انتخاب و تنظیم کلاهک برش: راهنمای کامل از پارامترهای اساسی تا حفاظت انتخابی

دسته‌بندی برشکن‌ها

(1) برشکن هوا (ACB)
برشکن هوا که به آن برشکن قاب مولده یا جهانی نیز می‌گویند، تمامی اجزای خود را در یک قاب فلزی عایق شده جای داده است. این برشکن معمولاً باز است و امکان نصب انواع مختلف ا Zubehör را فراهم می‌کند و جایگزینی تماس‌ها و قطعات را آسان می‌سازد. این برشکن معمولاً به عنوان کلید تغذیه اصلی استفاده می‌شود. واحد‌های سقوط جریان بیش از حد شامل نوع الکترومغناطیسی، الکترونیکی و هوشمند هستند. برشکن چهار مرحله حفاظت ارائه می‌دهد: حفاظت زمان طولانی، حفاظت زمان کوتاه، حفاظت فوری و حفاظت از خطای زمین. هر تنظیم حفاظتی می‌تواند در محدوده‌ای بر اساس اندازه قاب تنظیم شود.

برشکن‌های 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 الکتریکی و حفاظت از مدارها و تجهیزات الکتریکی از بار بیش از حد، ولتاژ کم، کوتاه مدار، زمین یک‌فازی و دیگر خطاها استفاده می‌شوند. این برشکن‌ها عملکردهای حفاظتی هوشمند متعددی ارائه می‌دهند و امکان حفاظت انتخابی را فراهم می‌کنند. در شرایط عادی، می‌توانند برای قطع مدارهای کم‌بار استفاده شوند. برشکن‌های هوا با ظرفیت تا 1250A می‌توانند در شبکه‌های 50 هرتز، 380V برای حفاظت از موتورها از بار بیش از حد و کوتاه مدار استفاده شوند.

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

(2) برشکن قاب پلاستیکی (MCCB)
که به آن برشکن پلاگین نیز می‌گویند، برشکن قاب پلاستیکی ترمینال‌ها، تماس‌ها، کامرهای خاموش‌کننده قوس، واحد‌های سقوط و مکانیسم‌های عملیات را در یک پوشش پلاستیکی جای داده است. تماس‌های کمکی، واحد‌های سقوط ولتاژ کم و واحد‌های سقوط جانبی معمولاً ماژولار هستند. ساختار آن فشرده است و عموماً نیاز به تعمیر و نگهداری ندارد. این برشکن برای حفاظت از مدارهای شاخه‌ای مناسب است. برشکن‌های قاب پلاستیکی معمولاً شامل واحد‌های سقوط حرارت-مغناطیسی هستند، در حالی که مدل‌های بزرگ‌تر ممکن است با حسگرهای سقوط جامد مجهز شوند.

واحد‌های سقوط جریان بیش از حد برای برشکن‌های MCCB در نوع الکترومغناطیسی و الکترونیکی موجود هستند. معمولاً برشکن‌های MCCB الکترومغناطیسی غیرانتخابی هستند و فقط حفاظت زمان طولانی و فوری ارائه می‌دهند. برشکن‌های MCCB الکترونیکی چهار عملکرد حفاظتی ارائه می‌دهند: حفاظت زمان طولانی، حفاظت زمان کوتاه، حفاظت فوری و حفاظت از خطای زمین. برخی از برشکن‌های MCCB الکترونیکی جدید وارد شده نیز دارای قفل‌گیری انتخابی منطقه‌ای هستند.

برشکن‌های قاب پلاستیکی عموماً برای کنترل و حفاظت مدارهای تغذیه، کلیدهای اصلی در سمت ولتاژ کم ترانسفورماتورهای توزیع کوچک، کنترل توزیع انرژی پایانه و به عنوان کلیدهای تغذیه برای انواع ماشین‌آلات تولیدی استفاده می‌شوند.

(3) برشکن کوچک (MCB)
برشکن کوچک پرکاربردترین دستگاه حفاظت پایانه در سیستم‌های توزیع الکتریکی ساختمانی است. این برشکن برای حفاظت از کوتاه مدار، بار بیش از حد و ولتاژ بیش از حد در مدارهای یک‌فازی و سه‌فازی تا 125A استفاده می‌شود و در تعداد قطب‌های یک‌قطبی (1P)، دو‌قطبی (2P)، سه‌قطبی (3P) و چهارقطبی (4P) موجود است.

