معرفی کلید حرارتی یا محافظ موتور

کلید حرارتی یا محافظ موتور Motor Protection Circuit Breaker) MPCB)

یک نوع کلید قطع زیر بار می باشد که برای حفاظت جریان الکتروموتور در مدارات برق صنعتی و قدرت طراحی شده و اساس عملکرد آن شبیه بیمتال است، با این تفاوت که بیمتال مدار فرمان را قطع می کند ولی کلید حرارتی، مدار قدرت را مستقیما قطع می نماید. در ضمن، کلید حرارتی هم محافظ جریان مغناطیسی و هم محافظ جریان حرارتی می باشد.

مشخصات کلید حرارتی یا محافظ موتور

– دارای شستی وصل و قطع یا 1-0 می باشد.

– همانند بیمتال دارای درجه ی تنظیم جریان می باشد. (طبق جریان نامی)

– دارای محرک تست test، برای بازدید و سلامت کلید می باشد.

– دارای سه فاز قدرت است.

گستره تنظیم آمپر آن بصورت:

0.28-0.63, 0.7-1, 1.1-2.4, 2.5-4, 4-6, 6-8, 7-10, 9-12, 10-17, 17-25, 22-32,
28-40, 36-45, 45-57, 50-63, 57-75, 70-90, 80-100, 90-125 A

قابلیت ها کلید حرارتی یا محافظ موتور

– قابل قطع و وصل زیربار می باشد.

– قابلیت تنظیم دقیق آمپر در یک بازه را دارد.

– در صورت ایجاد اضافه بار، سه فاز قدرت را مستقیما قطع می کند، و برای فرمان قطع، لزوما نیازی به کنتاکتور ندارد.

کلید محافظ موتور را می توان به عنوان بهترین محافظت کننده برای موتور نام برد، و همانطور که در بالا می بینید، دارای بازه ی بسیار گسترده ای می باشد. ولی از آنجایی که رنج های بالاتر از 125 آمپر، موجود نمی باشد، در جریان های بالاتر می توان کلید کمپکت الکترونیکی و موتوری MPCB را جایگزین کلید حرارتی کرد.

رله اضافه جریان یا کنترل بار (Overload relay)

این وسیله، وظیفه ی حفاظت موتور های الکتریکی را در مقابل جریان اضافه بر عهده دارد. یعنی در صورت ایجاد اضافه بار روی هر یک از فازها، مدار را قطع می کند، بنابراین می تواند جایگزین مناسبی برای بیمتال باشد.

در مقایسه با بیمتال می توان گفت:

– بیمتال مستقیما توسط حرارت خط، و بصورت مکانیکی عمل می کند ولی کنترل بار، توسط ترانس جریان های کوچکی که بر روی هر خط قرار می گیرد، جریان مدار را می خواند و در صورت اضافه بار، مدار فرمان را قطع می کند. به این معنی که اساس کار آن، الکترونیکی می باشد.

– نکته دیگر این است که حرارت محیط، تا حدودی بر روی دقت بیمتال تاثیر می گذارد. در صورتی که کارکرد کنترل بار، بدون تاثیرات حرارتی محیط می باشد.

– بیمتال، مستقیما در مدار قدرت، به سه فاز متصل می شود، اما در کنترل بار هر سه فاز از درون سوراخهایی که در بالای قطعه قرار دارد، عبور می کند و با مدار قدرت هیچگونه اتصال مستقیمی ندارد.

مشخصات کنترل بار در رله اضافه جریان

– مانند بیمتال، بعد از کنتاکتور قرار می گیرد.

– دارای پیچ تنظیم جریان است و رنج های آن مانند بیمتال و کلید حرارتی می باشد.

– ترمینال A1-A2، بوبین و 15- 16- 18، کنتاکت های باز و بسته می باشد.

– ترمینال S1-S2 برای ریست کردن کنترل بار استفاده می شود.

– برخی دارای تنظیمات on delay برای ایجاد تایم در هنگام وصل مدار، و off delay برای ایجاد تایم در هنگام قطع مدار می باشند.

– نوع دیجیتال آن، دارای نمایشگر جریان، نشانگر خطا و نشانگر اضافه بار می باشد.

– برخی نیز، مانند شکل زیر، مجهز به رله کنترل فاز هم هستند.

بیمتال الکترونیکی

این قطعه، از نظر ساختار، کارکرد و مشخصات، کاملا شبیه بیمتال می باشد و قابلیت تنظیم جریان را دارد. ولی ویژگی خاص بیمتال الکترونیکی در این است که قابلیت تنظیم تایم راه اندازی را دارد. به این معنی که دارای درجه ای با واحد زمان (ثانیه second) است، که به اصطلاح class نامیده می شود و می توان زمان راه اندازی موتور را برای آن تعریف کرد. الکتروموتورهایی هستند که در هنگام راه اندازی، بنا به توان بالایی که دارند و یا نسبت به نوع مصرف آنها، جریانی بیش ازحد معمول و یا به عبارت دیگر، زمان بیش از حد معمولی نیاز دارند تا به دور نامی خود برسند.

بنابراین، در اینجا بیمتال و کنترل بار نمی توانند جوابگوی این مساله باشند و احتمال قطع شدن آنها در زمان استارت موتور زیاد است، بیمتال الکترونیکی برای این نوع الکتروموتورها، بسیار مناسب می باشد.

تایم (class) بیمتال های الکترونیکی، یا قابل تنظیم و یا ثابت هستند، که با کلاس های 5, 10, 20 و یا 30 ارائه می شوند.

شکل بالا، بیمتال 12.5A -50A کلاس 5 تا 30 ثانیه است، به این معنی که پیک جریان اولیه موتور را تا 30 ثانیه تحمل می نماید.

کلید هوایی Air Circuit Breaker) ACB )

کلید های هوایی از خانواده ی کلید های اتوماتیک می باشند که برای حفاظت جریان اضافه و اتصال کوتاه در سیستم های قدرت و توزیع و یا در ساخت تابلو برق در ورودی اصلی تابلو های با جریان بالا استفاده می شوند. همان طور که می دانید، با بالا رفتن جریان خط، قدرت قطع و قدرت اتصال کوتاه کلید ها نیز باید بالاتر باشد که این امر، تمهیدات و تکنولوژی بالاتری را برای حفاظت می طلبد. حجم کلید، کنتاکت ها، فنرها و قطعات دیگر آن بزرگتر و قویتر می شوند، از این رو دیگر کلید های اتوماتیک معمولی (MCCB)، از نظر جریان و قدرت قطع اتصال کوتاه نمی توانند جواب گوی چنین جریانی باشند، بنابراین باید از کلید های هوایی استفاده کرد.

اساس کار کلید های هوایی

کلیدهای هوایی دارای رله هایی (Built-in) هستند که در داخل کلید جاسازی شده اند. ویژگی این رله ها خاصیت تاخیری یا Time Delay آنهاست که عنصر اصلی در تامین Selectivity از طریق صدور فرمان قطع با تاخیر می باشند. Selectivity همان پدیده تقدم قطع در خروجی ها نسبت به ورودی هاست. به این معنی که اگر خطایی در یک فیدر خروجی رخ دهد، ابتدا کلید خروجی قطع شود و تنها در صورت تداوم خطا روی مدار و عمل نکردن کلید خروجی، کلید ورودی با تاخیر، کل برق تابلو را قطع کند. این ویژگی باعث می شود که در صورت بروز مشکل برای یک خروجی، قسمت ها و خروجی های دیگر قطع نشوند.

در این نوع کلید ها، مانند دیگر کلید های مورد استفاده در تابلو برق، برای خاموش کردن جرقه ناشی از قطع جریان، باید مکانیزمی در نظر گرفته شود. در کلید های هوایی، از محفظه های جرقه گیر بزرگ برای خاموش کردن جرقه استفاده می شود. این محفظه ها از جنس سیلیس و یا آزبست بوده و به صورت مشبک و لایه لایه ساخته می شوند.

جرقه گیر، باعث تقسیم جرقه به جرقه های کوچکترشده که این جرقه ها زودتر خاموش می شوند. این کلید ها دارای دو نوع کنتاکت هستند. کنتاکت های اصلی که در شرایط وصل کلید، وظیفه عبور جریان را بر عهده داشته و کنتاکت های جرقه زدن یا Arcing contact که در لحظه قطع و وصل کلید، وظیفه هدایت جرقه به سمت جرقه گیر را بر عهده دارند. در بعضی از انواع این کلیدها، از یک دمنده و یا یک حلقه مغناطیسی برای هدایت جرقه به داخل جرقه گیر استفاده می شود.

