کلید های اتوماتیک فشار ضعیف

 

کلید های اتوماتیک فشار ضعیف

 

 

بمنظور حفاظت تأسیسات روشنائی، برق صنعتی، سیم و کابل و ماشین آلات در برابر اضافه بار و جریان اتصال کوتاه از فیوز، کلید- فیوز و کلیدهای اتوماتیک استفاده میگردد. لیکن به لحاظ اینکه اولا فیوزها همیشه نمی توانند عمل حفاظت موضعی و سلکتیو را در انواع مختلف شبکه ها بطور کامل و بدون خطا انجام دهند و در ثانی بعلت اینکه در شبکه سه فاز در موقع ازدیاد جریان اغلب قطع سه فاز بطور همزمان لازم و ضروری است لذا نمی توان همیشه از فیوز و کلید- فیوز استفاده کرد. در ضمن در بعضی از شبکه های توزیع می بایست به محض برگشت جریان (ولتاژ) یا افت بیش از حد مجاز ولتاژ، مدار بطور خودکار قطع و آلارمهای لازم ایجاد گردد. همچنین در بعضی موارد ورود اتوماتیک یا دستی ژنراتور اضطراری یا ترانسفورماتور در شبکه توزیع جهت تداوم کار شبکه یا انجام تعمیرات دوره ای شبکه اجتناب ناپذیر     می باشد. در چنین حالاتی فقط از کلید اتوماتیک می توان استفاده کرد.

کلیدهای اتوماتیک علاوه بر موارد فوق نسبت به فیوزها و کلید- فیوزها دارای مزایای زیر می باشند :

کلید خودکار پس از قطع مدار در اثر جریان زیاد و یا هر عامل دیگری بلافاصله مجددا آماده بهره برداری   می باشد.

با کمک کنتاکتهای فرعی که در آن تعبیه شده می توان وضعیت کلید را در هر حالت (قطع، وصل یا وقوع خطا) توسط سیگنال تعیین و در اطاق فرمان منعکس کرد.

ساختمان این کلیدها بگونه ای است که اگر کلید را بر روی یک مدار اتصال کوتاه شده ببندیم، در ضمن عمل بسته شدن، رله اضافه جریان کلید بسرعت وارد عمل شده و مدار را قطع می کند.

کلیدهای فشار ضعیف :

از انواع کلیدهای فشار ضعیف می توان به کلیدهای زیراشاره کرد:

- کلیدهای اتوماتیک کمپکت(Moulded case circuit breaker:M.C.C.B)

- کلیدهای اتوماتیک هوایی(Air circuit breaker:A.C.B)

- کلیدهای مینیاتوری(Miniature circuit breaker:MCB)

- کلیدهای حافظ موتور(Motor protection circuit breaker:M.P.C.B)

- کلیدهای محافظ جان(Residual current circuit breaker:R.C.C.B )



-کلید اتوماتیک و کلید غیر اتوماتیک:ابتدا لازم است بدانیم کلیدهای اتوماتیک با کلیدهای غیر اتوماتیک چه فرقی دارند،کلیدهای اتوماتیک به کلیدهایی گفته میشود که دارای رله هستند و هر کدام برای کاربردهای مخصوصی مورد استفاده قرار میگیرد بطور مثال کلیدهای اتوماتیک هوایی دارای رله های بسیار هوشمندی هستند واین رله ها از نوع رله های الکترونیکی هستند،اما کلیدهای غیر اتوماتیک کلیدهایی هستند که صرفا"برای قطع و وصل مورد استفاده قرار میگیرد و فاقد رله میباشند بطور مثال کنتاکتور یک تجهیز غیر اتوماتیک است که برای قطع و وصل های گوناگون با کاربردهای مختلف یک مشخصه ای دارد مثلا"کنتاکتور AC3 برای بارهای القایی است.

*بیشترین توسعه ای که روی کلیدهای فشار ضعیف انجام میدهند رویcurrent limiting است که هر چه این خاصیت بیشتر شود کلید گرانتر میشود.این خاصیت مستقیما"به زمان قطع کلید بستگی دارد.

