کلید های کمپکت MCCB چیست؟

کلید های کمپکت MCCB چیست؟! برای محافظت از اجزای مدار در برابر عبور جریان الکتریسیته بالا می‌توان از وسایل حفاظتی مختلفی استفاده کرد زیرا در صورتی که جریان زیادی از دستگاه با توان کم عبور کند، منجر به خرابی دستگاه می شود. مدارشکن (به فرانسوی دژنکتور) یکی از این وسایل است. کلید اتوماتیک نوعی از دژنکتور می‌باشد که برای محافظت از مدار الکتریکی در مقابل خطرات ناشی از اضافه بار (مانند بی متال) یا اتصال کوتاه (مانند فیوز) طراحی شده‌است. برعکس فیوز که یک بار عمل کرده و پس از آن باید تعویض شود، مدارشکن می‌تواند دوباره (به‌طور خودکار یا دستی) وارد مدار شود. مدارشکن‌ها در اندازه‌های مختلفی ساخته می‌شوند و می‌توانند از مدارهای با جریان پایین مثل دستگاه های کوچک لوازم خانگی تا کلیدهای بزرگ که برای محافظت مدارهای ولتاژ بالا (مثلاً تغذیه یک شهر) به کار برده شوند. از این کلیدها در دامنه گسترده ای از جریان های عبوری و فرکانس های مختلف استفاده می شود.
MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) یک از انواع کلیدهای اتوماتیک است و برای محافظت از تجهیزات مختلف در مقابل اضافه‌بار، اتصال کوتاه، اضافه‌جریان آنی و خطای ارت به کار برده می‌شود.
MCCB در واقع نسخه پیشرفته ای از کلید مینیاتوری (MCB) است که در اینجا به مطالعه آن خواهیم پرداخت.

تاریخچه

نیاز به وسایل حفاظت مدار در قرن نوزدهم با توسعه سیستم های الکتریکی پدیدار شد. در این زمان معمولاً از فیوزها برای محافظت از مدارها در برابر جریان اضافه و اتصال کوتاه استفاده می شد. با این حال، فیوزها دارای محدودیت هایی بودند به طور مثال پس از هر بار قطع مدار نیاز به تعویض فیوز داشتیم.

هوگو استوتز اولین MCB را در سال 1923 در حالی که برای شرکت AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) کار می کرد، اختراع کرد. کنتاکت استوتز جایگزینی فشرده‌تر و کارآمدتر برای فیوزهای سنتی به شمار رفته و انقلابی در تجهیزات حفاظت از مدار الکتریکی ایجاد کرد. کنتاکت استوتز پایه و اساس توسعه MCB های مدرن را که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، به شمار می‌رود.
دهه 1940 کمپانی Westinghouse Electric Corporation مدارشکن ها را در مقیاسی بزرگتر توسعه داد. مدارشکنهای اولیه برای کار با ولتاژهای پایین طراحی شده بودند. این مدارشکن‌ها از نوع مغناطیسی-گرمایی بودند. مدارشکن‌های مغناطیسی عملکرد بهتری در برابر اتصال کوتاه داشته و مدارشکن‌های گرمایی در اضافه بار بهتر عمل می‌کنند. درنتیجه استفاده ترکیبی از این دو خاصیت؛ این مدارشکنها حفاظت مناسبی را در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار به دنبال داشتند.
با گذشت زمان، پیشرفت در فناوری و افزایش تقاضا برای حفاظت الکتریکی منجر به توسعه کلیدهای اتوماتیک پیچیده تر (MCCB) شد. در دهه 1960، واحدهای تریپ معرفی شدند که امکان تنظیمات حفاظتی دقیق تر و قابل تغییر را فراهم می کردند. واحدهای تریپ الکترونیکی ویژگی‌هایی از قبیل منحنی های تریپ قابل تنظیم، جریان نامی قابل تنظیم و تشخیص بهتر جریان خطا را ارائه دادند.
با قوی‌تر شدن سیستم‌های الکتریکی، MCCB ها باید جریان‌های خطای بالاتری را مدیریت میکردند. در نتیجه تولیدکنندگان به توسعه MCCB با ظرفیت قطع افزایش یافته روی آوردند. تا از حفاظت موثر مدار در نیازهای قوی تر (از لحاظ ولتاژ، جریان و…) اطمینان حاصل کنند.
با پیشرفت تکنولوژی دیجیتال، تولیدکنندگان شروع به استفاده از واحدهای تریپ دیجیتال کردند. این واحدها ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند قابلیت‌های ارتباطی، نظارت از راه دور و عملکردهای تشخیصی پیشرفته را ارائه می‌کنند. MCCB های دیجیتال امکان نظارت و نگهداری بهتر سیستم را فراهم می کنند.
در سال های اخیر، MCCB ها به قابلیت های تشخیص خطای قوس الکتریکی نیز مجهز شده اند. قوس الکتریکی می تواند باعث آتش سوزی شود و اضافه شدن تکنولوژی تشخیص خطای قوس در MCCB به شناسایی و کاهش این خطرات کمک می کند و به طور کلی حفاظت الکتریکی را افزایش می دهد.
MCCBهای مدرن اغلب شامل ویژگی های مدیریت انرژی مانند نظارت بر توان، پروفایل بار و تجزیه و تحلیل مصرف انرژی هستند. این ویژگی‌ها مدیریت بهتر انرژی را ممکن می‌سازد و به بهینه‌سازی سیستم‌های الکتریکی برای بهبود کارایی کمک می‌کند.

