انواع کلیدهای قدرت فشار ضعیف

انواع کلیدهای قدرت فشار ضعیف

مقدمه

کلیدهای قدرت از مهم‌ترین تجهیزات در سیستم‌های توزیع برق هستند. این تجهیزات برای قطع و وصل مدارهای الکتریکی به کار می‌روند و در صورت برخورداری از عملکرد حفاظتی مناسب، می‌توانند هنگام بروز اضافه‌بار یا اتصال کوتاه، مدار را قطع کنند و از آسیب‌دیدن تجهیزات و سیم‌کشی جلوگیری کنند.

در ساختمان‌ها، تابلوهای برق صنعتی، مراکز تجاری و تأسیسات الکتریکی، انواع مختلفی از کلیدها مورد استفاده قرار می‌گیرند. هرکدام از این کلیدها با توجه به جریان نامی، قدرت قطع، ساختار و امکانات حفاظتی، کاربرد مشخصی دارند.

شناخت تفاوت کلیدهایی مانند MCB،  MCCB و ACB به مهندسان، تکنسین‌ها و طراحان تابلو برق کمک می‌کند تا تجهیز مناسب را برای هر بخش از شبکه انتخاب کنند.

در این مقاله، با انواع متداول کلیدهای فشار ضعیف، عملکرد آن‌ها و مهم‌ترین معیارهای انتخاب آشنا می‌شویم.

۱. کلید قدرت چیست؟

کلید قدرت یا  Circuit Breaker تجهیزی است که برای وصل، عبور دادن و قطع جریان در یک مدار الکتریکی طراحی شده است. بسته به نوع کلید و واحد حفاظتی آن، قطع مدار می‌تواند به‌صورت دستی، با فرمان کنترلی یا در پاسخ به شرایط خطا انجام شود.

کلیدهای اتوماتیک مجهز به واحد حفاظتی مناسب می‌توانند شرایطی مانند اضافه‌بار و اتصال کوتاه را تشخیص دهند و مدار را قطع کنند.

البته همه کلیدها همه انواع خطا را تشخیص نمی‌دهند. برای مثال، حفاظت در برابر جریان باقیمانده به نوع تجهیز و آرایش حفاظتی سیستم بستگی دارد و صرفاً با نصب یک کلید اضافه‌جریان تضمین نمی‌شود.

۲.  فشار ضعیف به چه معناست؟

در طبقه‌بندی رایج سیستم‌های الکتریکی، شبکه‌های فشار ضعیف معمولاً شامل مدارهایی با ولتاژ نامی حداکثر ۱۰۰۰ ولت AC یا ۱۵۰۰ ولت DC هستند؛ البته تعریف دقیق باید بر اساس استاندارد مربوط به تجهیز و کاربرد بررسی شود.

کلیدهای فشار ضعیف در بخش‌های مختلف شبکه، از مدارهای فرعی ساختمان تا ورودی اصلی تابلوهای صنعتی، استفاده می‌شوند.

برای شناخت این کلیدها باید به چند معیار توجه کرد:

• نوع و ساختار کلید:  مانند MCB، MCCB و ACB
• جریان نامی: جریانی که کلید در شرایط مشخص‌شده برای آن طراحی شده است
• قدرت قطع : توانایی قطع ایمن جریان اتصال کوتاه
• واحد حفاظتی:  نحوه تشخیص اضافه‌بار و اتصال کوتاه و تنظیمات مربوط به آن
• کاربرد و محل نصب : مانند مدار فرعی، فیدر صنعتی یا ورودی اصلی تابلو

نکته مهم این است که دسته‌بندی بر اساس ساختار کلید با دسته‌بندی بر اساس روش خاموش کردن قوس الکتریکی یکسان نیست.

 

۳. کلید مینیاتوری (MCB)

MCB یا Miniature Circuit Breaker یکی از رایج‌ترین کلیدهای حفاظتی در مدارهای فشار ضعیف است. این کلید معمولاً در تابلوهای ساختمانی، مدارهای روشنایی، پریزها و بسیاری از مدارهای فرعی استفاده می‌شود.

وظایف اصلی MCB

• حفاظت در برابر اضافه ‌بار
• حفاظت در برابر اتصال کوتاه، در محدوده مشخصات کلید
• امکان قطع و وصل دستی مدار
• نصب آسان در بسیاری از تابلوهای فشار ضعیف

MCBهای متداول معمولاً از عملکرد حرارتی برای تشخیص اضافه‌بار و عملکرد مغناطیسی برای قطع سریع‌تر در برابر جریان‌های اتصال کوتاه استفاده می‌کنند.

