آشنایی با کلید مینیاتوری MCB و انواع آن
عملکرد کلید مینیاتوری MCB
یک کلید مینیاتوری دارای چهار عملکرد اصلی است:
1. سوئیچینگ (Switching):
MCB به عنوان یک سوئیچ عمل می‌کند که می‌تواند یک مدار را به صورت دستی وصل یا قطع کند.
2. حفاظت در برابر اضافه بار (Overload Protection):
اگر جریان جاری در مدار از حد مجاز کلید مینیاتوری (مثلاً یک کلید ۲۰ آمپری که جریان به ۲۱، ۲۲، ۲۳ آمپر برسد) تجاوز کند، مینیاتوری در نهایت آن مدار را قطع می‌کند. این عملکرد برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حد سیم‌کشی و احتمال آتش‌سوزی و همچنین محافظت از تجهیزات متصل به مدار حیاتی است.
3. تریپ آنی (Instantaneous Trip/Break):
در صورت بروز یک اضافه بار ناگهانی، بسیار زیاد و پر انرژی (مانند اتصال کوتاه)، MCB فوراً مدار را قطع می‌کند.
4. تخلیه آرک (Arc Dissipation):
هنگام قطع و وصل مدار، پتانسیل ایجاد آرک (جرقه الکتریکی) بین کنتاکت‌ها وجود دارد. این آرک می‌تواند هوا را یونیزه کرده، خطرناک باشد و حتی به دستگاه آسیب برساند. کلیدهای مینیاتوری دارای مکانیزم‌هایی برای تخلیه و خاموش کردن این آرک هستند.
مشخصات فنی کلید مینیاتوری
جریان نامی (In): این نشان‌دهنده حداکثر جریان پیوسته‌ای است که مینیاتوری می‌تواند بدون قطع کردن تحمل کند (مثلاً ۲۰ آمپر).
ICU (Current Ultimate): حداکثر جریانی که MCB می‌تواند قطع کند، اما ممکن است پس از آن دیگر قابل استفاده نباشد.
ICS (Current Service): حداکثر جریانی که کلید می‌تواند قطع کند و همچنان پس از آن قابل استفاده باشد.
نوع تریپ آنی (Instantaneous Trip Type): برخی کلیدها دارای حرف B یا C هستند که نشان‌دهنده ضریب جریان نامی برای تریپ آنی است. به عنوان مثال، نوع B بین ۳ تا ۵ برابر جریان نامی و نوع C بین ۵ تا ۱۰ برابر جریان نامی به صورت آنی تریپ می‌کند.
سازگاری با AC و DC: برخی کلیدهای مینیاتوری می‌توانند برای هر دو جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) استفاده شوند، اما معمولاً مقادیر ولتاژ و جریان نامی برای DC کمتر است. این به این دلیل است که در DC، جریان به طور مداوم برقرار است و پتانسیل ایجاد آرک و جوش خوردن کنتاکت‌ها بیشتر است، در حالی که در AC جریان به طور متناوب صفر می‌شود. همیشه مشخصات کلید مینیاتوری را به دقت بررسی کنید، زیرا همه مینیاتوری‌ها برای DC درجه‌بندی نشده‌اند.
کلیدهای قابل تنظیم: برخی از MCBها بزرگتر، به ویژه برای کاربردهای خاص مانند موتورهای سه‌فاز، دارای قابلیت تنظیم تریپ آنی هستند که به کاربر اجازه می‌دهد تا آستانه قطع آنی را متناسب با جریان راه‌اندازی (inrush current) موتور تنظیم کند.
کلید تست (Push to Trip): برخی کلیدهای مینیاتوری دارای دکمه‌ای برای تست عملکرد مکانیزم Trip هستند که به ویژه برای مینیاتوری‌های نشتی زمین (Earth Leakage) مهم است.
چرا به MCB نیاز داریم؟
هنگامی که جریان الکتریکی از یک هادی (سیم) عبور می‌کند، هادی گرم می‌شود. در حالی که مس (Copper) می‌تواند جریان قابل توجهی را قبل از ذوب شدن تحمل کند، گرمای بیش از حد می‌تواند به طرق دیگری به مدار آسیب برساند.
این آسیب‌ها شامل موارد زیر می‌شوند:
- ذوب شدن عایق: عایق اطراف هادی‌ها می‌تواند ذوب شود.
- آسیب به ساختار ساختمان: گرمای زیاد می‌تواند حتی به ساختار ساختمان آسیب رسانده و منجر به آتش‌سوزی شود.
علل اصلی گرم شدن بیش از حد هادی‌ها: دو راه اصلی برای گرم شدن بیش از حد یک هادی وجود دارد:
- اضافه بار (Overload): این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که بارهای زیادی به یک مدار متصل می‌شوند. برای مثال، در مدارهای روشنایی با تعداد ثابت چراغ‌ها، اضافه بار بعید است. اما در مدارهایی که پریزهای برق زیادی دارند و پیش‌بینی بار دقیق دشوار است، یا در مدارهای توزیع با مدارهای کوچکتر زیاد، اضافه بار می‌تواند اتفاق بیفتد. در نتیجه، جریان بیش از حد از هادی‌ها عبور کرده و منجر به گرم شدن و آسیب می‌شود.
