قاطع دوایر انتخاب و تنظیم: راهنمای کامل از پارامترهای اساسی تا حفاظت انتخابی

پرکلیډگرها نیشانه‌بندی

(1) پرکلیډگر هوا (ACB)
پرکلیډگر هوا، که به عنوان چارچوب قالب‌بندی شده یا پرکلیډگر جامع نیز شناخته می‌شود، تمام اجزا را در یک چارچوب فلزی عایق‌دار قرار می‌دهد. این نوع معمولاً باز است و امکان نصب دستگاه‌های مختلف و جایگزینی ساده تماس‌ها و قطعات را فراهم می‌کند. معمولاً به عنوان کلید تغذیه اصلی استفاده می‌شود. واحد‌های خروج از حالت کاری شامل انواع الکترومغناطیسی، الکترونیکی و هوشمند هستند. پرکلیډگر محافظت چهار مرحله‌ای را ارائه می‌دهد: تأخیر طولانی، تأخیر کوتاه، فوری و محافظت ضد زمین. هر تنظیم محافظت می‌تواند در محدوده‌ای بر اساس اندازه چارچوب تنظیم شود.

پرکلیډگرهای هوا برای شبکه‌های توزیع با فرکانس 50 هرتز، ولتاژ اسمی 380V یا 660V و جریان اسمی از 200A تا 6300A مناسب هستند. آنها عموماً برای توزیع انرژی برق و محافظت از مدارها و تجهیزات برق از بارگذاری بیش از حد، ولتاژ کم، خرابی کوتاه مدت، زمینی شدن تک‌فاز و دیگر خطاهای استفاده می‌شوند. این پرکلیډگرها توابع محافظت هوشمند متعددی ارائه می‌دهند و امکان محافظت انتخابی را فراهم می‌کنند. در شرایط عادی، می‌توانند برای قطع و وصل کردن نادر مدارها استفاده شوند. ACBs با ظرفیت تا 1250A می‌توانند در شبکه‌های 50 هرتز و 380V برای محافظت از موتورها از بارگذاری بیش از حد و خرابی کوتاه مدت استفاده شوند.

پرکلیډگرهای هوا نیز معمولاً به عنوان کلید اصلی در سمت 400V ترانسفورماتورها، کلیدهای اتصال اصلی، کلیدهای فیدر با ظرفیت بالا و کلیدهای کنترل موتورهای بزرگ استفاده می‌شوند.

(2) پرکلیډگر چارچوب قالب‌بندی شده (MCCB)
که به عنوان پرکلیډگر پلاگ-این نیز شناخته می‌شود، پرکلیډگر چارچوب قالب‌بندی شده تمام انتهایی‌ها، تماس‌ها، کمره‌های خاموش‌کننده قوس، واحد‌های خروج از حالت کاری و مکانیزم‌های عملیاتی را در یک پوشش پلاستیکی قرار می‌دهد. تماس‌های کمکی، واحد‌های خروج از حالت کاری ولتاژ کم و واحد‌های خروج از حالت کاری شانسی معمولاً ماژولار هستند. ساختار فشرده است و نگهداری معمولاً در نظر گرفته نمی‌شود. برای محافظت از مدارهای شاخه‌ای مناسب است. پرکلیډگرهای چارچوب قالب‌بندی شده معمولاً شامل واحد‌های خروج از حالت کاری حرارتی-مغناطیسی هستند، در حالی که مدل‌های بزرگ‌تر ممکن است با سنسورهای خروج از حالت کاری ثابت‌حالت تجهیز شوند.

واحد‌های خروج از حالت کاری MCCBs در انواع الکترومغناطیسی و الکترونیکی موجود هستند. معمولاً MCCBs الکترومغناطیسی غیرانتخابی هستند و فقط محافظت‌های تأخیر طولانی و فوری را ارائه می‌دهند. MCCBs الکترونیکی چهار عملکرد محافظت را ارائه می‌دهند: تأخیر طولانی، تأخیر کوتاه، فوری و محافظت ضد زمین. برخی از MCCBs الکترونیکی جدید وارد شده نیز دارای قفل‌گیری انتخابی منطقه‌ای هستند.

پرکلیډگرهای چارچوب قالب‌بندی شده معمولاً برای کنترل و محافظت از مدارهای فیدر، کلیدهای اصلی در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتورهای توزیع کوچک، کنترل توزیع انرژی نهایی و به عنوان کلیدهای برق برای انواع دستگاه‌های تولیدی استفاده می‌شوند.

