بریکر یا مدارشکن چیست؟

کلید اتوماتیک، بریکر یا مدار شکن یک سوئیچ مکانیکی است که می تواند جریان را وصل کرده، از خود عبور داده و قطع کند. قطع و وصل جریان توسط بریکر در دو حالت نرمال و خطا انجام می‌شود. قطع و وصل جریان در شرایط نرمال با اصطلاح سوئیچ بار شناخته می شود. از این قابلیت برای قطع و وصل مدار به صورت دستی و ساخت سیستم های خودکار مانند چنج آور، مدیریت و کاهش بار استفاده می شود.

شرایط غیر نرمال مانند اتصال کوتاه باعث عبور جریان های بسیار سنگینی از مدار می شود. بریکر یا مدار شکن باید توانایی وصل، عبور و قطع جریان خطا یا اتصال کوتاه را داشته باشد. عملکرد اتوماتیک بریکر هنگام رخ دادن خطا با اصطلاح جداسازی خودکار شناخته می شود.

بعلت وجود سیستم های تشخیص خطا در بریکر و عملکرد خودکار آن در شرایط غیر نرمال، گاها از اصطلاح کلید اتوماتیک نیز برای معرفی این تجهیز استفاده می شود. اصطلاح کلید اتوماتیک اغلب به بریکرهای کامپکت اشاره دارد. در بازار و صنعت برای بریکرهای مینیاتوری از واژه های کلید مینیاتوری یا فیوز مینیاتوری استفاده می شود. بریکرهای هوا نیز با عنوان کلید هوا شناخته شده اند.

بریکرهای فشار متوسط و بالاتر اغلب با عبارت های دژنگتور یا دیژنگتور نام گذاری می شوند. اصلاح دژنگتور یا disjoncteur ریشه ی فرانسوی داشته و همان مدار شکن یا بریکر به زبان انگلیسی است. توصیه می شود در کنار عبارت های مینیاتوری، کامپکت، هوا و فشار متوسط از اصطلاح بریکر استفاده کنید. به عبارت دیگر:

• بریکر مینیاتوری بجای فیوز مینیاتوری یا کلید مینیاتوری
• بریکر کامپکت بجای کلید اتوماتیک یا کلید خودکار
• بریکر هوا بجای کلید هوا
• بریکر فشار متوسط بجای دژنگتور یا دیژنگتور فشار متوسط
• بریکر فشار قوی بجای دژنگتور یا دیژنگتور فشار قوی
  

قابل ذکر است تعاریف و اصطلاحات مرتبط با بریکرها را در مقاله ی دیگری با این عنوان بررسی نموده ایم.

اجزای بریکر

بریکر برای قطع و وصل مدار به همراه جداسازی خودکار طراحی شده است. اجزای بریکر با توجه به مدل، آمپراژ و سطح ولتاژ آن می تواند بسیار متفاوت باشد. به صورت کلی هر بریکر فشار ضعیف شامل اجزای زیر است:

1. قاب یا محفظه
2. ترمینال ها یا اتصالات ورودی و خروجی
3. مکانیزم قطع و وصل بریکر شامل کنتاکت ها و سیستم خاموش کنندگی قوس
4. اهرم قطع و وصل دستی
5. سیستم تشخیص خطا و عملکرد خودکار
6. لوازم جانبی و مدار کمکی

قاب یا محفظه

بریکر یک سوئیچ مکانیکی بوده و دارای اجزای زیادی است. اجزای اصلی به صورت داخلی بوده و برخی از ادوات آن به صورت خارجی هستند. از اجزای داخلی می توان به ترمینال ها، بخش تریپ یونیت، کنتاکت ها، بخش خاموش کننده قوس و غیره اشاره کرد. این ادوات باید در کنار یکدیگر قرار داشته و باهم لینک مکانیکی و الکتریکی داشته باشند. در کنارهم قرار دادن این ادوات و ایجاد هماهنگی بین آن ها یکی از وظایف قاب بریکر است. برخی وظایف دیگر قاب عبارتند از:

• در کنار هم نگه داشتن ادوات داخلی و اتصالات ورودی و خروجی قدرت
• پوشش بخش های برقدار و جلوگیری از اتصال ناخواسته در برخی مدل ها
• عایق کردن بخش های داخلی و دارای اختلاف پتانسیل نسبت به هم و نسبت به بدنه یا تابلو برق
• جلوگیری از خارج شدن آرک هنگام عملکرد بریکر
• جلوگیری از آتش سوزی و شعله ور شدن
• ایجاد قابلیت نصب بریکر روی ریل های استاندارد، سطح داخلی تابلو و یا نصب روی انواع شاسی
• ایجاد قابلیت نصب ادوات جانبی در داخل یا خارج از بریکر
• ایجاد امکان اتصال سیم به بخش های کنترلی
• ایجاد قابلیت قرارگیری پلاک و علائم حاوی اطلاعات و مشخصات بریکر
• ایجاد امکان نمایش وضعیت کنتاکت های قدرت توسط نشانگرها

جنس و نوع قاب بریکر با توجه به مدل آن تعیین می شود. مثلا قاب مدل های مینیاتوری و کامپکت کاملا عایق هستند. در مدل های هوا و مدل های فشار متوسط از فلز در قاب استفاده می‌شود و تمام بخش های آن لزوما عایق نیست. در تصویر یک مدل مینیاتوری و یک مدل اتوماتیک کامپکت را مشاهده می کنید. این مدل ها در سطح فشار ضعیف و تاسیسات ساختمانی و صنعتی استفاده می شوند. بریکر مینیاتوری روی ریل های استاندارد 35 میلی متری نصب می شود. مدل های کامپکت نسبت به مدل مینیاتوری بزرگتر و سنگین تر بوده و اغلب روی سطح داخلی تابلو یا شاسی ها نصب می گردند.

تصویر 1 قاب یا بدنه ی بریکرهای کامپکت نوآرک با جریان 80، 160 و 630 آمپر

ترمینال ها یا اتصالات ورودی و خروجی

بریکر به صورت سری در مدار قرار می گیرد. سری شدن بریکر به معنی ورود جریان الکتریکی از سمت منبع به آن است. جریان از بخش های داخلی و کنتاکت این تجهیز عبور کرده و به ترمینال خروجی می رسد. ترمینال های خروجی برای اتصال بار در نظر گرفته شده اند. سری شدن بریکر با مدار قابلیت قطع و وصل و حفاظت آن را ایجاد می کند. بریکرهای فشار ضعیف به صورت 1 تا 4 پل ساخته می شوند. هر پل دارای یک ورودی، کنتاکت و یک خروجی است. در نظر داشته باشید که لزوما تمام پل های بریکر دارای حفاظت نبوده و برخی از آن ها فقط قطع و وصل کننده‌ی جریان هستند.

در بریکرهای با جریان پائین از انواع ترمینال ها برای اتصال ورودی و خروجی استفاده می‌شود. با افزایش جریان بریکر دیگر نمی‌توان از سیم ها و کابل ها استفاده کرد. انتقال جریان های سنگین توسط شینه های مسی و آلومینیومی صورت می گیرد. بریکرهای با جریان بالا دارای بخش هایی برای اتصال شینه با سایزهای مختلف هستند.

تصویر 2 ورودی و خروجی بریکرهای کامپکت نوآرک

مکانیزم قطع و وصل بریکر

مکانیزم قطع و وصل بریکر شامل اهرم دستی، مکانیزم قفل، کنتاکت ها، خاموش کننده ی قوس، فنر و غیره می شود. هر یک از این اجزا دارای نقش خاصی در بریکر است. بریکرهای فشار ضعیف به صورت 1 تا 4 پل ساخته می شوند. هر پل دارای سیستم قطع و وصل مستقلی بوده که از مکانیزم اصلی و رها کننده،  فرمان می گیرد. رها کننده در بریکر به صورت حرارتی، مغناطیسی یا الکترونیک بوده و مربوط به بخش حفاظت خودکار است. بریکر یک سوئیچ مکانیکی با قابلیت قطع و وصل جریان نرمال و جریان خطا است. قطع و وصل جریان در این تجهیز توسط کنتاکت های ثابت و متحرک صورت می گیرد.

