مدار شکن ACB: چیست، چگونه کار می کند و چه زمانی باید از آن استفاده کرد

در سیستم‌های الکتریکی در مقیاس بزرگ - نیروگاه‌ها، تأسیسات صنعتی، ساختمان‌های تجاری و مراکز داده - محافظت از تجهیزات و پرسنل در برابر جریان اضافه و اتصال کوتاه یک نیاز مهندسی غیرقابل مذاکره است. قطع کننده مدار هوا که معمولاً به عنوان قطع کننده مدار ACB شناخته می شود، یکی از مهم ترین وسایل حفاظتی است که در انتهای ولتاژ پایین شبکه های توزیع برق بالا استفاده می شود. بر خلاف قطع کننده های مدار قالبی کوچکتر (MCCB) که برای کاربردهای جریان کمتر طراحی شده اند، ACB ها برای کنترل جریان های خطای بسیار بالا، ارائه حفاظت پیشرفته از سفر و ارائه انعطاف پذیری عملیاتی مورد نیاز سیستم های قدرت پیچیده طراحی شده اند. این مقاله دقیقاً توضیح می‌دهد که ACB چیست، چگونه به صورت داخلی کار می‌کند، اجزای کلیدی آن چه کار می‌کنند و چگونه می‌توان انتخاب مناسبی را برای برنامه خاص خود انجام داد.

مدار شکن ACB چیست؟

یک مدار شکن هوا نوعی قطع کننده مدار است که از هوا در فشار اتمسفر به عنوان وسیله خاموش کننده قوس استفاده می کند. هنگامی که بریکر جریان خطا را قطع می کند، قوس الکتریکی که بین کنتاکت های جداکننده ایجاد می شود با هدایت آن به داخل یک کانال قوس خاموش می شود - مجموعه ای ساختار یافته از صفحات فلزی که خنک می شوند، کشیده می شوند و در نهایت بدون نیاز به روغن، خلاء یا گاز SF6 قوس را خاموش می کنند. این فناوری وقفه مبتنی بر هوا چیزی است که به ACB نام و ویژگی تعیین کننده آن می دهد.

ACB ها معمولاً برای کاربردهای ولتاژ پایین درجه بندی می شوند - معمولاً سیستم هایی که تا 1000 ولت AC کار می کنند - و برای حمل و قطع جریان های بسیار بالا طراحی شده اند. ظرفیت های جریان نامی معمولاً از 630 آمپر تا 6300 آمپر متغیر است، با ظرفیت های قطع اتصال کوتاه که می تواند در مدل های صنعتی سنگین به 100 کیلو آمپر یا بیشتر برسد. آنها انتخاب استانداردی برای پانل های ورودی اصلی، موقعیت های باس-کوپلر، و مدارهای تغذیه کننده بزرگ در مجموعه های تابلو برق هستند که در آن حفاظت از جریان اضافه قابل تنظیم و قابل اعتماد ضروری است.

مدار شکن ACB چگونه کار می کند

در شرایط عملیاتی عادی، جریان از طریق مجموعه ای از کنتاکت های اصلی که بسته باقی می مانند، از طریق ACB جریان می یابد. بریکر به طور مداوم پارامترهای الکتریکی را از طریق واحد تریپ الکترونیکی خود نظارت می کند - معمولاً جریان را در تمام فازها به اضافه نول اندازه گیری می کند. هنگامی که واحد سفر یک وضعیت غیر عادی را تشخیص می دهد، سیگنالی را به مکانیسم عملیاتی ارسال می کند که انرژی مکانیکی ذخیره شده (معمولاً از مکانیزم شارژ فنری) را آزاد می کند تا به سرعت کنتاکت های اصلی باز شود و مدار قطع شود.