(3) پرکلیډگر کوچک (MCB)
پرکلیډگر کوچک پرکلیډگر پایانه‌ای بسیار مورد استفاده در سیستم‌های توزیع برق ساختمانی است. برای محافظت از خرابی کوتاه مدت، بارگذاری بیش از حد و ولتاژ بیش از حد در مدارهای تک‌فاز و سه‌فاز تا 125A و در پیکربندی‌های تک‌قطبی (1P)، دو قطبی (2P)، سه قطبی (3P) و چهار قطبی (4P) استفاده می‌شود.

MCB شامل مکانیزم عملیاتی، تماس‌ها، دستگاه‌های محافظ (انواع واحد‌های خروج از حالت کاری) و سیستم خاموش‌کننده قوس است. تماس‌های اصلی به صورت دستی یا الکتریکی بسته می‌شوند. پس از بسته شدن، مکانیزم آزاد برای قفل کردن تماس‌ها در وضعیت بسته وجود دارد. سیم‌پیچ واحد خروج از حالت کاری بیش از جریان و المان گرمایی واحد خروج از حالت کاری حرارتی به صورت سری با مدار اصلی اتصال می‌یابند، در حالی که سیم‌پیچ واحد خروج از حالت کاری ولتاژ کم به صورت موازی با منبع تغذیه اتصال می‌یابد.

در طراحی برق ساختمان‌های مسکونی، پرکلیډگرهای کوچک از طریق محافظت و عملیات‌هایی مانند بارگذاری بیش از حد، خرابی کوتاه مدت، بیش از جریان، از دست دادن ولتاژ، ولتاژ کم، زمینی شدن، لیک، انتقال خودکار منابع دوگانه و روشن کردن نادر موتورها استفاده می‌شوند.

پارامترهای مشخصه اساسی پرکلیډگرها

(1) ولتاژ اسمی کاری (Ue)
ولتاژ اسمی کاری ولتاژ اسمی پرکلیډگر است که تحت آن پرکلیډگر می‌تواند در شرایط کاری و عملکردی معمولی مشخص شده به طور مداوم کار کند.

در چین، برای سطوح ولتاژ تا 220kV، ولتاژ کاری حداکثر 1.15 برابر ولتاژ اسمی سیستم است؛ برای 330kV و بالاتر، ولتاژ کاری حداکثر 1.1 برابر ولتاژ اسمی است. پرکلیډگر باید عایق‌بندی خود را حفظ کند و قادر به بستن و قطع در ولتاژ کاری حداکثر سیستم باشد.

(2) جریان اسمی (In)
جریان اسمی جریانی است که واحد خروج از حالت کاری می‌تواند به طور مداوم در دماهای محیطی زیر 40°C تحمل کند. برای پرکلیډگرهای با واحد‌های خروج از حالت کاری تنظیم‌پذیر، اشاره به جریان حداکثری است که واحد خروج از حالت کاری می‌تواند به طور مداوم تحمل کند.

هنگام استفاده در دماهای محیطی بالاتر از 40°C اما نیز زیر 60°C، پرکلیډگر می‌تواند با بار کمتری برای خدمت طولانی‌مدت کار کند.

(3) تنظیم جریان خروج از حالت کاری بیش از بار (Ir)
وقتی جریان بیش از تنظیم Ir واحد خروج از حالت کاری باشد، پرکلیډگر پس از تأخیری خروج از حالت کاری می‌کند. این مقدار نیز بیشترین جریانی است که پرکلیډگر می‌تواند بدون خروج از حالت کاری تحمل کند. این مقدار باید بیشتر از بیشترین جریان بار Ib اما کمتر از بیشترین جریان مجاز Iz مدار باشد.

برای واحد‌های خروج از حالت کاری حرارتی-مغناطیسی، Ir معمولاً در محدوده 0.7–1.0In تنظیم‌پذیر است. برای واحد‌های خروج از حالت کاری الکترونیکی، محدوده تنظیم معمولاً گسترده‌تر است، معمولاً 0.4–1.0In. برای پرکلیډگرهای با واحد‌های خروج از حالت کاری تنظیم‌ناپذیر، Ir = In.

(4) تنظیم جریان خروج از حالت کاری خرابی کوتاه مدت (Im)
واحد خروج از حالت کاری خرابی کوتاه مدت (فوری یا تأخیر کوتاه) باعث خروج سریع پرکلیډگر از حالت کاری وقتی جریان‌های خرابی بالا رخ می‌دهند. آستانه خروج از حالت کاری آن Im است.

(5) جریان تحمل کوتاه مدت اسمی (Icw)
این مقدار جریانی است که مجاز است از رسانا عبور کند برای مدت زمان مشخص بدون ایجاد آسیب به دلیل گرم شدن.

