מדריך מלא לבחירת מפצל מעגלים וחישוב התאמה

איך לבחור ולהגדיר מפענח חשמל

1. סוגים של מפענחי חשמל

1.1 מפענח אוויר (ACB)
ידוע גם כמפענח מסגרת גומחה או מפענח אוניברסלי, כל המרכיבים מותקנים בתוך מסגרת מתכת מבודדת. הוא בדרך כלל פתוח, מאפשר החלפת מגעים וחלקים בקלות, ואפשר להתקין בו מגוון תוספות. מפענחי ACB נפוצים לשימוש כמפסקי חשמל ראשיים. יחידות שחרור זרם מוגבר כוללות אלקטרומגנטיות, אלקטרוניות ומתקדמות. הם מספקים הגנה בארבעה שלבים: עיכוב ארוך טווח, עיכוב קצר טווח, מיידי ותקלה קרקעית, עם כל הגנה ניתנת להתאמה לפי גודל המסגרת.

מפענחי ACB מתאימים לרשתות בתדר של 50Hz עם מתח מוערך של 380V או 660V וזרם מוערך בין 200A ל-6300A. הם משמשים בעיקר לתפוצה חשמלית והגנה מפני עומס יתר, מתח נמוך, קצר מיתר וקצר מיתר חד פאתי. מפענחים אלה מספקים מספר פונקציות הגנה מתקדמות ובאפשרות הבחירה. בתנאים נורמליים, הם יכולים לשמש לחיבור מעגלים לא תכופים. מפענחי ACB עד 1250A יכולים גם להגן על מנועים מעומס יתר וקצר מיתר במערכות של 380V/50Hz.

יישומים נפוצים כוללים מפסקים ראשיים יציאות על צד ה-400V של ממרכי, מפסקים חיבור בינוני, מפסקים יציאות בעוצמה גבוהה ומס Wiches שליטה במנוע גדול.

1.2 מפענח קיסמי (MCCB)
ידוע גם כמפענח פלגי, הקצוות, מכשירי כיבוי, יחידות שחרור והמנוע מותקנים בתוך מעטפת פלסטיק. מגע עזר, יחידות שחרור מתח נמוך ויחידות שחרור צדיות הן לעתים קרובות מודולריות, מה שהופך את העיצוב לקומפקטי. מפענחי MCCB בדרך כלל אינם מיועדים לתיקון ונמצאים בשימוש כהגנה על מעגלים משניים.

רוב מפענחי MCCB כוללים יחידות שחרור תרמיות-מגנטיות. דגמים גדולים יותר עשויים לכלול חיישנים מוצקים. יחידות שחרור זרם מוגבר יכולות להיות אלקטרומגנטיות או אלקטרוניות. מפענחי MCCB אלקטרומגנטיים הם בדרך כלל ללא בחירה, מציעים רק הגנה ארוכה טווח ומיידית. מפענחי MCCB אלקטרוניים מספקים ארבע פונקציות הגנה: ארוכה טווח, קצרה טווח, מיידי ותקלה קרקעית. חלק מהדגמים החדשים כוללים נעילה ברשימת אזורים.

מפענחי MCCB נפוצים לשליטה והגנה על מעגלי יציאות, מפסקים ראשיים על ממרכי תפוצה קטנים, קצוות שליטה במנועים ומפסקים חשמל למגוון מכונות.

1.3 מפענח מיניאטורי (MCB)
מפענחי MCB הם המכשירים המוגנים ביותר בשימוש במערכות חשמל בניינים. הם מגינים על מעגלים חד-פאתיים ושלושה-פאתיים עד 125A מפני קצר מיתר, עומס יתר ומתח גבוה. זמינים במתכונות 1P, 2P, 3P ו-4P.

מפענח MCB מורכב מהמנוע, מגעים, מכשירי הגנה (יחידות שחרור שונות) ומערכת כיבוי. המגעים נסגרים באופן ידני או חשמלי ונשמרים במקום על ידי מנגנון שחרור חופשי. הסליל של יחידת שחרור הזרם המוגבר והאלמנט החם של יחידת שחרור תרמית מחוברים בטור עם המעגל הראשי, בעוד הסליל של יחידת שחרור מתח נמוך מחובר במקביל לספק החשמל.

