حفاظت از جریان بیش از حد برای سیستم‌های MCCB و ACB: راهنمای عملی کامل

هنگامی که یک قطع کننده مدار قالبی ۱۰۰ آمپری به طور غیرمنتظره ای در کف کارخانه حرکت می کند، معمولاً اولین سوال این است که چرا این اتفاق افتاده است. پاسخ اغلب در حفاظت از جریان بیش از حد نهفته است: سیستمی که برای تشخیص جریان بیش از حد و قطع مدار قبل از داغ شدن بیش از حد سیم ها یا آسیب دیدن تجهیزات طراحی شده است. حفاظت از جریان اضافه یک لوازم جانبی اختیاری نیست. این ستون فقرات ایمنی الکتریکی در توزیع ولتاژ پایین است. این مقاله نحوه عملکرد حفاظت در برابر جریان اضافه، نحوه مقایسه انواع دستگاه‌های اصلی و مواردی را که هنگام انتخاب اجزای حفاظتی مجموعه‌های قطع کننده مدار و تابلو باید در نظر گرفت، توضیح می‌دهد.

حفاظت در برابر جریان بیش از حد چیست؟

حفاظت اضافه جریان (OCP) هر وسیله یا روشی است که به طور خودکار جریان جریان را زمانی که جریان از درجه بندی مدار یا تجهیزات فراتر رود، قطع می کند. این اصطلاح دو پدیده متمایز را شامل می شود: اضافه بار و اتصال کوتاه. اضافه بار جریان پایدار کمی بالاتر از مقدار نامی است که اغلب به دلیل بارهای زیاد یا توقف موتور ایجاد می شود. اتصال کوتاه یک رویداد بسیار شدیدتر است، که در آن جریان از مسیر بار معمولی عبور می کند و می تواند در کسری از ثانیه به هزاران آمپر برسد. طبق IEC 60947-2 و NEC ماده 240، دستگاه های حفاظتی باید بتوانند هر دو شرایط را پاک کنند، اما هر کدام به زمان پاسخ و سطح خطای متفاوتی نیاز دارند.

منحنی زمان-جریان یک وسیله محافظ سرعت عمل آن را در یک جریان معین مشخص می کند. برای یک قطع کننده مدار قالبی (MCCB)، این منحنی معمولا دارای سه ناحیه است: حفاظت از اضافه بار تاخیر طولانی، حفاظت از خطای تاخیر کوتاه، و حفاظت از اتصال کوتاه فوری. ترکیب صحیح این مناطق به یک شکن اجازه می دهد تا از جریان های هجومی معمولی عبور کند و در عین حال به گسل های خطرناک واکنش نشان دهد.

شرایط اضافه جریان: اضافه بار در مقابل اتصال کوتاه

درک تفاوت به انتخاب منحنی حفاظتی مناسب کمک می کند. جریان اضافه بار معمولاً 1.1 تا 1.5 برابر جریان نامی است و دستگاه حفاظتی باید به تجهیزات اجازه دهد تا برای مدت کوتاهی بدون خاموش شدن مزاحم کار کند. به عنوان مثال، یک مدار موتور 100 آمپر ممکن است در هنگام راه اندازی برای چند ثانیه 130 A را حمل کند. از طرف دیگر، جریان اتصال کوتاه می تواند به 6 تا 20 برابر جریان نامی یا بیشتر برسد و دستگاه محافظ باید فوراً قطع شود تا از فلاش قوس و آسیب جلوگیری کند.

همانطور که نمودار نشان می‌دهد، فیوزها و دستگاه‌های GFCI سریع‌ترین واکنش را نشان می‌دهند، در حالی که رله‌ها را می‌توان برای زمان‌های کار طولانی‌تر تنظیم کرد. منحنی واقعی به درجه بندی دستگاه و مشخصه زمان-جریان سازنده بستگی دارد. برای یک MCCB، واحد تریپ مکانیکی یا واحد سفر الکترونیکی، اضافه بار دقیق و پاسخ اتصال کوتاه را تعیین می کند.

انواع دستگاه های حفاظت در برابر جریان بیش از حد

چندین دستگاه وجود دارند که محافظت در برابر جریان اضافه را ارائه می دهند که هر کدام نقش خاصی در یک سیستم قدرت دارند.

کلیدهای مدار

قطع کننده های مدار قالبی و مدار شکن های هوا رایج ترین وسایل حفاظتی در سیستم های ولتاژ پایین هستند. آنها حفاظت اضافه بار، حفاظت از اتصال کوتاه و قطع دستی را در یک واحد ترکیب می کنند. در داخل یک بریکر، حسگر اضافه جریان به واحدهای تریپ متکی است که می توانند حرارتی-مغناطیسی یا الکترونیکی باشند. هنگامی که جریان خطا جریان می یابد، واحد تریپ مکانیسم عملیاتی را آزاد می کند و کنتاکت ها از هم جدا می شوند تا مدار قطع شود. شکن را می توان با لوازم جانبی داخلی مانند یک شنت برای قطع از راه دور یا یک ولتاژ کم برای محافظت در برابر افت ولتاژ تقویت کرد.

شنت رها برای مدار شکن های کیس قالبی این ریل شنت که برای خاموش کردن MCCB از راه دور طراحی شده است، به صورت الکترومغناطیسی در ولتاژ نامی عمل می کند. با واحد تریپ شکن ادغام می شود و امکان خاموش شدن یا کنترل اضطراری را از راه دور فراهم می کند. مشاهده محصول →

فیوزها

فیوزها provide overcurrent protection by melting an internal element when current exceeds a specific value. They are simple, reliable, and have a very fast response under short-circuit conditions. However, after operation, a fuse must be replaced, which increases downtime.

رله ها

رله‌های محافظ در سیستم‌های الکتریکی بزرگ‌تر استفاده می‌شوند، جایی که جریان را کنترل می‌کنند و سیگنال قطع را به یک بریکر ارسال می‌کنند. آنها حفاظت هماهنگ با تاخیرهای زمانی قابل تنظیم را امکان پذیر می کنند. در تابلو برق ولتاژ متوسط، سیگنال سفر ممکن است از طریق یک مدار کنترل به یک قطع کننده خلاء ارسال شود.

قطع کننده های خطای زمین

GFCI ها و RCD ها جریان نشتی را تشخیص می دهند و مدار را برای محافظت در برابر شوک الکتریکی قطع می کنند. در محیط های صنعتی، ماژول های جریان باقیمانده اغلب بر روی MCCB نصب می شوند. یک ماژول حفاظت از نشتی RCD اختصاصی را می توان در یک مجموعه MCCB ادغام کرد تا حفاظت در برابر جریان اضافه و نشت زمین را ترکیب کند.

استانداردها و رتبه بندی های حفاظت در برابر جریان بیش از حد

استانداردها نحوه آزمایش و رتبه‌بندی دستگاه‌های حفاظت از جریان اضافه را تعریف می‌کنند. درجه بندی های کلیدی عبارتند از: جریان نامی، ظرفیت قطع اتصال کوتاه و ویژگی های قطع. برای بازار آمریکای شمالی، NEC ماده 240 الزامات کلی برای حفاظت در برابر جریان اضافه را پوشش می دهد، در حالی که UL 489 بر قطع کننده های مدار قالب بندی شده حاکم است. در محیط بین‌المللی، IEC 60947-2 الزامات عملکردی را برای تابلوهای ولتاژ پایین و تجهیزات کنترل تنظیم می‌کند.

علاوه بر این رتبه‌بندی‌ها، هماهنگی انتخابی در توزیع توان بسیار مهم است. یک قطع کننده پایین دست باید قبل از یک قطع کننده بالادست حرکت کند تا فقط انشعاب معیوب جدا شود. این امر مستلزم تطبیق منحنی‌های زمان-جریان دستگاه‌های بالادستی و پایین‌دستی است، به‌ویژه هنگام استفاده از رله‌ها در ترکیب با بریکرها.