*معمولأ در کاتالوگ کلیدهای فشار ضعیف دو مشخصه فنی به نامهای Icu و Ics مشخص شده اند که دانستن مفهوم آنها در انتخاب کلید مهم است.

 Icu : جریان اتصال کوتاهی که کلید تنها یکبار بدون انکه آسیبی ببیند قادر به قطع آن می باشد و برای دفعات بعدی نیاز به تعمیر و سرویس و یا تعویض دارد.

 Ics : جریان اتصال کوتاهی که کلید به دفعات قادر به قطع آن می باشد بدون اینکه آسیبی ببیند و یا نیاز به تعمیر و یا تعویض پیدا کند.

بحث اتصال کوتاه در استاندارد IEC60974-2 دارای دو Category میباشد:

Category 1 :در این نوع، کلیدها بدون رنج اتصال کوتاه هستند و به ازای اتصال کوتاه لازم است مورد بازبینی قرار گیرند.

Category2:در این نوع، کلیدها یک مدت زمان کوتاه برای تحمل جریان اتصال کوتاه دارند و این قضیه به Current Limiting وسیله بستگی دارد.

در نوع دوم حفاظت و سلامت تجهیزات بهتر از نوع اول است.

- کلیدهای اتوماتیک کمپکت(( Molded Case Circuit Breaker (MCCB) :

Iu جریان دایم ، نرم این کلیدها از160A تا 1600A است اما این کلیدها حداکثر تا 3200A ساخته          می شوند. فریم این کلیدها با افزایش جریان نامی آنها بزرگ می شود. بطور مثال کلیدهای کمپکت ساخت شرکتABB،تیپ Isomax ان از 125A تا 3200A ساخته میشود.


- کلیدهای هوایی : ((Air Circuit Breaker(ACB):

این کلیدها از انواع دیگری از کلیدهای اتوماتیک فشار ضعیف هستند که در آن آمپراژ بالا مورد استفاده قرارمی گیرند. حد بالای جریانی این کلیدها تا 6300A می باشد.Iu جریان دایم ، نرم این کلیدها از630A تا 16300A است مورد مصرف این کلیدها عمدتأ در ورودی تابلوها

می باشد که هم جریان بالایی دارد و هم برقراری Selectivity کامل بین کلیدهای ورودی و کلیدهای خروجی که معمولأ از نوع کمپکت می باشند ضروری است.

کلیدهای هوایی دارای رله هایی که در داخل خود کلید جاسازی شده اند(Built-in) می باشد. ویژگی این رله ها خاصیت تاخیری یا Time Delay آنهاست که عنصر اصلی در تامین Selectivity از طریق صدور فرمان قطع با تاخیر می باشند. (Selectivity همان پدیده تقدم قطع در خروجیها نسبت به ورودی هاست. به این معنی که اگر خطایی در یک فیدر خروجی رخ داد، ابتدا کلید خروجی قطع شود و تنها در صورت تداوم خطا روی مدار و عمل نکردن کلید خروجی، کلید ورودی با تاخیر کل تابلو را بی برق می کند. اهمیت این موضوع در این است که در صورت وقوع خطا در یکی از خروجیها کل تابلو بی برق نشود.)

یادآوری : استفاده از کلیدهای کمپکت در هر دو مدار خروجی و ورودی در تابلو حتی اگر کلید ورودی دو سایژ بالاتر از بالاترین سایز کلید در خروجیها انتخاب شود، تنها در محدوده کوچکی از جریان اتصال کوتاه، Selectivity را تامین می کند و به هر حال Selectivity کامل بدست نمی دهد.

- کلیدهای مینیاتوری((Miniature Circuit Breaker (MCB) :

از انواع کلیدهای فشار ضعیف که معمولأ در جریانهای پایین و در تابلوهای روشنایی وتابلوهای توزیع با توان کم و یا جهت حفاظت مدارات کنترل و فرمان تجهیزات و تاسیسات برقی مورد استفاده قرار می گیرد. جریان قطع اتصال کوتاه این کلیدها معمولأ چندان بالا نیست.حداکثر جریان مورد استفاده با کلید مینیاتوری 100A است و همینطور جریان قطع اتصال کوتاه این کلیدها بصورت نرم 10KA و حداکثر 25KA است.این کلیدها دارای دو نوع کاربرد صنعتیIEC60947 وکاربرد مسکونیIEC60898 هستند.



