انواع کلید تابلو های فشار ضعیف برق

انواع کلید تابلو‌های فشار ضعیف برق

در این مقاله فنی سعی خواهیم کرد تا به  معرفی انواع کلید تابلو برق و تشریح دستگاهها و تجهیزات سوئیچینگ (کلید زنی) که معمولاً در تابلوهای فشار ضعیف (ولتاژ پایین) نصب شده اند ، مانند – کلید‌های قدرت قطع‌کننده مدار[1] ، کنتاکتور [2]، قطع‌کننده ها [3]، کلید‌های قطع‌کننده‌ی بار[4] ، کلید‌های جداکننده [5]و فیوزها [6] می‌پردازیم. تعداد  مختلفی  از این نوع دستگاه‌ها وجود دارد ، اما عملکرد اصلی همه آنها یکسان‌است – برای محافظت یا  قطع یا جدا کردن مدار استفاده می‌شوند.

 

 تابلو ولتاژ پایین  برای قطع و وصل کردن تجهیزات و محافظت از تجهیزات برقی طراحی شده‌است. دستگاه‌های سوئیچینگ و انواع کلید‌ها بر اساس وظیفه کلید زنی خاص ، به عنوان مثال، جداسازی ، تعویض بار ، قطع جریان اتصال کوتاه ، قطع و وصل  موتور الکتریکی ، حفاظت در برابر اضافه جریان و حفظ جان پرسنل  انتخاب می‌شوند.

(منظور از سوئیچینگ ، کلید زنی و یا همان قطع و وصل مدار توسط کلید قدرت‌است)

بسته به نوع ، دستگاه‌های سوئیچینگ را می‌توان برای کارهای تک یا چند سوئیچینگ استفاده‌کرد. سوئیچینگ نیز می‌تواند با ترکیبی از چندین واحد کلید تابلو برق انجام شود.

 

ویدئو مرتبط : قطعات و مشخصات یک تابلو کنترلی PLC

 

IEC 60947-1  شامل کلیه ضوابط کلید ها و تجهیزات سوئیچینگ ولتاژ کم است. مقررات کلی دیگری برای دستگاه‌های مدار کنترل الکترومکانیکی و عناصر سوئیچینگ در IEC 60947-  5-1  یافت می‌شود. استانداردها برای همه دستگاه ها مقدار نامی تعیین می‌کنند و مقادیر تست‌های تعریف‌شده به آنها اختصاص می‌دهند.

به عنوان مثال ، دستگاه ها تا حداکثر 690 ولت ، دارای سطح تستی 1890 ولت برای عایق‌های استفاده‌شده در آنها‌است. مقاومت در برابر ولتاژ ضربه  Uimp (ذکر شده در کلید یا ذکر شده در مستندات سازنده) برای سرویس تابلو در توزیع برق به عنوان یک قاعده 6 کیلوولت  است (IEC 60947-1, Table H1)

شکل‌1 کاربردهای دستگاه‌های مختلف سوئیچینگ را نشان می‌دهد.

 شکل‌1 – نمونه هایی از کاربردها برای دستگاها با ولتاژ کم

که:

1. مدار شکن یا کلید‌های قدرت قطع‌کننده مدار Circuit-breaker ،
2. فیوز ،
3. قطع‌کننده Disconnector ،
4. کلید قطع‌کننده بار Load-break switch
5. کلید قطع‌کننده با فیوز Fused switch-disconnector ،
6. استارتر موتور (کلید حفاظت موتور) Motor starter (motor protection switch)،
7. کنتاکتور Contactor
8. رله اضافه بار Overload relay
9. کلید قطع‌کننده با فیوز Switch-disconnector with fuses
10. کلید محافظ جان یا کلید نشتی جریان یا جریان باقیمانده (RCCB)
11. قطع‌کننده مدار باقیمانده جریان با باقی مانده گذر از جریان بیش از حد (RCBO) ،
12. کلید مینیاتوری Miniature circuit-breaker
13. مینیاتوری با جریان باقیمانده (RCD)

هنگام ساخت تابلوهای ولتاژ پایین باید مطمئن بود که ولتاژ‌هایی بیشتر از ولتاژ استاندارد طراحی روی تجهیزات تابلو و خود تابلو ایجاد نمی‌شود.

فهرست مطالب:

1. مدار شکن یا کلید‌های قدرت قطع‌کننده مدار Circuit-breaker
2. کنتاکتور Contactor
3. استارتر موتور (کلید حفاظت موتور) Motor starter (motor protection switch)
4. قطع‌کننده Disconnectorو کلید قطع‌کننده بار Load-break switch
5. فیوز ها

قطع‌کننده مدار یا کلید‌های قدرت در استاندارد IEC 60947-2 تعریف شده‌اند. کلیدهای قدرت در شرایط کاری و دارای جریان می‌توانند مدار را قطع‌کنند. علاوه بر این ، آنها باید مطابق با مشخصه‌های جریان / زمان تعریف شده در شرایط اضافه بار و اتصال کوتاه تریپ و مدار را قطع‌کنند.

این نوع کلید‌ها  در کاربرد هایی  با تعداد دفعات کلید زنی کم استفاده‌می‌شود. کلید‌های بدون مدار حفاظتی اضافه جریان، کلید‌های  قطع‌کننده (switch-disconnectors)شناخته می‌شوند.

معیارهای اصلی طبقه‌بندی برای کلید‌های ولتاژ کم طراحی (کامپکت یا باز [7]) و اصل خاموش کنندگی (محدود‌کننده جریان یا عدم محدود‌کننده جریان[8]) است.

کلید‌های کامپکت از یک محفظه از ماده عایق تشکیل شده اند که اجزای اصلی کلید را احاطه کرده‌است. چنین کلید‌هایی برای جریان‌های نامی تا 3200 آمپر و میزان جریان کوتاه مدت l_e ​​، 35 کیلو آمپر ساخته می‌شوند. کلید‌های از نوع باز عمدتاً با قاب فلزی ساخته‌شده‌اند و عموما از کلید‌های کامپکت بزرگتر هستند.

آنها برای جریان تا 6300 A در دسترس هستند. جریان نامی کوتاه مدت l_c   تا 100 Ka می‌توانند داشته‌باشند

کلید‌های عدم محدود‌کننده جریان ، قوس را در صفر جریان متناوب خاموش می‌کنند. هادی‌ها با توانایی حرارتی طراحی شده‌اند که به آنها امکان می‌دهد جریان کامل اتصال کوتاه را عبور دهند.

تمام اجزای سیستم پایین دست نیز از نظر حرارتی و دینامیکی جریان پیک اتصال کوتاه را می بینند و باید تحمل کنند.

 شکل‌2 – کلید کامپکت ABB نوع EMAX 2 و TMAX

کلید‌های محدود‌کننده، جریان اتصال کوتاه را قبل از رسیدن اوج نیمه اول موج ، محدود می‌کنند. محدود کردن مقدار اوج فشارهای دینامیکی و حرارتی را در سیستم متصل به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

شکل‌3 نمودار توسعه جریان نامحدود (آینده نگر) اتصال کوتاه و جریان اتصال کوتاه محدود‌شده توسط کلید را نشان می‌دهد. محدود کردن جریان اتصال کوتاه با جداسازی بسیار سریع کنتاکت‌ها و طولانی کردن مسیر قوس ناگهانی حاصل می‌شود.

 شکل‌3 – محدود‌کردن جریان اتصال کوتاه آتی

کلید‌های محدود‌کننده جریان به ویژه برای حفاظت از اتصال کوتاه تابلو  برق با ظرفیت سوئیچینگ نسبتاً کم (حفاظت از پشتیبان) مناسب هستند.

