چگونه می توان مدار شکن هوای مناسب را برای سیستم های توزیع ولتاژ پایین انتخاب کرد؟

مدار شکن هوا چیست و چرا در توزیع ولتاژ پایین استفاده می شود؟

قطع کننده مدار هوا (ACB) یک وسیله کلیدزنی و محافظ است که در سیستم های توزیع الکتریکی ولتاژ پایین استفاده می شود که معمولاً برای ولتاژهای تا 1000 ولت AC و ظرفیت های جریان از 630 آمپر تا 6300 آمپر یا بالاتر استفاده می شود. برخلاف قطع کننده های مدار قالبی (MCCB) که از یک محفظه عایق فشرده استفاده می کنند، ACB ها با مکانیزم خاموش کننده قوس خود در معرض هوای اطراف کار می کنند - از این رو نام آن را به خود اختصاص داده اند. هنگامی که بریکر جریان خطا را قطع می کند، قوس کشیده شده بین کنتاکت های باز شده دراز می شود، خنک می شود و توسط یک سری از کانال های قوس یا صفحات شکاف خاموش می شود و از هوا به عنوان عایق و واسطه خاموش کننده استفاده می شود.

ACB ها وسیله حفاظتی ترجیحی در بالای سلسله مراتب توزیع ولتاژ پایین هستند - معمولاً در پانل اصلی تغذیه ورودی، موقعیت های کوپلر اتوبوس و مدارهای تغذیه بزرگ در کارخانه های صنعتی، ساختمان های تجاری، مراکز داده، بیمارستان ها و پست های برق. توانایی آنها در حمل جریان های پیوسته بسیار بالا، قطع جریان های اتصال کوتاه تا 100 کیلو آمپر یا بیشتر، و مجهز شدن به واحدهای تراش الکترونیکی پیشرفته، آنها را در مواردی که حفاظت در برابر جریان اضافه قابل اطمینان، قابل تنظیم و قابل نگهداری مورد نیاز است، ضروری می کند. برخلاف فیوزها، ACB ها را می توان پس از یک سفر ریست کرد و برخلاف کلیدهای مدار کوچکتر، می توان آنها را بدون تعویض در سرویس نگهداری، تست و مجددا تست کرد.

چگونه یک قطع کننده مدار هوا جریان خطا را قطع می کند

درک فرآیند قطع قوس در داخل ACB برای درک اینکه چرا انتخاب و نگهداری مناسب در کاربردهای توزیع ولتاژ پایین اهمیت زیادی دارد، ضروری است. هنگامی که یک وضعیت خطا رخ می دهد - مانند یک اتصال کوتاه یا اضافه بار مداوم - واحد سفر به مکانیسم عملیاتی سیگنال می دهد تا به سرعت کنتاکت های اصلی را جدا کند. جداسازی کنتاکت های حامل جریان تحت بار بلافاصله یک قوس الکتریکی ایجاد می کند که می تواند جریان جریان را حتی پس از جدا شدن فیزیکی کنتاکت ها حفظ کند.

در داخل ACB، قوس به وسیله نیروهای فوران مغناطیسی که توسط خود جریان خطا ایجاد می‌شود، به سمت بالا به داخل یک مجموعه کانال قوس می‌رود. کانال قوس متشکل از یک سری صفحات جداکننده فولادی است که قوس منفرد را به چندین قوس کوتاهتر به صورت سری تقسیم می کند. هر بخش قوس برای حفظ خود به حداقل ولتاژ نیاز دارد. هنگامی که ولتاژ مورد نیاز تمام بخش های قوس از ولتاژ موجود سیستم بیشتر شود، قوس خاموش می شود و جریان جریان قطع می شود. کل فرآیند وقفه در یک ACB مدرن در یک تا دو نیم چرخه شکل موج AC - معمولاً 10 تا 20 میلی ثانیه - رخ می دهد که تنش حرارتی و مکانیکی تحمیل شده بر تجهیزات پایین دست در شرایط خطا را محدود می کند.

رتبه‌بندی‌ها و پارامترهای کلیدی برای انتخاب ACB ولتاژ پایین

انتخاب صحیح ACB برای توزیع ولتاژ پایین کاربرد نیاز به درک کامل رتبه بندی های الکتریکی مربوطه دارد. مشخص کردن یک بریکر کم اندازه خطر خرابی فاجعه بار در طول یک خطا را به همراه دارد. بزرگ‌سازی می‌تواند منجر به هزینه‌های غیرضروری، هماهنگی ضعیف با دستگاه‌های پایین دست و رفتار آزاردهنده شود.