בעיצוב חשמל בניינים, מפענחי MCB משמשים להגנה מעומס יתר, קצר מיתר, זרם מוגבר, מתח נמוך, תקלה קרקעית, הגנה על נזילות, העברה אוטומטית של שני מקורות חשמל, והפעלה לא תכופה של מנועים והגנה עליהם.

2. פרמטרים טכנולוגיים מרכזיים של מפענחי חשמל

• מתח פעולה מוערך (Ue)
  המתח הנומינלי שבו המפענח מותקן לפעול באופן רציף בתנאים מוגדרים. בסין, עבור מערכות עד 220kV, המתח המרבי הוא 1.15 פעמים המתח המוערך של המערכת; עבור 330kV ומעלה, הוא 1.1 פעמים. המפענח חייב לשמור על מבודדות לבצע פעולות חיבור בלחץ המרבי של המערכת.

• זרם מוערך (In)
  הזרם שיחידה השחרור יכולה לשאת באופן רציף בטמפרטורה סביבתית עד 40°C. עבור יחידות שחרור מתכווננות, זהו הזרם התכווננות המרבי. בטמפרטורות מעל 40°C (עד 60°C), ניתן להפחית.

• הגדרת זרם שחרור עומס יתר (Ir)
  המפענח משחרר עם עיכוב זמן כשהזרם עולה על Ir, המייצג את הזרם המרבי שאותו המפענח יכול לשאת בלי לשחרר. Ir צריך להיות גדול מהזרם המרבי של העומס (Ib) אבל קטן מהזרם המותר של הכבל (Iz). עבור מפענחים תרמי-מגנטיים, Ir ניתן להתכווננות בדרך כלל מ-0.7 עד 1.0In; יחידות שחרור אלקטרוניות מציעות טווח רחב יותר, בדרך כלל 0.4 עד 1.0In. עבור יחידות שחרור קבועות, Ir = In.

• הגדרת זרם שחרור קצר מיתר (Im)
  הסף שבו יחידה מיידית או קצרה טווח מופעלת כדי לנתק במהירות את המעגל במהלך זרמים גבוהים של תקלה.

• זרם סopport מרבי קצר טווח (Icw)
  הזרם שמפענח יכול לסopport למשך זמן מוגדר מבלי להיפגע תרמית.

• קיבולת הפרדה
  הזרם המרבי של תקלה שמפענח יכול להפריד באופן בטוח, בלתי תלוי בזרם המוערך שלו. ערכים נפוצים כוללים 36kA ו-50kA. הוא מחולק לקיבולת הפרדה סופית (Icu) וקיבולת הפרדה שירות (Ics).

3. עקרונות כלליים לבחירת מפענח חשמל

• מתח פעולה מוערך ≥ מתח מוערך של המעגל.

• קיבולת הפרדה קצרה מיתר מוערכת ≥ זרם מוערך של העומס המושקע.

• קיבולת הפרדה קצרה מיתר מוערכת ≥ הזרם המרבי האפשרי של קצר מיתר במעגל.

• זרם קצר מיתר חד-פאתי לקרקע בקצה המעגל ≥ 1.25 × הגדרת שחרור מיידי (או קצר טווח).

• מתח מוערך של יחידת שחרור מתח נמוך = מתח מוערך של המעגל.

• מתח מוערך של יחידת שחרור צדית = מתח מוערך של מקור הבקרה.

• מתח מוערך של מנגנון פעולה חשמלי = מתח מוערך של מקור הבקרה.

• עבור מעגלי תאורה, הגדרת זרם שחרור מיידי אלקטרומגנטי היא 6 פעמים הזרם של העומס.

• עבור הגנה קצרה מיתר על מנוע יחיד: 1.35× זרם ההפעלה של המנוע (סדרה DW) או 1.7× (סדרה DZ).

• עבור מספר מנועים: 1.3× הזרם הגדול ביותר של הפעלת המנוע + סכום הזרמים של המנועים האחרים.

• כמפסק צד נמוך של ממרכז ראשי: קיבולת הפרדה > הזרם הקצר של הממרכז הצד נמוך; זרם מוערך של שחרור ≥ הזרם המוערך של הממרכז; הגדרת קצר מיתר = 6–10× הזרם המוערך של הממרכז; הגדרת עומס יתר = הזרם המוערך של הממרכז.

