راهنمای کامل انتخاب و محاسبه تنظیمات برشکن

چگونه دیفرانسیل‌ها را انتخاب و تنظیم کنید

۱. انواع دیفرانسیل‌ها

۱.۱ دیفرانسیل هوایی (ACB)
که به عنوان یک دیفرانسیل چارچوبی یا جهانی نیز شناخته می‌شود، تمام قطعات آن در یک قاب فلزی عایق‌بندی شده نصب شده است. این نوع معمولاً باز است که جایگزینی تماس‌ها و قطعات را آسان می‌کند و می‌تواند با لوازم مختلف تجهیز شود. ACBs معمولاً به عنوان سوئیچ‌های تامین برق اصلی استفاده می‌شوند. واحد‌های قطع جریان بیش از حد شامل انواع الکترومغناطیسی، الکترونیکی و هوشمند هستند. آنها محافظت چهار مرحله‌ای را ارائه می‌دهند: تأخیر طولانی مدت، تأخیر کوتاه مدت، فوری و خطا در زمین، با اینکه هر تنظیم محافظتی در محدوده‌ای بر اساس اندازه قاب قابل تنظیم است.

ACBs برای شبکه‌های AC ۵۰Hz با ولتاژ اسمی ۳۸۰V یا ۶۶۰V و جریان اسمی از ۲۰۰A تا ۶۳۰۰A مناسب هستند. آنها عمدتاً برای توزیع برق و محافظت از بار بیش از حد، ولتاژ پایین، کوتاه مدار و زمین‌گذاری تک‌فازی استفاده می‌شوند. این دیفرانسیل‌ها توابع محافظت هوشمند متعددی و محافظت انتخابی ارائه می‌دهند. در شرایط عادی، آنها می‌توانند برای قطع و وصل کردن مدار به صورت نادر استفاده شوند. ACBs با ظرفیت تا ۱۲۵۰A می‌توانند موتورها را در سیستم‌های ۳۸۰V/۵۰Hz از بار بیش از حد و کوتاه مدار محافظت کنند.

کاربردهای معمول شامل سوئیچ‌های اصلی خروجی در سمت ۴۰۰V ترانسفورماتورها، سوئیچ‌های اتصال بار، سوئیچ‌های فیدر با ظرفیت بالا و سوئیچ‌های کنترل موتورهای بزرگ است.

۱.۲ دیفرانسیل چارچوبی (MCCB)
که به عنوان یک دیفرانسیل قابل جابجایی نیز شناخته می‌شود، تماس‌ها، خاموش‌کننده‌های قوس، واحد‌های قطع و مکانیسم عملکرد آن در یک پوشش پلاستیکی قرار دارد. تماس‌های کمکی، واحد‌های قطع ولتاژ پایین و واحد‌های قطع جانبی معمولاً ماژولار هستند که به طراحی فشرده منجر می‌شود. MCCBs معمولاً برای تعمیر طراحی نشده‌اند و معمولاً به عنوان محافظت از شاخه‌های مدار استفاده می‌شوند.

بسیاری از MCCBs شامل واحد‌های قطع حرارت-مغناطیسی هستند. مدل‌های بزرگ‌تر ممکن است حسگرهای قطع جامد-حالت را داشته باشند. واحد‌های قطع جریان بیش از حد می‌توانند الکترومغناطیسی یا الکترونیکی باشند. MCCBs الکترومغناطیسی معمولاً غیرانتخابی هستند و فقط محافظت طولانی مدت و فوری را ارائه می‌دهند. MCCBs الکترونیکی چهار تابع محافظت را ارائه می‌دهند: طولانی مدت، کوتاه مدت، فوری و خطا در زمین. برخی از مدل‌های جدید شامل قفل‌گذاری انتخابی منطقه‌ای هستند.

MCCBs معمولاً برای کنترل و محافظت از مدارهای فیدر، سوئیچ‌های خروجی اصلی ترانسفورماتورهای توزیع کوچک، پایانه‌های کنترل موتور و سوئیچ‌های برق برای انواع ماشین‌آلات استفاده می‌شوند.

۱.۳ دیفرانسیل کوچک (MCB)
MCBs پرتکرارترین دستگاه‌های محافظت انتهایی در سیستم‌های برق ساختمانی هستند. آنها مدارهای یک‌فاز و سه‌فاز تا ۱۲۵A را علیه کوتاه مدار، بار بیش از حد و ولتاژ بیش از حد محافظت می‌کنند. در کنفیگوراسیون‌های ۱P، ۲P، ۳P و ۴P موجود است.

یک MCB شامل مکانیسم عملکرد، تماس‌ها، دستگاه‌های محافظت (انواع واحد‌های قطع) و سیستم خاموش‌کننده قوس است. تماس‌ها به صورت دستی یا الکتریکی بسته می‌شوند و توسط یک مکانیسم قطع آزاد نگهداری می‌شوند. سیم پیچ واحد قطع جریان بیش از حد و المان گرمایی واحد قطع حرارتی به صورت سری با مدار اصلی متصل می‌شوند، در حالی که سیم پیچ قطع ولتاژ پایین به صورت موازی با منبع تغذیه متصل می‌شود.

در طراحی برق ساختمانی، MCBs برای محافظت از بار بیش از حد، کوتاه مدار، جریان بیش از حد، ولتاژ پایین، خطا در زمین، نشت، انتقال خودکار دو منبع برق و شروع و محافظت از موتور به صورت نادر استفاده می‌شوند.

۲. پارامترهای فنی کلیدی دیفرانسیل‌ها

• ولتاژ عملکرد اسمی (Ue)
  ولتاژ اسمی که دیفرانسیل در آن طراحی شده است تا تحت شرایط مشخص به طور مداوم عمل کند. در چین، برای سیستم‌های تا ۲۲۰kV، ولتاژ عملکرد حداکثر ۱.۱۵ برابر ولتاژ اسمی سیستم است؛ برای ۳۳۰kV و بالاتر، ۱.۱ برابر است. دیفرانسیل باید عایق‌بندی و عملیات قطع و وصل را در ولتاژ حداکثر سیستم انجام دهد.

• جریان اسمی (In)
  جریانی که واحد قطع می‌تواند به طور مداوم در دمای محیط تا ۴۰°C حمل کند. برای واحد‌های قطع قابل تنظیم، این جریان حداکثر قابل تنظیم است. در دماهای بالاتر از ۴۰°C (تا ۶۰°C)، کاهش مجاز است.

• تنظیم جریان قطع بار بیش از حد (Ir)
  دیفرانسیل با تأخیر قطع می‌شود وقتی جریان Ir را تجاوز کند، که نشان‌دهنده جریان حداکثری است که دیفرانسیل می‌تواند بدون قطع حمل کند. Ir باید بیشتر از جریان بار حداکثر (Ib) اما کمتر از جریان مجاز سیم (Iz) باشد. برای دیفرانسیل‌های حرارت-مغناطیسی، Ir معمولاً قابل تنظیم از ۰.۷ تا ۱.۰In است؛ واحد‌های قطع الکترونیکی محدوده گسترده‌تری ارائه می‌دهند، معمولاً ۰.۴ تا ۱.۰In. برای واحد‌های قطع ثابت، Ir = In.

• تنظیم جریان قطع کوتاه مدار (Im)
  حدی که واحد قطع فوری یا کوتاه مدت برای قطع سریع مدار در جریان‌های خطای بالا فعال می‌شود.

• جریان تحمل کوتاه مدت اسمی (Icw)
  جریانی که دیفرانسیل می‌تواند برای مدت مشخصی تحمل کند بدون آسیب حرارتی.

• ظرفیت قطع
  حداکثر جریان خطا که دیفرانسیل می‌تواند به طور ایمن قطع کند، مستقل از جریان اسمی. مقادیر معمول شامل ۳۶kA و ۵۰kA هستند. آن به دو دسته تقسیم می‌شود: ظرفیت قطع نهایی (Icu) و ظرفیت قطع خدماتی (Ics).

۳. اصول عمومی انتخاب دیفرانسیل‌ها

• ولتاژ عملکرد اسمی ≥ ولتاژ اسمی مدار.

• ظرفیت قطع و وصل کوتاه مدار اسمی ≥ جریان بار محاسبه شده.

• ظرفیت قطع و وصل کوتاه مدار اسمی ≥ جریان کوتاه مدار حداکثر ممکن در مدار.

• جریان کوتاه مدار یک‌فاز به زمین در انتهای مدار ≥ ۱.۲۵ × تنظیم قطع فوری (یا کوتاه مدت).

• ولتاژ اسمی واحد قطع ولتاژ پایین = ولتاژ اسمی مدار.

• ولتیک فشاری موازی ولتاژ اسمی = ولتاژ منبع کنترل.

• ولتاژ اسمی مکانیزم عملیات الکتریکی = ولتاژ منبع کنترل.

• برای مدارهای روشنایی، جریان قطع شدن سریع الکترومغناطیسی را به ۶ برابر جریان بار تنظیم کنید.

• برای حفاظت از کوتاه شدن موتور تکی: ۱.۳۵× جریان شروع موتور (سری DW) یا ۱.۷× (سری DZ).

• برای چندین موتور: ۱.۳× جریان شروع بزرگترین موتور + مجموع جریان‌های دیگر موتورها در حال اجرا.

• به عنوان کلید کناره پایین ترانسفورماتور اصلی: ظرفیت قطع > جریان کوتاه شدن پایین ترانسفورماتور؛ جریان اسمی قطع ≥ جریان اسمی ترانسفورماتور؛ تنظیم کوتاه شدن = ۶–۱۰× جریان اسمی ترانسفورماتور؛ تنظیم بیش بار = جریان اسمی ترانسفورماتور.

• پس از انتخاب اولیه، با کلیدهای بالادست و پایین‌دست هماهنگ کنید تا از قطع متوالی جلوگیری کنید و محدوده قطع را به حداقل برسانید.

۴. انتخابی بودن کلیدهای قطع
کلیدهای قطع به دو دسته انتخابی و غیر انتخابی تقسیم‌بندی می‌شوند. کلیدهای انتخابی محافظت دو یا سه مرحله‌ای را ارائه می‌دهند: سریع و کوتاه‌مدت برای کوتاه شدن، بلندمدت برای بیش بار. کلیدهای غیر انتخابی معمولاً سریع (فقط کوتاه شدن) یا بلندمدت (فقط بیش بار) هستند. انتخابی بودن با استفاده از واحد قطع با تأخیر کوتاه‌مدت با تنظیمات زمانی مختلف بدست می‌آید. نکات مهم:

• تنظیم قطع سریع بالادست ≥ ۱.۱ × بیشترین جریان کوتاه شدن سه فاز در خروجی کلید پایین‌دست.

• اگر پایین‌دست غیر انتخابی باشد، تنظیم قطع کوتاه‌مدت بالادست ≥ ۱.۲ × تنظیم قطع سریع پایین‌دست برای حفظ انتخابی بودن.

• اگر پایین‌دست نیز انتخابی باشد، زمان تأخیر کوتاه‌مدت بالادست ≥ زمان تأخیر کوتاه‌مدت پایین‌دست + ۰.۱ ثانیه.
  به طور کلی، Iop.1 ≥ ۱.۲ × Iop.2.

۵. محافظت متوالی
در طراحی سیستم، هماهنگی بین کلیدهای بالادست و پایین‌دست انتخابی بودن، سرعت و حساسیت را تضمین می‌کند. هماهنگی صحیح اجازه می‌دهد تا خطاهای انتخابی جدا شوند و برق به مدارهای سالم حفظ شود. متوالی از اثر محدودکننده جریان کلید بالادست (QF1) استفاده می‌کند. وقتی که کوتاه شدن در پایین‌دست (در QF2) رخ می‌دهد، عمل محدودکننده جریان QF1 جریان واقعی خطا را کاهش می‌دهد و اجازه می‌دهد QF2 جریانی بیش از ظرفیت اسمی خود را قطع کند. این امر امکان استفاده از کلیدهای پایین‌دست با قیمت کمتر و ظرفیت قطع کمتر را می‌دهد. شرایط شامل عدم وجود بارهای حیاتی در مدارهای مجاور (چون قطع QF1 موجب تاریکی QF3 خواهد شد) و هماهنگی صحیح تنظیمات سریع است. داده‌های متوالی با آزمایش تعیین می‌شوند و توسط سازندگان ارائه می‌شود.

۶. حساسیت کلیدهای قطع
برای تضمین عملکرد مطمئن در شرایط خطا حداقل، حساسیت (Sp) باید ≥۱.۳ بر اساس GB50054-95 باشد:
Sp = Ik.min / Iop ≥ ۱.۳
که در آن Iop تنظیم قطع سریع یا کوتاه‌مدت است و Ik.min کمترین جریان کوتاه شدن در انتهای خط محافظت شده در شرایط کاری حداقل سیستم است. برای کلیدهای انتخابی با هر دو تنظیم کوتاه‌مدت و سریع، فقط نیاز به تأیید حساسیت کوتاه‌مدت است.

۷. انتخاب و تنظیم واحدهای قطع

(۱) تنظیم قطع جریان بیش از حد سریع. باید بیش از جریان قله مدار (Ipk) در هنگام شروع موتور باشد:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = ضریب قابلیت اطمینان)

(۲) تنظیم قطع جریان بیش از حد کوتاه‌مدت و زمان
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. تأخیر زمانی معمولاً ۰.۲ ثانیه، ۰.۴ ثانیه یا ۰.۶ ثانیه است که تنظیم می‌شود تا مطمئن شود زمان عمل بالادست بیش از پایین‌دست با یک مرحله زمانی باشد.

(۳) تنظیم قطع جریان بیش از حد بلندمدت و زمان
محافظت از بیش بار: Iop(l) ≥ Krel × I30 (حداکثر جریان بار). تنظیم زمان باید بیش از مدت مجاز بیش بار کوتاه‌مدت باشد.

(۴) هماهنگی بین تنظیمات قطع و ظرفیت کابل.برای جلوگیری از گرم شدن یا آتش کابل بدون قطع:
Iop ≤ Kol × Ial
که در آن Ial = ظرفیت مجاز حمل جریان کابل، Kol = ضریب بیش بار کوتاه‌مدت (۴.۵ برای قطع سریع/کوتاه‌مدت؛ ۱.۱ برای قطع بلندمدت به عنوان محافظت از کوتاه شدن؛ ۱.۰ فقط برای محافظت از بیش بار). اگر شرایط برقرار نباشد، تنظیم قطع را تعدیل کنید یا اندازه کابل را افزایش دهید.