 

منحنی‌های قطع MCB

در بسیاری از کلیدهای مینیاتوری، منحنی‌هایی مانند B، C و D وجود دارند که رفتار قطع مغناطیسی کلید را در برابر جریان‌های چندبرابر جریان نامی مشخص می‌کنند.

انتخاب منحنی مناسب به نوع بار، جریان راه‌اندازی و شرایط مدار بستگی دارد. برای مثال، جریان هجومی برخی تجهیزات می‌تواند در انتخاب منحنی مناسب مؤثر باشد.

نکته: انتخاب MCB فقط بر اساس جریان نامی انجام نمی‌شود؛ قدرت قطع کلید نیز باید با جریان اتصال کوتاه احتمالی در محل نصب سازگار باشد.


 

۴. کلید اتوماتیک کمپکت (MCCB)

MCCB یا Molded-Case Circuit Breaker کلید اتوماتیکی است که در بسیاری از فیدرهای صنعتی، تابلوهای توزیع و تأسیسات تجاری استفاده می‌شود.

این کلیدها در محدوده‌های مختلف جریان نامی و قدرت قطع تولید می‌شوند و در بسیاری از مدل‌ها امکان تنظیم پارامترهای حفاظتی وجود دارد.

ویژگی‌های MCCB

• مناسب برای بسیاری از مدارهای با جریان بالاتر از کاربردهای متداول MCB
• تنوع در جریان نامی و قدرت قطع
• امکان استفاده از واحدهای حفاظتی حرارتی–مغناطیسی یا الکترونیکی، بسته به مدل
• کاربرد گسترده در تابلوهای توزیع و فیدرهای صنعتی

برخی MCCBها امکان تنظیم حفاظت اضافه‌بار، قطع لحظه‌ای اتصال کوتاه یا تأخیر زمانی را فراهم می‌کنند. بااین‌حال، این قابلیت‌ها در همه مدل‌ها یکسان نیستند.

تفاوت MCB و MCCB

تفاوت این دو کلید صرفاً در مقدار جریان نامی نیست. ساختار، قدرت قطع، قابلیت تنظیم حفاظت، ابعاد، شیوه نصب و امکانات جانبی نیز می‌توانند متفاوت باشند.

بنابراین، انتخاب بین MCB و MCCB باید بر اساس نیاز حفاظتی مدار و مشخصات فنی تجهیز انجام شود.

۵. کلید هوایی (ACB)

ACB یا Air Circuit Breaker کلیدی است که از هوا به‌عنوان محیط خاموش‌کننده قوس الکتریکی استفاده می‌کند. این کلید در بسیاری از تابلوهای اصلی فشار ضعیف، ورودی‌های اصلی و فیدرهای با جریان بالا کاربرد دارد.

در زمان باز شدن کنتاکت‌ها، ممکن است قوس الکتریکی ایجاد شود. ساختار محفظه خاموش‌کننده قوس در ACB به کنترل و خاموش شدن این قوس کمک می‌کند.

ویژگی‌های ACB

• کاربرد در تابلوهای اصلی فشار ضعیف و مدارهای با جریان بالا
• امکان تجهیز به واحدهای حفاظتی پیشرفته
• قابلیت تنظیم پارامترهای حفاظتی در بسیاری از مدل‌ها
• امکان استفاده از تجهیزات جانبی و سامانه‌های کنترلی، متناسب با طراحی کلید

در بسیاری از ACBهای صنعتی، واحد حفاظتی الکترونیکی می‌تواند قابلیت‌هایی مانند حفاظت اضافه‌بار، اتصال کوتاه و اتصال کوتاه با تأخیر زمانی را فراهم کند. امکانات دقیق به مدل و تنظیمات کلید بستگی دارد.

نکته اصطلاحی: ACB در تابلوهای فشار ضعیف به معنای Air Circuit Breaker است؛ نباید آن را با برخی کلیدهای هوای فشرده مورد استفاده در فناوری‌های قدیمی‌تر فشار متوسط یا فشار قوی اشتباه گرفت.

۶. مقایسه MCB، MCCB و ACB

این سه نوع کلید در تابلوهای فشار ضعیف کاربرد زیادی دارند، اما از نظر ساختار و امکانات با یکدیگر متفاوت‌اند.