یکی از پارامترهایی که در طراحی توزیع ولتاژ پایین سزاوار توجه ویژه است، جریان مقاومت نامی کوتاه مدت (Icw) است. در سیستم‌هایی که گزینش‌پذیری - که به آن تبعیض نیز می‌گویند - یک هدف طراحی است، ACB بالادست باید بتواند جریان خطای کامل را برای مدت زمان مورد نیاز برای یک دستگاه پایین دستی برای رفع عیب داشته باشد. یک ACB با رتبه Icw بالا می‌تواند عمداً پاسخ سفر خود را بدون آسیب‌دیدگی داخلی به تأخیر بیندازد، و در حین کار کردن بریکر پایین‌دست، تداوم عرضه را به مدارهای بی‌تأثیر حفظ کند.

واحدهای سفر الکترونیکی: هوش در پشت ACB های مدرن

یونیت سفر مغز یک قطع کننده مدار مدرن هوا است. ACB های اولیه از مکانیسم های سفر حرارتی- مغناطیسی استفاده می کردند - نوارهای دو فلزی برای تشخیص اضافه بار و سیم پیچ های الکترومغناطیسی برای پاسخ به اتصال کوتاه - که قابلیت تنظیم محدود و خروجی داده را نداشت. ACB های معاصر مجهز به واحدهای سفر الکترونیکی (ETU) هستند که عملکردهای حفاظتی دقیق و قابل تنظیم مستقل، ثبت داده ها و قابلیت های ارتباطی را ارائه می دهند که مستقیماً با سیستم های مدیریت ساختمان و نظارت بر قدرت یکپارچه می شوند.

عملکردهای حفاظت استاندارد در واحدهای سفر الکترونیکی

یک واحد سفر الکترونیکی کاملاً مشخص در یک ACB ولتاژ پایین معمولاً شامل مناطق حفاظتی قابل تنظیم مستقل زیر است:

• حفاظت طولانی مدت (LT / Ir): حفاظت اضافه بار را با خاموش شدن پس از جریان بیش از حد پایدار بالاتر از آستانه تنظیم شده ارائه می دهد. جریان پیکاپ (Ir) قابل تنظیم است، معمولاً بین 40٪ تا 100٪ جریان نامی قطع کننده، و تاخیر زمانی را می توان بسته به نیازهای هماهنگی بر روی یک مشخصه زمان معکوس یا زمان معین تنظیم کرد.
• حفاظت کوتاه مدت (ST / Isd): به جریان های خطای متوسط بالای پیکاپ طولانی مدت اما زیر آستانه آنی پاسخ می دهد. تأخیر زمانی عمدی (معمولاً 0.1 تا 0.5 ثانیه) به دستگاه‌های پایین‌دست اجازه می‌دهد تا ابتدا خطاهای سطح پایین‌تر را پاک کنند، بدون اینکه ACB بالادست به طور غیرضروری کل برد توزیع را خاموش کند، به هماهنگی انتخابی دست می‌یابد.
• حفاظت آنی (INST / Ii): هنگامی که جریان خطا از آستانه بالایی فراتر رفت - معمولاً 2 تا 15 برابر جریان نامی تنظیم می شود، بریکر را بدون تاخیر عمدی خاموش می کند. این عملکرد محافظت پشتیبان در برابر اتصالات کوتاه پیچ شده را فراهم می کند که باید در سریع ترین زمان ممکن پاک شوند تا از آسیب فاجعه بار تجهیزات جلوگیری شود.
• حفاظت از خطای زمین (GF / Ig): جریان باقیمانده به زمین را تشخیص می دهد که ممکن است نشان دهنده خرابی عایق، خطاهای قوس الکتریکی یا خرابی تجهیزات باشد. حفاظت از خطای زمین در ACB ها در سطح سیستم پیکربندی می شود و با ارائه حفاظت پشتیبان در سر توزیع، دستگاه های جریان باقیمانده پایین دستی (RCD) را تکمیل می کند.

عملکردهای پیشرفته در واحدهای مسافرتی ممتاز

واحدهای سفر الکترونیکی سطح بالاتر فراتر از حفاظت اولیه هستند و شامل قفل کردن انتخابی منطقه (ZSI) می شوند که به ACBها در سطوح مختلف سلسله مراتب توزیع اجازه می دهد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و زمان بندی سفر را به صورت پویا بهینه کنند. با ZSI، هنگامی که یک قطع کننده پایین دست خطا را تشخیص می دهد و یک سیگنال مهار را به ACB بالادست می فرستد، دستگاه بالادست تاخیر کوتاه مدت خود را افزایش می دهد - اطمینان حاصل می کند که قطع کننده پایین دست ابتدا عیب را برطرف می کند. اگر قطع کننده پایین دست نتواند عیب را در مدت زمان تأخیر برطرف کند، ACB بالادست بلافاصله بدون انتظار برای اتمام زمان تاخیر کامل، حرکت می کند. این معماری به طور همزمان به پاکسازی سریع عیب و حداکثر گزینش پذیری دست می یابد و انرژی فلاش قوس را کاهش می دهد و در عین حال عرضه به فیدرهای بدون تأثیر را حفظ می کند.