لحظه ای که کنتاکت ها تحت بار شروع به جدا شدن می کنند، به دلیل یونیزه شدن هوا بین آنها قوس الکتریکی ایجاد می شود. این قوس، اگر کنترل نشود، جریان جریان را حفظ می کند و باعث آسیب شدید می شود. برای خاموش کردن آن، ACB از یک مجموعه کانال قوس الکتریکی استفاده می کند - یک سری صفحات تقسیم کننده قوس فرومغناطیسی که در یک پشته چیده شده اند. یک سیستم دمنده مغناطیسی (که توسط آهنرباهای دائمی یا توسط جریان خطا که خود از سیم پیچ‌های دمنده عبور می‌کند تولید می‌شود) قوس را به سمت بالا به داخل لوله هدایت می‌کند. در داخل ناودان، قوس به چندین قوس کوتاه‌تر به صورت سری تقسیم می‌شود که هر یک نیاز ولتاژ احتراق مجدد خود را دارند. ولتاژ احتراق تجمعی مورد نیاز بیشتر از ولتاژ سیستم است و باعث می شود قوس به سرعت و به طور کامل خاموش شود.

نقش واحد سفر الکترونیکی

واحد سفر الکترونیکی (ETU) هوش ACB است. به طور مداوم شکل موج فعلی را در زمان واقعی نمونه برداری می کند و آن را با آستانه های برنامه ریزی شده مقایسه می کند. ETU های مدرن چندین عملکرد حفاظتی قابل تنظیم مستقل را ارائه می دهند که به ACB اجازه می دهد تا دقیقاً برای ویژگی های خاص مداری که محافظت می کند تنظیم شود. این قابلیت برنامه ریزی یکی از مزیت های کلیدی ACB نسبت به وسایل حفاظتی ساده تر است.

اجزای کلیدی ACB و عملکرد آنها

درک معماری داخلی یک ACB کمک می کند تا روشن شود که چرا این دستگاه ها در محیط های پر انرژی بسیار قابل اعتماد و همه کاره هستند. اجزای اصلی هر یک نقش مشخص و حیاتی ایفا می کنند:

• مخاطبین اصلی: کنتاکت های آلیاژ نقره یا مس- تنگستن سنگین که جریان نامی را به طور مداوم حمل می کنند. آنها برای مقاومت در برابر هزاران عملیات مکانیکی و تنش حرارتی ناشی از قطع جریان خطا طراحی شده اند.
• Arcing مخاطبین: کنتاکت‌های قربانی که در حین کار دوام می‌آورند و می‌شکنند، انرژی قوس را جذب می‌کنند تا از کنتاکت‌های اصلی در برابر فرسایش محافظت کنند و طول عمر تماس را افزایش دهند.
• مونتاژ لوله قوس: محفظه خاموشی قوس حاوی صفحات جداکننده دییونیزان. طراحی و هندسه لوله، سرعت قطع قوس شکن و ظرفیت شکست را تعیین می کند.
• مکانیسم عملیاتی: یک مجموعه مکانیکی با فنر شارژ که انرژی را در طول شارژ ذخیره می‌کند و آن را با دستور باز یا بسته کردن کنتاکت‌ها با نیروی ثابت و با سرعت بالا بدون توجه به ورودی اپراتور آزاد می‌کند.
• واحد سفر الکترونیکی (ETU): رله حفاظتی مبتنی بر ریزپردازنده که در قطع کننده تعبیه شده است که جریان را نظارت می کند، عیوب را تشخیص می دهد و خاموش شدن را آغاز می کند. این مکانیسم های قدیمی تر سفر حرارتی مغناطیسی را با منطق دیجیتال دقیق و قابل تنظیم جایگزین می کند.
• ترانسفورماتورهای جریان (CT): CT های تعبیه شده در هر قطب، شکل موج فعلی را اندازه گیری می کنند و آن داده ها را برای نظارت مستمر در زمان واقعی به ETU تغذیه می کنند.
• سیم پیچ و بسته شدن شنت: محرک‌های الکتریکی که اجازه می‌دهند شکن از راه دور از طریق سیگنال‌های کنترلی از یک سیستم SCADA، سیستم مدیریت ساختمان یا پانل اپراتور از راه دور باز یا بسته شود.