داخل مدار شکن کیس قالبی

عملکرد قطع کننده مدار قالب بندی شده به چند جزء حیاتی بستگی دارد: کنتاکت های متحرک و ثابت، کانال قوس، قاب پایه عایق شده و واحد تراش. هنگامی که جریان اتصال کوتاه رخ می دهد، کنتاکت ها باید از هم جدا شوند و قوس باید به سرعت خاموش شود. کانال قوس قوس را به بخش های کوچکتر تقسیم می کند و ولتاژ قوس را افزایش می دهد، در حالی که کنتاکت ها به گونه ای طراحی شده اند که سایش را به حداقل برسانند و در برابر عملیات مکرر مقاومت کنند.

ما قطع کننده مدار قالبی قطعات برای پشتیبانی از این عملکردهای حیاتی ساخته می شوند. مجموعه کامل تماس متحرک از یک سطح تماس آلیاژ نقره استفاده می کند که در برابر فرسایش قوس مقاومت می کند، و مجموعه ناودان قوس با هندسه تأیید شده برای خاموش کردن سریع قوس ها طراحی شده است و انرژی عبوری را در شرایط اتصال کوتاه کاهش می دهد.

در حال حرکت مخاطب Assembly for Molded Case Circuit Breakers این مجموعه دارای کنتاکت های آلیاژ نقره برای مقاومت در برابر فرسایش قوس الکتریکی است که عملکرد قابل اعتماد را در طول اتصال کوتاه تضمین می کند. این یک جزء حیاتی برای حفظ ظرفیت شکست شکن است. مشاهده محصول →

به طور مشابه، مجموعه تماس ثابت و قاب پایه عایق‌شده باید تلورانس‌ها را محکم نگه دارند تا شکن دائماً رتبه ظرفیت شکست خود را برآورده کند. برای نسخه های جریان بالاتر، مجموعه های تماس متحرک در سطح قاب و کانال های قوس الکتریکی در قطع کننده های مدار هوا تا 6300 A استفاده می شود.

انتخاب حفاظت از جریان اضافه: ملاحظات کلیدی

رهاسازی ولتاژ پایین برای مدار شکن های کیس قالبی این دستگاه هنگامی که ولتاژ به زیر آستانه می‌رسد، بریکر را خاموش می‌کند و از تجهیزات در برابر آسیب‌های ناشی از شرایط کم ولتاژ محافظت می‌کند. از ولتاژهای نامی مختلف پشتیبانی می کند و به صورت داخلی نصب می شود. مشاهده محصول →

انتخاب حفاظت از اضافه جریان مناسب با دانستن بار مدار و جریان خطای موجود آغاز می شود. ابتدا ampacity مدار و جریان پیوسته قطع کننده را تعیین کنید. در مرحله بعد، بررسی کنید که ظرفیت قطع اتصال کوتاه از حداکثر جریان اتصال کوتاه احتمالی در محل نصب بیشتر است. برای یک مدار موتور، حفاظت باید جریان هجومی را بدون خاموش شدن اجازه دهد، بنابراین ممکن است به یک واحد تریپ قابل تنظیم تر نیاز باشد.

همچنین نیاز را در نظر بگیرید لوازم داخلی مانند کنتاکت های کمکی، کنتاکت های آلارم، و شنت یا آزادسازی ولتاژ کم، که عملکردهای نظارت و کنترل بریکر را گسترش می دهند. کاهش دما اهمیت دارد: یک قطع کننده 100 A که در یک محفظه 50 درجه سانتیگراد نصب شده است ممکن است نیاز به کاهش یا مجهز شدن به یک واحد سفر با درجه بالاتر داشته باشد. در نهایت، گزینش پذیری بین دستگاه های بالادست و پایین دست باید به گونه ای هماهنگ شود که انشعاب معیوب بدون تأثیر بر بقیه سیستم جدا شود. هنگامی که افت ولتاژ نگران کننده است، در صورتی که ولتاژ منبع تغذیه به زیر یک آستانه تعیین شده کاهش یابد، کاهش ولتاژ می تواند یک لایه حفاظتی اضافی با خاموش کردن بریکر ایجاد کند.

سوالات متداول در مورد حفاظت در برابر جریان بیش از حد