شکل‌4 اثرات بر مقدار اوج جریان عبوری  در هنگام استفاده از کلید محدود‌کننده جریان (منحنی 2) در مقایسه با یک کلید  غیر محدود‌کننده جریان را نشان می‌دهد (منحنی1)

 

شکل‌۴- محدود کردن جریان اتصال کوتاه با استفاده از یک کلید محدود‌کننده جریان

در یک جریان IRms فرض شده 40 kA ، سطح پیک Ip با یک کلید غیر محدود‌کننده جریان 84 کیلو آمپر‌است. کلید محدود‌کننده جریان با این حال تنها سطح پیک جریان 16.2 کیلو آمپر را اجازه عبور می‌دهد ، که به طور قابل توجهی تنش‌های دینامیکی را در اجزای سیستم پایین دستی کاهش می‌دهد.

انتخاب مدار شکن‌ها ابتدا بر اساس ولتاژ  نامی Ue  ، جریان نامی و ظرفیت قطع جریان اتصال کوتاه‌است. برای ظرفیت قطع جریان  اتصال کوتاه بین دو مقدار تمایز قائل شده‌است:

1. جریان سرویس اتصال کوتاه نامی Ics (توالی تست 0 — t — CO — t — CO)
2. جریان نامی اتصال کوتاه نهایی Icu ( توالی تست 0 — t — CO )

جایی که:

• CO عملیات باز/بسته شدن کلید‌است ، و
• t زمان خاموشی و قطعی بین عملیات کلید زنی (3 دقیقه)‌است.

جریان سرویس اتصال کوتاه نامی Ics نشان دهنده‌ی بار بیشتر روی کلید‌است. در استانداردها تصریح نشده‌است که کدام یک از دو مقدار مورد‌استفاده قرار‌می‌گیرد ، اما برای کاربرد‌های مهم (بیمارستان ها یا مراکز مهم) از جریان سرویس اتصال کوتاه نامی Ics باید به عنوان معیار طراحی استفاده‌شود.

مقدار جریان کوتاه مدت  نامی lcw   طبقه بندی استفاده ، دمای محیط و شرایط نصب باید در نظر گرفته شود. مقدار جریان کوتاه مدت lcw   مقدار پیک است که مطابق با جدول 1 تعیین شده‌است ، اما اساساً هیچ اطلاعات جدیدی را ارائه نمی‌دهد.

نوع استفاده ، ویژگی‌های طراحی مقادیر نامی کلید را با توجه به نوع انتخاب دسته بندی می‌کند. این تمایز بین:

• نوع استفاده دسته A (کلیدهایی که به طور خاص برای انتخاب ساخته نشده‌است ، مثلاً کلید‌های محدود‌کننده جریان) و
• نوع استفاده دسته B ( کلیدهایی که مخصوص انتخاب طراحی شده‌است). کلید تابلو برق

جدول 1 – نسبتn  بین ظرفیت قطع و وصل و ضریب توان مربوطه (برای کلید‌های ولتاژ AC ) در  IEC 60947-2را نمایش می‌دهد

یک عامل اساسی در برنامه ریزی پروژه انتخاب حفاظت است که به طور کلی ممکن‌است دارای 4 عملکرد حافظت باشد:

• L – اضافه بار ، با تنظیمات آستانه تریپ (جریان) و تأخیر زمانی معکوس.
• S – حفاظت اتصال کوتاه ، با تنظیمات برای آستانه تریپ و زمان تاخیر با انرژی ثابت یا مشخصه زمانی مشخص.
• I – حفاظت آنی اتصال کوتاه ، با تنظیم آستانه تریپ.
• G – حفاظت در برابر خطای زمین ، با تنظیماتی برای قطع و تأخیر زمانی معکوس با انرژی ثابت یا مشخصه زمانی مشخص.

کلید همچنین می‌تواند به حفاظت جریان نشتی تجهیز شود ، و این امکان حفاظت از اوپراتور ها را نیز در برابر تماس مستقیم و غیرمستقیم و حفاظت در برابر آتش فراهم می‌کند.