برشکن MCB شامل مکانیسم عملیاتی، تماس‌ها، دستگاه‌های حفاظتی (انواع واحد‌های سقوط) و سیستم خاموش‌کننده قوس است. تماس‌های اصلی به صورت دستی یا الکتریکی بسته می‌شوند. پس از بسته شدن، مکانیسم آزاد سقوط تماس‌ها را در وضعیت بسته قفل می‌کند. سیم پیچ واحد سقوط جریان بیش از حد و المان گرمایی واحد سقوط حرارتی به صورت سری با مدار اصلی اتصال می‌یابند، در حالی که سیم پیچ واحد سقوط ولتاژ کم به صورت موازی با منبع تغذیه اتصال می‌یابد.

در طراحی الکتریکی ساختمان‌های مسکونی، برشکن‌های کوچک عمدتاً برای حفاظت و عملیات مانند بار بیش از حد، کوتاه مدار، جریان بیش از حد، از دست دادن ولتاژ، ولتاژ کم، زمین، لوکس، انتقال خودکار منابع دوگانه و شروع موتورهای کم‌بار استفاده می‌شوند.

پارامترهای مشخصه اساسی برشکن‌ها

(1) ولتاژ اسمی کار (Ue)
ولتاژ اسمی کار ولتاژ اسمی برشکن است که تحت آن برشکن می‌تواند به طور مداوم تحت شرایط خدمت و عملکرد معمولی مشخص شده کار کند.

در چین، برای سطوح ولتاژ تا 220kV، ولتاژ کاری بیشینه 1.15 برابر ولتاژ اسمی سیستم است؛ برای 330kV و بالاتر، ولتاژ کاری بیشینه 1.1 برابر ولتاژ اسمی است. برشکن باید عایق و قادر به بسته شدن و قطع شدن تحت ولتاژ کاری بیشینه سیستم باشد.

(2) جریان اسمی (In)
جریان اسمی جریانی است که واحد سقوط می‌تواند به طور مداوم در دمای محیط زیر 40°C حمل کند. برای برشکن‌هایی با واحد سقوط قابل تنظیم، این جریان بیشینه‌ای است که واحد سقوط می‌تواند به طور مداوم حمل کند.

در دماهای محیطی بالاتر از 40°C اما نکو 60°C، برشکن می‌تواند با بار کمتر برای خدمت طولانی مدت کار کند.

(3) تنظیم جریان سقوط بار بیش از حد (Ir)
وقتی جریان از تنظیم واحد سقوط Ir بیشتر شود، برشکن پس از زمان لرزانی سقوط می‌کند. این همچنین بیشترین جریانی است که برشکن می‌تواند بدون سقوط حمل کند. این مقدار باید بیشتر از جریان بار بیشینه Ib اما کمتر از جریان مجاز بیشینه Iz مدار باشد.

برای واحد‌های سقوط حرارت-مغناطیسی، Ir معمولاً در محدوده 0.7–1.0In قابل تنظیم است. برای واحد‌های سقوط الکترونیکی، محدوده تنظیم معمولاً گسترده‌تر است و معمولاً 0.4–1.0In است. برای برشکن‌هایی با واحد سقوط جریان بیش از حد غیرقابل تنظیم، Ir = In.

(4) تنظیم جریان سقوط کوتاه مدار (Im)
واحد سقوط کوتاه مدار (فوری یا زمان کوتاه) باعث می‌شود برشکن پس از وقوع جریان‌های خطا بالا سریعاً سقوط کند. آستانه سقوط آن Im است.

(5) جریان تحمل کوتاه مدت اسمی (Icw)
این مقدار جریانی است که مجاز به عبور از رسانا برای مدت مشخص شده بدون ایجاد خسارت به دلیل گرم شدن بیش از حد است.

(6) ظرفیت قطع
ظرفیت قطع برشکن به معنای توانایی آن برای قطع ایمن جریان‌های خطا است که لزوماً مرتبط با جریان اسمی آن نیست. ظرفیت‌های معمول شامل 36kA و 50kA هستند. این مقدار معمولاً به ظرفیت قطع کوتاه مدار نهایی (Icu) و ظرفیت قطع کوتاه مدار خدماتی (Ics) تقسیم می‌شود.