• לאחר בחירה ראשונית, יש להתאים עם מפענחים עליונים ותחתונים כדי למנוע הפסקות מדורגות ולמזער את תחום הפסקת החשמל.

4. בחירה של מפענחי חשמל
מפענחי חשמל מסווגים כנבחרים או לא נבחרים. מפענחים נבחרים מציעים הגנה בשני או שלושה שלבים: מיידי וקצר טווח עבור קצר מיתר, ארוך טווח עבור עומס יתר. מפענחים לא נבחרים הם בדרך כלל מיידי (קצר מיתר בלבד) או ארוך טווח (עומס יתר בלבד). בחירה היא באמצעות יחידות שחרור קצר טווח עם הגדרות זמן שונות. נקודות מפתח:

• הגדרת שחרור מיידי עליונה ≥ 1.1 × הזרם המרבי של קצר מיתר שלושה פאתי בהוצאה של המפענח התחתון.

• אם התחתון אינו נבחר, הגדרת שחרור קצר טווח עליונה ≥ 1.2 × הגדרת שחרור מיידי תחתון כדי לשמור על בחירה.

• אם התחתון גם נבחר, זמן עיכוב קצר טווח עליון ≥ זמן עיכוב קצר טווח תחתון + 0.1s.
  בדרך כלל, Iop.1 ≥ 1.2 × Iop.2.

5. הגנה מדורגת
בעיצוב מערכת, התאמת מפענחים עליונים ותחתונים מבטיחה בחירה, מהירות ורגישות. התאמה נכונה מאפשרת הפרדת תקלה נבחרת, תוך שמירה על חשמל למעגלים בריאים. מדורגות משתמשת באפקט הגבלת הזרם של המפענח העליון (QF1). כאשר קורה קצר מיתר תחתון (ב-QF2), פעולת הגבלת הזרם של QF1 מפחיתה את הזרם האמיתי של התקלה, מאפשרת ל-QF2 להפריד זרם גבוה מהקיבולת המרבית שלו. זה מאפשר להשתמש במפענחים תחתונים הזולים יותר עם קיבולת הפרדה נמוכה. התנאים כוללים אין עומסים קריטיים על מעגלים סמוכים (מאחר ש-QF1 יפסיק את החשמל ל-QF3), והתאמה נכונה של הגדרות מיידיות. נתונים מדורגים נקבעים על ידי בדיקה ומסופקים על ידי יצרנים.

6. רגישות של מפענחי חשמל
כדי להבטיח פעולה אמינה בתנאי תקלה מינימליים, הרגישות (Sp) צריכה להיות ≥1.3 לפי GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3
כאשר Iop הוא הגדרת שחרור מיידי או קצר טווח, ו-Ik.min הוא הזרם המינימלי של קצר מיתר בקצה הקו המוגן בתנאי פעולה מינימליים של המערכת. עבור מפענחים נבחרים עם שחרור קצר טווח ומיידי, יש לבדוק רק את רגישות השחרור קצר טווח.

7. בחירה והגדרת יחידות שחרור

(1) הגדרת שחרור זרם מוגבר מיידי. צריך לעלות על הזרם המרבי של המעגל (Ipk) במהלך הפעלת המנוע:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = גורם אמינות)

(2) הגדרת שחרור זרם מוגבר קצר טווח וזמן
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. עיכובים זמן הם בדרך כלל 0.2s, 0.4s או 0.6s, מוגדרים כך שהזמן של המפענח העליון יהיה גדול יותר מהזמן של המפענח התחתון בצעד זמן אחד.

(3) הגדרת שחרור זרם מוגבר ארוך טווח וזמן
מגן על עומס יתר: Iop(l) ≥ Krel × I30 (הזרם המרבי של העומס). הגדרת הזמן צריכה לעלות על משך הזמן המותר לעומס קצר טווח.

(4) התאמה בין הגדרות שחרור וקיבולת הכבלים.כדי למנוע חימום או שריפה של הכבלים מבלי לשחרר:

Iop ≤ Kol × Ial
כאשר Ial = הקיבולת המותרת של הכבל, Kol = גורם עומס קצר טווח (4.5 עבור מיידי/קצר טווח; 1.1 עבור ארוך טווח כהגנה קצר מיתר; 1.0 עבור הגנה על עומס יתר בלבד). אם לא מתקיים, יש להתאים את הגדרת השחרור או להגדיל את הגודל של הכבל.