وسایل حفاظت از جریان باقیمانده (نشتی) اساساً توسط طراحی آنها (واحد الکترونیکی که دارای ترانسفورماتور اندازه گیری است یا واحد الکترونیکی جداگانه (به عنوان مثال برای نصب درب) و ترانسفورماتور اندازه گیری جداگانه) مشخص می‌شوند. از طریق جریان واکنش آنها جریان خطای AC، جریانDC خطای پالس کننده  و ویژگی تأخیر آنها انتخابی یا غیر انتخابی)

شکل 5 – مشخصات زمان / جریان حافظت

2-کنتاکتورها

کنتاکتورهای الکترومغناطیسی در IEC 60947-4-1 تعریف شده اند. آنها کلید‌های مکانیکی با تنها یک موقعیت استراحت هستند که به صورت دستی کار نمی‌کنند و قادر به قطع و وصل جریان ها در مدار در شرایط سرویس از جمله اضافه بار عملیاتی هستند.

آنها به ویژه برای تعداد دفعات قطع و وصل زیاد مناسب هستند. کنتاکتورها مطابق با مقوله‌های کاربردی که در زیر شرح داده می‌شوند برای قطع و وصل مناسب هستند. حفاظت در برابر اتصال کوتاه توسط تجهیزات حفاظت بالادستی (SCPD) باید تأمین شود.

از نظر ایمنی ، تهیه یک دستگاه سوئیچینگ مناسب اضافی به عنوان یک سیستم قطع اتصال برای جداسازی بارهای فردی به خصوص ماشین‌های الکتریکی از شبکه برق مهم‌است.

به غیر از تحریک الکترومغناطیسی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد ، کنتاکتورهایی نیز وجود دارند که دارای تحریک پنوماتیک یا الکتروپنوماتیک هستند.

برای کنتاکتورها و دستگاههای کنترل به صورت نیمه هادی ،استاندارد IEC 60947-4-2 موتور را تحت پوشش قرار می‌دهد واستاندارد IEC 60947-4-3 بارهای غیر موتوری را با ولتاژ  a.c پوشش می‌دهد.

 شکل‌6 – نمونه‌ای از کنتاکتور 3 پل  ، 100 آمپر با سیم پیچ 24 ولت DC و 1 کنتاکت کمکی NO و 1 NC را نشان‌می‌دهد

کنتاکتورها بر اساس دسته‌بندی‌های استفاده انتخاب می‌شوند ، همانطور که در جدول 2 نشان داده‌شده‌است. علاوه بر این ، مقادیر نامی (ولتاژ ، جریان ، دمای محیط و ولتاژ کنترل) در نظر گرفته‌می‌شود. شرایط پس زمینه مانند فرکانس و تعداد دفعات قطع و وصل ، تعداد فازها‌ها ، نوع هماهنگی ، سطح اتصال کوتاه ، شرایط راه اندازی و طول عمر کنتاکت‌ها باید در نظر گرفته‌شود.

برای انتخاب کنتاکتورها کمکها و برنامه‌های متنوعی از تولید کنندگان کنتاکتور در اینترنت موجود‌است. کنتاکتور باید در یک بازه 85٪ تا 110٪ ولتاژ به صورت صحیح عمل کند. لوازم جانبی مهم کنتاکتور شامل کنتاکت‌های کمکی و رله‌های اضافه بار برای قرار‌دادن در پایانه‌های خروجی کنتاکتور می‌باشد.

جدول 2 – دسته‌بندی‌های مورد‌استفاده برای کنتاکتورهای IEC 60947-4-1

3 .  موتور استارتر

موتور استارتر بر اساس دستگاه‌های سوئیچینگ الکترومکانیکی نیز در IEC 60947-4-1 تعریف شده‌است. بر این اساس ، از استارتر موتورها (شکل 7) برای راه اندازی موتورها ، سرعت بخشیدن به آنها به سرعت عادی ، اطمینان از عملکرد موتور ، قطع موتور از منبع تغذیه استفاده‌می‌شود و به کمک سیستم‌های حافظت مناسب از موتور و مدار مربوطه در حالت اضافه بار محافظت می‌کند.

استارتر ممکن‌است به عنوان یک راه انداز مستقیم (DOL) ، استارتر معکوس‌کننده (REV) ، استارتر ستاره مثلث (YD) ، استارتر سنگین (HD) یا یک سافت استارتر (راه اندازی نرم) کار کند.