فریم

این قاب به گونه ای طراحی شده است که ساختاری محکم و مستحکم داشته باشد تا از MCCB به صورت فیزیکی محافظت کند. طراحی آن به گونه ای انجام می شود که برای ایجاد استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر ضربه و محافظت در برابر عوامل محیطی مانند گرد و غبار، رطوبت و تغییرات دما کاملاً مناسب باشد. قاب معمولاً از مواد بادوام مانند پلاستیک سخت یا فلز ساخته می شود.
از مواد متداول مورد استفاده برای قاب‌های کلید کمپکت میتوان پلیمرهای گرماسخت (ترموست) مانند فایبرگلس کامپوزیت یا HIPC (پلی استر هایمپکت، نوعی پلی استر با مقاومت بسیار بالا) و همچنین فلزاتی مانند آلومینیوم یا فولاد را نام برد.
اندازه و شکل قاب بسته به مدل خاص کلید می تواند متفاوت باشد. کلیدها در اندازه های مختلف برای جریان های مختلف، از چند آمپر تا چندین هزار آمپر در دسترس هستند. این قاب به گونه ای طراحی شده است که اجزای لازم را در خود جای دهد و فضای کافی را برای اتصالات الکتریکی مناسب فراهم کند.
ممکن است قاب های MCCB برای نصب آسان در تابلوهای برق دارای ویژگی های خاصی باشند مانند سوراخ های نصب، براکت‌ها یا گیره هایی برای اتصال ایمن MCCB به پانل یا محفظه
برای جلوگیری از تماس تصادفی با قطعات برقی و اطمینان از رعایت استانداردهای ایمنی موانع یا شیلدهایی برای محافظت در برابر خطرات شوک الکتریکی تعبیه شده است.
معمولاً برچسب‌ها و علامت‌هایی روی قاب درج می‌شوند که اطلاعات مهمی مانند نام سازنده، شماره مدل، رتبه‌بندی جریان، رتبه‌بندی ولتاژ و سایر مشخصات مربوطه را ارائه می‌دهد.

برخی از موارد نوشته شده روی پلاک:

واحد تریپ در کلید کمپکت

واحد های تریپ از اجزای اصلی کلیدهای کمپکت به شمار می روند. و نقش مهمی در تشخیص شرایط الکتریکی غیرعادی دارند و فرمان شروع باز شدن کنتاکت ها برای قطع جریان را صادر می‌کنند.
واحد های تریپ در سه دسته حرارتی، مغناطیسی، یا ترکیبی جای می‌گیرند:
الف) واحد حرارتی:
این نوع یونیت تریپ از یک نوار دو فلزی یا یک عنصر حساس به حرارت برای تشخیص شرایط اضافه بار استفاده می کند. هنگامی که جریان از آستانه معینی برای مدت زمان مشخصی فراتر رود، گرمای تولید شده باعث خم شدن نوار دو فلزی یا منبسط شدن عنصر حساس به حرارت شده و باعث باز شدن کنتاکت ها می شود.
ب) واحد مغناطیسی:
واحد تریپ مغناطیسی برای تشخیص جریان های اتصال کوتاه به اصل فارادی متکی است. هنگامی که جریان بالایی از MCCB عبور می کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که المنت مغناطیسی واحد تریپ را جذب می کند و باعث باز شدن کنتاکت ها می شود.
ج) واحد ترکیبی:
برخی از کلیدهای کمپکت دارای یک واحد تریپ ترکیبی هستند که هم جزو حرارتی و هم جزو مغناطیسی را در خود جای داده است. ترکیب این اجزا امکان محافظت در برابر اضافه بار و نیز شرایط اتصال کوتاه را فراهم می کند.
یونیت های تریپ در MCCB اغلب دارای امکان اجرای تنظیمات لازم برای اختصاصی کردن پاسخ به شرایط مختلف الکتریکی هستند. به عنوان مثال، واحدهای تریپ حرارتی ممکن است برای تنظیم جریان نامی قابل تنظیم بوده یا تنظیمات تاخیر زمانی برای تطبیق با نیازهای بار خاص یا جلوگیری از قطع مدار بی مورد باشند.
یونیت تریپ به طور مداوم بر جریان عبوری از کلید نظارت می کند. جریان عبوری در لحظه را با آستانه های (از پیش تعیین شده) مقایسه می کند. اگر جریان از این آستانه ها فراتر رود که ممکن است نشان دهنده اضافه بار یا اتصال کوتاه باشد، یونیت تریپ سیگنالی را به بخش عملیاتی ارسال می کند تا کنتاکت ها را باز کرده و مدار را قطع کند.
واحدهای تریپ به گونه ای طراحی می‌شوند که به اندازه نیاز حساس باشند و شرایط الکتریکی غیرعادی را به سرعت تشخیص داده و به آنها پاسخ دهند. این یونیت‌ها همچنین طوری طراحی شده اند که با سایر دستگاه های حفاظتی موجود در مدار الکتریکی هماهنگ شوند. به این معنی که فقط نزدیک ترین کلید به خطا باید خاموش شود تا تأثیر آن بر بقیه سیستم به حداقل برسد. (به طور مثال برای یک اتصال کوتاه که در یکی از خطوط تولید اتفاق افتاده است برق کل کارخونه نباید قطع شود و فقط مدار مربوط به همان خط باید قطع شود.)

واحدهای تریپ الکترونیکی:

این نوع از واحد تریپ دارای یک سیستم پردازش گر بوده که مغادیر را بر اساس الگوریتم های از قبل برنامه ریزی شده یا پارامتر های متغیر تحت کنترل قرار داده و شرایط تریپ را مشخص می کند. این نوع از واحد تریپ در انواع و با توانایی ها و عملکرد های متنوع وجود دارد.

کنتاکت ها در کلید کمپکت

کنتاکت ها در یک کلید کمپکت نقش مهمی در عملکرد دستگاه دارند. کنتاکت‌ها مسئول هدایت و نیز قطع جریان الکتریکی در مواقع لزوم هستند. طراحی کنتاکت ها در یک MCCB برای عملکرد کارآمد و قابل اعتماد کلید بسیار مهم است. سطوح تماس با دقت مهندسی طراحی شده اند تا از سطح مناسب و فشار تماس کافی اطمینان حاصل شود. این امر برای جلوگیری از ایجاد قوس الکتریکی در حین کار عادی ضروری است. طراحی کنتاکت همچنین عواملی مانند ویژگی های خود تمیز شوندگی را برای حذف هر گونه آلودگی که ممکن است بر عملکرد کنتاکتها تأثیر گذار باشد را در نظر می گیرد.
کنتاکت های اصلی: این کنتاکت‌ها برای حمل جریان عادی مدار الکتریکی طراحی شده اند. معمولاً از مواد با رسانایی بالا مثل آلیاژهای مس یا نقره ساخته می شوند تا مقاومت و در نتیجه تولید گرما را به حداقل برسانند. کنتاکت های اصلی به گونه ای طراحی شده اند که جریان دائمی را بدون تولید حرارت اضافی و تخریب بیش از حد تحمل کنند.
• دقت کنید که یکی از کنتاکت‌های اصلی ثابت و دیگری متحرک است.

کنتاکت های آرک

به طور خاص برای کنترل قوس الکتریکی پرانرژی ای طراحی شده اند که هنگام باز شدن کنتاکت های اصلی برای قطع مدار ایجاد می شود. این کنتاکت ها از موادی ساخته شده اند که می توانند گرمای شدید و فرسایش ناشی از جرقه را تحمل کنند. آنها اغلب با موادی مانند تنگستن یا نقره پوشانده می شوند تا مقاومت آنها در برابر قوس الکتریکی افزایش یافته و دوام آنها بیشتر شود.
مانند هر وسیله دیگری عمر مفید کنتاکت ها در MCCB نیز یک نکته مهم است. تعداد چرخه های سوئیچینگ که کنتاکت ها می توانند قبل از نیاز به تعویض یا نگهداری تحمل کنند یک پارامتر کلیدی در خرید کنتاکت مناسب به شمار می‌رود. عمر کنتاکت تحت تأثیر عواملی مانند مقدار جریان، فرکانس سوئیچینگ و نوع بار سوئیچینگ قرار دارد.
جرقه‌گیر: هنگامی که کنتاکت های یک MCCB باز می شود، به دلیل قطع جریان یک قوس الکتریکی با انرژی بالا ایجاد می شود. این قوس ممکن است بسیار داغ باشد و اگر به درستی کنترل نشود می تواند به کنتاکت ها و اجزای اطراف آسیب برساند. جرقه‌گیر برای خاموش کردن ایمن و موثر این قوس طراحی شده است. با محافظت از کنتاکت ها و سایر اجزا در برابر اثرات مخرب قوس، نقش مهمی در حفظ قابلیت اطمینان و طول عمر MCCB ایفا می کند. طراحی کانال قوس برای خاموش کردن موثر قوس بسیار مهم است.
جرقه‌گیر از مقاومتهای آرک(ARC Runners) و یا صفحاتی که در یک قالب خاص چیده شده‌اند تشکیل شده است. این مقاومتها یا صفحات از موادی ساخته شده اند که مقاومت آرک بالایی دارند و نیز می توانند گرمای ایجاد شده توسط قوس را تحمل کنند. مواد متداول مورد استفاده برای لوله های قوس الکتریکی شامل سرامیک، پرسلن یا مواد کامپوزیت می باشد.
از تکنیک های مختلفی برای کنترل و خاموش کردن قوس استفاده می کنند، از جمله:
فوران مغناطیسی: کانال آرک ممکن است دارای میدان های مغناطیسی برای تغییر جهت و طویل کردن قوس باشد. این امر به خنک شدن و دیونیزه کردن قوس کمک می کند و منجر به اطفای آن می شود.
شکافت قوس: کانال قوس ممکن است دارای چندین قوس یا صفحه باشد که سری قوس کوچکتری ایجاد می کنند. قوس های کوچکتر در مقایسه با یک قوس بزرگ ساده تر خاموش می شوند.
خنک کننده و دییونیزاسیون: کانال قوس برای تسهیل خنک سازی و دییونیزاسیون قوس طراحی شده است. این امر از طریق استفاده از مواد مقاوم در برابر قوس و هندسه‌ خاص اتلاف گرما را به حداکثر رسانده و قوس را دیونیزه می‌کنند.
با خاموش کردن موثر قوس، کانال قوس به جلوگیری از احتراق مجدد کمک می کند و قطع ایمن مدار الکتریکی را تضمین می کند. با محافظت از کنتاکت ها و سایر اجزا در برابر اثرات مخرب قوس، نقش مهمی در حفظ قابلیت اطمینان و طول عمر MCCB ایفا می کند. با خاموش کردن جرقه، کانال قوس به جلوگیری از احتراق مجدد کمک می کند و قطع ایمن مدار الکتریکی را تضمین می کند.

تجهیزات جانبی

ممکن است برای بهبود عملکرد MCCB اضافه شوند. این لوازم، ویژگی ها و قابلیت های اضافه ای را برای اهداف نظارت، کنترل و حفاظت فراهم می کنند. در اینجا برخی از لوازم جانبی رایج مورد استفاده در MCCB ها آورده شده است:
1. کنتاکت های کمکی: کنتاکت های کمکی مجموعه هایی اضافی از کنتاکت ها هستند که به صورت مکانیکی به کنتاکت های اصلی کلید متصل می شوند. از این کنتاکت‌ها برای ارائه فیدبک یا ارسال سیگنال به دستگاه های خارجی استفاده می شود. برای مثال در نشان دادن وضعیت MCCB (باز یا بسته) یا علامت دادن وضعیت هشدار از این کنتاکتها استفاده می شود.
2. شانت تریپ‌ها: شانت‌تریپ‌ها دستگاه‌های الکترومغناطیسی هستند که می‌توانند از راه دور MCCB را قطع کنند. آنها معمولاً در برنامه‌هایی استفاده می‌شوند که کنترل از راه دور یا قطع کردن کمپکت مورد نیاز است، مانند سیستم‌های مدیریت ساختمان یا سیستم‌های حفاظت در برابر آتش.
3.بوبین آندر ولتاژ: این بوبین ها بر سطح ولتاژ منبع برق نظارت می کنند. بوبین های آندر ولتاژ طوری طراحی شده اند که وقتی ولتاژ به کمتر از یک آستانه خاص رسید، کلید را به طور اتوماتیک قطع کنند. این ویژگی برای جلوگیری از آسیب رسیدن به تجهیزات در شرایط ولتاژ پایین مفید است.
4. موتور: مکانیزم های موتوری که می توانند MCCB را از راه دور باز یا بسته کنند. معمولاً در مواردی استفاده می شوند که عملیات دستی امکان پذیر نیست یا در مواردی که کنترل از راه دور مورد نیاز است، مانند تاسیسات صنعتی بزرگ.
5. ماژول های ارتباطی: ماژول های ارتباطی قابلیت های نظارت، کنترل و ارتباط از راه دور را برای MCCB ها فعال می کنند. آنها امکان ادغام با سیستم‌های اتوماسیون ، سیستم‌های SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) یا سایر پلتفرم‌های نظارتی را فراهم می‌کنند. این ماژول‌ها می‌توانند داده‌های مربوط به وضعیت و اعلان‌های خطا را برای بهبود مدیریت سیستم و عیب‌یابی ارائه دهند.

مکانیزم های قطع و وصل

دو نوع مکانیزم اصلی وجود دارد که معمولاً در MCCB استفاده می شود:
1. مکانیسم دستی: در کلیدهای با مکانیزم عملکرد دستی، باز و بسته شدن کنتاکت ها توسط یک دسته یا اهرم کنترل می شود. اپراتور باید به صورت دستی دسته را برای قطع یا وصل مدار جا به جا کند. این مکانیزم معمولاً در MCCB های ولتاژ پایین استفاده می شود.
2. مکانیزم موتوری: در کلیدهای با مکانیزم اپراتوری ماشینی از یک موتور الکتریکی برای کنترل باز و بسته شدن کنتاکت ها استفاده می کنند. این امر امکان کنترل از راه دور و اتوماسیون را فراهم می کند. MCCB های موتوردار اغلب در مواردی که نیاز به تعویض مکرر یا کنترل از راه دور است، مانند تنظیمات صنعتی یا تجاری استفاده می شود.

سیمبل کلیدهای کمپکت

در نقشه های برق کلید های کمپکت به صورت زیر نمایش داده می‌شوند: