قطع کننده های مدار هوا چیست و چگونه می توان آن را مناسب انتخاب کرد؟

قطع کننده مدار هوا چیست و چگونه کار می کند

یک مدار شکن هوا (ACB) نوعی دستگاه حفاظت الکتریکی است که برای حمل، سوئیچ و محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر اضافه بار، اتصال کوتاه و خطاهای زمین در سیستم‌های توزیع برق ولتاژ پایین طراحی شده است - معمولاً آنهایی که در ولتاژهای تا 1000 ولت AC یا 1500 ولت DC کار می‌کنند. برخلاف قطع کننده های مدار قالبی (MCCB)، که واحدهای مهر و موم شده با قابلیت تنظیم محدود هستند، ACB ها دستگاه هایی با قاب باز هستند که برای کاربردهای جریان بالا از 630A تا 6300A ساخته شده اند و طیف گسترده ای از عملکردهای حفاظتی قابل تنظیم و قابلیت سرویس و نگهداری در میدان بدون تعویض را ارائه می دهند.

اصل عملکرد یک قطع کننده مدار هوا بر هوا به عنوان وسیله خاموش کننده قوس متکی است. هنگامی که بریکر در شرایط خطا کار می کند، کنتاکت های آن از هم جدا می شوند و یک قوس الکتریکی بین آنها تشکیل می شود. کانال قوس الکتریکی ACB - مجموعه ای از صفحات فلزی که برای تقسیم، خنک کردن و خاموش کردن قوس چیده شده اند - این قوس را با طولانی کردن آن، افزایش افت ولتاژ و اتلاف انرژی حرارتی آن تا زمانی که جریان جریان قطع شود، به سرعت خاموش می کند. این قطع قوس در هوا، ACB ها را از قطع کننده های مدار خلاء (که قوس ها را در یک قطع کننده خلاء قطع می کنند) و قطع کننده های SF6 (که از گاز هگزا فلوراید گوگرد استفاده می کنند) متمایز می کند، و ACB ها را به فناوری مطلوب برای کاربردهای توزیع اصلی در دسترس، قابل نگهداری و ولتاژ پایین تبدیل می کند.

کلیدهای مدار مدرن هوا مجهز به یک واحد سفر الکترونیکی (ETU) - یک رله محافظ مبتنی بر ریزپردازنده که در شکن تعبیه شده است - که به طور مداوم جریان را در تمام فازها و خنثی نظارت می کند و تصمیمات قطع را بر اساس منحنی های حفاظتی برنامه ریزی شده دقیق اجرا می کند. ETU مکانیسم‌های قدیمی تر سفر حرارتی-مغناطیسی را با دقت دیجیتال جایگزین می‌کند، منحنی‌های جریان زمان را ارائه می‌دهد که می‌توان بدون تعویض اجزا، اندازه‌گیری و ثبت جریان بی‌درنگ، و رابط‌های ارتباطی را برای ادغام در مدیریت ساختمان و سیستم‌های SCADA تنظیم کرد.

اجزای کلیدی داخل یک قطع کننده مدار هوا

درک معماری داخلی یک ACB به مهندسان کمک می کند تا این دستگاه ها را به درستی مشخص، راه اندازی و نگهداری کنند. مجموعه های عملکردی اصلی در یک قطع کننده مدار معمولی هوا عبارتند از:

• مخاطبین اصلی: نوک های تماس آلیاژ نقره یا مس و تنگستن که جریان بار کامل را به طور مداوم حمل می کنند. هندسه تماس برای مقاومت در برابر نیروهای الکترودینامیکی ایجاد شده توسط جریان های اتصال کوتاه بالا بدون جوش یا فرسایش بیش از حد طراحی شده است.
• مخاطبین قوس دار: مجموعه جداگانه‌ای از کنتاکت‌ها که قبل و بعد از تماس‌های اصلی ایجاد می‌شوند و تضمین می‌کنند که فرسایش قوس بر روی نوک‌های قوس‌دار به جای سطوح اصلی جریان‌دار رخ می‌دهد. این طراحی به طور قابل توجهی عمر عملیاتی شکن را افزایش می دهد.
• مجموعه ناودان قوسی: صفحات دییون - معمولاً فولاد یا آلیاژ مس - در یک پشته در بالای هر جفت تماس قرار گرفته اند. قوس توسط نیروهای فوران مغناطیسی به داخل لوله رانده می شود، به چند قوس کوتاه تر به صورت سری تقسیم می شود، به سرعت سرد می شود و خاموش می شود. طراحی ناودان قوسی عامل اصلی تعیین کننده ظرفیت شکست ACB است.
• مکانیسم عملیاتی: یک مکانیسم فنری با انرژی ذخیره شده که به صورت دستی یا از طریق یک موتور الکتریکی شارژ می شود، سپس انرژی را به صورت آنی آزاد می کند تا کنتاکت ها را باز یا بسته کند. طراحی انرژی ذخیره شده تضمین می کند که سرعت جداسازی تماس مستقل از تلاش اپراتور یا ولتاژ کنترل است و عملکرد قطع قوس ثابت را ارائه می دهد.
• واحد سفر الکترونیکی (ETU): ماژول حفاظت دیجیتال ترانسفورماتورهای جریان، مدارهای پردازش سیگنال و عملکردهای حفاظت قابل برنامه ریزی را در خود جای داده است. ETU ها در ACB های مدرن جریان واقعی RMS را اندازه گیری می کنند، شکل موج های مملو از هارمونیک را به طور دقیق تشخیص می دهند، و حفاظت طولانی مدت، کوتاه مدت، لحظه ای و زمین را به صورت استاندارد با نشت زمین اختیاری، قفل انتخابی منطقه (ZSI) و ماژول های تشخیص فلاش قوس ارائه می کنند.
• مکانیسم تخلیه (در انواع قابل برداشت): مجموعه قفسه‌ای که به ACB اجازه می‌دهد تا از پایه خود خارج شود و به موقعیت‌های ایزوله، آزمایش یا برداشته شود، بدون اینکه باسبار انرژی خود را قطع کند، و امکان تعمیر و نگهداری و آزمایش قطع کننده را بدون خاموش کردن برد توزیع فراهم می‌کند.

انواع کلیدهای مدار هوا و تنظیمات نصب آنها

قطع کننده های مدار هوا در دو پیکربندی نصب اولیه - ثابت و قابل برداشت - در دسترس هستند که هر کدام برای نیازهای عملیاتی و نگهداری متفاوت مناسب هستند.

قطع کننده مدار هوا ثابت

ACB های ثابت مستقیماً به شین های تابلو برق متصل می شوند و نمی توان آنها را از محل نصب خود بدون قطع و قطع منبع تغذیه جدا کرد. آنها گزینه کم‌هزینه‌تری هستند و برای تاسیساتی مناسب هستند که در آن‌ها بعید است که شکن نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر یا تعویض داشته باشد، یا جایی که می‌توان منبع را برای سرویس‌دهی بدون تاثیر عملیاتی قابل‌توجه قطع کرد. ACBهای ثابت معمولاً به عنوان قطع کننده های اصلی در تاسیسات صنعتی و تجاری کوچکتر و به عنوان تغذیه کننده خروجی در تابلوهای توزیع با پیچیدگی متوسط ​​استفاده می شوند.

قطع کننده مدار هوای قابل برداشت (Drawout).

ACB های قابل برداشت در پایه ای نصب می شوند که از طریق کنتاکت های ایزوله به شینه ها متصل می شود. بریکر را می توان در یک موقعیت ایزوله قرار داد - آن را از شینه ها جدا کرد در حالی که شینه را روشن نگه داشت - یا به طور کامل از پانل برای بازرسی، آزمایش یا تعویض خارج کرد. این پیکربندی برای زیرساخت‌های انرژی حیاتی که تداوم تامین اهمیت دارد، از جمله توزیع‌های اصلی بیمارستان، سیستم‌های برق مرکز داده، کارخانه‌های فرآیند صنعتی و پست‌های برق ضروری است. توانایی انجام تعمیر و نگهداری معمول، تست واحد سفر، و جایگزینی قطع کننده بدون وقفه در عرضه، مزایای عملیاتی قابل توجهی را فراهم می کند که هزینه سرمایه بالاتر طرح قابل برداشت را توجیه می کند.

جهت نصب افقی و عمودی

اکثر ACB ها برای نصب افقی با جریان جریان از پایین به بالا (جهت استاندارد) طراحی شده اند، اما انواع نصب عمودی برای تاسیساتی در دسترس هستند که محدودیت فضای پانل مستلزم قرار گرفتن شکن متفاوت است. تعیین و نصب ACB ها در جهتی که برای آن رتبه بندی شده اند بسیار مهم است - نصب ACB به صورت وارونه یا در یک زاویه نامشخص، توانایی کانال قوس را برای هدایت قوس به سمت بالا در صفحات دییون تغییر می دهد و به طور بالقوه ظرفیت شکستن را کاهش می دهد و مدت قوس را افزایش می دهد.

درک رتبه بندی ACB: جریان، ولتاژ و ظرفیت شکست

تفسیر صحیح و اعمال رتبه بندی های ACB برای نصب ایمن و سازگار اساسی است. جدول زیر پارامترهای کلیدی رتبه بندی و اهمیت عملی آنها را خلاصه می کند:

را جریان مقاومت کوتاه مدت (Icw) رتبه‌بندی مهمی برای ACB‌های درآمدی اصلی در سیستم‌هایی است که از همبستگی انتخابی منطقه استفاده می‌کنند. در یک طرح ZSI، ACB درآمدی عمداً پاسخ سفر خود را به تأخیر می اندازد تا به ACB تغذیه کننده پایین دستی اجازه دهد ابتدا یک عیب را برطرف کند و بیشتر سیستم توزیع را فعال نگه دارد. این تأخیر به این معنی است که دریافت کننده باید در طول مدت زمان خاموش شدن دستگاه پایین دست - معمولاً 100 تا 400 میلی ثانیه - جریان خطای کامل را بدون آسیب تحمل کند. بنابراین ACB با رتبه‌بندی Icw بالا برای تبعیض در سیستم‌های توزیع چند لایه پیچیده ضروری است.

عملکردهای حفاظتی ارائه شده توسط واحد سفر الکترونیکی

را electronic trip unit is the intelligence of a modern air circuit breaker, and understanding its protection functions is essential to commissioning an ACB correctly for the load and system it protects.

محافظت طولانی مدت (بیش از حد)

را long-time protection function (designated Ir برای تنظیم فعلی و tr برای تاخیر زمانی) حفاظت معکوس جریان اضافه زمان در برابر اضافه بارهای پایدار را فراهم می کند. آستانه جریان سفر Ir به عنوان مضربی از جریان نامی ETU تنظیم می شود (معمولاً از 0.4×In تا 1.0×In قابل تنظیم است)، و تأخیر زمانی tr تعیین می کند که چه مدت اضافه بار باید قبل از خاموش شدن باقی بماند. این عملکرد به صورت حرارتی مدل‌سازی شده است - اضافه بار مختصری تا 1.2×Ir ممکن است برای چند دقیقه تحمل شود، در حالی که اضافه بار سنگین در 6×Ir در عرض چند ثانیه قطع می‌شود و منحنی آسیب حرارتی کابل‌ها و تجهیزات متصل را به‌خوبی منعکس می‌کند.

حفاظت کوتاه مدت

حفاظت کوتاه مدت ( Isd و tsd ) برای جریان های خطا بالاتر از آستانه اضافه بار اما زیر آستانه لحظه ای، یک سفر اضافه جریان در زمان مشخص را ارائه می دهد. تأخیر زمانی عمدی tsd (معمولاً 0.1 تا 0.4 ثانیه، قابل انتخاب) به دستگاه‌های حفاظتی پایین‌دست اجازه می‌دهد ابتدا کار کنند و در حالی که مدار معیوب جدا شده است، منبع تغذیه را به مدارهای سالم حفظ کنند. این تابع اساس تبعیض (انتخابی) در سیستم های توزیع آبشاری است.

حفاظت لحظه ای

را instantaneous function ( دوم ) ACB را بدون تأخیر عمدی هنگامی که جریان از آستانه بسیار بالایی فراتر می‌رود - معمولاً 2×In تا 15×In - نشان می‌دهد که یک عیب پیچ‌دار است که باید فوراً برطرف شود تا از شینه و تجهیزات متصل در برابر آسیب‌های الکترودینامیکی و حرارتی محافظت شود. در افرادی که درآمد اصلی در طرح‌های ZSI دارند، عملکرد آنی ممکن است غیرفعال شود، به‌طوری‌که تمام پاک‌سازی جریان با خطای بالا توسط فیدر شکن‌ها انجام می‌شود. در ACB های فیدر، در صورتی که عملکرد کوتاه مدت نتواند عیب را برطرف کند، حفاظت آنی بک استاپ نهایی را فراهم می کند.

