انواع کلید اتوماتیک: بررسی ساختار، روش نصب و انتخاب رنج جریان مناسب

کلیدهای اتوماتیک در انواع مختلفی طراحی می‌شوند و همگی با هدف حفظ سلامت تجهیزات و ایمنی افراد ساخته شده‌اند. از مهم‌ترین کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کلید حرارتی
• کلید مینیاتوری (MCB)
• کلید اتوماتیک (MCCB)
• کلید محافظ جان (RCCB)
• کلید اتوماتیک هوایی (ACB)
• کلید گردان یا سلکتور سوئیچ
• کلید محافظ جان ترکیبی (RCBO)

کلید اتوماتیک کمپکت یا MCCB نوعی کلید حفاظتی است که برای محافظت از تجهیزات در برابر اضافه بار و جریان اتصال کوتاه طراحی شده است. این کلید با واحد تریپ یا واحد حفاظتی ویژه‌ای تجهیز شده که به‌طور اختصاصی برای نیازهای حفاظتی تنظیم می‌شود و سه نوع حفاظت اصلی را ارائه می‌دهد:

1. حفاظت اضافه بار حرارتی: در شرایط غیرعادی جریان، حرارت بین عایق و هادی افزایش می‌یابد که در صورت ادامه، ممکن است به ایجاد اتصال کوتاه در مدار منجر شود. این حرارت به مربع جریان، مقاومت هادی و زمان عبور جریان وابسته است.
2. حفاظت از اتصال کوتاه مدار: در شرایط اتصال کوتاه، تنها با قطع سریع مدار می‌توان از آسیب‌های جدی جلوگیری کرد. کلید اتوماتیک با شناسایی سریع اتصال کوتاه، جریان مدار را بلافاصله متوقف می‌کند.
3. حفاظت از خطای زمین: خطای زمین نوعی اتصال کوتاه است که در آن فاز به زمین متصل می‌شود و در سیستم‌های ولتاژ پایین (۶۰۰ ولت یا کمتر) شایع است. جریان‌های خطای زمین معمولاً به‌اندازه‌ای نیستند که توسط کلید اتوماتیک به‌طور مستقیم شناسایی شوند، به همین دلیل ماژولی به نام حفاظت زمین به کلید متصل می‌شود تا این خطاها را تشخیص دهد و از تجهیزات محافظت کند.

مفهوم جریان اتصال کوتاه به شرایطی اشاره دارد که در آن یک مدار معیوب با جریان بسیار بالا مواجه می‌شود. اتصال کوتاه زمانی رخ می‌دهد که یک یا چند هادی مدار با پتانسیل‌های مختلف از طریق امپدانس بسیار کم به هادی‌های دیگر متصل شوند. این اتصال ممکن است بین هادی‌های حفاظتی، هادی‌های اتصال زمین، هادی‌های برقدار مدارهای دیگر، یا حتی بین فازهای مختلف و نول یک مدار اتفاق بیفتد. همچنین، بدنه‌های هادی تجهیزات الکتریکی که در شرایط عادی برقدار نیستند، ولی در صورت وقوع خطا ممکن است برقدار شوند، می‌توانند دچار اتصال کوتاه شوند.

شدت جریان اتصال کوتاه بسته به فاصله نقطه اتصال از منبع تغذیه و ویژگی‌های مدار می‌تواند چندین برابر جریان نامی مدار باشد. در برخی موارد، این جریان می‌تواند تا چند هزار برابر جریان نامی افزایش یابد. به همین دلیل، یکی از وظایف اصلی کلیدهای اتوماتیک، حفاظت از مدار در برابر جریان‌های اتصال کوتاه است تا از آسیب‌های احتمالی جلوگیری شود. محاسبات دقیق جریان اتصال کوتاه توسط طراح انجام می‌شود تا میزان خطر و نیاز به حفاظت مناسب تعیین گردد.

مفهوم جریان اضافه بار و اهمیت آن در مدارهای الکتریکی

جریان اضافه بار زمانی رخ می‌دهد که جریان عبوری از مدار از مقدار جریان نامی آن بیشتر شود. این وضعیت ممکن است به دلایل مختلفی ایجاد شود، از جمله:

1. خرابی در یک دستگاه: وجود نقص در تجهیزات می‌تواند منجر به افزایش جریان در مدار شود.
2. تغییرات تدریجی در مدار: با گذشت زمان و افزایش بار، جریان عبوری ممکن است افزایش یابد.
3. اشتباه در طراحی یا اجرای مدار: انتخاب نادرست اجزای مدار یا اشتباه در محاسبات می‌تواند منجر به جریان اضافه بار شود.