در حالتی که از دمنده استفاده شود، جریان هوا باعث هدایت جرقه به سمت جرقه گیر خواهد شد. در حالتی که از حلقه مغناطیسی استفاده شود، جریان عبوری ازحلقه، نیرویی مغناطیسی ایجاد کرده و این نیرو، جرقه را به سمت بالا هدایت می کند. با این کار، جرقه از داخل محفظه جرقه گیر عبور خواهد کرد. در لحظه قطع کلید، ابتدا کنتاکت های اصلی کلید از هم جدا می شوند، در حالی که Arcing contact هنوز به یکدیگر اتصال دارند. با جدا شدن Arcing contact، بین آنها جرقه ای به وجود آمده و این جرقه از داخل محفظه جرقه گیر عبور کرده و خاموش می شود. بعلاوه، استفاده از این کنتاکت ها باعث می شود که بین کنتاکت های اصلی جرقه ای به وجود نیاید و در نتیجه، این کنتاکت ها آسیبی نبیند.

موارد مصرف کلید های هوایی

کلید های هوایی غالبا در ورودی تابلو های قدرت یا کلید اصلی و مصارف تابلو های توزیع یا جریان های بالا (800 تا 6300) آمپرمورد استفاده قرار می گیرند.

ویژگی ها ی کلید هوایی

– قدرت قطع بالا، یکی از ویژگی های مهم این نوع کلید ها نسبت به کلید های دیگر است. بهترین گزینه برای حفاظت خطوط، با جریان بالا می باشد، زیرا در مقابل شدت قوس الکتریکی در هنگام قطع و وصل کلید، و نیز هنگام بروز خطا بسیار مقاوم می باشد.

– مانند کلید های اتوماتیک MCCB، می توانند تمامی مولفه های الکتریکی لازم برای حفاظت کامل سیستم های قدرت را انجام دهند.

– دارای قابلیت های مختلف برای بکارگیری در مدارات فرمان می باشند. از جمله پرکاربرد ترین آن ها شامل: کنتاکت های NO-NC، کنتاکت TRIP، رله شانت (SHUNT)، بوبین آندر ولتاژ، اعلام خطا (FAULT)، قفل مکانیکی، نصب موتور در داخل کلید برای شارژ و وصل به صورت خودکار یا از راه دور و …

– دارای تایم تاخیر در قطع می باشند. مثلا، در تابلو های توزیع، اگر یکی از کلید های خروجی اتصالی کند و تریپ دهد، کلید هوایی که به عنوان ورودی تابلو قرار دارد، با کمی تاخیر (در حد مجاز)، تریپ می دهد، تا بقیه قسمت ها قطع نشوند.

– یکی از مهمترین ویژگی های کلید های هوایی، فرمان پذیر بودن آن است، یعنی ما می توانیم در جریان های بالا از آن به عنوان کنتاکتور نیز استفاده کنیم. مثلا، امکان استارت و استوپ کردن از راه دور را داریم. در مداراتی که استفاده از کنتاکتور و فیوز جریان بالا، الزام پیدا می کند، کلید هوایی بسیار پرکاربرد می باشد، یعنی می توانیم بجای هر دوی آنها، فقط از یک کلید هوایی استفاده کنیم. درضمن، ایمنی بسیار بالاتری نیز خواهیم داشت.

– تمام تجهیزات اندازه گیری و حفاظتی که در داخل آن قرار گرفته است، الکترونیکی هستند و با دقت بسیار بالایی وظیفه خود را انجام می دهند.

طرز کار بصورت دستی

ابتدا باید دسته (اهرم) شارژ کلید را چندین بار، بصورت عمودی بالا و پایین ببریم تا کلید شارژ شود. (تا نشانگر شارژ بر روی کلید، OK شود.) سپس، می توانیم فقط یک بار کلید را وصل و قطع کنیم. یعنی، برای هر بار OFF-ON ، باید یک بار شارژ شود.

نکاتی در مورد مدار فرمان و لوازم جانبی کلید های هوایی

برای استفاده از این بریکرها بصورت استارت استوپ معمولی باید به نکات زیر توجه کنیم. ابتدا با لوازم جانبی داخل کلیدها بیشتر آشنا می شویم:

1- موتور شارژ کننده کلید

نقش اهرم شارژ را بر عهده دارد و وظیفه ی آن آماده سازی کلید، برای وصل و قطع می باشد. به این صورت که ابتدا این موتور کوچک را در داخل کلید جاسازی می کنیم. این موتور دو رشته سیم دارد که معمولا با ولتاژ 220 کار می کند. بنابراین، کافیست طبق کاتالوگ آن کلید، ولتاژ 220 را مستقیما به ترمینال مخصوص در قسمت بالای کلید وصل کنیم تا کلید، پس از هربار وصل و قطع، یکبار بطور خودکار شارژ شود.

2- رله شانت (shunt relay)

رله شانت از یک سیم پیچ و یک اهرم مکانیکی ساده تشکیل شده است که با برق دار کردن بوبین (220v یا 380v)، اهرم مکانیکی تحریک شده و در نتیجه باعث وصل و یا قطع کلید می شود. رله شانت دو نوع مصرف دارد:

الف) رله شانت برای وصل کلید ب) رله شانت برای قطع کلید

عملکرد این رله از طریق یک شستی فشاری استارت (push button) انجام می شود. به این صورت که ابتدا برق مدار فرمان را به یک سر استارت، و سر دیگر آن را به یکی از دو رشته سیم رله شانت می بندیم، رشته سیم دیگر رله شانت را نیز به سیم نول (در 220 ولت) متصل می کنیم. حال، وقتی که شستی استارت را فشار دهیم، رله شانت یک لحظه عمل می کند و باعث می شود که کلید هوایی، وصل شود. برای قطع کلید هوایی نیز باید از رله شانت دیگر استفاده کنیم. فقط توجه داشته باشید که برای قطع نیز باید از شستی استوپ، با کنتاکت باز (NO) استفاده کنیم.

نکته: بطور خلاصه، برای اینکه، بتوانیم کلید را با شستی استارت و استوپ وصل و قطع کنیم، نیاز به دو رله شانت داریم که باید در داخل کلید جاسازی شوند.

اکثرا تفاوت این دو رله، فقط در محل مخصوص جاسازی رله در داخل کلید هوایی است که عمل وصل و قطع آن را تعیین می کند وگرنه، هیچ تفاوتی با یکدیگر ندارند.

3- بوبین آندرولتاژ (under voltage)

این بوبین که در برخی مارک ها از نظر شکل، مانند رله شانت می باشد، برای قطع ایمن کلید استفاده می شود. عملکرد آن، همانطور که از نام آن برمی آید، به این صورت است که با قطع کردن برق فرمان از بوبین آندر ولتاژ، باعث قطع کلید هوایی می شود. به عبارت دیگر، وقتی که این بوبین در کلید جاسازی شده باشد، تا هنگامی که به بوبین، ولتاژی اعمال نکنیم، کلید هوایی به هیچ عنوان وصل نخواهد شد. بوبین آندر ولتاژ غالبا برای ایمنی مورد استفاده قرار می گیرد. مانند زمانی که می خواهیم دو منبع ورودی برق داشته باشیم مثل برق شهر و ژنراتور.

در فصل مدار فرمان، به مدار اینترلاک یا قفل الکتریکی دو کنتاکتور توجه کنید. کنتاکت بسته ی هر کنتاکتور با بوبین کنتاکتور دیگر، سری شده است تا هنگامی که یک کنتاکتور وصل شد، دیگری قطع شود و یا اجازه ی راه اندازی نداشته باشد. بوبین آندرولتاژ در کلید های هوایی، تقریبا نقش بوبین کنتاکتور (در مرحله قطع) را دارد که با قطع برق، کلید بطور خودکار نیز قطع می شود. تفاوت بوبین آندرولتاژ با بوبین کنتاکتور این است که بوبین آندر ولتاژ، نقش وصل کلید را انجام نمی دهد و در حالت برقدار، کلید را فقط در حالت آماده به وصل نگه می دارد. برای وصل کلید باید از رله شانت استفاده شود.

نکته: این ویژگی بوبین آندر ولتاژ می تواند یک مسئله به همراه داشته باشد. در شرایطی که برق اصلی شبکه، قطع شود. آندر ولتاژ با توجه به عملکرد خود، فرمان قطع کلید را می دهد، حال وقتی که برق شبکه وصل شود، کلید همچنان قطع خواهد بود و نیاز به استارت دوباره دارد.

برای درک بیشتر مطلب به مدار زیر توجه کنید. در این مدار به جای یکی از کنتاکتورها، از کلید هوایی استفاده می کنیم: در مدار سمت چپ دو کنتاکتور قراردارد که کنتاکت های بسته ی هریک را با بوبین دیگری سری می کنیم. با این کار، هیچگاه دو کنتاکتور با هم کار نمی کنند، مانند مدار چپگرد راستگرد. حال، در مدار سمت راست همین عملیات انجام شده است، فقط به جای یکی از کنتاکتورها، کلید هوایی قرار داده شده است تا شما با مدار این نوع کلیدها بیشتر اشنا شوید.

4- کنتاکت ها

الف) مانند تمامی قطعات الکتریکی، کلید های هوایی نیز دارای کنتاکت های NO و NC می باشند.

ب) کنتاکت اعلام آماده سازی یا شارژ:

کنتاکت دیگری نیز وجود دارد که از یک کنتاکنت باز و بسته تشکیل شده و فقط هنگامی عمل می کند که موتور، کلید را شارژ کرده و کلید آماده وصل باشد که می توان به یک چراغ سیگنال وصل کرد تا کاربر از وضعیت شارژ کلید آگاه باشد.

ج) کنتاکت خطا (fault):

این کنتاکت که در برخی کلید ها با حروف اختصاری SDE مشخص می شود، از یک کنتاکت باز و یک کنتاکت بسته تشکیل شده است. این کنتاکت ها فقط وقتی عمل می کنند که کلید هوایی بر اثر اتصال کوتاه و بار اضافه، قطع شده باشد. در این حالت، ما می توانیم از طریق چراغ سیگنال، متوجه شویم که کلید، تریپ داده و بطور خودکار قطع شده است.

نکته دیگر این است که این کنتاکت در صورت وصل یا قطع دستی، عمل نمی کند.

کلید های هوایی قابلیت های بسیار بیشتری از آنچه گفته شد را دارند و ما در این نوشته فقط به قسمت های مهم و پرکاربرد آن اشاره کردیم، زیرا در تمامی کلید ها تقریبا مشترک است.

نقشه مدار فرمان و MICROLOGIC کلید هوایی (schneider)

مثال: نحوه تنظیم پارامترها:

امکانات دیگر کلید های هوایی

یکی از مهمترین ویژگی های کلید های هوایی، امکان اتصال به ماژول ها ارتباطی و مانیتورینگ برای حفاظت و مدیریت سیستم های قدرت و توزیع می باشد. این نوع تکنولوژی بخصوص در کارخانجات و صنایع بزرگ، بسیار مورد استفاده قرار می گیرد زیرا این صنایع، شامل مجموعه های متعددی از سیستم های قدرت و توزیع می باشند که مدیریت و سازماندهی آنها، باید بصورت بسیار دقیق و با تمهیدات خاصی صورت پذیرد. بخصوص بدلیل اینکه در این نوع صنایع، تنظیم پارامتر های کلید های قدرت و نحوه الویت بندی در قطع آنها، بصورت دستی، کاری دشوار می باشد، استفاده از ماژول های ارتباطی و امکانات نظارتی در سیستم، امری الزامی بشمار می رود.

اساس کار ماژول های ارتباط (Communication modules)، اصطلاحا بر پایه انتخاب منطقی صورت می گیرد. به عنوان مثال، صنایع بزرگ دارای چندین کلید هوایی برای حفاظت و تغذیه خطوط تولید می باشد که هر یک شامل تعدادی از کلید های فرعی می باشند. همانطور که قبلا اشاره شد، تقدم قطع (Selectivity) بین فیدرهای خروجی باید بر اساس منطقی خاص صورت بگیرد. مانند ماژول CubicleBUS که با دریافت اطلاعات (DATA)، این امکان را به می دهد که در هنگام بروز اتصال کوتاه در سطوح مختلف، فیدرها را سازمان دهی نموده و اجازه قطع و یا تقدم در قطع آنها را تعیین و الویت بندی نماییم.

یکی دیگر از روش های ارتباطی به کمک آداپتور BDA انجام می شود. این ماژول می تواند از طریق اتصال به اترنت یا کامپیوتر و یا از طریق پورت RS232 به اطلاعات و مقادیر فیدرهای ورودی و خروجی دسترسی یابد که این فیدرها باید مجهز به PROFIBUS یا Modbus باشند. این امکانات با اندازه گیری مقادیر، به ما کمک می کنند تا عملکرد خطوط قدرت را مشاهده نموده و نیز کلید های هوایی و کمپکت و دیگر تجهیزات حفاظتی را با دقت و ایمنی بسیار زیادی سازماندهی و مدیریت نماییم.