MCB کلید مینیاتوری – ساختار، عملکرد، انواع و کاربرد

کلید مینیاتوری MCB

کلید مینیاتوری MCB

فهرست مطالب

1. مقدمه‌ای بر کلید‌های مینیاتوری (MCB)
2. کلید مینیاتوری (MCB) چیست؟
3. ساختار MCB
4. عملکرد و فعالیت MCB
5. انواع کلید‌های مینیاتوری (MCB)

1-5. نوع B MCB

2-5. نوع MCB C

3-5. نوع MCB D

6. چگونگی انتخاب MCB مناسب برای بارهای مختلف؟

1-1-6. جریان نامی کلید های MCB

2-2-6. جریان نامی شکست کلید ها MCB

3-3-6. نوع MCB

7. کاربرد و استفاده از MCB ( کلید مینیاتوری)

انواع مختلف رله‌ها، ساختار، عملکرد و کاربردهای آن‌ها

رله SSR حالت جامد

۱-مقدمه‌ای بر  کلید‌های مینیاتوری (MCB)

تمام فیوزها  که در گذشته مورد‌استفاده قرار می‌گرفت باید برای امنیت و کنترل بهتر ، با MCB جایگزین شوند. برخلاف فیوز، MCB به صورت یک سوئیچ خودکار عمل می‌کند که در موقع عبور جریان اضافی از مدار باز‌شده و وقتی مدار به حالت عادی بازگشت، بدون هیچ‌گونه نیاز به جایگزینی و یا تعویض، مجدداً‌ بسته‌می‌شود. MCBها در اصل به عنوان جایگزین کلید‌های فیوزی در بسیاری از مدارها مورد‌استفاده قرار‌گرفته‌اند. انواع مختلفی از MCBها امروزه با ظرفیت شکست KA10 تا KA16 در تمام حوزه‌های خانگی، تجاری و صنعتی به عنوان وسایل حفاظتی قابل اطمینان بکار برده‌می‌شوند.

۲-کلید  مینیاتوری (MCB) چیست؟

MCB یا کلید مینیاتوری، یک دستگاه الکترومغناطیسی است که در یک قابل عایقی قرار گرفته‌است. کارکرد اصلی MCB، سوئیچ کردن مدار می‌باشد، یعنی باز کردن خودکار مدار (که به آن متصل شده‌است) در زمانی که جریان عبوری از آن (MCB) از مقدار تنظیم شده، بیشتر می‌شود. در صورت نیاز آن را می‌توان مثل کلید معمولی به صورت دستی روشن یا خاموش کرد.

MCBها از جمله دستگاه‌های تریپ کننده ی تأخیردار هستند که دامنه‌ی اضافه جریان آن‌ها، زمان عملیات تریپ را کنترل می‌کند. یعنی هر زمانی که اضافه جریان به مدت طولانی برای ایجاد خطر در مدار مورد حفاظت وجود داشته‌باشد، فعال می‌شوند. از این رو، MCBها با جریان های شدید شدید سوئیچ‌ زنی ها و جریان‌های راه اندازی موتور، باعث تریپ نمی شوند و فقط در صورت خطا و اتصالی تریپ می کنند. در کل، کلید های مینیاتوری برای عمل کردن  در کمتر از 5/2 میلی‌ثانیه در هنگام خطاای اتصال کوتاه و 2 ثانیه تا 2 دقیقه در حالت بروزاضافه جریان (بسته به سطح جریان) طراحی شده‌اند.

ظاهر بیرونی

ظاهر بیرونی معمولی یک MCB در شکل نشان داده‌شده‌است. MCBها در پل های گوناگون نظیر یک، دو، سه و چهار پل با سطوح مختلف جریان خطا تولید می‌شوند. غالباً MCBها به هم متصل می‌گردند تا نسخه‌های دو و سه پًل را به وجود آورند و بدین ترتیب بروز خطا در یک فاز سبب قطع کل مدار شده و از این رو جداسازی کامل جریان خطا فراهم می‌آید. این ویژگی در صورت حفاظت تک فازی شدن  موتور سه فاز، مفید می‌باشد. کلید های مینیتاتوری از V220 برای تغذیه‌ی DC و 415/240 برای تغذیه‌ی AC (تک فاز و سه فاز) با ظرفیت‌های مختلف جریان اتصال کوتاه تولید می شوند. معمولاً دستگاه‌های تک فاز دارای محدوده‌ی جریان بار تا A100 هستند. برخی MCBها دارای دستگاهی برای تنظیم ظرفیت جریان تریپ هستند در حالی که برخی دیگر بر روی بعضی از جریان‌‌های بار و  جریان اتصال کوتاه، ثابت شده‌آند.