- اتصال کوتاه یا خطای امپدانس ناچیز (Fault of Negligible Impedance): این خطاها شامل دو نوع اصلی هستند:
1. اتصال کوتاه (Short Circuit): زمانی که دو هادی برق‌دار (مانند فاز و نول در مدار تک فاز یا دو فاز در مدار سه فاز) با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند.
2. خطای اتصال به زمین با امپدانس ناچیز (Earth Fault of Negligible Impedance): زمانی که یک هادی برق‌دار به نوعی با زمین تماس پیدا می‌کند. عبارت “امپدانس ناچیز” در اینجا به معنای مقاومت بسیار ناچیز است، که منجر به جریان بسیار بالایی می‌شود. (خطاهای زمین با امپدانس بالاتر، مانند برق‌گرفتگی افراد، نیاز به دستگاه‌های حفاظتی متفاوتی مانند RCD دارند).
منحنی مشخصه کلیدهای مینیاتوری
منحنی‌های مشخصه زمان ـ جریان (Time-Current Characteristics) و انواع MCB (انواع B, C, D) رفتار MCBها را می‌توان در نمودارهای مشخصه زمان ـ جریان مشاهده کرد. این نمودارها نشان می‌دهند که یک مدارشکن با چه سرعتی با جریان مشخصی عمل می‌کند.
MCBها دارای دو بخش مشخصه در این نمودارها هستند: بخش خمیده برای حفاظت حرارتی و بخش مستقیم برای حفاظت مغناطیسی.
بر اساس نقطه عمل حفاظت مغناطیسی، MCBها به انواع مختلفی دسته‌بندی می‌شوند:
1. نوع B (Type B): این نوع MCB به طور آنی (تقریباً 0.1 ثانیه) در جریان‌های بین 3 تا 5 برابر جریان نامی خود قطع می‌کند. برای مثال، یک مینیاتوری 6 آمپر نوع B در 30 آمپر قطع آنی (5 برابر جریان نامی) می‌کند. این نوع برای بارهای مقاومتی خالص، مانند اکثر وسایل گرمایشی، مصارف خانگی و روشنایی مناسب‌تر است. که اصطلاحاً به این نوع تیپ مینیاتوری‌ها تندکار می‌گویند.
2. نوع C (Type C): این نوع برای قطع آنی به جریان بالاتری نیاز دارد، معمولاً بین 5 تا 10 برابر جریان نامی. مثلاً یک مینیاتوری 6 آمپر نوع C در 60 آمپر (10 برابر جریان نامی) قطع آنی می‌کند. این نوع برای بارهای القایی مانند موتورهای کوچک و مدارهای روشنایی فلورسنت قدیمی مناسب است. که اصطلاحاً به این نوع تیپ مینیاتوری‌ها کندکار می‌گویند.
3. نوع D (Type D): این نوع برای قطع آنی به جریان بسیار بالاتری نیاز دارد، معمولاً بین 10 تا 20 برابر جریان نامی. مثلاً یک مینیاتوری 20 آمپر نوع D برای قطع آنی در 0.4 ثانیه به 400 آمپر نیاز دارد. این نوع برای بارهای القایی سنگین مانند ترانسفورماتورهای بزرگ، دستگاه‌های اشعه ایکس و تجهیزات جوشکاری صنعتی مناسب است.
جریان راه‌اندازی MCB
جریان راه‌اندازی (Inrush Current) و انتخاب نوع MCB بارهای القایی (مانند موتورها، ترانسفورماتورها و برخی لامپ‌های LED) در لحظه راه‌اندازی، جریان بسیار بالایی (جریان راه‌اندازی) می‌کشند که می‌تواند 20 برابر جریان نامی باشد.
اگر از MCB نوع B برای مداری با بار القایی استفاده شود، این جریان راه‌اندازی می‌تواند باعث قطع ناخواسته MCB شود. انواع تایپ C و D به دلیل نیاز به جریان بالاتر برای قطع مغناطیسی، می‌توانند این جریان‌های راه‌اندازی موقت را تحمل کنند و از قطع شدن ناخواسته جلوگیری کنند.
معاوضه بین تحمل جریان راه‌اندازی و حداکثر امپدانس حلقه خطای زمین (ZS) نکته مهم اینجاست که برای یک MCB نوع C یا D برای قطع آنی در شرایط خطا، نیاز به جریان بیشتری داریم. طبق قانون اهم (Ohm’s Law)، جریان با مقاومت نسبت عکس دارد.
این بدان معناست که برای دستیابی به جریان خطای بالا، حداکثر امپدانس حلقه خطای زمین (ZS) مدار باید کمتر باشد. به عنوان مثال: برای مینیاتوری 20 آمپر نوع B، حداکثر ZS مجاز 2.19 اهم است. برای مینیاتوری 20 آمپر نوع C، حداکثر ZS مجاز 1.09 اهم است.
آیا این مقاله برایتان مفید بود؟
