کلیدهای اتوماتیک و ساختمان داخلی آن‌ها در شبکه سه‌فاز فشار ضعیف

در شبکه‌های سه‌فاز فشار ضعیف، هنگام وقوع خطاهایی مانند اتصال کوتاه، اضافه‌بار یا افت شدید ولتاژ، قطع سریع و همزمان هر سه فاز ضروری است. زیرا در سیستم‌های سه‌فاز، اگر تنها یک فاز قطع شود، ممکن است تجهیزات دچار عدم تعادل ولتاژ، آسیب موتورهای الکتریکی و خطرات جدی ایمنی شوند.

این عمل عمدتاً توسط کلید اتوماتیک انجام می‌شود که یکی از مهم‌ترین تجهیزات حفاظتی در تابلوهای برق صنعتی و ساختمانی به شمار می‌رود. کلید اتوماتیک به دلیل توانایی بالای قطع جریان‌های اتصال کوتاه، با نام کلید قدرت (Power Circuit Breaker) نیز شناخته می‌شود و در بسیاری از شبکه‌ها جایگزین فیوزها و کلیدهای ساده شده است.

مزایای کلید اتوماتیک

کلیدهای اتوماتیک دارای مزایای زیر هستند:

• قطع مدار به محض افزایش جریان یا افت بیش از حد مجاز ولتاژ (این ویژگی باعث حفاظت سریع از کابل‌ها، تجهیزات و مصرف‌کننده‌ها می‌شود)
• آماده بهره‌برداری مجدد بلافاصله پس از قطع مدار در اثر اضافه‌بار یا عوامل دیگر برخلاف فیوز که پس از عمل کردن باید تعویض شود، کلید اتوماتیک قابلیت وصل مجدد دارد.
• امکان اعلام وضعیت کلید (قطع یا وصل) از طریق سیگنال در اتاق فرمان با استفاده از کنتاکت‌های کمکی این قابلیت برای سیستم‌های مانیتورینگ و اتوماسیون صنعتی بسیار مهم است.
• قابلیت فوق‌العاده در قطع جریان‌های بسیار زیاد اتصال کوتاه این کلیدها می‌توانند در کسری از ثانیه جریان‌های چندین برابر جریان نامی را قطع کنند.
• امکان تنظیم دقیق پارامترهای حفاظتی در بسیاری از مدل‌ها می‌توان جریان قطع، زمان تأخیر و حساسیت حفاظت را تنظیم نمود.

استاندارد جریان کلیدهای اتوماتیک

جریان نامی این کلیدها مطابق استاندارد بین‌المللی IEC60059 تعیین می‌شود.

این استاندارد جریان پایه و جریان نامی تجهیزات قدرت را مشخص می‌کند تا هماهنگی لازم بین تجهیزات حفاظتی و مصرف‌کننده‌ها برقرار شود.

جریان‌های پایه استاندارد:

• 1 ، 1.25 ، 1.6 ، 2 ، 2.5 ، 3.15 ، 4 ، 5 ، 6.3 ، 8
• 10 ، 12.5 ، 16 ، 20 ، 25 ، 31.5 ، 40 ، 50 ، 63 ، 80
• 100 ، 125 ، 160 ، 200 ، 250 ، 315 ، 400 ، 500 ، 630 ، 800
• 1000 ، 1250 ، 1600 ، 2000 ، 2500 ، 3150 ، 4000 ، 5000 ، 6300 ، 8000
• 10000

این رنج جریان‌ها باعث می‌شود کلیدها برای کاربردهای مختلف از مصارف خانگی تا صنایع سنگین قابل انتخاب باشند.

استاندارد جریان کلیدهای اتوماتیک

جریان الکتریکی این کلیدها مطابق استاندارد IEC60059 تعیین می‌شود. این استاندارد، جریان پایه و جریان نامی تجهیزات قدرت الکتریکی را به صورت رده‌بندی شده بیان می‌کند تا انتخاب و هماهنگی تجهیزات در مدارهای قدرت دقیق‌تر انجام شود.

درشبکه سه فاز فشار ضعیف هنگام وقوع خطا وافزایش جریان ، قطع سه فاز لازم و ضروری است. قطع جریان در مدار سه فاز عمداً توسط کلید اتوماتیک انجام می شود. کلید اتوماتیک دارای مزایای  زیر است:

جریان پایه (سری 1 تا 10)

1 ، 1/25 ، 1/6 ، 2 ، 2/5 ، 3/15 ، 4 ، 5 ، 6/3 ، 8

جریان پایه (سری 10 تا 80)

10 ، 12/5 ، 16 ، 20 ، 25 ، 31/5 ، 40 ، 50 ، 63 ، 80

جریان پایه (سری 100 تا 800)

100 ، 125 ، 160 ، 200 ، 250 ، 315 ، 400 ، 500 ، 630 ، 800

جریان پایه (سری 1000 تا 8000)

1000 ، 1250 ، 1600 ، 2000 ، 2500 ، 3150 ، 4000 ، 5000 ، 6300 ، 8000

جریان پایه (رده بالاتر)

10000

ساختمان کلیدهای اتوماتیک

به طور کلی ساختمان یک کلید اتوماتیک از پنج بخش اصلی تشکیل می‌شود:

بدنه یا قاب کلید

بدنه کلید اتوماتیک از یک محفظه عایق، مقاوم و ضد حرارت ساخته می‌شود که تمام اجزای داخلی کلید را در خود جای می‌دهد.