عملکردهای حفاظتی ساخته شده در واحدهای سفر مدرن ACB

یکی از نقاط قوت ACB نسبت به کلیدهای مدار ساده تر، گستره عملکردهای حفاظتی است که از طریق واحد تریپ الکترونیکی آن در دسترس است. این عملکردها معمولاً می توانند در حین راه اندازی فعال، غیرفعال و تنظیم شوند تا با نیازهای دقیق هر نصب مطابقت داشته باشند:

Zone Selective Interlocking شایسته ذکر ویژه است. در یک سیستم توزیع طبقه ای که در آن چندین ACB به صورت سری نصب شده اند، ZSI به قطع کننده نزدیک به عیب اجازه می دهد تا فوراً خاموش شود در حالی که قطع کننده های بالادست بسته می مانند و قدرت را به بقیه سیستم حفظ می کند. بدون ZSI، تمام قطع کننده ها در زنجیره ممکن است با تأخیر زمانی از کار بیفتند تا هماهنگی ایجاد شود و به طور بالقوه باعث قطعی های بسیار گسترده تر شود. ZSI به طور چشمگیری زمان کارکرد سیستم را در تاسیسات حیاتی بهبود می بخشد.

ACB ثابت در مقابل قابل برداشت: انتخاب پیکربندی مناسب

ACBها در دو پیکربندی نصب - ثابت و قابل برداشت - موجود هستند و انتخاب بین آنها پیامدهای قابل توجهی بر رویه های تعمیر و نگهداری و در دسترس بودن سیستم دارد.

ACB های ثابت

ACB های ثابت are bolted directly into the switchgear panel and are permanently connected to the busbars and outgoing cables. They are less expensive than withdrawable versions and are suitable for applications where the breaker does not need to be regularly removed for testing or replacement. However, maintenance requires the circuit to be de-energized completely, which can be disruptive in systems that demand high availability.

ACB های قابل برداشت

ACB های قابل برداشت are mounted on a sliding cradle and can be racked out from the panel into a test position — where the control circuits remain connected but the main power contacts are isolated — or fully removed from the panel without disconnecting any wiring. This allows the trip unit to be tested, the breaker to be inspected, and replacement units to be installed while the panel remains energized. For hospitals, data centers, and industrial facilities where downtime is extremely costly, withdrawable ACBs are almost always the correct choice despite their higher cost.

ACB در مقابل MCCB: درک زمان استفاده از هر کدام

یک سوال رایج در میان مهندسان برق و سازندگان تابلو این است که چه زمانی یک ACB در مقابل یک مدار شکن قالبی (MCCB) مشخص شود. تمایز در درجه اول در مورد رتبه بندی فعلی، ظرفیت شکستن، و نیاز به تنظیمات حفاظتی قابل تنظیم است.

• از یک استفاده کنید MCCB برای فیدرهای توزیع، مدارهای انشعاب و حفاظت موتور در جایی که جریان نامی کمتر از 630A است و مشخصه سفر با تنظیم ثابت یا محدود قابل قبول است.
• از یک استفاده کنید ACB به عنوان منبع اصلی یا کوپلر اتوبوس در تابلوهای توزیع اصلی (MDB) که در آن جریان نامی بیش از 630A است و قابلیت برنامه ریزی کامل تنظیمات حفاظتی مورد نیاز است.
• یک را انتخاب کنید ACB زمانی که الزامات ظرفیت قطع اتصال کوتاه از آنچه که MCCB در همان محدوده جریان می تواند ارائه دهد، بیشتر باشد
• یک را انتخاب کنید ACB هنگامی که نصب به عملیات از راه دور، یکپارچه سازی اندازه گیری یا ارتباط از طریق Modbus، Profibus یا سایر پروتکل های صنعتی نیاز دارد.
• یک را انتخاب کنید MCCB هنگامی که فضا محدود است و یک فرم فشرده ضروری است، زیرا ACB ها به عمق و عرض پانل به میزان قابل توجهی نیاز دارند.

فاکتورهای کلیدی که باید هنگام انتخاب ACB در نظر بگیرید

انتخاب ACB صحیح برای یک برنامه خاص نیاز به ارزیابی دقیق چندین پارامتر الکتریکی و عملیاتی دارد. اشتباه گرفتن هر یک از این موارد می تواند منجر به خاموش شدن مزاحم، قطع نشدن جریان خطا یا آسیب به تجهیزات شود.