اصول عمومی انتخاب برشکن‌ها

ابتدا نوع و تعداد قطب‌ها را بر اساس کاربرد انتخاب کنید؛ سپس جریان اسمی را بر اساس جریان کاری بیشینه انتخاب کنید؛ در نهایت نوع واحد سقوط و افزودنی‌ها را انتخاب کنید. نیازهای خاص به شرح زیر است:

• ولتاژ اسمی کاری برشکن ≥ ولتاژ اسمی خط.

• ظرفیت ساخت و قطع کوتاه مدار برشکن ≥ جریان بار محاسبه شده خط.

• ظرفیت ساخت و قطع کوتاه مدار برشکن ≥ بیشترین جریان کوتاه مدار ممکن در خط (معمولاً به صورت مقدار RMS محاسبه می‌شود).

• جریان کوتاه مدار یک‌فاز به زمین در انتهای خط ≥ 1.25 برابر تنظیم سقوط (فوری یا زمان کوتاه) برشکن.

• ولتاژ اسمی واحد سقوط ولتاژ کم = ولتاژ اسمی خط.

• ولتاژ اسمی واحد سقوط جانبی = ولتاژ منبع تغذیه کنترل.

• ولتاژ کاری اسمی مکانیسم عملیاتی الکتریکی = ولتاژ منبع تغذیه کنترل.

• در مدارهای روشنایی، تنظیم سقوط فوری واحد سقوط الکترومغناطیسی معمولاً 6 برابر جریان بار است.

• هنگام استفاده از برشکن برای حفاظت کوتاه مدار یک موتور، تنظیم سقوط فوری 1.35 برابر جریان شروع موتور (برای سری DW) یا 1.7 برابر (برای سری DZ) است.

• هنگام استفاده از برشکن برای حفاظت کوتاه مدار چندین موتور، تنظیم سقوط فوری 1.3 برابر جریان شروع بزرگترین موتور به اضافه جریان‌های کاری موتورهای باقی‌مانده است.

• هنگام استفاده از برشکن به عنوان کلید اصلی در سمت ولتاژ کم ترانسفورماتور توزیع، ظرفیت قطع آن باید بیشتر از جریان کوتاه مدار در سمت ولتاژ کم ترانسفورماتور باشد. جریان اسمی واحد سقوط باید کمتر از جریان اسمی ترانسفورماتور نباشد. تنظیم حفاظت کوتاه مدار معمولاً 6–10 برابر جریان اسمی ترانسفورماتور است؛ تنظیم حفاظت بار بیش از حد برابر با جریان اسمی ترانسفورماتور است.

• پس از انتخاب اولیه نوع و ظرفیت برشکن، هماهنگی با دستگاه‌های حفاظتی بالا و پایین ضروری است تا از سقوط پی در پی جلوگیری شود و محدوده حوادث کاهش یابد.

انتخابی بودن برشکن‌ها

در سیستم‌های توزیع، برشکن‌ها بر اساس عملکرد حفاظتی به انتخابی و غیرانتخابی تقسیم‌بندی می‌شوند. برشکن‌های کم‌ولتا انتخابی دارای حفاظت دو مرحله‌ای یا سه مرحله‌ای هستند. ویژگی‌های فوری و زمان کوتاه برای حفاظت از کوتاه مدار و ویژگی‌های زمان طولانی برای حفاظت از بار بیش از حد استفاده می‌شود. برشکن‌های غیرانتخابی معمولاً فوری هستند و فقط برای حفاظت از کوتاه مدار یا زمان طولانی برای حفاظت از بار بیش از حد استفاده می‌شوند.

در سیستم‌های توزیع، اگر برشکن بالا انتخابی و برشکن پایین غیرانتخابی یا انتخابی باشد، انتخابی بودن با استفاده از زمان لرزانی واحد سقوط زمان کوتاه یا تفاوت‌های تنظیمات زمان لرزانی حاصل می‌شود. هنگامی که برشکن بالا با زمان لرزانی عمل می‌کند، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• صرف‌نظر از اینکه برشکن پایین انتخابی یا غیرانتخابی باشد، تنظیم سقوط جریان فوری برشکن بالا معمولاً نباید کمتر از 1.1 برابر بیشترین جریان کوتاه مدار سه‌فاز در خروجی برشکن پایین باشد.

• اگر برشکن پایین غیرانتخابی باشد، برای جلوگیری از عملکرد اولیه واحد سقوط زمان کوتاه جریان بیش از حد بالا به دلیل حساسیت کم واحد سقوط فوری پایین در حین کوتاه مدار، تنظیم سقوط جریان زمان کوتاه برشکن بالا معمولاً نباید کمتر از 1.2 برابر تنظیم سقوط فوری برشکن پایین باشد.

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

به طور کلی، برای اطمینان از عملکرد انتخابی بین برشکن‌های کم‌ولتا بالا و پایین، برشکن بالا باید بهترین واحد سقوط زمان کوتاه جریان بیش از حد را داشته باشد و جریان عملکرد آن حداقل یک سطح بالاتر از واحد سقوط پایین باشد. حداقل، جریان عملکرد Iop.1 باید کمتر از 1.2 برابر جریان عملکرد Iop.2 نباشد، یعنی Iop.1 ≥ 1.2Iop.2.

حفاظت متوالی برشکن‌ها

در طراحی سیستم توزیع، هماهنگی بین برشکن‌های بالا و پایین باید "انتخابی، سرعت و حساسیت" را فراهم کند. انتخابی بودن مربوط به هماهنگی بین برشکن‌ها است، در حالی که سرعت و حساسیت مربوط به ویژگی‌های دستگاه حفاظتی و حالت کاری مدار است.

هماهنگی صحیح بین برشکن‌های بالا و پایین امکان جدا کردن انتخابی مدار خراب را فراهم می‌کند و اطمینان می‌دهد که سایر مدارهای بدون خرابی به طور عادی کار می‌کنند. هماهنگی ضعیف می‌تواند موجب کاهش قابلیت اطمینان سیستم شود.

حفاظت متوالی کاربرد عملی از ویژگی‌های محدودکننده جریان برشکن‌ها است. اصل اصلی آن استفاده از اثر محدودکننده جریان برشکن بالا (QF1) است که امکان انتخاب برشکن پایین (QF2) با ظرفیت قطع کمتر را فراهم می‌کند و بنابراین هزینه را کاهش می‌دهد. برشکن محدودکننده جریان بالا QF1 می‌تواند بیشترین جریان کوتاه مدار محتمل در نقطه نصب خود را قطع کند. از آنجا که برشکن‌های بالا و پایین به صورت سری متصل هستند، هنگامی که کوتاه مدار در خروجی برشکن پایین QF2 اتفاق می‌افتد، جریان کوتاه مدار واقعی به طور قابل توجهی با اثر محدودکننده جریان QF1 کاهش می‌یابد و بسیار کمتر از جریان کوتاه مدار محتمل در آن نقطه است. بنابراین، ظرفیت قطع QF2 به طور موثر توسط QF1 افزایش می‌یابد و بیش از ظرفیت قطع اسمی خود می‌شود.

حفاظت متوالی شرایط خاصی دارد: به عنوان مثال، مدارهای مجاور نباید بارهای حیاتی داشته باشند (زیرا سقوط QF1 همچنین مدار QF3 را خاموش می‌کند) و تنظیمات فوری QF1 و QF2 باید به درستی مطابقت داشته باشند. داده‌های متوالی فقط می‌توانند به صورت تجربی تعیین شوند و هماهنگی بین برشکن‌های بالا و پایین باید توسط سازنده فراهم شود.

حساسیت برشکن‌ها

برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد واحد سقوط جریان فوری یا زمان کوتاه در شرایط کمینه سیستم و در خفیف‌ترین خطا کوتاه مدار در محدوده حفاظت خود، حساسیت برشکن باید مطابق با نیازهای "کد طراحی سیستم‌های توزیع الکتریکی کم‌ولتا" (GB50054-95) باشد که حساسیت حداقل 1.3 را مشخص می‌کند، یعنی Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3. در اینجا، Iop جریان عملکرد واحد سقوط جریان فوری یا زمان کوتاه است، Ik.min جریان کوتاه مدار یک‌فاز یا دو‌فاز در انتهای مدار محافظ شده در شرایط کمینه سیستم است و Sp حساسیت برشکن است.

هنگام انتخاب برشکن، حساسیت آن نیز باید تأیید شود. برای برشکن‌های انتخابی با هر دو واحد سقوط زمان کوتاه و فوری، فقط حساسیت واحد سقوط زمان کوتاه باید چک شود؛ حساسیت واحد سقوط فوری نی