نحوه عملکرد کلید برق (سیرکویت بریکر)

نحوه عملکرد سیرکویت بریکر (مدارشکن)

کلید برق یا مدارشکن (Circuit breaker) به عنوان یک دستگاه سوئیچینگ تعریف می شود که می تواند به صورت دستی یا خودکار برای کنترل و محافظت از یک سیستم قدرت الکتریکی کار کند. این وسیله از دو کنتاکت اصلی تشکیل شده است: یک کنتاکت ثابت و یک کنتاکت متحرک. کنتاکت ها معمولا بسته هستند و اجازه می دهند جریان از مدار عبور کند. هنگامی که یک خطا رخ می دهد، مانند اتصال کوتاه یا اضافه بار، کنتاکت ها توسط مکانیزمی از هم جدا می شوند که انرژی پتانسیل ذخیره شده را آزاد می کند. این مکانیسم می تواند فنری، پنوماتیک، هیدرولیک یا مغناطیسی باشد. جدا شدن کنتاکت ها یک قوس الکتریکی بین آنها ایجاد می کند که پلاسمای بسیار یونیزه و رسانا است. اگر قوس به سرعت خاموش نشود، می تواند به کنتاکت ها و تجهیزات اطراف آسیب برساند.

خاموش کردن قوس با مدارشکن

بنابراین، قطع کننده های مدار (مدارشکن ها) از روش های مختلفی برای خاموش کردن قوس استفاده می کنند، مانند خنک کردن، فشرده سازی یا جایگزینی محیط یونیزه شده با گاز تازه. انتخاب محیط خاموش کننده قوس به سطح ولتاژ و درجه جریان قطع کننده مدار بستگی دارد.

کاربردهای مدارشکن (کلید برق)

کلیدهای برق مدارهای الکتریکی را از آسیب های ناشی از جریان اضافه، اتصال کوتاه یا اضافه بار محافظت می کنند. آنها جریان را در صورت بروز خطا قطع می کنند و با رفع خطا آن را بازیابی می کنند. بر خلاف فیوز که پس از یک بار عملیات نیاز به تعویض دارد، قطع کننده مدار می تواند چندین بار تنظیم مجدد شده و سپس استفاده شود. توجه داشته باشید که در حالی که جریان بسیار سریع قطع می شود، مهندسان هنوز نیاز به طراحی سیستم های الکتریکی دارند که بتوانند حداکثر جریان خطای موجود را که در طول سناریوی خطا رخ می دهد، تحمل کنند.

ضرورت استفاده از کلیدهای برق در مدار 

کلیدهای مدار برای ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم های الکتریکی ضروری هستند. در صورت بروز خطا، مدارشکن ها می توانند از افراد در برابر شوک الکتریکی محافظت کنند. کلیدهای مدار همچنین به جلوگیری از آسیب تجهیزات، خطرات آتش سوزی و قطع برق ناشی از خطا کمک می کنند. آنها همچنین امکان جداسازی و سوئیچینگ انتخابی قسمت های مختلف سیستم قدرت را برای اهداف نگهداری و کنترل فراهم می کنند.

عملکرد اصلی مدارشکن الکتریکی چیست؟

عملکرد اصلی یک مدارشکن الکتریکی فراهم کردن باز و بسته شدن کنتاکت های حامل جریان است. اگرچه به نظر می رسد بسیار ساده است. اما باید به خاطر داشته باشیم که یک مدارشکن برای حداکثر مدت عمر خود در موقعیت بسته خود باقی می ماند. گاهی اوقات لازم است که برای باز و بسته کردن کنتاکت‌های آن، یک مدارشکن کار کند. از این رو عملکرد کلید برق باید بدون هیچ تاخیر یا کندی بسیار قابل اعتماد باشد. برای دستیابی به این قابلیت اطمینان، مکانیسم عملکرد قطع کننده مدار پیچیده تر از آن چیزی است که در ابتدا تصور می شد.

همچنین بخوانید: تابلو برق داخلی چیست؟

پارامترهای مهم در طراحی سیرکویت بریکر

فاصله باز و بسته شدن بین کنتاکت ها و سرعت کنتاکت های متحرک در حین کار، مهم ترین پارامترهایی است که در طراحی مدارشکن باید در نظر گرفته شود. شکاف تماس، مسافت پیموده شده کنتاکت های متحرک و سرعت آنها بر اساس انواع محیط خاموش کننده قوس، درجه جریان و ولتاژ قطع کننده مدار تعیین می شود. یک منحنی مشخصه عملکرد قطع کننده مدار معمولی در نمودار زیر نشان داده شده است. در اینجا در نمودار، محور X زمان را بر حسب میلی ثانیه و محور y نشان دهنده فاصله بر حسب میلی متر است.

تحلیل نمودار عملکرد کلید برق

بیایید در یک زمان، جریان T0 از سیم پیچ بسته شدن شروع به جریان کند. پس از زمان T1، کنتاکت متحرک شروع به حرکت به سمت تماس ثابت می کند. در زمان T2 تماس متحرک تماس ثابت را لمس می کند. در زمان T3 تماس متحرک به موقعیت نزدیک خود می رسد. T3 – T2 دوره اضافه بار این دو کنتاکت (کنتاکت متحرک و ثابت) است. پس از زمان T3، کنتاکت متحرک کمی به عقب برگشته و پس از زمان T4 دوباره به موقعیت بسته ثابت خود می‌رسد.

حالا می رسیم به عملیات تریپ. اجازه دهید در زمانی که جریان T5 از طریق سیم پیچ قطع کننده مدار شروع به جریان می کند. در زمان T6 کنتاکت متحرک برای باز کردن کنتاکت ها به سمت عقب حرکت می کند. پس از زمان T7، کنتاکت متحرک در نهایت کنتاکت ثابت را جدا می کند. زمان (T7 – T6) بیش از دوره دور زدن است.

همچنین بخوانید: صفر تا صد تابلو برق صنعتی به زبان ساده 

اکنون در زمان T8 کنتاکت متحرک به موقعیت باز نهایی خود باز می گردد، اما در اینجا در وضعیت استراحت نخواهد بود زیرا قبل از رسیدن به موقعیت استراحت نهایی، مقداری نوسان مکانیکی در تماس متحرک وجود خواهد داشت. در زمان T9 کنتاکت متحرک سرانجام به موقعیت استراحت خود می رسد. این امر برای کلیدهای مدار استاندارد و کنترل از راه دور صادق است.

الزامات عملیات باز کردن کلید برق

مدار شکن یا کلید برق باید تا حد امکان در موقعیت باز قرار گیرد. این به دلیل محدود کردن فرسایش کنتاکت ها و قطع جریان معیوب در سریع ترین زمان ممکن است. اما مسافت کل کنتاکت متحرک تنها با ضرورت قطع جریان معیوب تعیین نمی‌شود، بلکه شکاف کنتاکت‌های مورد نیاز برای تحمل تنش‌های دی‌الکتریک معمولی و ولتاژ ضربه رعد و برق زمانی که CB در موقعیت باز است، در سراسر کنتاکت‌ها ظاهر می‌شود.

نیاز به حمل جریان پیوسته و تحمل یک دوره قوس در قطع کننده مدار، استفاده از دو مجموعه کنتاکت را به صورت موازی ضروری می سازد، یکی کنتاکت اولیه که همیشه از مواد رسانا بالا مانند مس و دیگری تماس قوس دار است. ساخته شده از مواد مقاوم در برابر قوس مانند تنگستن یا مولیبدن که رسانایی بسیار کمتری نسبت به کنتاکت های اولیه دارد.

در حین باز کردن مدار شکن، کنتاکت های اولیه قبل از کنتاکت های قوس دار باز می شوند. با این حال، به دلیل تفاوت در مقاومت الکتریکی و سلف مسیرهای الکتریکی کنتاکت اولیه و قوسی، زمان محدودی برای دستیابی به کموتاسیون کل جریان، یعنی از کنتاکت اولیه یا اصلی به شاخه تماس قوس الکتریکی، نیاز است.

بنابراین هنگامی که کنتاکت متحرک از حالت بسته به حالت باز حرکت می کند، شکاف تماس به تدریج افزایش می یابد و پس از مدتی به موقعیت تماس بحرانی می رسد که نشان دهنده حداقل شکاف هدایت مورد نیاز برای جلوگیری از ایجاد قوس مجدد پس از جریان صفر بعدی است. بخش باقی مانده از تریپ فقط برای حفظ قدرت دی الکتریک کافی بین فاصله تماس ها و برای هدف کاهش سرعت لازم است.

الزامات عملیات بسته شدن مدار شکن

در طول عملیات بسته شدن مدارشکن یا سیرکویت بریکر موارد زیر مورد نیاز است:

کنتاکت متحرک باید با سرعت کافی به سمت تماس ثابت حرکت کند تا از پدیده پیش قوس جلوگیری شود. با کاهش فاصله تماس، ممکن است قبل از بسته شدن نهایی مخاطبین، قوس الکتریکی شروع شود. در طول بسته شدن کنتاکت‌ها، محیط بین کنتاکت‌ها جایگزین می‌شود، بنابراین نیروی مکانیکی کافی برای فشرده‌سازی محیط دی‌الکتریک در محفظه قوس‌بندی تامین می‌شود. پس از برخورد با کنتاکت ثابت، کنتاکت متحرک ممکن است به دلیل نیروی دافعه که اصلاً مطلوب نیست، به عقب برگردد. از این رو انرژی مکانیکی کافی باید برای غلبه بر نیروی دافعه ناشی از بسته شدن عملیات روی خطا تامین شود.

ساخت و تولید انواع تابلو برق با فناوری روز دنیا 

آیا می دانید آداک در راستای ارائه جدیدترین فناوری ها در صنعت تابلو برق، طیف وسیعی از محصولات را طراحی و تولید می کند؟ برای آشنایی بیشتر با راهکارهای حرفه ای آداک در این زمینه و دریافت مشاوره جهت طراحی و ساخت تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط برای پروژه صنعتی یا مسکونی خود، هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000