حفاظت مدارهای امپدانس بالا در سیستم TN

در مقاله محاسبه جریان خطای زمین در سیستم TN به خطاهای با امپدانس بالا اشاره شد. همانطور که می دانید جریان خطای زمین با افزایش امپدانس حلقه خطا به شدت کاهش پیدا می کند. محدود شدن جریان خطا در این شرایط باعث عدم عملکرد تجهیزات حفاظت اضافه جریان در مدت زمان مشخص خواهد شد. به منظور رفع این مشکل چهار راه حل کلی وجود دارد:

1. نصب بریکر با سطح عملکرد لحظه ای یا مغناطیسی پائین تر به عنوان مثال \(2In\le Irm\le 4In\)
2. نصب تجهیزات جریان باقی مانده یا RCD
3. افزایش سطح مقطع هادی های PE یا PEN و یا هادی های فاز جهت کاهش امپدانس مدار
4. اضافه کردن هادی های هم پتانسیل یا هادی های تکمیلی جهت افزایش جریان خطا

در ردیف اول پیشنهاد شده تا از ادوات اضافه جریان مانند بریکرهای حساس استفاده شود. این بریکرها می توانند از سری کامپکت با یونیت تریپ G یا انواع بریکرهای مینیاتوری باشند. انتخاب نوع بریکر بر اساس جریان نامی، پارامترهای قابل تنظیم، سطح اتصال کوتاه و غیره انجام خواهد شد. بریکرهای تیپ G و تیپ B دارای بخش مغناطیسی بسیار حساسی بوده و جریان های بسیار کوچک را به صورت آنی قطع می کنند.

ردیف دوم به نصب انواع RCD در مدار اشاره می کند. ادوات جریان باقی مانده می توانند خطاهای بسیار کوچک را شناسایی کرده و مدار را بلافاصله قطع کنند. نصب RCD در برخی مدارها به صورت تکمیلی و در برخی مدارها به صورت الزامی است. شرایط نصب RCD به صورت کامل در بخش های قبلی شرح داده شد.

ردیف های 3 و 4 در خصوص هادی ها و افزایش جریان خطا بوده که در این قسمت بررسی نخواهند شد. در ادامه توضیحات ادوات معرفی شده جهت حفاظت در مدارهای با امپدانس بالا را مشاهده خواهید کرد.

بریکر NSX با واحد TM-G

با توجه به کاهش جریان خطا در مدارهای با امپدانس بالا باید از بریکر با سطح عملکرد لحظه ای یا مغناطیسی پائین استفاده کرد. عملکرد سریع بریکر به عنوان مثال در محدوده ی \(2In\le Irm\le 4In\) توسط دو نوع تریپ یونیت ممکن است. تریپ یونیت های الکترونیک و تریپ یونیت های سری TM-G توانایی قطع مدار در جریان های لحظه ای با مقادیر پائین و بین 2 تا 4 برابر جریان نامی را دارند.

تریپ یونیت های سری G با عنوان حفاظت ژنراتور شناخته می شوند. همانطور که می دانید امپدانس داخلی ژنراتور بالا بوده و سطح اتصال کوتاه تحویلی آن به شبکه پائین تر از منبع اصلی است. امپدانس بالا وجه مشترک ژنراتور و مدارهای طولانی بوده که باید مد نظر قرار بگیرد. تاکید می شود که استفاده از بریکر با سایز یا تریپ یونیت نامناسب به منظور حفاظت ژنراتور می تواند صدمات جدی در پی داشته باشد.

بریکرهای با یونیت تریپ سری G دارای حفاظت اضافه بار و اتصال کوتاه بوده و در شبکه های AC و DC قابل استفاده هستند. بخش اضافه بار تریپ یونیت سری G از نظر جریان قابل تنظیم بوده ولی از نظر زمان به صورت فیکس است. با توجه به ماهیت حرارتی و مغناطیسی تریپ یونیت های سری G، میزان جریان اضافه بار یا Ir آن ها از 0.7 تا 1 قابل انتخاب است. در تریپ یونیت های الکترونیک این بازه از 0.4 تا 1 می باشد. جریان Isd یا عملکرد کوتاه مدت سری G حدود 2 برابر جریان نامی تریپ یونیت است. در تصویر تریپ یونیت سری G با جریان 40 آمپر را مشاهده می کنید. میزان Ir این تریپ یونیت از 28 تا 40 آمپر قابل تنظیم بوده و Im آن به صورت فیکس و معادل 80 آمپر است.

تصویر 1: تریپ یونیت TM40G

بریکر Acti9 تیپ B

تجهیزات Acti9 اشنایدر در گروه فشار ضعیف و زیر گروه حفاظت و کنترل الکتریکی قرار دارند. ادوات سری 9 در گروه های بسیار متنوعی برای استفاده در تاسیسات ساختمانی و صنعتی تولید شده اند. از تجهیزات سری 9 می توان به تابلوها، بریکرهای مینیاتوری، دستگاه های جریان باقی مانده، حفاظت در برابر اضافه ولتاژ یا سرج، دستگاه تشخیص آرک و ادوات ساخت مدارهای خودکار مانند رله ها، کنتاکتورها، تجهیزات اندازه گیری، ارتباطی و غیره اشاره کرد.

به منظور مشاهده ی بریکرهای کوچک یا مینیاتوری یا M.C.B: Miniature Ciricuit Breaker باید وارد صفحه ی تجهیزات حفاظت و کنترل الکتریکی از وب سایت اشنایدر الکتریک شوید. سمت چپ یک منو برای فیلتر کردن محصولات وجود دارد. جهت تعیین خانواده ی بریکرهای کوچک یا مینیاتوری باید گزینه ی Acti9 Miniature Circuit Breakes-MCBs را انتخاب کنید. بریکرهای مینیاتوری اشنایدر جهت حفاظت اضافه جریان به شکل اتصال کوتاه و اضافه بار تا جریان نامی 125 آمپر ساخته می شوند. برخی از بریکرهای محافظ موتور نیز در گروه مینیاتوری ها دسته بندی شده اند.

برای بررسی محصولات هر زیر شاخه باید روی عنوان آن کلیک کنید. به عنوان مثال جهت مشاهده ی لیست بریکرهای مینیاتوری تا 40 آمپر و لوازم وابسته به آن ها کافی است گزینه ی Acti9 iC40 را انتخاب کنید. این گروه از بریکرها تا جریان نامی 40 آمپر و به شکل های مختلف از نظر تعداد پل، تیپ، فانکشن های حفاظتی، قدرت قطع و غیره ساخته می شوند. لوازم وابسته به این گروه شامل واحدهای اضافی جریان باقی مانده، دستگاه های تشخیص آرک، دستگاه های حفاظتی بدون سیم، کنتاکت های کمکی، سنسورهای انرژی، باسبار و غیره هستند.

در تصویر یک بریکر منیاتوری سه فاز + نول با جریان نامی 40 آمپر و تیپ B را مشاهده می کنید. این بریکر قدرت قطع 6 کیلو آمپر طبق استاندارد IEC/EN60898-1 و 10 کیلو آمپر طبق استاندارد IEC/EN 60947-2 را دارد. از مزایای بریکر زیر می توان به کاهش فضای نصب، حفاظت اضافه بار، حفاظت اتصال کوتاه، بخش نمایش تریپ، قابلیت اضافه کردن واحدهای کمکی و غیره اشاره کرد. واحدهای کمکی مانند جریان باقی مانده، تشخیص آرک، موتور، بوبین و غیره به راحتی از طرفین به این بریکر متصل می شوند.

تصویر 2: بریکر مینیاتوری 40 آمپر تیپ B

اپلیکیشن بریکر فوق به شکل توزیع یا Distribution بوده و در مدارهای سه فاز و چهار سیمه استفاده می شود. تعداد پل های حفاظتی در این بریکر 3 عدد بوده و کنتاکت نول فاقد بخش حفاظتی است. واحد تریپ مغناطیسی تیپ B طبق استاندارد EN/IEC60898-1 در محدوده ی 3 تا 5 برابر جریان نامی عمل می کند. در استاندارد EN/IEC60947-2 این مقدار به شکل \(4\times I_n\ \pm 20\%\) تعریف شده است. با توجه به موارد شرح داده شده می توان گفت که محدوده ی عملکرد بخش مغناطیسی بریکر فوق حدود 120 تا 200 آمپر خواهد بود.

ماژول Vigi NG125

استفاده از دستگاه جریان باقی مانده روش بعدی برای حفاظت مدارهای با امپدانس است. دستگاه جریان باقی مانده یا RCD دارای ترانس کوربالانس داخلی یا خارجی بوده و تمام هادی های برقدار مدار را کنترل می کند. اشنایدر الکتریک در بخش 5.4.2 فصل دوم پیشنهاد می کند تا RCD سری Vigi NG 125 را در مدار های با امپدانس بالا نصب کنید. برای بررسی اطلاعات این ماژول می توان به وب سایت اشنایدر مراجعه کرد. با انتخاب گزینه ی Acti9 Residual Curent Devices-RCDs در صفحه ی حفاظت و کنترل الکتریکی، تمام دستگاه های جریان باقی مانده ی این خانواده نمایش داده می شود.

ماژول Vigi NG 125 یکی از گزینه های موجود در بخش RCD ها است. این ماژول جهت اتصال به بریکرهای Acti9 NG125 با جریان نامی تا 125 آمپر طراحی شده است. بریکرهای  Acti9 NG125 در چهار گروه 16، 25، 36 و 50 کیلو آمپر با جریان نامی 10 تا 125 به صورت 1 تا 4 پل ساخته می شوند. این بریکرها از گروه مینیاتوری محسوب شده و دارای سه منحنی B، C و D هستند. در تصویر بریکر NG125a به صورت 3 پل با منحنی C و قدرت قطع 16 کیلو آمپر را مشاهده می کنید. بریکر زیر طبق استاندارد IEC/EN60947-2 به منظور جداسازی یا isolation استفاده شده و دارای حفاظت اضافه جریان به شکل اضافه بار و اتصال کوتاه است. بخش مغناطیسی این بریکر در 8.5 برابر جریان نامی به صورت آنی عمل خواهد کرد.

تصویر 3: بریکر 125 آمپر تیپ C با قدرت قطع 16 کیلو آمپر

ماژول Vigi NG 125 جهت تشخیص جریان باقی مانده به شکل دو، سه و چهار پل در دو رنج 63 و 125 آمپر تولید می شود. این ماژول در کنار بریکر Acti9 NG125 قرار گرفته و حفاظت جریان باقی مانده را به آن اضافه می کند. ماژول Vigi NG به صورت add-on device بوده و فرمان تریپ را به صورت مکانیکی صادر می کند.

در تصویر یک ماژول earth leakage سری 125 آمپر به صورت سه پل با جریان عامل 30 میلی آمپر را مشاهده می کنید. این ماژول در کنار یک بریکر سه فاز قرار گرفته و از نظر الکتریکی و مکانیکی به آن متصل می شود. در نظر داشته باشید که ماژول های سه پل فقط در مدارهای سه فاز و بدون نول قابل نصب هستند. در مدارهای چهار سیمه باید از بریکر و ماژول 3 فاز + نول استفاده گردد. قسمت الکتریکی این ماژول مربوط به مدار قدرت است. در واقع این ماژول با بریکر قدرت به شکل سری قرار می گیرد. سه فاز ورودی ابتدا به بریکر متصل شده و خروجی آن وارد Vigi NG خواهد شد. در ماژول Vigi NG ترمینال هایی تعبیه شده است که مدار خروجی را تغذیه می کند. این ماژول از نظر مکانیکی نیز به بریکر متصل شده و در صورت رخ دادن جریان نشتی باعث قطع آن می شود. ماژول های Add-on فاقد کنتاکت برای قطع مدار قدرت بوده و فقط صادر کننده ی فرمان تریپ هستند.

تصویر 4: ماژول Vigi NG125-3P-125A-30mA

جریان عامل دستگاه Vigi NG 125 از 30 تا 3000 میلی آمپر در تیپ های A، A-SI و AC قابل انتخاب است. ماژول Vigi NG 125 از نظر تنظیمات جریانی و زمانی به شکل های زیر ساخته می شود:

• جریان فیکس و زمان عملکرد آنی
• جریان فیکس و زمان عملکرد سلکتیو یا تیپ S
• قابل تنظیم به صورت آنی و سلکتیو
• قابل تنظیم به صورت آنی، سلکتیو و تاخیر زمان

در تصویر زیر یک ماژول 4 پل برای نصب در مدارهای سه فاز + نول را مشاهده می کنید. این ماژول باید کنار یک بریکر سه فاز + نول نصب شود. حساسیت نشتی جریان در این مدل از 30 تا 3000 میلی آمپر قابل تنظیم است. زمان تاخیر ماژول برای صدور فرمان تریپ می تواند صفر، 60 یا 150 میلی ثانیه باشد. ماژول مورد نظر از گروه SI یا فوق ایمن و وابسته به ولتاژ است. همانطور که قبلا شرح داده شد، RCD های تیپ SI دارای منحنی پاسخ فرکانسی خاصی هستند که برای جلوگیری از تریپ بی مورد هنگام وجود جریان نشتی با فرکانس بالا و غیر خطرناک طراحی شده است.

تصویر 5: ماژول Vigi NG125-4P-63A-300-3000mA

در پلاک و کاتالوگ شرکت سازنده اطلاعات بسیار مهم دیگری وجود دارد که باید به آن ها توجه کنید. برخی از این اطلاعات عبارتنداز:

• جهت نصب: ماژول باید در خروجی بریکر نصب شده و اتصال اشتباه به آن آسیب می رساند.
• فرکانس شبکه: برخی از ماژول ها فقط برای کار در شبکه های 50 یا 60 هرتز طراحی شده اند.
• ولتاژ نامی
• ولتاژ عایقی
• ولتاژ ایمپالس
• جدا کردن تجهیز هنگام تست های عایقی یا دی الکتریک
• شرایط محیطی و آلودگی ها

بریکر Vigicompact

بریکرهای مینیاتوری و ماژول های مرتبط به آن ها از نظر پارامترهای الکتریکی محدود هستند. با افزایش جریان نامی، قدرت قطع، جریان نشتی و غیره دیگر نمی توان از خانواده ی مینیاتوری ها استفاده کرد. در سطوح بالاتر تاسیسات ساختمانی و تاسیسات صنعتی به بریکرهای قوی تری نیاز است. سطح بعدی بریکرها با عنوان M.C.C.B یا بریکر های کامپکت یا M.C.C.B: Molded Case Circuit Breaker شناخته می شوند.

بریکرهای کامپکت نیز دارای تجهیزات مکمل هستند تا تمام نیازهای بخش صنعت از جمله حفاظت در برابر نشتی جریان را پوشش دهند. یونیت تریپ و ماژول های کمکی متنوعی جهت شناسایی جریان باقی مانده و خطای زمین در خانواده ی بریکرهای کامپکت وجود دارد. در نظر داشته باشید که به منظور تشخیص جریان باقی مانده باید از ترانس کوربالانس به شکل داخلی یا خارجی استفاده شود. همانطور که در مقاله حفاظت در برابر آتش سوزی الکتریکی شرح داده شد، روش تشخیص خطای زمین یا جریان باقی مانده متفاوت است.

در مقاله محاسبه جریان خطای زمین در سیستم TN به یک بریکر خاص با عنوان Vigicompact جهت نصب در مدارهای با امپدانس بالا اشاره شد. طبق تصویر این بریکر کامپکت سه پل دارای ماژول Vigi جهت شناسایی جریان باقی مانده است. ماژول فوق در قسمت خروجی بریکر نصب شده و فرمان تریپ را به صورت مکانیکی صادر می کند. ماژول Vigi تنها جهت تشخیص جریان باقی مانده استفاده شده و قابلیت صدور فرمان هنگام رخ دادن اضافه بار و اتصال کوتاه را ندارد. حفاظت اضافه جریان بر عهده ی یونیت تریپ اصلی بریکر بوده و می تواند به شکل حرارتی-مغناطیسی یا الکترونیک انتخاب شود.

در ماژول Vigi از ترانس کوربالانس استفاده شده و تیپ آن قابل انتخاب است. روی پنل Vigi دکمه هایی برای تست و ریست و دیال هایی برای تنظیم زمان و جریان عامل وجود دارد. با تنظیم زمان و جریان عامل می توان بهترین هماهنگی را بین این بریکر و ادوات حفاظتی بالادست و پائین دست آن ایجاد کرد.

در این نمونه جریان عامل از 30 میلی آمپر تا 10 آمپر قابل تنظیم است. به صورت کلی می توان این ماژول را بر اساس موقعیت نصب و شرایط تاسیسات با جریان عامل تا 30 آمپر انتخاب کرد. بازه ی قابل تنظیم زمان تاخیر در این نمونه از 0 تا 310 میلی ثانیه است.

تصویر 6: بریکر Vigicompact

ماژول های 3 پل و 4 پل به صورت add-on یا جداگانه نیز ارائه می شوند. این ماژول ها بر اساس نوع بریکر کامپکت انتخاب شده و در قسمت خروجی آن مونتاژ می شوند. به عنوان مثال در تصویر یک ماژول VigiPacT چهار پل با جریان عامل 30 میلی آمپر تا 30 آمپر را مشاهده می کنید. این ماژول جهت اتصال به بریکر 250 آمپر 4 پل NSX قدیمی و نسل جدید طراحی شده و در شبکه 200 تا 440 ولت AC قابل استفاده است. بازه ی زمان تاخیر در این مدل از 0 تا 4 ثانیه می باشد. از مزایای این ماژول می توان به نصب سریع و راحت، کاهش حجم سیم بندی، عدم اشغال فضای ادوات داخلی، تغذیه داخلی و غیره اشاره کرد. ماژول VigiPacT به صورت داخلی تغذیه شده و حتی با دو فاز می تواند کار کند.

تصویر 7: ماژول VigiPacT چهار پل و 250 آمپر