حفاظت از زمین و نشت زمین

حفاظت از خطای زمین، جریان باقیمانده (مجموع برداری تمام جریان‌های فاز و خنثی) و حرکت در هنگام تشخیص جریان خطای زمین بالاتر از یک آستانه تعیین شده را کنترل می‌کند. در سیستم های 3 سیم، یک روش تعادل هسته با استفاده از CT های سه فاز، تشخیص اولیه خطای زمین را فراهم می کند. در سیستم های 4 سیم با CT خنثی، اندازه گیری جریان باقیمانده حساس تر امکان پذیر است. ماژول‌های نشتی زمین اختیاری حساسیت خطای زمین را تا 300 میلی آمپر یا کمتر برای محافظت از پرسنل در محیط‌های پرخطر افزایش می‌دهند، که الزامات IEC 60947-2 و مقررات سیم‌کشی محلی را برآورده می‌کند.

نحوه انتخاب مدار شکن هوای مناسب برای سیستم شما

انتخاب مدار شکن هوا مستلزم ارزیابی سیستماتیک پارامترهای سیستم الکتریکی، الزامات حفاظتی و محدودیت های عملیاتی است. انجام مراحل زیر به ترتیب یک مشخصات کامل و قابل دفاع ACB تولید می کند:

• تعیین جریان نامی (In): جریان بار کامل مداری را که ACB محافظت می کند محاسبه کنید. یک ACB با جریان نامی برابر یا بیشتر از جریان بار کامل انتخاب کنید، سپس آستانه جریان طولانی مدت Ir ETU را برای مطابقت با جریان طراحی مدار تنظیم کنید. به سادگی بزرگترین ACB موجود را انتخاب نکنید - بزرگ کردن جریان نامی حساسیت حفاظتی کابل ها و تجهیزات متصل را کاهش می دهد.
• بررسی جریان اتصال کوتاه احتمالی (PSCC): حداکثر جریان خطای موجود در نقطه نصب ACB را محاسبه یا اندازه گیری کنید. ظرفیت شکست سرویس (ICS) ACB باید برابر یا بیشتر از این مقدار باشد. برای برنامه‌های درآمد اصلی، همچنین تأیید کنید که رتبه Icw ACB از PSCC برای مدت زمان مورد نیاز طرح ZSI بیشتر است.
• ولتاژ سیستم را تایید کنید: بررسی کنید که ولتاژ نامی ACB (Ue) برابر یا بیشتر از ولتاژ اسمی سیستم باشد، از جمله هرگونه تحمل ولتاژی که توسط مرجع تامین کننده تعریف شده است.
• پیکربندی ثابت یا قابل برداشت را انتخاب کنید: بحرانی بودن مدار و استراتژی نگهداری را ارزیابی کنید. ACB های قابل برداشت برای همه افراد درآمدی و کوپلرهای اتوبوس در تاسیسات حیاتی توصیه می شود. ACB های ثابت ممکن است برای موقعیت های فیدر خروجی در برنامه های کاربردی با بحرانی کمتر قابل قبول باشند.
• توابع ETU و رابط ارتباطی را مشخص کنید: تأیید کنید که کدام عملکردهای حفاظتی مورد نیاز است - به ویژه حساسیت زمین، نشت زمین، و سازگاری ZSI - و اینکه آیا ETU باید از طریق Modbus، Profibus، PROFINET یا پروتکل فیلدباس دیگری برای ادغام با سیستم مدیریت ساختمان یا کارخانه ارتباط برقرار کند.
• بررسی تبعیض با دستگاه های بالادستی و پایین دستی: از نرم افزار منحنی زمان-جریان سازنده برای تأیید اینکه ACB انتخاب شده به درستی با دستگاه های بالا و پایین آن در سلسله مراتب حفاظتی هماهنگ می شود، استفاده کنید و گزینش پذیری را در محدوده کامل سطوح جریان خطا از حداقل تا حداکثر PSCC فراهم می کند.

قطع کننده های مدار هوا نشان دهنده بالاترین سطح فناوری حفاظت از مدار ولتاژ پایین است که ترکیبی از طراحی مکانیکی قوی، حفاظت دیجیتال پیچیده و قابلیت های ارتباطی پیشرفته در یک دستگاه واحد است. تعیین صحیح آنها - با رتبه بندی جریان مناسب، ظرفیت شکست، پیکربندی ETU، و قالب نصب - تضمین می کند که سیستم توزیعی که آنها محافظت می کنند ایمنی، قابلیت اطمینان و قابلیت نگهداری را که زیرساخت های الکتریکی حیاتی در طول عمر عملیاتی آن نیاز دارد، ارائه می دهد.