MCBها برای اجرای بسیاری از کاربردها نظیر کلید های کنترل محلی، جداسازی کلید ها در برابر خطاها و وسایل حفاظتاضافه جریان برای تأسیسات یا تجهیزات یا کاربردهای خاص استفاده می‌شوند.

۳-ساختار MCB

MCB به طور کامل در یک محفظه‌ای عایقی قرار گرفته‌است. این محفظه، عایق‌بندی و حفاظت مکانیکی مناسب را فراهم می‌سازد. سیستم کلید شامل یک اتصال ثابت و متحرک است که سیم‌های ورودی و خروجی به آن متصل شده‌اند. اجزای فلزی یا بخش‌های حامل جریان بسته به جریان نامی کلید، از مس الکترولیتی یا آلیاژ نقره ساخته شده‌اند.

از آن‌جایی که کانتکت ها  در هنگام بروز اضافه جریان یا اتصال کوتاه، از هم جدا می شوند، یک جرقه‌ی الکتریکی روی می‌دهد. تمام MCBهای نوین، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که فرایند وقفه‌ی جرقه را مدیریت کنند که در آن استخراج انرژی جرقه و سردسازی آن توسط صفحات فلزی تقسیم کننده‌ی جرقه امکانپذیر می‌باشد. این صفحات در یک موقعیت مناسب توسط یک ماده‌ی عایق نگه داشته شده‌اند. همچنین مسیر جرقه هم به وسیله ی هدایت کننده بین کنتاکت های اصلی جرقه هدایت می شود و در آنجا  به وجود آید.

مکانیزم عملیات شامل تریپ مغناطیسی و تریپ گرمایی می‌باشد.

که یک فنر ضربه گیر سفت شده با یک باریکه ی مغناطیسی در یک مایع سیلیکون و یکه تریپ کننده ی مغناطیسی می باشد

ساختار تریپ  مغناطیسی در اصل شامل یک سیستم مغناطیسی ترکیبی است که یک فنر ضربه گیر بارگذاری شده با یک تکیه‌گاه مغناطیسی در یک سیال سیلیکونی و یک تریپ کننده ی مغناطیسی معمولی می باشد. یک سیم‌پیچ حامل جریان در قسمت  تریپ کننده، باریکه ی مغناطیسی را در مقابل فنر و به سمت قطعه‌ی قطبی ثابت حرکت می‌دهد. بدین ترتیب وقتی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم‌پیچ مناسب باشد، نیروی مغناطیسی در بخش تریپ  فراهم می‌آید. در مورد جریان‌های اتصال کوتاه یا اضافه جریانهای شدید، میدان مغناطیسی قدرتمندی توسط سیم‌پیچ‌ها ایجاد می‌شود که برای جذب قسمت متحرک نوار تریپ  صرفنظر از موقعیت باریکه ی مغناطیسی در ضربه‌گیر، کافی می باشد و باعث آزاد شدن فنر و عملکرد کلید مینیاتوری می شود.

تنظیمات

تنظیم تریپ  گرمایی شامل یک نوار دو فلزی‌است که یک سیم‌پیچ گرم‌کن در اطراف آن پیچیده‌شده تا بسته به روند جریان، اقدام به ایجاد گرما نماید. طراحی این گرم‌کن می‌تواند به صورت مستقیم باشد که در آن جریان از نوار دوفلزی می‌گذرد و بر قطعه‌ی جریان الکتریکی اثرگذار‌است یا این که به صورت غیرمستقیم‌است و در آن یک سیم‌پیچ رسانای حامل جریان در اطراف نوار دوفلزی پیچیده‌شده‌است. خمیده شدن نوار بی متالی، مکانیزم تریپ  را در شرایط اضافه جریان فعال می‌سازد.

نوارهای بی متالی از دو فلز مختلف که معمولاً برنج و فولاد هستند، ساخته می‌شوند. این فلزات در راستای همدیگر جوش داده شده‌اند. این نوارها به صورت طراحی شده‌اند که برای جریان‌های عادی نوار تا جریان تریپ خم نمی شوند اما اگر جریان افزایش یافت و به مقداری بیش از مقدار معین رسید، نوار گرم شده، خم‌گردیده و تریپ ‌انجام می‌شود. نوارهای بی متال برای فراهم آوردن تأخیرهای زمانی مشخص برای اضافه جریانهای معین انتخاب می‌شوند.

۴-عملکرد MCB

در شرایط کاری عادی، MCB به مانند یک سوئیچ (دستی) عمل می‌کند تا مدار را روشن یا خاموش نماید. در شرایط اضافه جریان یا اتصال کوتاه، کلید مینیاتور به صورت خودکارعمل می کند یا تریپ می‌کند به صورتی که وقفه‌ی جریان در مدار بار روی می‌دهد و جریان قطع می شود. نشانه‌ی ظاهری این تریپ  را می‌توان با حرکت خودکار دستگیره‌ی عملیات به سمت موقعیت خاموش، مشاهده کرد. این عملیات خودکار MCB را می‌توان به دو روش که در ساختار MCB مشاهده کردیم، بدست آورد؛ این‌ها عبارتند از تریپ  مغناطیسی و تریپ  گرمایی.

در شرایط بروز اضافه جریان، جریان عبوری از نوار بی متالی یا دو فلزی، سبب افزایش دمای آن می‌شود. گرمای تولید‌شده توسط دوفلزی به اندازه‌ای هست که سبب خم شدن آن به دلیل انبساط گرمایی فلزات شود. این خم شدن بعداً دستگیره‌ی تریپ  را آزاد کرده و کانتک ها از هم جدا می‌شوند. در برخی MCBها میدان مغناطیسی ایجاد‌شده توسط سیم‌پیچ سبب بروز کشش در دوفلزی‌شده و بدین ترتیب فرایند انحراف، مکانیزم تریپ  را فعال می‌کند.

اتصال کوتاه یا اضافه بار

در شرایط اتصال کوتاه یا اضافه جریان های شدید، قسمت تریپ  مغناطیسی وارد عمل می‌شود و در شرایط کاری عادی، تکیه‌گاه توسط فنر آرام در یک موقعیت قرار گرفته‌است چرا که میدان مغناطیسی ایجاد‌شده توسط سیم‌پیچ‌ها به اندازه‌ای نیست که قفل را جذب کند. وقتی جریان خطا به وجود‌آمد، میدان مغناطیسی تولید‌شده توسط سیم‌پیچ آن قدر هست که‌بتواند بر نیروی فنر نگه‌دارنده‌ی تکیه‌گاه در موقعیت خود، غلبه کند. و از این رو، تکیه‌گاه حرکت کرده و مکانیزم تریپ را فعال می‌سازد.

ترکیبی از هر دو مکانیزم مغناطیسی و گرمایی در بیشتر MCBها پیاده‌سازی شده‌است. در هر دو عملیات مغناطیسی و گرمایی، یک جرقه در زمان شروع جداسازی اتصالات به وجود می‌آید. این جرقه از طریق مسیر ایجاد شده برای جرقه، به سمت صفحات تقسیم‌کننده‌ی جرقه حرکت داده می شود. این صفحات تقسیم‌کننده‌ی جرقه که به آن‌ها سرسره‌ی جرقه هم (arc chutes) می‌گویند جایی هستند که جرقه در آن‌ها به شکل مجموعه‌ای از جرقه‌ها ایجاد شده و در همان زمان، انرژی آن استخراج گردیده و خنک می‌شود. از این رو، فرایند خاموش‌سازی جرقه به دست‌می‌آید.

5- انواع  کلید‌های مینیاتوری (MCB)

MCBها طبق جریان‌های تریپ لحظه‌ای به سه دسته‌ی عمده تقسیم می‌شوند. این‌ها عبارتند از

1. 1- MCB نوع B
2. 2- MCB نوع C
3. 3- MCB نوع D

1- MCB نوع B

این نوع MCB به صورت لحظه‌ای در جریانی از ۳ تا 5 برابر جریان اسمی خود، تریپ می‌کنند. این‌ها معمولاً برای بارهای مقاومتی یا القایی کوچک که در آن‌ها نوسان سوئیچ کردن بسیار کوچک است بکار می‌روند. از این رو، این‌ها برای تجهیزات مسکونی یا سبک مناسب هستند.

2- MCB نوع C

این نوع MCB به صورت لحظه‌ای در جریان پنج تا ده برابر جریان اسمی خود تریپ می‌کند. این‌ها معمولاً برای بارهای القایی زیاد که در آن نوسان سوئیچ کردن زیاد می‌باشد مثل موتورهای کوچک و لامپ‌های فلورسنت استفاده‌می‌شوند. در این موارد، MCBهای نوع C ترجیح داده‌می‌شوند تا مقدار بیشتری از جریان‌های اتصال کوتاه را رفع کنند. از این رو، این‌ها برای تأسیسات تجاری و صنعتی به شدت القایی بکار می‌روند.

3- MCB نوع D

این نوع MCB به شکل لحظه‌ای در جریان ده تا بیست و پنج برابر جریان اسمی خود، تریپ می‌کنند. این‌ها معمولاً برای بارهای القایی بسیار شدید که در آن جریان زیاد هجومی به بسار شایع‌است، بکار برده‌می‌شوند. این‌ها برای کاربردهای خاص صنعتی و تجاری مناسب هستند. نمونه‌های متداول این کاربردها شامل ماشین‌های اشعه‌ی ایکس، سیستم‌های UPS، تجهیزات جوشکاری صنعتی، موتور جوش‌های بزرگ و… می‌باشد.

این سه گروه MCB، فرایند حفاظت را در یک دهم ثانیه فراهم می‌آورند. حداقل و حداکثر جریان‌های تریپ این MCBها در جدول زیر آمده‌است که در آن Ir بیانگر جریان اسمی MCB است. MCBها را همچنین می‌توان براساس تعداد قطب‌ها مثل تک قطبی، دو قطبی، سه قطبی و چهار قطبی، طبقه‌بندی کرد.

6- چگونگی انتخاب MCB مناسب برای بارهای مختلف؟

انتخاب یک MCB خاص برای یک کاربرد خاص، باید به دقت انجام شود تا حفاظت مطمئن در مقاب لاضافه جریان ها و اتصال کوتاه تضمین گردد. اگر این انتخاب مطابق با تجهیزات مدار نباشد، امکان تریپ‌های ناخواسته‌ی متناوب وجود دارد. قبل از این که وارد جزئیات شویم، باید اختلاف بین MCB و MCCB، چگونگی خواندن پلاک اسمی MCB و تفاوت  کلید‌های ELCB، RCB و RCD را بدانیم. (در مقالات بعدی قرار خواهند گرفت)

اگر MCB با سایز کوچکتری انتخال شود (جریان نامی MCB، کمتر از جریان اسمی بار باشد)، MCB منجر به بروز تریپ‌های متناوب‌شده و جریان بار را با وقفه روبرو می‌کند چرا که جریان اسمی MCB، کمتر از مقدار جریان اسمی بار می‌باشد. همچنین اگر اندازه‌ی آن بیشتر باشد (جریان نامی MCB بیش از جریان اسمی بار باشد)، بار متصل به آن به طور مناسب حفاظت نمی‌شود. در این موارد، در صورتی که اضافه جریان به وجود آمده‌باشد MCB تریپ نمی کند.

در ادامه سه عامل که باید در انتخاب یک MCB برای یک کاربردهای خاص مدنظر بگیریم، آورده‌شده‌است.

جریان نامی کلید مینیاتوری

این مورد، آمپر جریان نامی مجاز MCB می‌باشد. این مقدار باید کمتر از ظرفیت حمل جریان سیستم سیم‌کشی و بیشتر یا برابر با حداکثر جریان کامل بار در سیستم سیم‌کشی باشد. در کل، این جریان نامی باید به گونه‌ای‌باشد که بتواند تا 125 درصد بار پیوسته به اضافه‌ی جریان نامی بار ناپیوسته را تحمل کند. معمولاً آن را به صورت

جریان نامی کابل  جریان نامی MCB  حداکثر جریان بار کامل سیستم

بیان می‌کنند.

نرخ KA یا ظرفیت شکست

این جریان به ظرفیت MCB اشاره دارد که می‌تواند جریان تحت شرایط اتصال کوتاه را قطع کند و این جریان را برحسب کیلوآمپر (KA) بیان می‌کنند. این جریان نباید کمتر از جریان اتصال کوتاه امکان پذیر باشد. جریان اتصال کوتاه آتی، حداکثر جریانی‌است که در شرایط اتصال کوتاه در سیستم وجود دارد. در تجهیزات مسکونی MCB KA6 مناسب‌است در حالی که برای کاربردهای تجاری و صنعتی سبک MCB با نرخ KA10 یا بیشتر مورد نیاز‌است.

نوع MCB

نوع MCB مورد نیاز برای کاربرد خاص توسط مشخصه‌های عملیاتی مانند جریان های نامی مورد نیاز برای عملیات لحظه‌ای بارها، تعیین می‌شود. در بالا انواع گوناگون MCBها برای کاربردهای مختلف فوق را بیان کردیم.

7- کاربرد و استفاده از MCB (مدار شکن مینیاتوری)

همانطور که کاربردها و فعالیت‌های اصلی قبلاً شرح داده‌شدند، کاربردهای بسیار اولیه‌ی MCB، استفاده برای حفاظت از یک مدار(سیم‌کشی، بار متصل و تجهیزات و…) در موارد زیر می‌باشد:

• اتصال کوتاه
• جریان بیش از حد
• بار بیش از حد