• جریان رتبه‌بندی شده (در): جریان پیوسته ای که بریکر می تواند در دمای نامی محیط خود بدون قطع شدن حمل کند. با در نظر گرفتن کاهش در محیط های با دمای بالا، رتبه ای را انتخاب کنید که با حداکثر جریان بار مورد انتظار مطابقت داشته باشد یا کمی بیشتر از آن باشد.
• ظرفیت قطعی اتصال کوتاه (ICU/ICS): حداکثر جریان خطای احتمالی که ACB می تواند با خیال راحت قطع کند. این باید برابر یا بیشتر از حداکثر سطح خطا در نقطه نصب باشد که از امپدانس ترانسفورماتور و امپدانس شبکه بالادست محاسبه می شود.
• تعداد قطب ها: ACB های سه قطبی استاندارد برای سیستم های سه فاز هستند. در سیستم های ارت TN-S و TT یا جاهایی که اعوجاج هارمونیک جریان های خنثی قابل توجهی ایجاد می کند، نسخه های چهار قطبی با یک قطب خنثی سوئیچ یا محافظت شده مورد نیاز هستند.
• ولتاژ کاری: بررسی کنید که ولتاژ نامی ACB با ولتاژ سیستم مطابقت داشته باشد. اکثر ACB های ولتاژ پایین برای 415 ولت یا 690 ولت متناوب رتبه بندی می شوند. همیشه تأیید کنید که درجه بندی عایق و وقفه مطابق با الزامات سیستم است.
• استقامت مکانیکی و الکتریکی: ACB ها برای تعداد خاصی از عملیات مکانیکی (چرخه های باز و بسته) و عملیات الکتریکی تحت بار رتبه بندی می شوند. برای برنامه‌های دارای سوئیچینگ مکرر - مانند قطع کننده‌های باس یا تولیدکننده‌ها - مدلی را انتخاب کنید که دارای استقامت عملیاتی بالا باشد.

الزامات تعمیر و نگهداری برای قطع کننده های مدار ACB

ACB ها دستگاه های مقاومی هستند که برای عمر طولانی طراحی شده اند، اما برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد به تعمیر و نگهداری دوره ای نیاز دارند. بی توجهی به تعمیر و نگهداری یکی از شایع ترین علل خرابی ACB در شرایط خطای واقعی است - دقیقاً زمانی که عملکرد قابل اعتماد بسیار مهم است.

تولیدکنندگان معمولاً بسته به فرکانس کاری و شرایط محیطی فواصل بازرسی 12 تا 24 ماه را توصیه می کنند. وظایف اصلی تعمیر و نگهداری عبارتند از تمیز کردن صفحات کانال قوس برای حذف رسوبات کربن از رویدادهای قوس قبلی، بازرسی و اندازه گیری فرسایش تماس اصلی و قوس، روغن کاری مکانیسم عملیاتی بر اساس مشخصات سازنده، آزمایش عملکرد واحد سفر با استفاده از مجموعه تست تزریق ثانویه، و تأیید عملکرد کلیه سوئیچ های کمکی، اتصالات شنت، و بسته شدن. برای ACB های قابل برداشت، مکانیسم قفسه بندی و انگشتان تماس گهواره نیز باید به طور منظم بازرسی و تمیز شوند تا از اتصال الکتریکی قابل اعتماد هنگام قفسه اطمینان حاصل شود.

هنگامی که یک ACB برای رفع یک خطای اصلی کار می کند، همیشه باید قبل از بازگشت به سرویس بازرسی شود. وقفه شدید خطا می تواند باعث فرسایش قابل توجه کانال قوس و سایش تماس حتی در یک عملیات واحد شود و بازگرداندن یک بریکر آسیب دیده به سرویس بدون بازرسی یک خطر ایمنی جدی است. حفظ یک برنامه تعمیر و نگهداری ساختاریافته و نگهداری سوابق خدمات دقیق برای هر ACB یک نیاز اساسی برای مدیریت مسئول دارایی های الکتریکی است.