(6) ظرفیت قطع
ظرفیت قطع پرکلیډگر به معنای توانایی آن در قطع ایمن جریان‌های خرابی است که لزوماً با جریان اسمی آن مرتبط نیست. ظرفیت‌های رایج شامل 36kA و 50kA هستند. عموماً به دو دسته ظرفیت قطع خرابی کوتاه مدت نهایی (Icu) و ظرفیت قطع خرابی کوتاه مدت خدمت (Ics) تقسیم می‌شود.

اصول کلی انتخاب پرکلیډگرها

ابتدا نوع و تعداد قطب‌ها را بر اساس کاربرد انتخاب کنید؛ سپس جریان اسمی را بر اساس بیشترین جریان عملیاتی انتخاب کنید؛ در نهایت نوع واحد خروج از حالت کاری و لوازم جانبی را انتخاب کنید. الزامات خاص به شرح زیر است:

• ولتاژ اسمی کاری پرکلیډگر ≥ ولتاژ اسمی خط.

• ظرفیت قطع و بستن کوتاه مدت اسمی پرکلیډگر ≥ جریان بار محاسبه شده خط.

• ظرفیت قطع و بستن کوتاه مدت اسمی پرکلیډگر ≥ بیشترین جریان خرابی کوتاه مدت ممکن در خط (معمولاً به صورت مقدار مؤثر ریشه میانگین محاسبه می‌شود).

• جریان خرابی تک‌فاز به زمین در انتهای خط ≥ 1.25 برابر تنظیم خروج از حالت کاری فوری (یا تأخیر کوتاه) پرکلیډگر.

• ولتاژ اسمی واحد خروج از حالت کاری ولتاژ کم ≥ ولتاژ اسمی خط.

• ولتاژ اسمی واحد خروج از حالت کاری شانسی = ولتاژ منبع کنترل.

• ولتاژ اسمی کاری مکانیزم عملیاتی الکتریکی = ولتاژ منبع کنترل.

• هنگام استفاده در مدارهای روشنایی، تنظیم خروج از حالت کاری فوری واحد خروج از حالت کاری الکترومغناطیسی معمولاً 6 برابر جریان بار است.

• هنگام استفاده از پرکلیډگر برای محافظت از خرابی کوتاه مدت یک موتور، تنظیم خروج از حالت کاری فوری 1.35 برابر جریان شروع موتور (برای سری DW) یا 1.7 برابر (برای سری DZ) است.

• هنگام استفاده از پرکلیډگر برای محافظت از خرابی کوتاه مدت چندین موتور، تنظیم خروج از حالت کاری فوری 1.3 برابر جریان شروع بزرگترین موتور به اضافه جریان‌های عملیاتی موتورهای باقی‌مانده است.

• هنگام استفاده از پرکلیډگر به عنوان کلید اصلی در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتور توزیع، ظرفیت قطع آن باید بیشتر از جریان خرابی کوتاه مدت در سمت ولتاژ پایین ترانسفورماتور باشد. جریان اسمی واحد خروج از حالت کاری نباید کمتر از جریان اسمی ترانسفورماتور باشد. تنظیم محافظت خرابی کوتاه مدت معمولاً 6-10 برابر جریان اسمی ترانسفورماتور است؛ تنظیم محافظت بیش از بار برابر جریان اسمی ترانسفورماتور است.

• بعد از انتخاب اولیه نوع و ظرفیت پرکلیډگر، هماهنگی با دستگاه‌های محافظ بالا و پایین مورد نیاز است تا از خروج از حالت کاری متوالی جلوگیری شود و محدوده حادثه کمینه شود.

انتخابی بودن پرکلیډگرها

در سیستم‌های توزیع، پرکلیډگرها بر اساس عملکرد محافظت به دو دسته انتخابی و غیرانتخابی تقسیم می‌شوند. پرکلیډگرهای کم‌ولتا انتخابی دارای محافظت دو مرحله‌ای یا سه مرحله‌ای هستند. ویژگی‌های فوری و تأخیر کوتاه برای محافظت از خرابی کوتاه مدت و ویژگی‌های تأخیر طولانی برای محافظت از بارگذاری بیش از حد استفاده می‌شوند. پرکلیډگرهای غیرانتخابی معمولاً فوری هستند و فقط برای محافظت از خرابی کوتاه مدت یا تأخیر طولانی استفاده می‌شوند و فقط برای محافظت از بارگذاری بیش از حد استفاده می‌شوند.

در سیستم‌های توزیع، اگر پرکلیډگر بالا انتخابی باشد و پرکلیډگر پایین غیرانتخابی یا انتخابی باشد، انتخابی بودن با استفاده از تأخیر واحد خروج از حالت کاری تأخیر کوتاه یا تفاوت‌های تنظیم تأخیر حاصل می‌شود. هنگامی که پرکلیډگر بالا با تأخیر عمل می‌کند، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• صرف نظر از اینکه پرکلیډگر پایین انتخابی یا غیرانتخابی باشد، تنظیم خروج از حالت کاری فوری پرکلیډگر بالا باید معمولاً کمتر از 1.1 برابر بیشترین جریان سه‌فاز خرابی کوتاه مدت در خروجی پرکلیډگر پایین نباشد.

• اگر پرکلیډگر پایین غیرانتخابی باشد، برای جلوگیری از عملکرد اولیه واحد خروج از حالت کاری تأخیر کوتاه پرکلیډگر بالا به دلیل عدم حساسیت کافی واحد خروج از حالت کاری فوری پرکلیډگر پایین در زمان خرابی کوتاه مدت، تنظیم خروج از حالت کاری تأخیر کوتاه پرکلیډگر بالا باید معمولاً کمتر از 1.2 برابر تنظیم خروج از حالت کاری فوری پرکلیډگر پایین نباشد.

• اگر پرکلیډگر پایین نیز انتخابی باشد، برای اطمینان از انتخابی بودن، زمان عملکرد تأخیر کوتاه پرکلیډگر بالا باید حداقل 0.1 ثانیه بیشتر از زمان عملکرد پرکلیډگر پایین باشد.

به طور کلی، برای اطمینان از عملکرد انتخابی بین پرکلیډگرهای کم‌ولتا بالا و پایین، پرکلیډگر بالا باید بهترین واحد خروج از حالت کاری تأخیر کوتاه را داشته باشد و جریان عملیاتی آن باید حداقل یک سطح بالاتر از واحد خروج از حالت کاری پایین باشد. حداقل، جریان عملیاتی Iop.1 باید کمتر از 1.2 برابر جریان عملیاتی Iop.2 نباشد، یعنی Iop.1 ≥ 1.2Iop.2.

محافظت متوالی پرکلیډگرها

در طراحی سیستم‌های توزیع، هماهنگی بین پرکلیډگرهای بالا و پایین باید "انتخابی، سرعت و حساسیت" را ایجاد کند. انتخابی بودن مرتبط با هماهنگی بین پرکلیډگرها است، در حالی که سرعت و حساسیت مرتبط با ویژگی‌های دستگاه محافظ و حالت عملکرد مدار است.

هماهنگی صحیح بین پرکلیډگرهای بالا و پایین امکان قطع انتخابی مدار خراب شده را فراهم می‌کند و مطمئن می‌شود که مدارهای سالم دیگر به طور عادی عمل می‌کنند. هماهنگی ضعیف می‌تواند موجب کاهش قابلیت اطمینان سیستم شود.

محافظت متوالی کاربرد عملی ویژگی محدودکننده جریان پرکلیډگرها است. اصل اصلی آن استفاده از تأثیر محدودکننده جریان پرکلیډگر بالا (QF1) است که امکان انتخاب پرکلیډگر پایین (QF2) با ظرفیت قطع کمتر را فراهم می‌کند و بنابراین هزینه را کاهش می‌دهد. پرکلیډگر بالا QF1 می‌تواند بیشترین جریان خرابی کوتاه مدت پیش‌بینی شده را در نقطه نصب خود قطع کند. چون پرکلیډگرهای بالا و پایین به صورت سری اتصال می‌یابند، وقتی خرابی کوتاه مدت در خروجی پرکلیډگر پایین QF2 رخ می‌دهد، جریان خرابی کوتاه مدت واقعی به طور قابل توجهی با تأثیر محدودکننده جریان QF1 کاهش می‌یابد و بسیار کمتر از جریان خرابی کوتاه مدت پیش‌بینی شده در آن نقطه است. بنابراین، ظرفیت قطع QF2 به طور موثر با QF1 افزایش می‌یابد و بیش از ظرفیت قطع اسمی خود می‌شود.

محافظت متوالی شرایط خاصی دارد: به عنوان مثال، مدارهای مجاور نباید بارهای حیاتی داشته باشند (چون قطع QF1 موجب قطع تغذیه مدار QF3 خواهد شد) و تنظیم‌های فوری QF1 و QF2 باید به درستی متناسب باشند. داده‌های متوالی فقط می‌توانند به صورت آزمای