تنظیمات ACB ثابت در مقابل قابل برداشت

قطع کننده های مدار هوا برای توزیع ولتاژ پایین در دو پیکربندی نصب اولیه - ثابت و قابل برداشت - موجود هستند و انتخاب بین آنها به طور قابل توجهی بر قابلیت نگهداری، در دسترس بودن سیستم و هزینه نصب کلی تأثیر می گذارد.

ACB های ثابت مستقیماً به تابلو یا تابلوی توزیع پیچ می شوند و بدون قطع برق و قطع شین ها نمی توان آنها را از پانل جدا کرد. آنها هزینه کمتری دارند و برای کاربردهایی که دسترسی به تعمیر و نگهداری نادر است و قطعی های برنامه ریزی شده قابل قبول است، مناسب هستند. ACB های قابل برداشت بر روی مکانیزمی نصب می شوند که به قطع کننده اجازه می دهد تا از تماس های زنده خود خارج شود در حالی که باسبار برق باقی می ماند - یک قابلیت حیاتی در تاسیساتی که تداوم برق ضروری است. در موقعیت خارج شده، ACB را می توان بدون خاموش کردن برد توزیع، آزمایش، بازرسی و سرویس کرد. بیمارستان‌ها، مراکز داده و صنایع فرآیندی که نمی‌توانند خاموشی‌های برنامه‌ریزی نشده را تحمل کنند، تقریباً به طور کلی ACB‌های قابل برداشت را برای موقعیت‌های اصلی و کوپلر خود مشخص می‌کنند.

دستیابی به هماهنگی انتخابی در توزیع ولتاژ پایین

هماهنگی انتخابی - حصول اطمینان از اینکه فقط نزدیکترین وسیله حفاظتی به خطا کار می کند در حالی که همه دستگاه های بالادست بسته می مانند - یک هدف اساسی طراحی در سیستم های توزیع ولتاژ پایین است. سیستم‌های هماهنگ ضعیف باعث می‌شوند که قطع‌کننده‌های بالادست در پاسخ به خطاهای پایین‌دست از کار بیفتند، کل تابلوهای توزیع را سیاه کنند و بخش‌های بزرگی از یک تاسیسات را بدون برق رها کنند، حتی اگر خطا در یک مدار واحد باشد.

دستیابی به گزینش پذیری کامل بین ACBها در یک سلسله مراتب توزیع ولتاژ پایین مستلزم ارزیابی دقیق مشخصات زمان-جریان هر دستگاه در هر سطح خطا است. هماهنگی با مقایسه حداکثر زمان خاموش شدن دستگاه پایین دست با حداقل زمان عدم قطع دستگاه بالادست در سراسر طیف کامل جریان های خطا از اضافه بار اسمی تا جریان اتصال کوتاه احتمالی در هر نقطه از سیستم تأیید می شود. نرم افزار طراحی سیستم قدرت مدرن از تولیدکنندگانی مانند اشنایدر الکتریک، ABB و زیمنس شامل ابزارهای تجزیه و تحلیل گزینش پذیری است که این فرآیند را خودکار می کند و جداول انتخابی را تولید می کند که حاشیه های هماهنگی را برای اسناد نظارتی و راه اندازی تأیید می کند.

بهترین روش‌های نصب، آزمایش و نگهداری

نصب صحیح و تعمیر و نگهداری مداوم برای اطمینان از عملکرد قطع کننده مدار هوا در هنگام بروز خطا، ضروری است. یک ACB که از زمان نصب هرگز آزمایش یا نگهداری نشده است، ممکن است به دلیل فرسودگی مکانیزم، اکسیداسیون تماس، یا رانش واحد تریپ الکترونیکی، در سطح فعلی صحیح حرکت نکند - یا اصلاً خاموش نشود.

