راهنمای کامل انتخاب و محاسبه تنظیمات قطع‌کننده‌مدار

چگونه می‌توانید دیود های مدار را انتخاب و تنظیم کنید

۱. انواع دیود های مدار

۱.۱ دیود مدار هوایی (ACB)
که به آن دیود قاب شکل یا دیود جامع نیز گفته می‌شود، تمامی اجزای آن در یک قاب فلزی عایق شده نصب شده‌اند. معمولاً این نوع دیود باز است تا تعویض تماس‌ها و بخش‌ها آسان باشد و می‌تواند با ا Zubehör مختلفی مجهز شود. ACBs معمولاً به عنوان سوئیچ‌های تأمین توان اصلی استفاده می‌شوند. واحد‌های سریع‌سازی جریان بیش از حد شامل انواع الکترومغناطیسی، الکترونیکی و هوشمند هستند. آن‌ها محافظت چهار مرحله‌ای را ارائه می‌دهند: تأخیر طولانی، تأخیر کوتاه، فوری و خطا زمینی، با اینکه هر تنظیمات محافظتی در محدوده‌ای بر اساس اندازه قاب قابل تنظیم است.

ACBs برای شبکه‌های AC 50Hz با ولتاژ اسمی 380V یا 660V و جریان اسمی از 200A تا 6300A مناسب هستند. این دیود‌ها عمدتاً برای توزیع توان و محافظت از بار زیاد، ولتاژ پایین، خوردگی کوتاه و زمینی تک‌فازی استفاده می‌شوند. این دیود‌ها توابع حفاظتی هوشمند متعدد و محافظت انتخابی را ارائه می‌دهند. در شرایط عادی، می‌توانند برای قطع مدارهای نادر استفاده شوند. ACBs با ظرفیت تا 1250A می‌توانند موتورها را در سیستم‌های 380V/50Hz از بار زیاد و خوردگی کوتاه محافظت کنند.

کاربردهای معمول شامل سوئیچ‌های خروجی اصلی در سمت 400V ترانسفورمаторها، سوئیچ‌های اتصال شین، سوئیچ‌های فیدر با ظرفیت بالا و سوئیچ‌های کنترل موتورهای بزرگ است.

۱.۲ دیود مدار قالبی (MCCB)
که به آن دیود قابل گذاشتن نیز گفته می‌شود، انتهای‌ها، خاموش‌کننده‌های قوس، واحد‌های سریع‌سازی و مکانیسم عملکردی آن در یک پوشش پلاستیکی قرار دارند. تماس‌های کمکی، واحد‌های سریع‌سازی ولتاژ پایین و واحد‌های سریع‌سازی موازی معمولاً ماژولار هستند که به طراحی فشرده منجر می‌شود. MCCBs عموماً برای تعمیر طراحی نشده‌اند و معمولاً به عنوان محافظت از مدارهای شاخه‌ای استفاده می‌شوند.

بیشتر MCCBs شامل واحد‌های سریع‌سازی حرارت-مغناطیسی هستند. مدل‌های بزرگ‌تر ممکن است از سنسورهای سریع‌سازی حالت جامد استفاده کنند. واحد‌های سریع‌سازی جریان بیش از حد می‌توانند الکترومغناطیسی یا الکترونیکی باشند. MCCBs الکترومغناطیسی معمولاً غیرانتخابی هستند و فقط محافظت طولانی و فوری را ارائه می‌دهند. MCCBs الکترونیکی چهار تابع محافظت را ارائه می‌دهند: طولانی، کوتاه، فوری و خطا زمینی. برخی از مدل‌های جدید اتصال انتخابی منطقه‌ای را شامل می‌شوند.

MCCBs معمولاً برای کنترل و محافظت از مدارهای فیدر، سوئیچ‌های خروجی اصلی در ترانسفورماتورهای توزیع کوچک، انتهای‌های کنترل موتور و به عنوان سوئیچ‌های توان برای ماشین‌آلات مختلف استفاده می‌شوند.

۱.۳ دیود مدار کوچک (MCB)
MCBs پرتکثرین دستگاه‌های محافظت انتهایی در سیستم‌های برق ساختمانی هستند. آن‌ها مدارهای یک‌فازی و سه‌فازی تا 125A را از خوردگی کوتاه، بار زیاد و ولتاژ بالا محافظت می‌کنند. در پیکربندی‌های 1P، 2P، 3P و 4P موجود هستند.

یک MCB شامل مکانیسم عملکردی، تماس‌ها، دستگاه‌های محافظ (واحد‌های سریع‌سازی مختلف) و سیستم خاموش‌کننده قوس است. تماس‌ها به صورت دستی یا الکتریکی بسته می‌شوند و با یک مکانیسم آزاد سقوط در جای خود ثابت می‌شوند. سیم‌پیچ واحد سریع‌سازی جریان بیش از حد و المان گرمایی واحد سریع‌سازی حرارتی به صورت سری با مدار اصلی متصل می‌شوند، در حالی که سیم‌پیچ سریع‌سازی ولتاژ پایین به صورت موازی با منبع تغذیه متصل می‌شود.

در طراحی برق ساختمانی، MCBs برای محافظت از بار زیاد، خوردگی کوتاه، جریان بیش از حد، ولتاژ پایین، خطا زمینی، لیک، انتقال خودکار منابع دوگانه و شروع و محافظت از موتورها به صورت نادر استفاده می‌شوند.

۲. پارامترهای فنی کلیدی دیود مدار

• ولتاژ عملکرد اسمی (Ue)
  ولتاژ اسمی که دیود مدار در آن طراحی شده تا تحت شرایط مشخص به طور مداوم عمل کند. در چین، برای سیستم‌های تا 220kV، ولتاژ عملکردی حداکثر 1.15 برابر ولتاژ اسمی سیستم است؛ برای 330kV و بالاتر، این مقدار 1.1 برابر است. دیود باید در ولتاژ حداکثر سیستم عایق و عملیات قطع را انجام دهد.

• جریان اسمی (In)
  جریانی که واحد سریع‌سازی می‌تواند به طور مداوم در دماهای محیطی تا 40°C حمل کند. برای واحد‌های سریع‌سازی قابل تنظیم، این مقدار جریان قابل تنظیم حداکثر است. در دماهای بالاتر از 40°C (تا 60°C)، کاهش قابلیت مجاز است.

• تنظیم جریان سریع‌سازی بار زیاد (Ir)
  دیود با تأخیری وقتی جریان Ir را تجاوز می‌کند، قطع می‌شود که نشان‌دهنده جریان حداکثری است که دیود می‌تواند بدون قطع حمل کند. Ir باید بیشتر از جریان بار حداکثر (Ib) باشد اما کمتر از جریان مجاز کابل (Iz). برای دیود‌های حرارت-مغناطیسی، Ir معمولاً قابل تنظیم از 0.7 تا 1.0In است؛ واحد‌های سریع‌سازی الکترونیکی محدوده گسترده‌تری را ارائه می‌دهند، معمولاً 0.4 تا 1.0In. برای واحد‌های سریع‌سازی ثابت، Ir = In است.

• تنظیم جریان سریع‌سازی خوردگی کوتاه (Im)
  آستانه‌ای که واحد سریع یا کوتاه‌مدت در آن برای قطع سریع مدار در جریان‌های خطا بالا فعال می‌شود.

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

• ظرفیت قطع
  جریان خطا حداکثری که دیود می‌تواند به طور ایمن قطع کند، مستقل از جریان اسمی آن. مقادیر معمول شامل 36kA و 50kA است. آن را به دو دسته تقسیم می‌کنند: ظرفیت قطع نهایی (Icu) و ظرفیت قطع خدماتی (Ics).

۳. اصول کلی انتخاب دیود مدار

• ولتاژ عملکرد اسمی ≥ ولتاژ مدار.

• ظرفیت قطع/ساخت کوتاه‌مدت اسمی ≥ جریان محاسبه شده بار.

• ظرفیت قطع/ساخت کوتاه‌مدت اسمی ≥ جریان خطا کوتاه‌مدت حداکثر ممکن در مدار.

• جریان خطا یک‌فازی به زمین در انتهای مدار ≥ 1.25 × تنظیم سریع (یا کوتاه‌مدت).

• ولتاژ اسمی واحد سریع‌سازی ولتاژ پایین = ولتاژ مدار.

• ولتاژ اسمی واحد سریع‌سازی موازی = ولتاژ منبع کنترل.

• ولتاژ اسمی مکانیسم عملکردی الکتریکی = ولتاژ منبع کنترل.

• برای مدارهای روشنایی، جریان سریع‌سازی الکترومغناطیسی را به 6 برابر جریان بار تنظیم کنید.

• برای محافظت از خوردگی کوتاه یک موتور: 1.35× جریان شروع موتور (سری DW) یا 1.7× (سری DZ).

• برای چند موتور: 1.3× جریان شروع بزرگترین موتور + مجموع جریان‌های کاری سایر موتورها.

• به عنوان سوئیچ سمت کم‌ولتا ترانسفورماتور اصلی: ظرفیت قطع > جریان خطا کوتاه‌مدت کم‌ولتا ترانسفورماتور؛ تنظیم جریان سریع‌سازی ≥ جریان اسمی ترانسفورماتور؛ تنظیم خطا کوتاه‌مدت = 6–10× جریان اسمی ترانسفورماتور؛ تنظیم بار زیاد = جریان اسمی ترانسفورماتور.

