لماذا تحرق دائماً الملامسات الكهربائية؟ يجب تنفيذ حماية التحميل الزائد وحماية القصر الكهربائي في الوقت نفسه

تُستخدم المفاتيح الكهربائية لفتح وإغلاق الأحمال التي تتطلب هذه العمليات أثناء الاستخدام العادي، خاصةً للأنشطة المحددة مثل الإضاءة العامة ذات الجهد المتوسط والمحركات الكهربائية الصناعية.

يمكن للمفتاح الكهربائي ذو الجهد المتوسط مع مزيج من المصهر (F-C) التحكم في المحركات حتى 12 كيلو فولت. ومع ذلك، فإن مفاتيح الجهد المتوسط مناسبة أيضًا كمغذيات لأنواع أخرى من الأحمال، خاصة المحولات. بالنسبة لهذه الأحمال، يتم عادة تعديل المفاتيح الكهربائية لتضمين قفل ميكانيكي، بحيث لا يفتح المفتاح تلقائيًا عند انهيار جهد النظام.

المفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي هي نفسها في البنية بشكل أساسي كالمفاتيح الكهربائية التي تُحتفظ بها الكهرومغناطيس. ومع ذلك، بدلاً من الاعتماد على ملف رئيسي مستمر التشغيل لإبقاء المفتاح مغلقًا، تستخدم المفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي القفل الميكانيكي للحفاظ على حالة الإغلاق. في جوهرها، تُحاكي المفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي مقاطع الدائرة ذات الجهد المتوسط. ولكن يجب أن يُؤخذ في الاعتبار أنه هناك اختلافات واضحة بين المفاتيح الكهربائية ومقاطع الدائرة.

اعتبارات للدوائر التحكم

بمجرد إغلاق المفتاح الكهربائي التقليدي الذي يُحتفظ به الكهرومغناطيس، فإنه يظل مغلقًا طالما يتم تشغيل الملف الرئيسي. في الغالب، يكون مصدر الطاقة للتحكم في دائرة الملف الرئيسي هو محول الطاقة التحكمي، وهو جزء لا يتجزأ من المُتحكم بأكمله. لذلك، بالنسبة للأحمال المحركة، عندما ينهار جهد النظام، سيتم فصل المحرك تلقائيًا، مما يمنع تلف المحرك.

على العكس، تظل المفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي مغلقة عند انهيار جهد النظام. وهذا أمر ضروري بشكل خاص عندما يكون الحمل من النوع الذي يحتاج إلى إعادة تغذية تلقائية عند استعادة جهد النظام، مثل محولات الإضاءة.

تُفتح المفاتيح الكهربائية التي تُحتفظ بها الكهرومغناطيس عند فتح نقاط الاتصال في دائرة التحكم الرئيسية. من ناحية أخرى، يتم فتح القفل الميكانيكي للمفاتيح الكهربائية عن طريق إغلاق نقاط الاتصال في دائرة القفل، مما يسمح بفتح المفتاح. وبالتالي، يكون التحكم المطلوب للمفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي مشابهًا إلى حد ما للتحكم في مقاطع الدائرة ذات الجهد المتوسط.

تحتاج المفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي إلى مصدر طاقة تحكم موثوق به للإيقاف. يُفضل استخدام مصدر طاقة مستمر (بطارية)، ولكن إذا كان المصدر الوحيد لمصدر الطاقة التحكمي هو محول الطاقة التحكمي المتصل بالجهد الأساسي، فإن جهاز الإيقاف بالتيار المتردد المناسب للإستخدام.

يجب أن تستخدم دائرة الإغلاق أزرار اتصال مؤقتة بحيث يتم تشغيل الملف الرئيسي فقط خلال فترة الإغلاق. وبالمثل، يجب أن تستخدم دائرة الإيقاف (تحرير القفل) أزرار اتصال مؤقتة. للإيقاف التلقائي للواقيات، يجب أن يتم توصيل نقطة اتصال مفتوحة عادة في دائرة الإيقاف (تحرير القفل)، وأن يتم توصيل نقطة اتصال مغلقة عادة من الواقي في دائرة الإغلاق. الغرض من نقطة الاتصال المغلقة للواقي في دائرة الإغلاق هو التأكد من أن دائرة الملف الرئيسي تكون غير مُشغلة أثناء الإيقاف. كما يُفضل تضمين وظيفة قفل (86) إما عبر وظيفة 86 في بعض الواقيات متعددة الوظائف أو عبر واقي قفل منفصل.

من المهم أن لا تشمل دارة التحكم الخارجية للمستخدم نقاط اتصال للحفظ في دائرة الإغلاق. تعمل المفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي بنفس طريقة المفاتيح الكهربائية التي تُحتفظ بها الكهرومغناطيس، مع إضافة قفل ميكانيكي. إذا كانت دائرة الملف الرئيسي مُشغلة بشكل مستمر، فسوف يظل المفتاح مغلقًا حتى لو تم تشغيل قفل الإيقاف.

تختلف المصادر في تقدير الوقت الذي يجب السماح به بين انقطاع الخطأ وإعادة التغذية اللاحقة. تشير معظم المصادر إلى أنه يجب أن يكون هناك على الأقل ست دورات بين انقطاع القوس (عند الفتح) وإغلاق نقاط الاتصال في العملية اللاحقة للإغلاق.