این مقایسه کلی است و محدوده جریان کلیدها می‌تواند هم‌پوشانی داشته باشد. برای انتخاب نهایی باید کاتالوگ و مشخصات فنی مدل موردنظر بررسی شود.

۷. کلیدهای حفاظت جریان باقیمانده؛ RCCB و RCBO

کلیدهای حفاظت جریان جریان باقیمانده، برای تشخیص اختلاف جریان‌های عبوری از هادی‌های فعال مدار استفاده می‌شوند. این اختلاف می‌تواند نشانه عبور جریان از مسیری دیگر، از جمله مسیر زمین، باشد.

دو تجهیز متداول در این گروه عبارت‌اند از:

RCCB

RCCB یا Residual Current Circuit Breaker برای تشخیص جریان باقیمانده طراحی شده است و به‌تنهایی حفاظت اضافه‌بار و اتصال کوتاه را فراهم نمی‌کند. بنابراین، معمولاً باید همراه با حفاظت اضافه‌جریان مناسب به کار رود.

RCBO

RCBO یا Residual Current operated Circuit Breaker with Overcurrent Protection حفاظت جریان باقیمانده را با حفاظت اضافه‌جریان در یک تجهیز ترکیب می‌کند.

انتخاب این تجهیزات به نوع شبکه، حساسیت موردنیاز، شرایط نصب و الزامات حفاظتی بستگی دارد. همچنین، انتخاب و نصب درست آن‌ها به‌تنهایی جایگزین سایر اقدامات لازم برای حفاظت در برابر برق‌گرفتگی نیست.

۸. استانداردهای UL 489 و UL 1077 چه تفاوتی دارند؟

در برخی تجهیزات مورد استفاده در بازار آمریکای شمالی، استانداردهای UL 489 و UL 1077 اهمیت دارند.

UL 489

این استاندارد به کلیدهای حفاظتی مدار مربوط می‌شود که برای حفاظت اضافه‌جریان در کاربردهای تعریف‌شده طراحی شده‌اند. این کلیدها می‌توانند در تابلوهای توزیع و تجهیزات الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند.

UL 1077

این استاندارد به Supplementary Protectors یا محافظ‌های کمکی مربوط است. این تجهیزات معمولاً برای حفاظت تکمیلی در داخل تجهیزات یا بخش‌هایی از مدار به کار می‌روند و نباید بدون بررسی شرایط تأییدشده، جایگزین کلید حفاظتی اصلی موردنیاز شوند.

بنابراین، صرف شباهت ظاهری یا وجود قابلیت قطع جریان به این معنا نیست که هر دو تجهیز برای یک کاربرد حفاظتی قابل جایگزینی هستند.

این طبقه‌بندی مربوط به استانداردهای UL است و نباید آن را بدون بررسی به‌عنوان دسته‌بندی عمومی تمام کلیدهای MCB در استانداردهای IEC در نظر گرفت.

۹. فناوری‌های خاموش کردن قوس الکتریکی

هنگام قطع جریان، به‌ویژه جریان‌های زیاد، ممکن است بین کنتاکت‌ها قوس الکتریکی ایجاد شود. طراحی کلید باید به خاموش شدن قوس و بازیابی استقامت عایقی کمک کند.

فناوری‌های مختلفی برای این منظور وجود دارند، از جمله:

• هوا: در بسیاری از کلیدهای فشار ضعیف مانند ACB
• خلأ: کاربرد گسترده در بسیاری از کلیدهای فشار متوسط
• گاز: SF₆ مورد استفاده در برخی کلیدهای فشار متوسط و فشار قوی
• روغن: فناوری مورد استفاده در بسیاری از کلیدهای قدیمی‌تر فشار متوسط و فشار قوی

این روش‌ها را نباید به‌عنوان چهار نوع هم‌رده و متداول کلید فشار ضعیف معرفی کرد. فناوری مناسب به سطح ولتاژ، جریان قابل قطع، طراحی تجهیز و الزامات بهره‌برداری بستگی دارد.

همچنین، استفاده از SF₆ با ملاحظات زیست‌محیطی مهمی همراه است؛ این گاز دارای پتانسیل گرمایش جهانی بسیار بالایی است و در انتخاب تجهیزات جدید، الزامات زیست‌محیطی و مقررات مربوط باید در نظر گرفته شوند.

۱۰. مهم‌ترین معیارهای انتخاب کلید فشار ضعیف

انتخاب کلید مناسب، یکی از مراحل مهم طراحی تابلو برق و سیستم توزیع است. انتخاب نادرست می‌تواند باعث قطع ناخواسته مدار، حفاظت ناکافی یا ناتوانی کلید در قطع ایمن جریان خطا شود.

۱۰.۱. ولتاژ نامی

ولتاژ نامی کلید باید با ولتاژ شبکه و شرایط بهره‌برداری سازگار باشد. همچنین باید مشخصات مربوط به تعداد پل‌ها و نوع سیستم AC یا DC بررسی شود.

۱۰.۲. جریان نامی

جریان نامی باید با جریان بار، ظرفیت هادی‌ها، شرایط نصب و الزامات حفاظتی هماهنگ باشد.

انتخاب کلید با جریان نامی ۱۲۰ درصد جریان بار، یک قاعده عمومی و همیشگی نیست. در برخی کاربردها، الزامات استاندارد، نوع بار، بار پیوسته، دمای محیط و دستورالعمل سازنده در انتخاب جریان نامی مؤثرند.

۱۰.۳. قدرت قطع

قدرت قطع کلید باید متناسب با جریان اتصال کوتاه احتمالی در محل نصب باشد.

اگر قدرت قطع کلید از جریان خطای احتمالی کمتر باشد، ممکن است کلید نتواند جریان خطا را به‌صورت ایمن قطع کند.

در بررسی مشخصات، باید پارامترهای مربوط به قدرت قطع و ولتاژ نامی تجهیز مطابق استاندارد مربوط بررسی شوند.

۱۰.۴. منحنی زمان–جریان و تنظیمات حفاظتی

منحنی زمان–جریان نشان می‌دهد که تجهیز حفاظتی در برابر مقادیر مختلف جریان، در چه محدوده زمانی عمل می‌کند.

انتخاب منحنی یا تنظیمات حفاظتی باید با نوع بار، جریان راه‌اندازی، ظرفیت هادی‌ها و نیازهای هماهنگی حفاظتی سازگار باشد.

در سیستم‌هایی با چند سطح حفاظت، هماهنگی میان کلیدها اهمیت دارد تا خطا در نزدیک‌ترین نقطه مناسب قطع شود و بخش‌های سالم شبکه تا حد امکان در مدار باقی بمانند.

۱۰.۵. شرایط محیطی

دمای محیط، ارتفاع از سطح دریا، رطوبت، آلودگی و خوردگی می‌توانند بر عملکرد و ظرفیت کلید تأثیر بگذارند.

برای مثال، در دمای بالا یا ارتفاع زیاد ممکن است طبق دستورالعمل سازنده به کاهش ظرفیت نامی یا اعمال ضرایب اصلاحی نیاز باشد. مقدار این اصلاحات برای همه کلیدها یکسان نیست.

در محیط‌های مرطوب یا خورنده نیز باید درجه حفاظت محفظه، جنس قطعات و الزامات نصب بررسی شوند.

۱۰.۶. نگهداری و قابلیت اطمینان

سهولت بازرسی، دسترسی به قطعات، امکان آزمون واحد حفاظتی و توصیه‌های سازنده از عوامل مهم در انتخاب کلید هستند.

برنامه نگهداری باید متناسب با نوع تجهیز، شرایط محیطی، میزان بهره‌برداری و اهمیت مدار تنظیم شود. نمی‌توان بدون بررسی طراحی و شرایط کار، یک نوع کلید را در همه کاربردها کم‌نیازتر به تعمیرات دانست.

جمع‌بندی

کلیدهای فشار ضعیف نقش مهمی در کنترل مدار و حفاظت از تجهیزات الکتریکی دارند. بااین‌حال، کلیدهای MCB، MCCB و ACB از نظر ساختار، محدوده کاربرد، قدرت قطع و امکانات حفاظتی تفاوت دارند.

برای انتخاب کلید مناسب، باید ولتاژ و جریان نامی، جریان اتصال کوتاه احتمالی، مشخصات واحد حفاظتی، شرایط محیطی و هماهنگی با سایر تجهیزات بررسی شوند.

همچنین باید توجه داشت که حفاظت اضافه‌جریان، حفاظت جریان باقیمانده و حفاظت در برابر برق‌گرفتگی مفاهیم مرتبط اما متفاوتی هستند و انتخاب تجهیزات باید بر اساس نیاز واقعی سیستم انجام شود.

انتخاب درست کلید، فقط انتخاب یک عدد آمپر نیست؛ بلکه انتخاب تجهیزی است که بتواند در شرایط واقعی شبکه، وظیفه حفاظتی موردنیاز را به‌درستی انجام دهد.