• پس از انتخاب اولیه، با دیود‌های بالا و پایین متناسب کنید تا از قطع متوالی جلوگیری کنید و محدوده قطع را به حداقل برسانید.

۴. انتخابی بودن دیود مدار
دیود مدارها به دو دسته انتخابی و غیر انتخابی تقسیم می‌شوند. دیود‌های انتخابی محافظت دو یا سه مرحله‌ای را ارائه می‌دهند: فوری و کوتاه‌مدت برای خوردگی کوتاه، طولانی‌مدت برای بار زیاد. دیود‌های غیر انتخابی معمولاً فوری (فقط خوردگی کوتاه) یا طولانی‌مدت (فقط بار زیاد) هستند. انتخابی بودن با استفاده از واحد‌های سریع‌سازی کوتاه‌مدت با تنظیمات زمانی متفاوت بدست می‌آید. نکات کلیدی:

• تنظیم سریع‌سازی فوری بالا ≥ 1.1 × جریان خطا سه‌فازی حداکثر در خروجی دیود پایین.

• اگر پایین غیر انتخابی است، تنظیم سریع‌سازی کوتاه‌مدت بالا ≥ 1.2 × تنظیم سریع‌سازی فوری پایین برای حفظ انتخابی بودن.

• اگر پایین نیز انتخابی است، زمان تأخیر کوتاه‌مدت بالا ≥ زمان تأخیر کوتاه‌مدت پایین + 0.1 ثانیه.
  عموماً Iop.1 ≥ 1.2 × Iop.2.

۵. محافظت متوالی
در طراحی سیستم، هماهنگی بین دیود‌های بالا و پایین انتخابی بودن، سرعت و حساسیت را تضمین می‌کند. هماهنگی صحیح اجازه می‌دهد تا خطاهای انتخابی جدا شوند و توان به مدارهای سالم حفظ شود. محافظت متوالی از اثر محدودکننده جریان دیود بالا (QF1) استفاده می‌کند. وقتی خوردگی کوتاه در پایین (در QF2) رخ می‌دهد، عمل محدودکننده جریان QF1 جریان خطا واقعی را کاهش می‌دهد، این امر اجازه می‌دهد QF2 جریانی بیش از ظرفیت اسمی خود را قطع کند. این امر امکان استفاده از دیود‌های پایین‌تر با هزینه کمتر و ظرفیت قطع کمتر را فراهم می‌کند. شرایط شامل عدم وجود بارهای مهم در مدارهای مجاور (چون قطع QF1 موجب تاریکی QF3 خواهد شد) و تنظیم صحیح تنظیمات فوری است. داده‌های متوالی از طریق تست تعیین می‌شوند و توسط سازندگان ارائه می‌شوند.

۶. حساسیت دیود مدار
برای اطمینان از عملکرد مطمئن در شرایط خطا حداقل، حساسیت (Sp) باید ≥1.3 بر اساس GB50054-95 باشد:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3
که در آن Iop تنظیم سریع یا کوتاه‌مدت است و Ik.min جریان خطا حداقل در انتهای خط محافظت شده در شرایط عملکرد حداقل سیستم است. برای دیود‌های انتخابی با هر دو تنظیم کوتاه‌مدت و فوری، فقط حساسیت تنظیم کوتاه‌مدت نیاز به تأیید دارد.

۷. انتخاب و تنظیم واحد‌های سریع‌سازی

(۱) تنظیم سریع‌سازی جریان بیش از حد فوری. باید بیشتر از جریان پیک مدار (Ipk) در زمان شروع موتور باشد:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = ضریب قابلیت اطمینان)

(۲) تنظیم سریع‌سازی جریان بیش از حد کوتاه‌مدت و زمان
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. تأخیرها معمولاً 0.2 ثانیه، 0.4 ثانیه یا 0.6 ثانیه هستند که به گونه‌ای تنظیم می‌شوند که زمان عملکرد بالا از زمان عملکرد پایین بیشتر باشد.

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

(۴) هماهنگی بین تنظیمات سریع‌سازی و ظرفیت کابل.برای جلوگیری از گرم شدن یا آتش سوزی کابل بدون قطع:

Iop ≤ Kol × Ial
که در آن Ial = ظرفیت حمل جریان مجاز کابل، Kol = ضریب بار زیاد کوتاه‌مدت (4.5 برای تنظیمات فوری/کوتاه‌مدت؛ 1.1 برای تنظیم طولانی‌مدت به عنوان محافظت از خوردگی کوتاه؛ 1.0 فقط برای محافظت از بار زیاد). اگر این شرایط برقرار نباشد، تنظیم سریع‌سازی را تغییر دهید یا اندازه کابل را افزایش دهید.