اعتبارات قصيرة الدائرة والأحمال الزائدة

تختلف المفاتيح الكهربائية المستخدمة لتزويد المحولات بالطاقة عن تلك المستخدمة لتزويد المحركات بالطاقة فقط في خصائص المصاعد الحالية المقيدة. المصاعد المستخدمة لحماية دوائر المحركات هي مصاعد من فئة M، والتي تتميز بخصائص حماية مناسبة لمتطلبات التطبيق للمحركات. بالنسبة لمغذيات المحولات، يجب أن تكون المصاعد من فئة T، مصممة لتوفير حماية مناسبة للمحولات.

لدى المفاتيح الكهربائية بدون مصاعد قدرة محدودة على الانقطاع. لذلك، يجب دائمًا استخدام المفاتيح الكهربائية بالاشتراك مع مصاعد التيار المقيدة. يوفر مزيج المفتاح الكهربائي (الذي يقطع التيار الحالي للحمل الطبيعي والتيار الزائد المعتدل) والمصعد المقيد للتيار (الذي يقطع التيار الذي يتجاوز قدرة المفتاح الكهربائي بمفرده) قدرة كاملة على قطع التيار الزائد والدائرة القصيرة.

يجب استخدام الواقيات ضد التيار الزائد لتوفير الحماية ضد التيار الزائد المعتدل، وذلك لتجنب تشغيل المصاعد دون الحاجة. يجب تنسيق هذه الحماية مع قدرة التيار المستمر لمزيج المصعد والمفتاح الكهربائي. بما أن المصاعد تولد كمية كبيرة من الحرارة، فمن الشائع أن تكون حجم المصاعد أكبر قليلاً من الموصى به للتيار المستمر. لذلك، توفر الواقيات ضد التيار الزائد حماية ضد التيار الزائد ليس فقط للمحول ولكن أيضًا لمزيج المصعد والمفتاح الكهربائي. هذا مناسب لأن وظيفة المصعد هي توفير حماية ضد الدائرة القصيرة وليس التيار الزائد.

حماية مرحلة واحدة

تتضمن أجهزة حماية التحميل الزائد الحديثة للمحركات عادةً وظيفة حماية لإزالة المحرك تلقائيًا عند فقدان أحد مراحل الطاقة الداخلة. ومع ذلك، قد لا يكون "حماية مرحلة واحدة" ضرورية أو مرغوبة لخطوط التغذية غير المحركات. على سبيل المثال، لا تتأثر الأحمال الكاباسيتورية أو الإضاءة عادةً بظروف مرحلة واحدة. ومع ذلك، يجب على المستخدمين النظر في ما إذا كانت حماية مرحلة واحدة مناسبة. الطريقة الأكثر شيوعًا لتنفيذ هذه الوظيفة هي توفير ملحق لإيقاف المصعد، والذي يتم تشغيله ميكانيكيًا بواسطة مدفع في المصعد المقيد للتيار. بهذه الخيار، عندما يعمل أي مصعد مقيد للتيار الأساسي، يقوم مؤشر المدفع في المصعد بتشغيل مقبض الإيقاف، مما يؤدي إلى فتح المفتاح الكهربائي.

اعتبارات تطبيقية أخرى

تشترك المفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي في العديد من خصائص التطبيقات مع المفاتيح الكهربائية التي تُحتفظ بها الكهرومغناطيس. على عكس مقاطع الدائرة، يتم تصميم المفاتيح الكهربائية للعمل المتكرر، مع 200,000 عملية كهربائية. حجم المحول الذي يمكن تزويده من المفتاح الكهربائي محدود بالطبع بالمصاعد المتاحة (خاصة عند 7.2 كيلو فولت) وسعة التيار المستمر للمفتاح الكهربائي.

تم تصميم المفاتيح الكهربائية لتكون ذات متطلبات طاقة تحكم منخفضة. لذلك، قد تكون سرعات الإغلاق والفتح نسبيًا بطيئة. وقت الإغلاق النموذجي هو 40 مللي ثانية لـ 400 أمبير و70 مللي ثانية لـ 720 أمبير، بينما يكون وقت الفتح 90 مللي ثانية لـ 400 أمبير و35 مللي ثانية لـ 720 أمبير. رغم أن هذه الأوقات أطول بكثير من أوقات العمل لمقاطع الدائرة، إلا أنها عادةً لا تتطلب أي اعتبارات خاصة للدوائر التحكم أو إجراءات تشغيل النظام. يتم دمج المفاتيح الكهربائية ذات القفل في تصميم المُتحكمات ذات الجهد المتوسط، مما يلغي الحاجة إلى أقسام انتقالية وصناديق توزيع كبيرة مطلوبة لمقاطع الدائرة. بما أن المفاتيح الكهربائية ذات القفل تستخدم المصاعد للحماية ضد الدائرة القصيرة، فقد تعمل المصاعد في حالة حدوث خطأ شديد. إذا حدث ذلك، فإن وقت التوقف المرتبط بتبديل المصاعد أطول من الوقت المطلوب عند استخدام مقاطع الدائرة. ومع ذلك، أظهرت الخبرة أن الأخطاء الشديدة نادرة نسبيًا، لذا من غير المرجح أن يكون هذا مشكلة رئيسية.

ملخص

تم استخدام المفاتيح الكهربائية لتزويد المحولات والأحمال الأخرى غير المحركات بالطاقة لعقود، وقد زاد استخدامها بشكل كبير في السنوات الأخيرة. يعتبر استخدام المفاتيح الكهربائية ذات القفل الميكانيكي مناسبًا بشكل خاص عند تغذية المحولات باستخدام المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط.