتیجۀ ایجاد قوس الکتریکی در نقاط تماس لازم است.

کنتاکت های یک MCB طوری طراحی شده اند که در برابر قطع و وصل شدن های متعدد بدون سایش یا تخریب قابل توجه مقاومت کنند. مواد تماس و طراحی برای اطمینان از عمر تماس طولانی انتخاب شده اند و به کلید امکان می دهد مدار را در طول عمر عملیاتی خود به طور قابل اعتماد باز و بسته کند.

هنگامی که MCB یک مدار را قطع می کند، یک قوس الکتریکی به دلیل قطع ناگهانی جریان الکتریکی ایجاد می شود. کنتاکت ها به گونه ای طراحی شده اند که میزان انرژی و مدت این قوس را به حداقل برسانند. علاوه بر این، MCB ممکن است ویژگی هایی مانند جرقه گیر یا مکانیسم های خاموش کننده قوس را برای خاموش کردن ایمن و سریع قوس، و جلوگیری از آسیب به کنتاکت ها و اجزای اطراف در خود داشته باشد.

توجه به این نکته مهم است که طراحی و ساخت خاص کنتاکت ها ممکن است در بین سازندگان مختلف و مدل های MCB متفاوت باشد. با این حال، هدف کلی اطمینان از اتصال الکتریکی ایمن و کارآمد در عین به حداقل رساندن مقاومت، فرسایش و امکان ایجاد قوس است.

مکانیسم تریپ برای پاسخ سریع و دقیق به شرایط اضافه جریان طراحی شده است. این مکانیسم به نحوی تنظیم شده است تا در یک بازه زمانی خاص بسته به بزرگی جریان اضافه عمل کند. این تضمین می کند که مدار به سرعت قطع شود تا از آسیب به سیم کشی و تجهیزات جلوگیری شود. مکانیسم تریپ در صورت تشخیص عیب، وظیفه قطع جریان را بر عهده دارد. بسته به نوع کلید مینیاتوری، با خم شدن نوار بی متال یا توسط یک بوبین الکترومغناطیسی عمل می‌کند. مکانیسم تریپ کنتاکت ها را به سرعت جدا می کند، مدار را قطع و جریان را متوقف می کند.

مکانیزم تریپ در MCB یک عنصر مهم است که مسئول تشخیص و پاسخ به جریان بیش از حد در یک مدار الکتریکی است. در صورتی که جریان الکتریکی از مقدار جریان نامی (از قبل تعیین شده) فراتر رود با قطع کردن جریان الکتریکی، مدار الکتریکی  و دستگاه های متصل  به آن را از آسیب محافظت می کند.

به طور کلی دو نوع مکانیسم تریپ در MCB ها استفاده می شود:

بی متال خلاصه شده عبارت bimetallic strip می‌باشد. پیشوند bi به دوتایی بودن آن جسم اشاره میکند. در ترجمه تحت اللفظی بی متال یعنی نوار دو فلزی. بی متال مرکب از دو فلز مختلف با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت می باشد.

یکی از فلزات دارای ضریب انبساط حرارتی بالاتری است، به این معنی که هنگام گرم شدن بیشتر منبسط می شود، در حالی که فلز دیگر ضریب انبساط حرارتی کمتری دارد و کمتر منبسط می شود.

انبساط افتراقی این دو فلز باعث می شود که بی‌متال در معرض تغییرات دما خم شده یا تغییر شکل دهد. این عمل خمشی در موارد مختلفی از جمله برای کنترل دما و در کلیدهای حرارتی و تجهیزات حفاظت مدار مانند MCB ها استفاده می شود.

درکلیدهای مینیاتوری بی متال اغلب به عنوان بخشی از واحد تریپ استفاده می شود. هنگامی که جریان بیش از حد از MCB عبور می کند، بی متال به دلیل اثر گرمایش مقاومتی گرم می شود. با افزایش دمای بی متال، فلز با ضریب انبساط حرارتی بالاتر نسبت به فلز دیگر بیشتر منبسط می شود و باعث خم شدن نوار بی متال می شود.

این عمل خمشی باعث ایجاد مکانیسم تریپ می شود که مدار و در نتیجه جریان برق را قطع می کند. هنگامی که جریان به سطح ایمن باز می گردد، نوار دو فلزی خنک می شود و به موقعیت اولیه خود باز می گردد و امکان اتصال مجدد مدار را فراهم می کند.

بی متال یک مکانیسم حفاظتی قابل اعتماد و خودکار در برابر جریان اضافی ایجاد می کند. این یک فناوری ساده و در عین حال موثر است که با قطع سریع مدار در مواقع لزوم از خطرات الکتریکی و آسیب تجهیزات جلوگیری می کند.

بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کنند. هنگامی که جریان زیاد از کلید عبور کند یا اتصال کوتاه رخ دهد، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان عبوری از سیم پیچ کلید مدار باعث می شود که واحد تریپ فعال شده و مدار را باز و جریان برق را قطع کند.

* شایان ذکر است که مکانیسم تریپ در کلیدهای مینیاتوری برخلاف کلید های کمپکت  قابل تغییر نیست.

  با فاصله گرفتن کنتاکتهای کلید از هم، اتصال بین کنتاکتها ضعیف شده و در نتیجه قوس الکتریکی تشکیل می شود. جرقه‌گیر دارای یک ساختار ویژه است که با ایجاد مسیری برای عبور قوس الکتریکی قوس الکتریکی را به مسیری خاص هدایت میکند و از آسیب رساندن قوس الکتریکی به کنتاکت ها جلوگیری می کند و خطر آتش سوزی را کاهش می دهد.

اینها اجزای اساسی هستند که ساختار یک کلید مینیاتوری را تشکیل می دهند. طراحی و ویژگی های خاص ممکن است بسته به سازنده و مدل خاص کلید مینیاتوری متفاوت باشد.

انواع مختلفی از کلیدهای مینیاتوری وجود دارد که هر کدام برای برآوردن نیاز و یا کاربردهای الکتریکی خاص طراحی شده اند. در اینجا چند نوع متداول از کلیدهای مینیاتوری آورده شده است: