فیوز مینیاتوری سه پل CHINT چاینت 20 آمپر سری eB

کلید مینیاتوری چیست؟

کلیدهای مینیاتوری به منظور جلوگیری از آسیب های اضافه جریان مورد استفاده قرار می گیرند. این کلیدها در هنگام اضافه بار یا اتصال کوتاه، به منظور محافظت از مدار در برابر خطاهای الکتریکی و خرابی تجهیزات، خاموش می شوند یا به عبارت بهتر مسیر جریان را قطع می کنند. کلید مینیاتوری یا Miniatour Circuit Breaker را به اختصار MCB نیز می نامند.

برای محافظت از مدار در برابر اضافه جریان می توان از فیوز نیز استفاده کرد. فیوزها قادرند مدار را در برابر اضافه جریان محافظت کنند اما چالش اساسی فیوزها، یکبار مصرف بودن آن هاست. جریان بیش از حد تعیین شده از فیوز، سبب سوختن فیوز می شود. با سوختن فیوز مسیر جریان قطع شده و مصرف کننده ها در برابر آسیب اضافه بار محافظت می شوند. اما برای وصل دوباره مدار لازم است فیوز را تعویض کنید!

این چالش در استفاده از کلید مینیاتوری برطرف شده است. پس از هر بار قطع شدن مدار توسط کلید مینیاتوری، می توانید به صورت دستی وضعیت کلید را تغییر داده و عملکرد مدار را از سر بگیرید. همچنین در مواقع انجام عملیات تعمیر و نگه داری به کمک فیوز مینیاتوری می توانید برق را قطع کنید. بنابراین کلیدهای مینیاتوری هم در ایمنی تجهیزات و هم ایمنی تکنسین ها نقش پر رنگی دارند.

اهمیت MCB ها در مدار

MCB ها نقش مهمی در حفظ ایمنی و جلوگیری از حوادث الکتریکی دارند. اتصال کوتاه و اضافه بار رایج ترین خطاها در مدار الکتریکی هستند که کلید مینیاتوری قادر است در برابر آن ها از مدار محافظت کند. استفاده از این کلیدها خطر آتش سوزی الکتریکی و آسیب به دستگاه های الکتریکی را کاهش می دهد. علاوه بر این کلید مینیاتوری با قطع سریع مدار، از تشدید عیوب الکتریکی جلوگیری و قابلیت اطمینان و طول عمر سیستم الکتریکی را تضمین می کند.

مزایای استفاده از کلید مینیاتوری نسبت به فیوز

• زمان پاسخگویی سریع: MCB ها می توانند در عرض چند میلی ثانیه حرکت و محافظت سریع در برابر جریان اضافه و اتصال کوتاه را فراهم کنند.
• تنظیم مجدد آسان: برخلاف فیوزهای سنتی، MCB ها را می توان به راحتی پس از خاموش شدن، دوباره وصل و منبع تغذیه را بازیابی کرد.
• حساسیت افزایش یافته: MCB ها می توانند حتی اضافه جریان های کوچک را تشخیص دهند و حفاظت دقیقی از مدار الکتریکی ارائه دهند.
• جداسازی بخش آسیب دیده: MCB ها را می توان به صورت دستی قطع کرد. این قابلیت امکان ایزوله کردن بخش های آسیب دیده مدار را فراهم می کند.

ساختار کلید مینیاتوری

چیزی که در ظاهر کلیدهای مینیاتوری دیده می شود، یک محفظه عایق قالب‌گیری شده است. این قاب از استحکام مکانیکی و نارسانایی مناسبی برخوردار است. بخش های داخلی این کلیدها ممکن است تفاوت هایی با هم داشته باشند. این تفاوت ها از تکنولوژی ساخت، تیپ کاری و همچنین ملاحظات طراحی نمونه های مختلف موجود در بازار ناشی می شوند. شکل زیر ساختار کلی یک کلید مینیاتوری را نشان می دهد.

مگنت

یکی از اجزای داخلی کلید مینیاتوری که از سیم پیچ مسی، هسته مرکزی ثابت و متحرک از جنس مواد فرومغناطیس، فنر، اتصالات و … تشکیل شده است مگنت می باشد. مگنت جریان هایی تا چند برابر جریان نامی کلید با توجه به تیپ کلید که روشنایی یا موتوری یا موتوری سخت باشد (۳ تا ۱۴ برابر جریان نامی) را تحمل می کند و باعث قطع فوری و لحظه ای کلید می شود. در کلیدهای مینیاتوری استاندارد برای هر جریان نامی، مگنت خاص خود را انتخاب می کنند.

بی متال

یکی دیگر از اجزای داخلی کلیدهای مینیاتوری، بی متال یا رله اضافه بار است که در زمان تولید کلید مینیاتوری بوسیلۀ یک پیچ، جریان نامی دقیق کلید تنظیم و توسط کارخانه لاک می شود. این رله کار قطع مدار را در برابر اضافه بار بر عهده دارد.

جرقه گیر

این قسمت از صفحات فلزی موازی هم تشکیل شده است که توسط لایه های عایق از هم جدا شده اند و در زمان قطع با تقسیم جرقه به جرقه های کوچک، از ایجاد جرقه های خطرناک و پر صدا و گرمای زیاد جلوگیری می کنند. معمولاً در کلیدهای بی کیفیت و ارزان قیمت، این قطعه وجود ندارد که شاید ساده ترین یا ابتدایی ترین راه شناسایی این موضوع، وزن کم کلید باشد. کلیدهای مینیاتوری جریان مستقیم، علاوه بر داشتن مگنت طبیعی دارای رله مگنتیک مخصوص جهت کار در جریان مستقیم می باشد، بنابراین می توان از کلیدهای DC در مدار AC نیز استفاده کرد.

مشخصات کلید مینیاتوری

۱- ولتاژ ضربه ای

   مقدار پیک ولتاژ ضربه ای که کلید بدون خراب شدن می تواند تحمل کند.

۲- نوع جریان

   کلیدهای مینیاتوری از لحاظ نوع جریان بر دو نوع AC و DC تقسیم می شوند. در حالت کلی کلیدهای مینیاتوری DC را برای مقاصد AC نیز می توان استفاده نکرد ولی برعکس آن سبب کاهش طول عمر کلید  AC می شود.

۳- رنج جریان نامی

  رنج جریان نامی بطور کلی در گسترۀ ۲، ۴، ۶، ۱۰، ۱۶، ۲۰، ۲۵، ۳۲، ۴۰، ۵۰ و ۶۳ آمپر تک پل، دو پل و سه پل و در گسترۀ ۱۶، ۲۵، ۳۲، ۴۰ آمپر چهار پل تولید می شوند. البته کلید مینیاتوری های ۸۰، ۱۰۰ و ۱۲۵ آمپر نیز در حیطۀ تولید کلیدهای مینیاتوری می باشند لازم به ذکر است که تفاوت کلید مینیاتوری ۱۰۰ آمپر با دیگر کلیدهای مینیاتوری در سایز آن می باشد و کلید مینیاتوری ۱۲۵ آمپر تنها عمل قطع و وصل را انجام می دهند و نقش حفاظتی ندارند و به کلید خشک نیز معروف می باشند. به عبارت دیگر، کلید مینیاتوری نیست و فقط در ظاهر شبیه به آن است.

۴- قدرت قطع

   از جمله مشخصات مهم کلید مینیاتوری قدرت قطع آن است. قدرت قطع کلید به معنای میزان توانایی کلید در قطع جریان اتصال کوتاه عبوری از مدار می باشد. کلیدهای مینیاتوری دارای قدرت قطع ۶ و ۱۰ کیلو آمپر است. طبق استاندار IEC 898 قدرت قطع کلید مینیاتوری ها ۶ کیلو آمپر شناخته می شوند و طبق استاندارد  IEC947-2 قدرت قطع کلید مینیاتوری ها ۱۰ کیلو آمپر است.

 

عملکرد و کارایی کلید مینیاتوری

در شرایط کاری عادی، MCB  به عنوان یک سوئیچ (دستی) برای روشن و خاموش کردن مدار عمل می کند. این کلید در شرایط اضافه بار یا اتصال کوتاه، به طور خودکار خاموش شده و جریان مدار بار را قطع می کند.

نشانه ظاهری این فرآیند را می توان با حرکت خودکار شاسی به موقعیت OFF مشاهده کرد. فرایند قطع خودکار توسط  MCB در دو حالت اتفاق می افتد که با عنوان خاموش شدن مغناطیسی و خاموش شدن حرارتی شناخته می شوند.

کنترل اتصال کوتاه

در صورت وقوع اتصال کوتاه یا اضافه بار سنگین، آرایش مغناطیسی تغییر کرده و جریان قطع می شود. هنگامی که جریان اتصال کوتاه از کلید مینیاتوری عبور می کند، میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ برای غلبه بر نیروی فنری که شاسی را در موقعیت خود نگه می دارد، کافی است. در این حالت کنتاکت متحرک جابجا شده و اتصال قطع می شود.

کنترل جرقه

در اکثر کلیدهای مینیاتوری ترکیبی از هر دو مکانیزم قطع مغناطیسی و حرارتی اجرا می شود. در صورت عملکرد هریک از بخش های مغناطیسی یا حرارتی، در لحظه جدا شدن کنتاکت ها یک قوس الکتریکی (جرقه بزرگ) تشکیل می شود. در این زمان مکانیزم کنترل جرقه وارد عمل می شوند. در این مکانیزم ابتدا قوس از طریق هدایت کننده وارد صفحات شکافنده قوس می شود.

کنترل اضافه بار

در شرایط اضافه بار، جریان عبوری از بیمتال باعث افزایش دمای آن می شود. گرمای تولید شده در بیمتال سبب ایجاد انحراف یا خمیدگی آن می شود. دلیل این خمیدگی تفاوت ضریب انبساط فلز هاست. خمیدگی به سمت فلزی اتفاق می افتد که ضریب انبساط کمتری دارد. افزایش انحراف تیغه باعث آزاد شدن گیره اتصال و از هم جدا شدن کنتاکت ها می شود.

صفحات شکاف قوس، کانال قوس نیز نامیده می شوند. این کانال ها قوس الکتریکی را به جرقه های کوچک تبدیل کرده و انرژی آن را تخلیه می کنند. با اجرای فرآیند شکاف و تخلیه انرژی قوس، عملکرد مکانیزم کنترل جرقه کامل شده و از آسیب های احتمالی قوس به کنتاکت های کلید مینیاتوری پیشگیری می شود.

پارامترهای مهم کلید مینیاتوری

در زمان انتخاب، توجه به پارامترهای مهم کلید‌ مینیاتوری ضروری است. از جمله این پارامترها می توان به کاربرد مدنظر، نوع منبع AC و DC، سطح ولتاژ، تعداد فاز، زمان قطع، دامنه جریان و قدرت قطع اشاره کرد.

جهت عملکرد درست و دقیق در یک کاربرد خاص، دقت در انتخاب کلید مینیاتوری بسیار مهم است. با انتخاب دقیق می‌توان مدار را در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار حفاظت نمود. در صورتی که انتخاب کلید مینیاتوری بر مبنای الزامات مدار نباشد، امکان ایجاد خطا و تریپ‌های ناخواسته فراهم می‌شود.

انواع کلید مینیاتوری

   انواع کلید مینیاتوری به کلاس های مختلف تقسیم می شوند که تفاوت این نوع کلید ها در جریان اتصال کوتاه آن ها است:

کلید مینیاتوری کلاس B: در کلید مینیاتوری نوع B با فرض اینکه جریان نامی In باشد، در صورتی که جریان عبور از کلید کمتر از ۳ برابر جریان نامی باشد، کلید مدار را در حالت اضافه بار در نظر گرفته و قطع آنی انجام نمی پذیرد ولی هنگامی که جریان به سه تا پنج برابر جریان نامی برسد، جریان عبوری را اتصال کوتاه فرض کرده و قطع می کند.

کلید مینیاتوری نوع B عموماً در مصارف غیرموتوری مثل مصارف خانگی و روشنایی کاربرد دارند. به عبارت دیگر این نوع از کلیدها برای حفاظت مدارهای مقاومتی مورد استفاده قرار می گیرند. این کلید به فیوز مینیاتوری تندکار نیز معروف است.

کلید مینیاتوری کلاس C: این کلیدها برای راه اندازی موتورهایی که توان کم دارد و جریان راه اندازی بالایی ندارد استفاده می شود.

نام دیگر کلید مینیاتوری کلاس C، کلید مینیاتوری موتوری است در کلید مینیاتوری نوع C با فرض اینکه جریان نامی کلید In باشد، در صورتی که جریان عبوری از کلید کمتر از ۵ برابر جریان نامی باشد، کلید مدار در حالت اضافه بار عمل کرده و هنگامی که جریان بین ۵ تا ۱۰ برابر جریان نامی برسد، جریان عبوری را اتصال کوتاه فرض می کند. کلیدهای نوع C در مسیر وسایل موتوردار نصب می گردند. به عبارت دیگر این نوع از کلیدها برای حفاظت مدارهای موتوری مورد استفاده قرار می گیرند.این فیوزها را فیوز مینیاتوری کندکار نیز می نامند.

کلید مینیاتوری کلاس D: به منظور حفاظت بارهای خازنی و یا بارهایی که جریان هجومی می کشند، مانند مصارف صنعتی خاص همچون مولد های اشعه ایکس X-Ray و یا ترانسفورماتورها استفاده می شود. در کلید مینیاتوری نوع D با فرض این که جریان نامی کلید  In باشد، در صورتی که جریان عبوری از کلید کمتر از ۱۰ برابر جریان نامی باشد، کلید مدار را در حالت اضافه بار در نظر گرفته و قطع آنی انجام نمی پذیرد ولی هنگامی که جریان بین ۱۰ تا ۱۵ برابر جریان نامی برسد، جریان عبوری را اتصال کوتاه فرض کرده و قطع می کند.

از آنجایی که این نوع کلی در ضریبی از جریان های نامی بزرگتر نسبت به نوع B و  C عمل قطع را انجام می دهد به آن موتوری سخت نیز گفته می شود. کلیدهای نوع D در مسیر وسایل موتوری با جریان راه اندازی بالاتر از ۱۰ برابر جریان نامی نصب می شوند و زمان قطع  آن از تمامی کلاس ها بیشتر است.

کلید مینیاتوری کلاس K: نوع K برای حفاظت در مدارات قدرت، ترانسفورماتور و موتورها استفاده می شود. در این نوع از حد جریان برای قطع در موارد اضافه بار کمتر از سایر کلیدها است و هنگام به وجود آمدن اضافه بار مدار را سریعتر قطع می کند ولی در موارد اتصال کوتاه منحنی قطع این نوع کلیدها بین کلاس D  و C است.

کلید مینیاتوری کلاس Z: این نوع از کلید مینیاتوری هنگامی که جریان عبوری از جریان نامی بیشتر شود در یک مدت زمان خاص (که از تمامی کلاس ها کمتر است) طبق منحنی قطع، فرمان قطع را صادر می کند. حساسیت این نوع از کلیدها، هم در مواقع اضافه بار و هم اتصال کوتاه از تمامی کلاس ها بیشتر است و در صورت بروز خطا مدار را سریعتر قطع می کند. بنابراین کاربرد این نوع فیوز مینیاتوری در مدارات با حساسیت بالا می باشد.

زمان قطع این کلاس ها به ترتیب سریعترین D، K ، C ،B و Z است اما در حال حاضر کلاس های B و C در لیست فروش در ایران قرار دارند.

نکته:

خاصیت قطع مغناطیسی برای کلیدهای مینیاتوری یکسان، متفاوت است. به طور مثال برای دو کلید مینیاتوری از نوع B ممکن است یکی در سه برابر جریان نامی و دیگری در ۴ برابر جریان نامی عمل قطع مغناطیس را انجام دهد. در نتیجه اگر دو کلید مینیاتوری مشابه با هم سری شوند مشخص نیست کدام یک مینیاتوری سریعتر قطع می کند. این عمل کاملاً تصادفی است و براساس مشخصات مکانیکی داخلی کلیدها و رژیم دمایی پیش از وقوع اضافه بار متغیر است. این خاصیت در منحنی قطع کلید مینیاتوری به وسیله تلورانس در نمودار نشان داده می شود.