کلید مینیاتوری چیست؟

کلید مینیاتوری یا MCB اولین عضو از بریکرهای فشار ضعیف است. عبارت M.C.B مخفف Miniature Circuit Breaker بوده و به بریکرهای کوچک اشاره می‌کند. توصیه می‌شود به جای کلید از اصطلاح بریکر مینیاتوری استفاده شود. بریکرهای مینیاتوری از نظر ابعاد و تعداد پل به صورت استاندارد ساخته می‌شوند. طبق استاندارد IEC60898-1:2019 این بریکرها دارای حداکثر ولتاژ فاز با فاز 440 ولت و حداکثر جریان 125 آمپر هستند. در استاندارد فوق، یک کلید مینیاتوری از نظر فرکانس می‌تواند 50، 60 یا 60/50 هرتز باشد.

قدرت قطع کلید مینیاتوری

قدرت قطع کلیدهای مینیاتوری بسیار محدود و حداکثر 25 کیلو آمپر است. حداکثر قدرت قطع ممکن است در چند استاندارد مختلف بیان شود. به عنوان مثال در تصویر یک کلید مینیاتوری C2 نوآرک با قدرت قطع 10 کیلو آمپر را مشاهده می کنید. این قدرت قطع طبق استاندارد IEC60898-1 است. در کنار بریکر یک جدول دیگر طبق استاندارد IEC60947-2 نیز وجود دارد. در این استاندارد قدرت قطع در ولتاژ 400/230 به 15 کیلو آمپر می‌رسد.

تصویر 1 بریکر10 کیلو نوآرک

کلیدهای مینیاتوری برای محیط های آلوده‌ی درجه 2 و گروه بندی اضافه ولتاژ III طراحی شده اند. این بریکرها بدون نیاز به سرویس و نگهداری بوده و بهره برداری از آن‌ها توسط افراد عادی صورت می‌گیرد. استاندارد بریکرهای مینیاتوری شامل بریکرهای جریان باقی مانده، محافظ موتور و بریکرهای قابل تنظیم نمی شود. این اطلاعات در نسخه‌ی دیگر استاندارد IEC شرح داده شده است.

کلید مینیاتوری یک سوئیچ مکانیکی بوده که می‌تواند جریان نرمال و جریان خطا را وصل کرده، از خود عبور داده و قطع کند. مینیاتوری جهت حفاظت مدارهای نهایی در برابر اضافه جریان ساخته شده است. اضافه جریان به معنی عبور جریان از مقدار نرمال یا نامی مدار است. اضافه جریان شامل دو بخش اضافه بار و اتصال کوتاه می‌شود.

کلید مینیاتوری دارای دو بخش حفاظت در برابر اضافه بار و حفاظت در برابر اتصال کوتاه است. حفاظت اضافه بار توسط بخش حرارتی یا دو فلزی انجام می‌شود. این تجهیز جهت حفاظت در برابر اتصال کوتاه به واحد مغناطیسی مجهز شده است.

انواع کلید مینیاتوری در بازار با عنوان‌های دیگری مانند فیوز مینیاتوری، کلید مینیاتوری، کلید فیوز مینیاتوری، کلید اتوماتیک MCB، کلید MCB و غیره شناخته می‌شوند.

اجزای داخلی کلید مینیاتوری

کلید مینیاتوری یک سوئیچ مکانیکی مجهز به رها کننده‌ی اضافه جریان است. اجزای داخلی MCB ها با نظم خاصی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند تا عمل قطع و وصل به همراه حفاظت را انجام دهند. بریکرهای مینیاتوری در مدل‌های یک تا چهار پل ساخته می‌شوند. بریکرهای چند پل از ترکیب مدل‌های حفاظتی، بدون حفاظت و نول ساخته می‌شوند.

در این قسمت اجزای یک پل حفاظتی بریکر مینیاتوری بررسی می‌شود. بریکرهای چند پل حفاظتی، از ترکیب پل‌های جداگانه ساخته می‌شوند. این پل‌ها در کنار یکدیگر قرار گرفته و از بخش اهرم قطع و وصل و یک میله ی تریپ با یکدیگر مرتبط می‌شوند. هر پل حفاظتی می‌تواند مدار را در برابر اضافه جریان حفاظت کند. با رخ دادن اضافه جریان در هادی متصل شده به هر فاز، پل حفاظتی آن را قطع کرده و فرمان تریپ به دیگر پل‌ها را صادر می کند. با استفاده صحیح از بریکرهای چند پل می توان تمام هادی‌های تغذیه کننده‌ی مدار را هنگام رخ دادن خطا، قطع کرد. در تصویر اجزای داخلی کلید مینیاتوری را مشاهده می‌کنید. نقش هر یک از این اجزا در ادامه بررسی شده است.

تصویر 2 اجزای پل حفاظتی کلید مینیاتوری

بدنه یا قاب

اجزای داخلی بریکر توسط محفظه یا قاب در کنار یکدیگر نگه داشته می‌شوند. قاب بریکر دارای چند نقش مهم دیگر نیز می باشد. از وظایف مهم قاب کلید مینیاتوری می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ایجاد شرایط نصب روی ریل‌های استاندارد
• ایجاد شرایط اتصال هادی‌های ورودی و خروجی به بریکر
• جلوگیری از تماس با بخش‌های برقدار
• جلوگیری از نفوذ اجسام خارجی به داخل بریکر
• جلوگیری از خارج شدن آرک به محیط پیرامون
• عدم شعله ور شدن و جلوگیری از انتشار آتش سوزی و غیره

بریکر یا کلید مینیاتوری یک پل اصطلاحا یک ماژول بوده و عرض آن 18 میلی متر است. بریکرهای چند پل از ترکیب بریکرهای یک پل با ابعاد استاندارد ساخته می شوند. به عنوان مثال بریکر دو پل از دو ماژول 18 میلی متر تشکیل شده و عرض آن 36 میلی متر خواهد بود. به همین ترتیب بریکرهای سه و چهار پل دارای عرض 54 و 72 میلی متر هستند.

هر بریکر یک پل دارای محفظه یا قاب مجزای خود بوده و از طریق چند قسمت با پل های دیگر مرتبط می‌شود. ارتباط پل‌ها از طریق میله‌ی تریپ، اهرم قطع و وصل و بخش‌های نگهدارنده برقرار خواهد شد. در تصویر یک کلید مینیاتوری سه فاز C25 را مشاهده می‌کنید. این بریکر از سه بریکر تکفاز تشکیل شده که در کنار یکدیگر قرار دارند. هر سه پل این بریکر به صورت حفاظتی بوده و برای نصب در مدارهای چند فاز طراحی شده است.

قست پائین قاب به نحوی طراحی شده است تا بریکر روی ریل‌های استاندارد مانند DIN35 قرار بگیرد. نصب کلید مینیاتوری روی ریل اغلب بدون ابزار انجام شده و نیازی به پیچ‌های اضافی ندارد. دو سمت قاب بریکر ممکن است چند محفظه وجود داشته باشد که با درپوش، بسته شده باشند. این قسمت ها برای اتصال ادوات جانبی از طرفین بریکر تعبیه شده اند. برای استفاده از انواع بوبین و کنتاکت‌ها باید این درپوش‌ها برداشته شوند.

تصویر 3 بریکر مینیاتوری از نمای روبرو و بغل

ترمینال ها

هر پل بریکر دارای دو ترمینال مجزا است. یکی از این ترمینال ها برای ورودی و دیگری برای خروجی در نظر گرفته شده اند. با اتصال هادی برقدار به ترمینال ورودی و اتصال بار به ترمینال خروجی می توان از کلید مینیاتوری استفاده کرد. اتصال هادی های ورودی و خروجی بریکر مینیاتوری بر اساس تعداد پل و شرایط مدار تعیین می شود. به عنوان مثال در مدارهای تکفاز می توان از بریکر یک پل و یک پل+نول استفاده کرد. در این شرایط حتما باید به ترمینال ورودی و خروجی و نوع آن توجه شود. به زبان ساده تر باید هادی فاز به ترمینال ورودی پل حفاظتی و هادی نول به ترمینال پل نول متصل گردد.

ترمینال‌ها می توانند دارای شرایط مختلف برای اتصال هادی و جلوگیری از تماس مستقیم باشند. برخی از ترمینال‌ها دارای دو بخش مجزا برای اتصال شینه‌های مخصوص و هادی‌های گرد مانند سیم و کابل هستند. بریکرهای مینیاتوری حداکثر تا 125 آمپر ساخته شده و دارای ظرفیت محدودی برای اتصال هادی ها هستند. در تصویر چند نوع ترمینال در بریکرهای مینیاتوری را مشاهده می کنید.

تصویر 4 ترمینال بریکرهای مینیاتوری از سمت چپ تکفاز، وسط یکفاز+نول تک ماژول و سمت راست سه فاز

بخش حرارتی

سیستم دوفلزی یا بی متال یکی از روش‌های پرکاربرد جهت تشخیص اضافه بار و تبدیل آن به فرمان الکتریکی یا مکانیکی است. در این روش دو فلز غیر هم نام با ضریب انبساطی مختلف به یکدیگر پرس شده و در مدار قدرت قرار داده می شوند. بی متال ممکن است به صورت مستقیم در مسیر جریان نبوده و سیم حامل جریان اطراف آن پیچیده شده باشد. با افزایش جریان میزان گرمای تولیدی افزایش پیدا کرده و بخش دو فلزی شروع به خم شدن می کند. سرعت و میزان خم شدن فلزها به دمای محیط و میزان جریان عبوری بستگی دارد. رابطه‌ی بین جریان عبوری و زمان عکس العمل بخش حرارتی به صورت زمان-معکوس است.

سیستم‌های دو فلزی یا بی متال به صورت مجزا یا ترکیب شده با ادوات دیگر ساخته می شوند. در تجهیزات حفاظتی از خم شدن بخش دو فلزی جهت تغییر وضعیت کنتاکت فرمان یا صدور فرمان قطع استفاده می‌شود. صدور فرمان مکانیکی اغلب در بریکرها انجام شده و باعث آزاد شدن نیروی فنر قطع خواهد شد.

منحنی زمان-معکوس بین جریان عبوری و سرعت خم شدن بخش دو فلزی با توجه به نوع کاربری آن مشخص می‌شود. به عنوان مثال ضریب انبساط بخش دو فلزی بریکرهای معمولی با بخش فلزی بی متال و بریکر محافظ موتور یکسان نیست. بریکرهای معمولی مانند مینیاتوری و کامپکت برای حفاظت هادی ها بوده که تحمل حرارتی بیشتری نسبت به سیم پیچ موتور دارند. این نوار با افزایش جریان، خم شده و فرمان قطع را صادر می کند.

در تصویر اجزای بخش حرارتی یا حفاظت اضافه بار یک کلید مینیاتوری را مشاهده می‌کنید. بی متال از قسمت ثابت به ترمینال بریکر متصل شده و جریان وارد آن می شود. با توجه به حرکت بخش دو فلزی، سمت دیگر آن توسط یک سیم قابل انعطاف به کنتاکت متحرک بریکر متصل می‌گردد. با این روش بی متال در مسیر اصلی جریان قرار خواهد گرفت.

تصویر 5 بخش دو فلزی کلید مینیاتوری به همراه اتصال قابل انعطاف به کنتاکت متحرک

در مکانیزم دو فلزی یک پیچ برای کالیبره کردن آن وجود دارد. کالیبره کردن بخش دو فلزی طبق الزامات خاصی در شرکت سازنده و در دما و جریان مشخصی صورت می‌گیرد. هرگونه تغییر در قسمت دوفلزی باعث خارج شدن عملکرد آن از حالت استاندارد می‌شود. پیچ کالیبره اغلب در دسترس نبوده و وضعیت نهایی آن پس از کالیبراسیون توسط رنگ مشخص می شود.

بخش مغناطیسی کلید مینیاتوری

در قسمت‌های قبلی تفاوت جریان اضافه بار و اتصال کوتاه شرح داده شد. بخش اضافه بار دارای تاخیر زمانی بوده و در بریکرهای مینیاتوری توسط بخش دوفلزی انجام می‌شود. جریان اتصال کوتاه دارای انرژی بسیار بالایی بوده و باید به سرعت شناسایی و قطع شود. همانطور که می دانیم یک سیم حامل جریان، تولید کننده‌ی میدان مغناطیسی است. شدت این میدان به پارامترهای مختلفی از جمله جریان عبوری از هادی بستگی دارد.

با توجه به جریان بالای خطای اتصال کوتاه می توان برای شناسایی آن از تبدیل میدان مغناطیسی به حرکت مکانیکی استفاده کرد. برای استفاده از میدان مغناطیسی باید آن را متراکم کنید. این کار با پیچیاندن سیم یا تشکیل بوبین انجام می شود. در مرکز این بوبین یک اهرم وجود داشته که صادر کننده ی فرمان قطع به مکانیزم بریکر است.

بخش حفاظت اتصال کوتاه در کلید مینیاتوری به صورت مغناطیسی صورت می‌گیرد. کویل مغناطیسی در مسیر اصلی عبور جریان وجود داشته و می‌تواند در صورت رخ دادن خطا، فرمان قطع را صادر کند. سطح مقطع و تعداد دور بوبین اتصال کوتاه به جریان نامی و تیپ حفاظتی آن بستگی دارد. در تصویر رها کننده‌ی مغناطیسی کلید مینیاتوری را مشاهده می‌کنید.

تصویر 6 بوبین یا رهاکننده ی مغناطیسی بریکر مینیاتوری با تیپ و جریان های مختلف

کنتاکت

هر پل کلید مینیاتوری دارای مجموعه ای از قطعات برای قطع و وصل جریان است. این مجموعه قطعات اصطلاحا کنتاکت قدرت نام دارد. کنتاکت از بخش‌های مختلفی مانند پلاتین ثابت، پلاتین متحرک، فنر، مکانیزم قطع و وصل و غیره تشکیل شده است. کنتاکت قدرت در بریکرها دارای دو حالت کلی قطع و وصل است.

عمل قطع و وصل می‌تواند به صورت دستی، خودکار یا توسط ادوات جانبی صورت بگیرد. کنتاکت باید در حالت قطع یا باز، پایداری کافی در مقابل اضافه ولتاژها را داشته باشد. در این حالت اصطلاحا جداسازی از منبع صورت می گیرد. کنتاکت باز باید یک فاصله ی هوایی ایمن را ایجاد کند. فاصله ی هوایی بین کنتاکت ها به نوع تجهیز، استاندارد و میزان اضافه ولتاژهای ممکن بستگی دارد. کنتاکت بسته باید رفتاری دقیقا برعکس کنتاکت باز داشته باشد. یک کنتاکت وصل یا بسته باید حداقل مقاومت را داشته و جریان را به خوبی از خود عبور دهد. عبور جریان نرمال نباید باعث افزایش حرارت در کنتاکت بسته شود.

مکانیزم بریکر با پل حفاظتی به صورتی طراحی شده که همواره یک نیروی فنر برای قطع کنتاکت بسته وجود داشته باشد. این نیرو با دریافت فرمان، بلافاصله کنتاکت را در حالت قطع قرار می‌دهد. عمل قطع می‌تواند به صورت دستی و توسط اهرم روی بریکر انجام شود. اهرم روی بریکر آزاد کننده‌ی نیروی ذخیره شده در فنر برای قطع کنتاکت است.

همانطور که شرح داده شد؛ جریان خطا در بریکرهای مینیاتوری توسط رها کننده‌های حرارتی-مغناطیسی شناسایی می‌شود. رها کننده‌ها یک فرمان خودکار و بدون دخالت انسان صادر کرده و کنتاکت را در حالت قطع قرار می‌دهند. قطع کنتاکت‌ها در حالت خودکار نیز توسط نیروی ذخیره شده در فنر صورت می‌گیرد.

محفظه آرک

قطع و وصل کنتاکت حامل جریان تولید کننده‌ی قوس یا آرک الکتریکی است. هرچقدر میزان جریان عبوری از کنتاکت بیشتر باشد، شدت قوس تولید شده نیز بیشتر خواهد بود. قوس الکتریکی هنگام جدا شدن کنتاکت بسیار بیشتر از قوس ناشی از بسته شدن آن است. در شرایط خطا مانند اتصال کوتاه، شدت این قوس به حداکثر حالت ممکن خواهد رسید. میزان جریان خطا و آرک ناشی از آن به محل نصب بریکر، جریان در دسترس و نوع خطا بستگی دارد. قوس الکتریکی می‌تواند پیامدهای زیادی مخصوصا آثار حرارتی ایجاد کند. قوس الکتریکی باید در کوتاه ترین فرصت خاموش شده و آثار مخرب آن کنترل شود.
یکی از ساده ترین روش‌های خاموش کردن قوس در بریکرهای معمولی، استفاده از محفظه‌ی آرک یا Arc chamber است. این مدل در بریکرهایی استفاده می‌شود که کنتاکت های آن‌ها در هوا قطع و وصل می‌شوند. محفظه‌ی آرک از چندین صفحه‌ی فلزی تشکیل شده که دارای فاصله‌ی هوایی نسبت به یکدیگر هستند. این صفحه ها باعث تقسیم آرک به بخش های کوچک تر، کاهش ولتاژ، کاهش دما و در نهایت خاموش شدن آن می‌شوند.

تصویر 7 عمکرد محفظه آرک و کنتاکت متحرک

در تصویر چند Arc chamber یا محفظه‌ی آرک را مشاهده می‌کنید. هر پل حفاظتی بریکر دارای یک محفظه ی آرک مجزا است. این محفظه ها از سمت چپ مربوط به دو عدد بریکر مینیاتوری، یک بریکر کامپکت و یک بریکر محافظ موتور هستند.

تصویر 8 محفظه های آرک از سمت چپ بریکر های مینیاتوری، بریکر کامپکت و بریکر محافظ موتور

اهرم قطع و وصل و خصوصیت های آن

کلید مینیاتوری به منظور قطع و وصل دستی و قطع خودکار طراحی شده است. وصل بریکر توسط اهرم روی آن صورت می گیرد. این اهرم باعث بسته شدن کنتاکت و ذخیره شدن نیرو در فنر قطع خواهد شد. وصل بریکر می‌تواند به صورت دستی و یا توسط مکانیزم موتوری صورت بگیرد. در هر دو حالت، اهرم روی کلید مینیاتوری به سمت بالا هدایت می‌شود. برای قطع دستی می‌توان از همین اهرم استفاده کرد. کافی است اهرم را به سمت پائین هدایت کنید. با این کار نیروی فنر آزاد شده و کنتاکت قطع می‌شود.

قطع خودکار کلید مینیاتوری توسط رها کننده‌های حرارتی-مغناطیسی صورت می‌گیرد. این بخش نیز باعث رها شدن نیروی فنر و قطع کنتاکت خواهد شد. اهرم قطع و وصل یک لینک مکانیکی با مکانیزم کنتاکت دارد. با قطع شدن کنتاکت به صورت خودکار، اهرم روی بریکر نیز در حالت قطع قرار می‌گیرد.

بریکرهای استاندارد دارای مکانیزم قطع و وصل مستقل از اهرم هستند. به عبارت دیگر اگر بریکر در حالت اتصال کوتاه بسته شود، کنتاکت بدون در نظر گرفتن وضعیت اهرم به حالت قطع باز می‌گردد. در این بریکر نگه داشتن اهرم در حالت وصل تاثیری روی بازگشت کنتاکت‌ها به حالت قطع نخواهد داشت.

حالت قطع و وصل بریکر مینیاتوری به شکل‌های مختلفی نمایش داده می‌شود. در ساده ترین حالت از عبارت های On یا 1 و Off یا 0 روی اهرم استفاده می‌شود. اهرم با قرارگیری در حالت‌های قطع و وصل، عبارت های فوق را نمایش می‌دهد. برخی بریکرها دارای یک نشانگر رنگی مجزا نیز هستند. این نشانگر دارای رنگ سبز برای حالت قطع و رنگ قرمز برای حالت وصل است. نشانگر سبز و قرمز نشان دهنده‌ی وضعیت تریپ نیست. به عبارت دیگر از طریق این نشانگر نمی‌توان عملکرد دستی یا خودکار را تشخیص داد.

برخی بریکرها دارای یک نشانگر سفید و قرمز هستند. در صورتی که بریکر به صورت دستی قطع و وصل شود، وضعیت نشانگر سفید بوده و تغییری نخواهد کرد. در صورت رخ دادن خطای جریانی، بریکر قطع شده و رنگ نشانگر از سفید به قرمز تبدیل می‌شود. در واقع نشانگر قرمز به معنی عملکرد خودکار یا تریپ است. درتصویر دو حالت قطع و وصل کلید مینیاتوری با 0 و 1 روی اهرم به همراه نشانگر سبز و قرمز را مشاهده می‌کنید.

تصویر 9 وضعیت های قطع و وصل بریکر مینیاتوری

نماد یا سمبل کلید مینیاتوری

یک پل حفاظتی کلید مینیاتوری از کنتاکت و رها کننده‌ی حرارتی و مغناطیسی تشکیل شده است. رها کننده‌ی حرارتی و مغناطیسی ممکن است به شکل های مختلف نمایش داده شود. در برخی علام این رها کننده‌ها روی کنتاکت و در برخی دیگر زیر آن ترسیم می‌شوند. در تصویر دو نماد بریکر حرارتی-مغناطیسی به همراه کنتاکت نول را مشاهده می‌کنید.

تصویر 10 نماد یا سمبل کلید مینیاتوری

در تصویر سمت چپ از علامت رها کننده‌ی حرارتی و یک خط با پیکان روبه بیرون برای پل حفاظتی استفاده شده است. خط رو به بیرون به معنی رها کننده‌ی آنی یا مغناطیسی است. ورودی پل حفاظتی با عدد 1 و خروجی آن با عدد 2 مشخص شده است. کنتاکت نول این بریکر با علامت وصل سریع و قطع با تاخیر به همراه حرف N نمایش داده شده است. در تصویر سمت راست علامت‌های رها کننده حرارتی و مغناطیسی در کادرهای جداگانه و زیر کنتاکت حفاظتی ترسیم شده اند. پل دوم این بریکر فاقد بخش حفاظتی بوده و هیچ علامتی برای آن لحاظ نشده است. پل نول فاقد عملکرد خودکار بوده به همین علت در هردو تصویر با خط چین به پل حفاظتی متصل شده است. به عبارت ساده تر، کنتاکت نول با پل حفاظتی وصل شده و با آن قطع خواهد شد.

در تصویر نماد بریکرهای مینیاتوری 1 تا 4 پل را مشاهده می کنید. تمام پل ها در این سمبل به صورت حفاظتی بوده و مجهز به رهاکننده‌ی حرارتی و مغناطیسی هستند. طبق تصویر، ورودی بریکرها با عدد فرد و خروجی آن ها با عدد زوج مشخص شده است.

تصویر 11 نماد یا سمبل بریکرهای مینیاتوری 1 تا 4 پل به صورت حفاظتی

این وب سایت دارای مجوز از وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی بوده و هر گونه کپی و نسخه برداری و انتشار مجدد اطلاعات آن غیرمجاز است. لطفا در صورت مشاهده هرگونه سوء استفاده ما را مطلع کنید.