این قاب علاوه بر ایجاد استحکام مکانیکی، نقش مهمی در ایمنی افراد و تجهیزات دارد.

ویژگی‌های اصلی بدنه کلید:

• جلوگیری از تماس مستقیم افراد با قسمت‌های برق‌دار
• مقاومت در برابر ضربه، لرزش و تنش‌های مکانیکی
• تحمل حرارت بالا در شرایط اضافه‌بار یا اتصال کوتاه
• جلوگیری از نفوذ گردوغبار و رطوبت در برخی مدل‌های صنعتی

معمولاً روی بدنه کلید، پلاک اطلاعات (Name Plate) نصب می‌شود که مشخصات فنی کلید را نشان می‌دهد، از جمله:

• جریان نامی (In)
• ولتاژ کاری (Ue)
• قدرت قطع اتصال کوتاه (Icu/Ics)
• نوع حفاظت و کلاس عملکرد
• استاندارد ساخت و برند تولیدکننده

بدنه کلید در واقع اولین سد حفاظتی کلید محسوب می‌شود.

کنتاکت‌های کلید

کنتاکت‌ها از مهم‌ترین اجزای کلید اتوماتیک هستند و وظیفه اصلی آن‌ها قطع و وصل جریان مدار می‌باشد.

کنتاکت‌ها معمولاً شامل دو بخش هستند:

• کنتاکت ثابت
• کنتاکت متحرک

با حرکت مکانیزم داخلی، این کنتاکت‌ها به هم وصل یا از هم جدا می‌شوند.

کنتاکت‌ها می‌توانند:

• در یک امتداد قرار گیرند
• یا به صورت موازی طراحی شوند

در حالت موازی، میدان‌های مغناطیسی ایجاد شده در جریان‌های شدید باعث می‌شوند کنتاکت‌ها سریع‌تر از هم جدا شوند. این ویژگی به ویژه در شرایط اتصال کوتاه سنگین باعث افزایش سرعت قطع مدار می‌شود.

جنس کنتاکت‌ها معمولاً از آلیاژهای مقاوم ساخته می‌شود مانند:

• نقره – تنگستن
• مس با روکش مقاوم در برابر جرقه

زیرا کنتاکت‌ها باید در برابر:

• حرارت زیاد
• خوردگی
• جرقه و قوس الکتریکی

مقاومت بالایی داشته باشند.

جرقه‌گیر (Arc Chute)

• حرارت بسیار شدید تولید کند
• موجب ذوب شدن کنتاکت‌ها شود
• فشار گاز داخلی را افزایش دهد
• حتی باعث انفجار کلید گردد

• قوس را به قوس‌های کوچکتر تقسیم می‌کند
• طول مسیر قوس را افزایش می‌دهد
• دمای قوس را کاهش می‌دهد
• سرعت خاموش شدن جرقه را بالا می‌برد

مکانیزم قطع و وصل کلید

مکانیزم قطع و وصل وظیفه کنترل عملکرد مکانیکی کلید را بر عهده دارد.

این مکانیزم شامل:

• اهرم‌ها
• فنرهای ذخیره انرژی
• سیستم قفل‌کننده و آزادکننده
• دسته یا موتور شارژ فنر (در مدل‌های پیشرفته)

عملکرد آن به این صورت است:

در حالت وصل (ON): فنر انرژی ذخیره کرده و باعث بسته شدن سریع کنتاکت‌ها می‌شود.

در حالت قطع (OFF):انرژی ذخیره شده آزاد شده و کنتاکت‌ها با سرعت زیاد باز می‌شوند.

سرعت عملکرد این مکانیزم اهمیت زیادی دارد، زیرا در خطاهای شدید باید مدار در کمترین زمان ممکن قطع شود تا از آسیب به شبکه جلوگیری گردد.

واحد تریپ (Trip Unit)

• حرارتی – مغناطیسی (ساده)
• الکترونیکی (پیشرفته)

• رله حرارتی برای اضافه‌بار
• رله الکترومغناطیسی برای اتصال کوتاه

• تنظیم دقیق جریان قطع
• حفاظت نشتی جریان (Earth Fault)
• ثبت خطاها و آلارم‌ها
• ارتباط با سیستم‌های مانیتورینگ و PLC
• امکان کنترل از راه دور