جریان نامی بریکرهای فشار ضعیف می تواند از 2 آمپر تا حدود 7000 آمپر باشد. این جریان در مقایسه با جریان خطا بسیار کمتر است. جریان خطا با توجه به محل نصب این تجهیز می تواند چندین کیلو آمپر باشد. قطع و وصل جریان خطا نیاز به مکانیزم های پیچیده‌تری نسبت به یک کلید معمولی دارد. جریان های سنگین، تولید کننده ی آرک بوده که به سرعت باعث تخریب کنتاکت ها و بخش های دیگر بریکر خواهد شد.

تفاوت اصلی مکانیزم قطع و وصل این تجهیز با کلیدهای قابل قطع در سیستم خاموش کنندگی قوس است. قوس الکتریکی ناشی از جریان خطا باید به سرعت خاموش شود. برای از بین بردن قوس از مکانیزم های متفاوتی در بریکرها استفاده می شود. از روش های روتین می توان به افزایش سرعت قطع، کنتاکت های دو طرفه و تقسیم کردن آرک به بخش های کوچکتر اشاره کرد.

روش تقسیم و سرد کردن آرک در تمام بریکرها وجود دارد. در این روش آرک به سمت محفظه ای با عنوان Arc Divider یا Arc Chamber هدایت می شود. با توجه به ماهیت حرکت آرک به سمت بالا، محفظه ی خاموش کننده ی قوس در بالای کنتاکت های بریکر وجود دارد. این محفظه برای هر پل به صورت مستقل عمل می کند. محفظه ی آرک دارای صفحه های فلزی متعددی است که با فاصله نسبت به یکدیگر قرار دارند. این صفحه ها باعث تقسیم آرک به بخش های کوچک تری می شوند. تقسیم آرک باعث پائین آمدن ولتاژ و اثر حرارتی آن می شود. این مکانیزم بریکر به خوبی عمل کرده و قوس را خاموش می کند. در تصویر اجزای یک مدل مینیاتوری به همراه محفظه ی خاموش کننده ی قوس را مشاهده می کنید. این محفظه در مدل های کامپکت و هوا بسیار بزرگتر و مقاومت تر است.

تصویر 3 اجزای داخلی بریکر مینیاتوری

اهرم قطع و وصل دستی

مکانیزم وصل بریکرهای فشار ضعیف می تواند دستی یا مبتنی بر شارژ فنر باشد. در مدل های کوچک مانند مینیاتوری و کامپکت به صورت مستقیم از نیروی دست استفاده می شود. برای وصل بریکر در این مدل ها یک اهرم یا دسته وجود دارد. برای وصل کافی است که دسته را رو به بالا هدایت کنید. با این کار، کنتاکت یا کنتاکت های قدرت بریکر بسته خواهند شد.

 

تصویر 4 اهرم قطع و وصل دستی بریکر کامپکت نوآرک

در مدل های سنگین مانند برخی از مدل های کامپکت و هوا از نیروی شارژ فنر برای وصل استفاده می شود. برای این کار بریکر ها، باید ابتدا یک فنر به صورت دستی شارژ شده و بعد از آن دکمه ی وصل فشار داده شود. برای شارژ دستی فنر یک اهرم روی بریکر تعبیه می شود. این اهرم باید چندین بار تحریک شده تا نیروی کافی در فنر ذخیره شود. با فشردن دکمه وصل بریکر، انرژی فنر تخلیه شده و کنتاکت های قدرت بسته خواهند شد.

تصویر 5 از سمت چپ هوا، کامپکت موتور دار و کامپکت معمولی اشنایدر

مکانیزم وصل بریکر علاوه بر بستن کنتاکت ها، یک فنر دیگر را شارژ می کند. فنر شارژ شده ی دوم برای قطع کنتاکت ها در صورت رخ دادن خطا طراحی شده است. واحد قطع بریکر یا رهاکننده می تواند به یک مکانیزم فرمان داده و فنر قطع را دشارژ کند. آزاد شدن نیروی فنر قطع باعث جدا شدن کنتاکت ها خواهد شد.

مکانیزم قطع دستی بریکر با توجه به این فنر می تواند متفاوت باشد. به عنوان مثال برای قطع مدل هوا می توان دکمه ی Off و برای قطع مدل کامپکت دکمه ی Push to Trip را فشار داد. فشردن دکمه ی Push to Trip در مدل های کامپکت باعث قرار گرفتن این تجهیز در وضعیت تریپ خواهد شد. وضعیت تریپ در اغلب بریکرها با قرار گرفتن اهرم بین حالت های قطع و وصل مشخص می شود. وضعیت تریپ نیاز به ریست داشته و باید اهرم به موقعیت قطع هدایت شود. برای قطع دستی مدل های مینیاتوری و کامپکت کافی است اهرم روی آن را به سمت پائین هدایت کنید. با این کار بریکر قطع شده و نیازی به ریست ندارد.

تصویر 6 وضعیت اهرم بریکر کامپکت از سمت چپ وصل، تریپ و قطع

سیستم تشخیص خطا و عملکرد خودکار

بریکر یا کلید اتوماتیک برای تشخیص خطای جریانی و عملکرد خودکار طراحی شده است. واحد تشخیص خطا با عنوان تریپ یونیت شناخته شده و مدل های حرارتی، مغناطیسی و الکترونیک دارد. رها کننده ی حرارتی به صورت بی متال ساخته می شود. بی متال در مسیر اصلی جریان قرار گرفته و یک حفاظت اولیه یا Primary است.

هر پل بریکر مینیاتوری و کامپکت دارای یک بی متال مستقل است. با افزایش جریان عبوری از بریکر، بی متال خم شده و فرمان تریپ را صادر می کند. بخش حرارتی یا بی متال برای حفاظت اضافه بار در نظر گرفته شده و دارای رابطه ی زمان-معکوس است. هر چقدر جریان عبوری از بی متال بیشتر شود، سرعت انحنای آن بیشتر خواهد شد. در نظر داشته باشید که تمام مدل ها به بخش اضافه بار حرارتی مجهز نیستند. مسئله ی دوم منحنی بخش اضافه بار حرارتی است. عنصر بی متال ممکن است برای حفاظت اضافه بار کابل، الکتروموتور یا دیگر بارها طراحی شده باشد.

جریان اضافه بار با جریان اتصال کوتاه متفاوت است. جریان اتصال کوتاه باید به سرعت و بدون وقفه ی زمانی قطع شود. برای تشخیص جریان اتصال کوتاه در مدل های مینیاتوری و کامپکت از واحد مغناطیسی استفاده می شود. واحد مغناطیسی شبیه به یک کویل یا بوبین بوده که در مسیر اصلی جریان قرار می گیرد. حفاظت مغناطیسی مانند بخش حرارتی از نوع اولیه یا Primary محسوب می شود. با افزایش جریان عبوری از بریکر، واحد مغناطیسی فعال شده و فرمان قطع را صادر می کند.

تصویر 7 واحد قطع حرارتی-مغناطیسی بریکر کامپکت

در برخی بریکرهای کامپکت و اغلب بریکرهای هوا از تریپ یونیت الکترونیک استفاده می شود. رها کننده ی الکترونیک به صورت ثانویه طراحی شده و دارای ترانس جریان است. رها کننده های الکترونیک نسبت به مدل های حرارتی-مغناطیسی بسیار پیشرفته تر هستند. با انتخاب تریپ یونیت الکترونیک می توان فانکشن های جریانی بسیار متنوعی را مانند اضافه بار، اتصال کوتاه، عدم تقارن جریان، کاهش جریان و غیره در مدار استفاده کرد.

علاوه بر این برخی از تریپ یونیت های الکترونیک دارای ورودی ولتاژ بوده و می توانند حفاظت های ولتاژی را ایجاد کنند. تریپ یونیت های الکترونیک می توانند به صفحه نمایش مجهز شده و کمیت های مدار مانند ولتاژ، جریان، فرکانس، توان، انرژی، هارمونیک و غیره را نمایش دهند. این مسائل در ادامه بیشر بررسی خواهد شد.

تصویر 8 تریپ یونیت الکترونیک بریکر نوآرک

لوازم جانبی و مدار کمکی

بریکرهای فشار ضعیف دارای لوازم جانبی و مدارهای کمکی بسیار متنوعی هستند. به عنوان مثال برای قطع و وصل بریکرها به صورت الکتریکی از انواع بوبین، موتور، کنتاکت کمکی، کنتاکت خطا و غیره استفاده می شود. قابلیت قطع و وصل الکتریکی به شما این امکان را می دهد که از بریکرها با نقش های متفاوتی مانند چنج آور، کاهش بار، وصل مجدد و غیره استفاده کنید. به عبارت دیگر برای اتوماسیون کردن بریکر به ادوات قطع و وصل الکتریکی نیاز است.

تصویر 9 ادوات داخلی بریکر نوآرک شامل 1) کنتاکت کمکی، 2) کنتاکت آلارم، 3) بوبین شنت تریپ و 4) بوبین آندر ولتاژ

از ادوات الکتریکی دیگر مدل های کامپکت می توان به واحد جریان باقی مانده اشاره کرد. این واحد از پائین به بریکر اضافه شده و فانکشن جریان باقی مانده یا نشتی جریان را به آن اضافه می کند.

تصویر 10 واحد جریان باقی مانده بریکر کامپکت

علاوه بر این انواع اهرم ها و اینترلاک ها برای بریکرهای فشار ضعیف ساخته شده است. با نصب این تجهیزات می توان مکانیزم بریکر را از نظر مکانیکی و الکتریکی به بخش دیگری وابسته کرد. به عنوان مثال وضعیت بریکر می تواند به درب تابلو یا وضعیت بریکرهای دیگر لینک شود. لوازم جانبی بریکرها به همراه روش نصب و بهره برداری از آن ها در بخش های بعدی شرح داده می شود.

تفاوت فیوز با بریکر

فیوزهای ذوب شونده در مقاله فیوز چیست بررسی شدند. این المان های ذوب شونده دارای معایب خاصی مانند نیاز به تعویض پس از عملکرد، دوفاز کردن مدار، عدم تشخیص خطا با جریان پائین، عدم پوشش حفاظت اضافه بار در برخی مدل ها و غیره هستند. استفاده از فیوز در تمام مدارهای الکتریکی توصیه نمی شود. با پیچیده تر شدن مدارها باید سیستم های حفاظتی نیز ارتقاء پیدا کنند. به منظور حفاظت و سوئیچ بار به صورت همزمان می توان از بریکرها استفاده کرد.

بریکر علاوه بر قابلیت جداسازی خودکار دارای مزیت های دیگری مانند قابلیت وصل مجدد پس از عملکرد، سوئیچ بار، کنترل پذیری، اتوماسیون و غیره است. این تجهیز می تواند جریان نامی و جریان های بسیار زیاد اتصال کوتاه را از خود عبور داده و قطع و وصل کند. با انتخاب مناسب بریکر می توان بسیاری از خطاهای با جریان پائین مانند اتصال زمین را شناسایی کرد. بریکرها از نظر سیستم حفاظتی به راحتی قابل ارتقاء و ترکیب هستند. به عنوان مثال می توان یونیت تریپ بریکر را تعویض کرده یا از رله های خارجی برای صدور فرمان به یک بریکر استفاده کرد.

در صورت انتخاب صحیح بریکر، پس از رخ دادن اتصال کوتاه نیازی به تعمیر یا تعویض آن نیست. به عبارت دیگر می توانید بریکر را پس از برطرف شدن خطا مجدد وصل کنید. انتخاب بریکر باید بر اساس ولتاژ، جریان اتصال کوتاه، شرایط محیطی و غیره انجام شود. این پروسه بسیار دقیق بوده و نیاز به شرح مطالب بسیار زیادی دارد.

فیوز با توجه به ماهیت خود می تواند دو بخش اضافه بار و اتصال کوتاه را داشته باشد. بخش اضافه بار فیوز توسط بی متال یا رله ی الکترونیک در بریکر پوشش داده می شود. فیوزها هنگام رخ دادن اتصال کوتاه سرعت عملکرد بسیار بالایی دارند. واحد قطع کننده ی مغناطیسی یا الکترونیک بریکر می تواند جایگزین المان ذوب شونده ی فیوز باشد. تفاوت کلید قطع کننده ی مغناطیسی و فیوز ذوب شونده در محدود کنندگی جریان است. فیوزها ذاتا Current Limiting هستند. بریکرهای فشار ضعیف به صورت کلی در چهار خانواده ی مینیاتوری، محافظ موتور، کامپکت و هوا دسته بندی می شوند. این بریکرها از نظر  جریان نامی، ابعاد، قدرت قطع و وصل اتصال کوتاه، تریپ یونیت، لوازم جانبی و غیره با یکدیگر تفاوت دارند.

 

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.