- کلیدهای حافظ موتور((Motor Protection Circuit Breaker (MPCB) :

همانگونه که از اسم این کلیدها معلوم است این کلیدها برای حفاظت موتورها بسیار کاربرد دارند،این کلیدها معمولا" تا100A و 100KA ساخته میشوند و برای موتورهای تا 55KW مناسب هستند.این کلیدها حفاظت به دو نوع تقسیم میشوند.

کلیدهای حافظ جان((Residual current Circuit Breaker(RCCB):

یکی از عوامل اصلی در بروز خسارات مالی ، صدمات و تلفات جانی به ویژه در منازل مسکونی ، مراکز اداری ، تجاری و مجتمع های صنعتی عدم رعایت مسائل ایمنی در استفاده از انرژی برق میباشد . بمنظور حفاظت از جان افراد در مقابل خطر برق گرفتگی و جلوگیری از خطرات جریان نشتی از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( محافظ جان ) استفاده می شود . این کلیدها که براساس حساسیت خود به دو نوع خانگی و صنعتی تقسیم می شوند ، علاوه بر حفاظت افراد در مقابل تماس مستقیم و یا غیر مستقیم برق ، با جلوگیری از نشتی جریان در حفاظت دستگاه ها و تجهیزات صنعتی نیز موثر می باشند . براین اساس در صورتی که حساسیت کلیدها تا 30 میلی آمپر باشد این کلید به عنوان حفاظت از جان و در صورتی که حساسیت آن بیشتر از 30 میلی آمپر باشد به عنوان حفاظت از تجهیزات صنعتی بکار می رود .

اساس کار کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، مقایسه جریان ورودی با جریان خروجی کلید می باشد به طوری که اگر جریان نشتی در مداری که کلید در آن واقع شده است بیشتر از حساسیت کلید باشد کلید عمل کرده و جریان ورودی و در نتیجه مدار را قطع می نماید .

از مزایای دیگر استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی جلوگیری از بروز آتش سوزی در اثر وجود جریان نشتی می باشد . باتوجه به اینکه یم جریان 5/0 آمپری می توان باعث بروز آتش سوزی شود ، کلید حفاظت از خط برق گرفتگی با تشخیص جریان نشتی و قطع جریان ورودی ، مانع از بروز آتش سوزی می شود . همچنین از آنجا که در صورت وجود جریان نشتی در بدنه وسائل برقی و یا سیستم سیم کشی ساختمان ، این جریان به مرور زمان یاد می شود و احتمال سوختن وسایل برقی و سیستم سیم کشی ساختمان را به وجود می آورد لذا استفاده از کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ، با توجه به کاهش میزان هدر رفتن انرژی الکتریکی و برق مصرفی . صرفه جوئی اقتصادی و حفظ ثروتهای ملی را نیز در بر خواهد داشت .

- مشخصات کلیدهای حفاظت از خطر برق گرفتگی ( جریان نشتی ) :

- دمای کاری کلیدها جهت قطع جریان نشتی متناوب از 25- تا 40- درجه سیلسیوس و با قدرت اتصال کوتاه 6 تا 25 کیلو آمپر می باشد .

- جهت حفاظت کـلـیـدهـا و مـدار مصرفی در مـقـابـل اتصال کوتاه و اضافه بار بایستی فیوز پشتیبان (Back-Up Fuse) با توجه به جریان نامی کلید و مشخصات ارائه شده در کاتالوگ نصب گردد .

-کلیدها با جریان نامی 125-16 آمپر تولید می شوند .

-کلیدها جهت استفاده مشترکین تکفاز ( خـانـگی ) بـه صورت دو پـل ( فـاز + نـول ) و مشترکین سه فـاز ( صنعتی ) به صورت چهار پل ، که می تواند همراه با نول و یا بدون نول ( در سیستم های سه سیمه ) بکار رود .

-میزان جریان قطع خودکار کلیدها ( حساسیت ) از 10 میلی آمپر تا 5/1 آمپر ، و مدت زمان قطع حداکثر 200 میلی ثانیه است .

-باتوجه به موقعیت نصب ، سیم های ورودی و خروجی می توانند از بالا و یا پائین به کلید متصل شوند که این امر در کارکرد کلید اثری نخواهد داشت .

- درجه حفاظت کلیدها برای جلوگیری از ورود اجسام خارجی برابر با IP 40 می باشد.

- کلید عملیات نصب و رفع نقص بایستی توسط فرد متخصص انجام شود .

-ترمینال های ورودی و خروجی کلیدها باتوجه به آمپر کلید برای بالاترین قطر کابل یا سیم در نظر گرفته شده و از این نظر مشکلی وجود نخواهد داشت .

کابل های فشارقوی الکتریکی عایق شده

 

 

 

 

کابل های فشارقوی الکتریکی عایق شده

 

مقدمه

با تقاضای رو به افزایش برای انرژی الکتریکی، ولتاژهای انتقال نیز رو به افزایشند. انتقال توان زیاد به مسافت های دور، که به علت مبادله قدرت بین کشورها می باشد، نیاز به کابل های فشارقوی موثری دارد تا در مناطق شهری یا برای عبور زیر زمینی یا دریایی استفاده شود. امروزه ولتاژ عملیاتی کابل های فشارقوی الکتریکی تولیدی تا 500 kV افزایش یافته است.

کابل های الکتریکی polymer-insulated یا PE ضرورتا حاوی هادی فلزی با مقاومت پایین که توسط پلیمر عایق سازی شده است هستند. این عایق هادی ها را از یکدیکر و اطرافشان جدا می کند. یک غلاف     (sheath or jacket)  بسته به خواص مکانیکی قالب ریزی شده از کابل در مقابل فشار های مکانیکی محیط محافظت می کند. محتویات عمده ی دیگر میتوانند شامل لایه های نیمه هادی، screen فلزی، سیم فلزی تقویت کننده، و لایه ی بلوکه کننده ی آب باشد .اگرچه یک تحول محتمل از مواد با خاصیت ابررسانایی ساختار سیستم انتقال نیرو را دگرگون خواهد کرد متخصصان استعمال گسترده ی آن را تا 20-10 سال آینده عملی نمی دانند. رطوبت مهمترین عیوب در عملکرد کابل های MV و HV است و از این رو طراحی،ساختمان و مواد مورد استفاده به گونه ای که از نفوذ آب،به ویژه در کابل های زیر زمینی و زیر آبی، جلوگیری کنند مهم می باشد.
اگرچه ساختمان های بسیار متفاوتی از کابل های فشارقوی در بازار موجود هستند اما تمامی آنها دارای قسمت های ضروری زیر هستند:
* هادی ها
* شیلد های نیمه هادی
* عایق ها

* هادی ها:
هادی ها سیم های مسی با آلومینیمی هستند که می توانند مفتولی (solid) یا افشان (stranded) باشند. هادی های افشان برای بالا بردن انعطاف پذیری کابل استفاده می شوند. به علاوه می توانند maximum electrical stress را تا 20% افزیش دهند. در این هادی ها، آب میتواند در جهت طولی در خلل و فرج ها و فضاهای میان رشته ها به راحتی نفوذ (شارش) کند. جلوگیری از نفوذ طولی آب توسط پر کردن خل و فرج ها با ترکیبی از پلاستیک یا سوار کردن مواد جذب کننده ی آب (نمگیر = hygroscopic) درون رشته های هادی بدست می آید. راه دیگر! استفاده از هادی های مفتولی (solid) است که خلل و فرجی ندارند. برای مس، هادی های مفتولی بالای شماره 1AWG عملی نیستند. در آلومینیم drawn حالت معمول کاملا سخت بودن است. وقتی آلومینیم به جای draw شدن extrude می شود، حالتی نرم پیدا می کند. استانداردهای آمریکایی هادی مفتولی آلومینیمی را نمی شناسند اما این هادی ها در اروپا استاندارد هستند. کابل های فشارقوی می توانند دارای یک یا چند هادی درون کر (core)  باشند. در هادی های چند کره (چند هسته ای)، فاصله ی مناسب میان هادی ها باید از فرمول های مرتبط در تنش های الکتریکی محاسبه گردد. شکل دادن به هادی ها فرآیندهایی چون drawing، فشرده کردن، گداخته کردن (annealing)، پوشانیدن (قلع کاریtinning و روکش کاری کردنplating)، باندل کردن (bunching) و افشان کردن را در بر می گیرد.
شیلد های نیمه هادی:
تحقیق روی شیلد های نیمه هادی در توسعه ی کابل های فشارقوی نقشی اساسی را بازی کرده است. در کابل های فشارقوی، مواد نیمه هادی به منظور جلوگیری از تخلیه ی جزئی در فصل مشترک بین عایق و هادی و  بین عایق و لایه ی خارجی شیلد کننده مورد استفاده قرار گرفته اند و به علاوه تنش های الکتریکی را در لایه ی عایقی تعدیل می کند. آنها میدان الکتریکی یکنواختی حول عایق با کاهش دادن گرادیان پتانسیل روی سطح هادی های افشان و درون شیلد فلزی، فراهم می کنند و از تخلیه های جزئی (کرونا) در سطح هادی های افشان و عایق با نگهداشتن تماسی نزدیک بین سطوح داخلی و خارجی عایق جلوگیری می کنند. همچنین آن ها حفاظتی در مقابل آسیب های بوجود آمده از گرم شدن هادی در اتصال کوتاه ها ایجاد می کنند.
مشخص شده است که تحمل دی الکتریکی عایق به مقاومت حجمی (volume resistivity) ماده ی نیمه هادی وابسته است. فاکتورهای دیگر نیز – چون پلاریته، نوع و مقدار کراسلینک کردن ماده ی نیمه هادی – تنها اثری جزئی روی تحمل دای الکتریکی دارند. ناخالصی ها می توانند باعث بیشتر شدن پدیده ی درخت آبی شوند.
در کابل های قدرت، کوپلیمر های(copolymers) اتیلنی پر شده با Carbon Black هادی (CB)، مانند اتیلن ونیل استات و اتیلن اتیل استات، به طور متداول به عنوان لایه ی نیمه هادی استفاده می شوند. فاکتورهایی چون مقدار CB، کیفیت مخلوط کردن و دما (توسعه ی شبکه ی CB را متاثر می کند) تاثیر روی ویژگی های نیمه هادی های پر شده با CB می گذارد. افزایش بارگذاری CB و دمای فرآیند مقاومت حجمی (volume resistivity) را کاهش می دهد که معمولا بین 10 و 100 اهم cmاست و نباید از 4^10 اهم cm تجاوز کند [12]-[15].

* عایق سازی:
الف) XLPE
پلی اتیلن (PE) ترموپلاستی (نرمش پذير دراثر حرارت) پلیمری نیمه بلورین semicrystalline است که دارای ویژگی های الکتریکی خوب می باشد (ضریب دای الکتریک پایین، تلفات دای الکتریکی پایین، استحکام عایقی بالا) به همراه خصوصیات دلخواهی چون تافنسtoughness مکانیکی و انعطاف پذیری،مقاوم در برابر مواد شیمیایی، فرآیند پذیر، و ارزان قیمت بودن. این خصوصیات آن را انتخابی دلخواه برای عایق سازی کابل های قدرت می کند و این در حالی است که عیب عمده ی آن که دمای ذوب پایین آن است تاثیری در تصمیم ما نمی گذارد.این عیب دمای عملیاتی را به C °75 محدود می کند. برای بهبود این خصوصیت، PE کراسلینک می شود (XLPE). کراس لینک کردن دمای ماکزیمم عملیاتی را تا C °90 و دمای اضطراری را تا C °130 و ماکزیمم دمای اتصال کوتاه را (گذرا) تا C °250 بالا می برد. گراس لینک کردن همچنین استحکام ضربه ای، پایداری اندازه، استحکام کششی، خصوصیات حرارتی و مقاومت شیمیایی را بالا می برد و خصوصیات الکتریکی، پیری و مقاومت در برابر حل شدن پلی اتیلن را بهتر می کند.