مقاله مرتبط:

راه انداز یا استارتر موتور الکتریکی چیست؟ انواع راه انداز موتور و روش‌های راه اندازی موتور

حفاظت از اتصال کوتاه ، محافظت از اضافه بار و در بسیاری از موارد همچنین یک دستگاه جداساز ‌و ایزوله‌کننده مورد نیاز‌است. کلید‌های قدرت برای حفاظت از اتصال کوتاه ترجیح داده‌می‌شوند

از آنجایی که استارتر موتور به عنوان یک قاعده در سطح توزیع برق مورد‌استفاده قرار‌می‌گیرد ، بیشتر اجزای آن باید برای تحمل ایمپالس در برابر ولتاژ Uimp تا 6 کیلو ولت طراحی می‌شوند.

 شکل 7 – ساختار اصلی استارتر موتور

الزامات حفاظت ،نقش تعیین کننده‌ای در طراحی استارتر موتور دارد (شکل 8).

 شکل‌8 – گزینه‌های دیگر برای کنترل موتور

رله‌های اضافه بار ، بار بیش از حد موتور یا خرابی فاز را تشخیص می‌دهند و سپس برای خاموش کردن موتور روی کنتاکتور عمل می‌کنند. رله‌های اضافه بار حرارتی و الکترونیکی ، با کلاس‌های مختلف تریپ (به عنوان مثال کلاس 10 یا کلاس 30) برای شروع طبیعی یا شروع سنگین موتور وجود دارد. کلید تابلو برق 

برای راه اندازی مستقیم ، رله اضافه بار بر روی مقدار نامی موتور (le) تنظیم شده‌است ، و برای راه انداز ستاره مثلث

0.58 × l_{e تنظیم می‌شود}

در ساده ترین نسخه آن ، یک استارتر موتور می‌تواند از یک دستگاه واحد تشکیل شود ، یعنی یک کلید با تریپ حرارتی / الکترومکانیکی. سوئیچ استارتر دستی موتور یک کلید است که دارای ویژگی منحنی تریپ ویژه ای است ، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده‌است.

کلید تابلو برق بر اساس IEC 60947-2 و 60947-4-1  با اتصال کوتاه و اضافه بار برای محافظت از موتورها:

 شکل 9 – کارکردهای استارتر دستی موتور

4 – جدا كننده‌ها ، کلید‌های بار و کلید‌های جدا كننده‌های

الزامات دستگاه‌های سوئیچینگ مکانیکی برای تغییر جریان‌های بار و جداسازی ایمن سیستم‌ها یا زیر سیستم‌ها از شبکه تأمین ، موضوع استاندارد IEC 60947-3‌است.

قطع‌کننده (جدا کننده یا دیسکانکتور)

عملکرد جداکننده در حالت باز با ویژگی‌های زیر مشخص می‌شود:

1. افزایش مقاومت دی الکتریک در فاصله هوایی کنتاکت (نشان داده‌شده توسط یک تست در ولتاژ ضربه)
2. جریان نشتی کم در طول فاصله ایزوله شده و موقعیت خاموش کنتاکت‌ها قابل مشخص باشد
3. عدم وصل ناخواسته (به عنوان مثال از طریق لرزش) امکاناتی برای اقدامات برای جلوگیری از بسته شدن غیرمجاز

قطع‌کننده می‌تواند تنها در صورت نبود جریان قطع و وصل شود ، یا در صورت عدم وجود اختلاف ولتاژ چشمگیر بین دو کنتاکت هر فاز می‌تواند قطع و وصل شود.

 شکل 10 – انواع قطع‌کننده‌های سوئیچ ولتاژ کم

کلید  بار  تابلو برق

کلید قطع بار می‌تواند در شرایط عادی در مدار ، در صورت وجود با شرایط اضافه بار مشخص ، قطع و وصل جریان را ایجاد کرده و در شرایط غیر عادی مشخص مانند اتصال کوتاه ، این جریان‌های اتصال کوتاه را برای مدت مشخص تحمل کند .

کلید-قطع‌کننده

کلید قطع‌کننده یک کلید بار است که الزامات مشخص شده برای فاصله ایزوله در موقعیت باز را برآورده می‌کند. کلید تابلو برق 

کلید-قطع‌کننده با فیوز

واحد متشکل از کلید و فیوز که در آن یک فیوز در یک یا چند فاز به صورت سری با کلید قطع‌کننده وصل می‌شود.

کلید فیوز دار

 شکل‌11 – کلید قطع‌کننده موتور دار  ABB 160-2500A؛

کلید قطع‌کننده  فیوز دار یک کلید جداکننده‌است که در آن یک فیوز سری با کنتاکت‌ها  تشکیل شده‌است.

مکانیسم‌های کلید زنی یا سوئیچینگ

• 1- عملکرد دستی: عملکرد منحصراً با تلاش انسان انجام می‌شود ، بنابراین سرعت و قدرت حرکت سوئیچینگ به اپراتور بستگی دارد.
• 2- عملکرد دستی مستقل: عملکرد توسط مکانیسم انرژی ذخیره‌شده ، که در آن انرژی اعمال‌شده به صورت دستی به صورت فشار در فنر ذخیره می‌شود و در حین حرکت آزاد می‌شود ، بنابراین سرعت و قدرت برای حرکت کنتاکت‌ها مستقل از اپراتور‌است.
• 3- عملکرد با انرژی ذخیره‌شده: عملکرد با انرژی ذخیره‌شده در مکانیسم تحریک ، که برای تکمیل عملیات کلید زنی در شرایط خاص کافی‌است انجام می‌شود

انرژی قبل از شروع کلید زنی ذخیره می‌شود. مکانیسم‌های انرژی ذخیره‌شده بر اساس  نوع آنها متفاوت هستند:

• ذخیره انرژی (فنر ، وزن و غیره) ،
• منبع انرژی (دستی ، موتور الکتریکی و غیره) ،
• آزاد سازی انرژی (دستی ، شانت کلوز و شانت تریپ و غیره).

5- فیوز

فیوزهای ولتاژ کم مطابق با IEC 60269-1 تعریف می‌شوند. فیوزها وسیله حفاظتی هستند که وقتی یک یا چند فیوز عمل کرده و می سوزد جریان را قطع می‌کند که سوختن آن‌ها  وقتی اتفاق می افتد که سطح جریان در آن‌ها از مقدار تعیین شده ای بیشتر شود و باعث ذوب رسانای داخل آنها می‌شود. کلید تابلو برق

دامنه کاربرد فیوزها با دو حرف مشخص می‌شوند. حرف اول محدوده قطع را مشخص می‌کند:

• g  فیوز با هدف کلی

این فیوزها بطور مداوم می‌توانند جریانهای تا جریان نامی خود را هدایت کنند و می‌توانند جریانها را از کوچکترین جریان فیوزینگ تا ظرفیت شکستگی نامی قطع کنند.

• a فیوز پشتیبان

این فیوزها می‌توانند به طور مداوم جریانهای تا جریان نامی خود را هدایت کنند و فقط می‌توانند جریانهای بالاتر از چند برابر از جریان نامیشان را قطع کنند.

حرف دوم کاربرد را مشخص می‌کند ، یعنی ویژگی زمان جریان:

• G – برای کاربردهای عمومی
• M – برای حفاظت از مدارهای موتور و دستگاه‌های سوئیچینگ
• R – برای محافظت از اجزای نیمه هادی
• Tr  محافظت در برابر ترانسفورماتور
• B – حفاظت از پست‌های زیر زمینی
• D  فیوز با تأخیر زمانی در آمریکای شمالی
• N  فیوز بدون تاخیر

[1] circuit breakers

[2] contactors

[3] disconnectors

[4] load-break switches

[5] switch disconnectors

[6] fuses

[7] compact or open

[8] non-current limiting or current limiting

مقالات مرتبط :

کلید هوایی (کلید  انفجار هوا) – کلید ACB  – کلید قدرت هوایی

کلید قدرت چیست؟ | عملکرد و انواع کلید

https://www.se.com/