• بازرسی قبل از راه اندازی: قبل از برق انداختن، بررسی کنید که تمام اتصالات پیچ و مهره ای با استفاده از آچار گشتاور مدرج شده به مقادیر مشخص شده سازنده گشتاور شده باشند. اتصالات شل در اتصالات جریان بالا گرمای مقاومتی ایجاد می‌کند که سایش تماس را تسریع می‌کند و می‌تواند باعث خاموش شدن حرارتی در شرایط بار عادی شود. مجموعه‌های ناودان قوس الکتریکی را از نظر آسیب فیزیکی در حین حمل و نقل یا نصب بررسی کنید.
• تست تزریق اولیه: پس از نصب، تست تزریق اولیه را با استفاده از یک مجموعه تست کالیبره شده انجام دهید که جریان واقعی را از طریق مسیر اصلی جریان شکن تزریق می کند. این تأیید می کند که واحد سفر به درستی در آستانه های اضافه بار و اتصال کوتاه تنظیم شده پاسخ می دهد. آزمایش تزریق اولیه تنها روشی است که زنجیره حفاظتی کامل را تأیید می‌کند - از ورودی ترانسفورماتور جریان از طریق منطق واحد تریپ گرفته تا سیم‌پیچ تریپ و چفت مکانیکی.
• تست عملیات مکانیکی: ACB را از طریق چرخه های باز-بسته چندگانه کار کنید تا اطمینان حاصل کنید که مکانیسم عملکرد به خوبی کار می کند و حرکت تماس و فشار تماس در محدوده تحمل سازنده است. عملکرد کند نشان دهنده اجزای مکانیزم فرسوده یا روغن کاری نشده است که باید قبل از بازگشت بریکر به سرویس، سرویس شوند.
• برنامه نگهداری دوره ای: استاندارد IEEE 3007.2 و IEC 62271-200 هر دو فواصل نگهداری دوره ای را برای تابلو برق ولتاژ پایین توصیه می کنند. برای ACBها در کاربردهای توزیع حیاتی، بازرسی و آزمایش سالانه با تعمیرات اساسی بیشتر - از جمله تعویض تماس و تمیز کردن کانال قوس - هر سه تا پنج سال یا پس از هر رویداد قطعی قابل توجهی توصیه می‌شود.
• نظارت بر سایش تماسی: کنتاکت های اصلی یک ACB با هر رویداد وقفه فرسایش می یابد و فرسایش تماس انباشته توانایی قطع کننده جریان های خطای بالا را به طور قابل اعتماد کاهش می دهد. اکثر ACB های مدرن شامل یک نشانگر سایش تماس مکانیکی یا یک شمارنده عملیات الکترونیکی هستند که تعداد وقفه های خطا را ردیابی می کند و به پرسنل تعمیر و نگهداری در هنگام نزدیک شدن به تعویض تماس هشدار می دهد.

مقایسه تولیدکنندگان پیشرو ACB برای توزیع ولتاژ پایین

بازار جهانی برای کلیدهای مدار فشار پایین هوا توسط چندین تولید کننده بزرگ ارائه می شود که محصولات آنها به طور گسترده در پروژه های توزیع صنعتی و تجاری مشخص شده است. درک اینکه چه چیزی این برندها را متمایز می کند به مهندسان برق و تیم های تدارکات کمک می کند تا تصمیمات آگاهانه ای اتخاذ کنند که عملکرد، پشتیبانی محلی و در دسترس بودن قطعات طولانی مدت را متعادل کند.

سری MasterPact MTZ اشنایدر الکتریک یکی از پیشرفته‌ترین پلتفرم‌های ACB موجود در حال حاضر را نشان می‌دهد، که دارای یک ماژول اینترنت اشیاء تعبیه‌شده است که نظارت مستمر در زمان واقعی بار حرارتی، سایش تماس و تاریخچه سفر را که مستقیماً از طریق EcoStruxure Power قابل دسترسی است، فراهم می‌کند. سری Emax 2 ABB عمق نظارت قابل مقایسه ای را از طریق اکوسیستم Ekip Connect ارائه می دهد و به ویژه به دلیل رتبه بندی Icw بالا و ضریب فرم فشرده در محدوده جریان بالا مورد توجه قرار می گیرد. مدار شکن های هوای زیمنس 3WL یک انتخاب قوی در کاربردهای صنعتی است که به عملکرد مقاوم در برابر اتصال کوتاه نیاز دارند، با رتبه بندی Icw تا 85 کیلو آمپر برای یک ثانیه و پلت فرم واحد سفر الکترونیکی مدولار که از ارتقاء میدانی مستقیم با تکامل الزامات حفاظتی سیستم پشتیبانی می کند. برای پروژه‌های بازارهای آسیایی، Chint Electric و Delixi پلت‌فرم‌های ACB با قیمت رقابتی را ارائه می‌کنند که استانداردهای IEC 60947-2 را برآورده می‌کنند و عملکرد مناسبی را برای برنامه‌های توزیع صنعتی استاندارد که در آن ویژگی‌های نظارت برتر مورد نیاز نیست، ارائه می‌دهند.