جریان اضافه بار ممکن است چند درصد بیشتر از جریان نامی مدار باشد یا حتی به دو تا سه برابر آن برسد. در چنین شرایطی، زمان عبور جریان اهمیت ویژه‌ای دارد. وسایل حفاظتی باید قادر باشند پیش از آسیب رسیدن به عایق‌بندی مدار که ممکن است منجر به آتش‌سوزی، اتصال کوتاه یا برق‌گرفتگی شود، جریان را قطع کنند.

روابط استاندارد حفاظت در برابر جریان اضافه بار

طبق استاندارد IEC60364-4-43، برای حفاظت مدار در برابر جریان اضافه، باید روابط زیر برقرار باشد:

• Ib < In < Iz
• I2 < 1.45Iz

در این روابط:

• Ib: جریانی است که مدار برای عبور آن طراحی شده است.
• In: جریان نامی وسیله حفاظتی مدار یا جریان قابل تنظیم آن.
• I2: جریانی که اگر از مدار عبور کند، وسیله حفاظتی آن را در زمان معقول قطع می‌کند.
• Iz: جریان مجاز وسیله حفاظتی که قادر است در شرایط عادی و غیرعادی مدار را محافظت کند.

انتخاب صحیح وسایل حفاظتی

برای انتخاب یا تنظیم صحیح وسایل حفاظتی، باید اطمینان حاصل کرد که جریان نامی وسیله حفاظتی (In) بیشتر از جریان بار (Ib) و کمتر از جریان مجاز (Iz) باشد. هرچند که استاندارد اجازه می‌دهد جریان کابل به مدت محدودی تا 45 درصد بیشتر از جریان مجاز افزایش یابد، اما این جریان باید در زمانی که حفاظت عمل قطع را انجام می‌دهد، کاهش یابد. همچنین برای استفاده از فیوز در حفاظت اضافه بار، رابطه Ib < In < 0.9Iz باید بررسی شود.

جدول جریان نامی سیم‌ها

نکته: سیم‌های مسی که در لوله، کابل یا دفن مستقیم در خاک هستند، جریان نامی کمتری نسبت به سیم‌های استفاده شده در فضای آزاد دارند.

مشخصات و عملکرد کلید اتوماتیک اشنایدر (MCCB)

کلید اتوماتیک اشنایدر، معروف به کلید کمپکت (Circuit Breaker)، یکی از انواع کلیدهای الکترومکانیکی فشار ضعیف است که برای حفاظت از مدارهای الکتریکی طراحی شده است. این کلید وظیفه قطع و وصل مدار را بر عهده دارد و می‌تواند جریان نامی، جریان اضافه بار، و جریان اتصال کوتاه را به‌طور ایمن قطع و وصل کند.

قابلیت‌های کلید اتوماتیک اشنایدر

کلید اتوماتیک اشنایدر با قابلیت‌هایی مانند قطع مدار در صورت بارهای اضافی از پیش تعیین‌شده، بدون آسیب به خود کلید، ایمنی مدار را تضمین می‌کند. این کلید به نوعی ترکیبی از یک کلید قطع و وسیله‌ای برای حفاظت در برابر جریان اضافی است که عملکردی مشابه با ترکیب کلیدهای معمولی و فیوز دارد.

حفاظت‌های پیشرفته

این کلیدها با استفاده از رله‌های میکرولوجیک داخلی، امکانات پیشرفته‌ای برای حفاظت از مدار در برابر اتصال به زمین، حفاظت موتوری، و حفاظت ژنراتوری فراهم می‌کنند.

جریان نامی و منحنی مشخصه کلید اتوماتیک

کلید اتوماتیک اشنایدر برای عبور 100% جریان نامی خود به‌صورت مداوم بدون قطع شدن طراحی شده است. هر کلید دارای منحنی مشخصه‌ای است که نشان می‌دهد کلید در جریان‌های مختلف و شرایط اضافه بار و اتصال کوتاه چگونه عمل می‌کند و در چه شرایطی قادر به تحمل یا قطع جریان است.

مزایای استفاده از کلید اتوماتیک

استفاده از کلید اتوماتیک اشنایدر در سیستم‌های الکتریکی نه‌تنها باعث افزایش ایمنی و حفاظت از تجهیزات می‌شود، بلکه عملکرد قابل اطمینانی را در برابر نوسانات جریان و خطاهای الکتریکی فراهم می‌کند. این کلیدها به دلیل دارا بودن ویژگی‌های متعدد، یکی از بهترین انتخاب‌ها برای حفاظت مدارهای الکتریکی در محیط‌های مختلف صنعتی و تجاری به‌شمار می‌روند.