Current Limiting Circuit Breaker Guide: Protection & Specs

 

در سیستم های الکتریکی مدرن، خطاهای اتصال کوتاه می توانند مقادیر ویرانگری از انرژی را در میلی ثانیه آزاد کنند. یک جریان خطای احتمالی 50000 آمپر، نیروهای مغناطیسی به اندازه کافی قوی برای خم کردن شینه ها، انرژی حرارتی به اندازه کافی شدید برای تبخیر هادی های مسی و خطرات قوس الکتریکی که پرسنل را به خطر می اندازد، تولید می کند. با این حال، بیشتر این تخریب قابل پیشگیری است.

کلیدهای مدار شکن محدود کننده جریان، نشان دهنده یک پیشرفت اساسی در فناوری حفاظت از مدار هستند. برخلاف کلیدهای مدار شکن معمولی که خطاها را در نقطه عبور از صفر طبیعی شکل موج AC قطع می کنند، کلیدهای محدود کننده جریان در عرض چند میلی ثانیه عمل می کنند تا جریان خطا را قبل از رسیدن به پیک مخرب آن، خفه کنند. این مداخله سریع به طور چشمگیری تنش مکانیکی و حرارتی را بر روی تجهیزات الکتریکی کاهش می دهد، از قطعات الکترونیکی حساس در برابر آسیب محافظت می کند و به طور قابل توجهی خطرات قوس الکتریکی را کاهش می دهد.

برای مهندسان برق که سیستم های توزیع را طراحی می کنند، سازندگان تابلو که دستگاه های حفاظتی را انتخاب می کنند و مدیران تاسیسات که مسئول زیرساخت های حیاتی هستند، درک فناوری محدود کننده جریان ضروری است. این راهنما توضیح می دهد که کلیدهای مدار شکن محدود کننده جریان چگونه کار می کنند، مشخصات کلیدی که عملکرد آنها را تعریف می کند و چه زمانی این فناوری مزایای حیاتی نسبت به حفاظت از مدار استاندارد ارائه می دهد.

کلید مدار شکن محدود کننده جریان چیست؟

کلید مدار شکن محدود کننده جریان یک دستگاه حفاظتی است که برای قطع جریان اتصال کوتاه قبل از رسیدن به حداکثر مقدار پیک احتمالی آن طراحی شده است. این قابلیت آن را از کلیدهای مدار شکن معمولی متمایز می کند، که معمولاً به جریان خطا اجازه می دهند قبل از قطع در یک نقطه عبور از صفر طبیعی، به پیک کامل خود برسد.

هنگامی که یک اتصال کوتاه در یک سیستم الکتریکی رخ می دهد، جریان با سرعت بسیار بالایی شروع به افزایش می کند - به طور بالقوه به ده ها هزار آمپر در عرض چند میلی ثانیه می رسد. یک کلید مدار شکن استاندارد این وضعیت خطا را حس می کند و مکانیسم قطع خود را آغاز می کند، اما فرآیند قطع زمان می برد. در طول این فاصله کوتاه، جریان خطا ممکن است به پیک احتمالی کامل خود برسد و انرژی فوق العاده ای را آزاد کند که به هادی ها، شینه ها و تجهیزات پایین دستی فشار وارد می کند.

در مقابل، کلیدهای مدار شکن محدود کننده جریان با سرعت فوق العاده ای عمل می کنند. طبق UL 489 (استاندارد آمریکای شمالی برای کلیدهای مدار شکن قالب دار)، یک کلید مدار شکن در صورتی به عنوان “محدود کننده جریان” واجد شرایط است که خطا را در کمتر از نصف سیکل - معمولاً زیر 10 میلی ثانیه - رفع کند. این پاسخ سریع یک ولتاژ قوس بالا ایجاد می کند که با ولتاژ سیستم مخالفت می کند، به طور موثر جریان را خفه می کند و جریان پیک عبوری را به مقدار بسیار کمتری نسبت به جریان خطای احتمالی مجبور می کند.

نتیجه چشمگیر است: در حالی که یک جریان خطای احتمالی ممکن است 50000 آمپر RMS متقارن باشد، یک کلید محدود کننده جریان ممکن است جریان پیک واقعی را به 15000 آمپر یا کمتر محدود کند. این کاهش در جریان پیک و کل انرژی خطا، از تجهیزات پایین دستی در برابر نیروهای مکانیکی، آسیب حرارتی و خطرات قوس الکتریکی که در غیر این صورت رخ می دهند، محافظت می کند.

کلیدهای مدار شکن محدود کننده جریان چگونه کار می کنند

قابلیت محدود کننده جریان این کلیدهای مدار شکن ناشی از ترکیبی دقیق از طراحی مکانیکی، فیزیک الکترومغناطیسی و مدیریت قوس است. این فرآیند در عرض چند میلی ثانیه از طریق چندین مکانیسم هماهنگ آشکار می شود.

جداسازی تماسی الکترودینامیکی

اولین عنصر حیاتی، جداسازی تماسی فوق العاده سریع است. هنگامی که یک جریان خطای بالا از طریق کنتاکت های کلید مدار شکن جریان می یابد، میدان های مغناطیسی عظیمی که توسط این جریان تولید می شوند، نیروهای الکترودینامیکی قدرتمندی ایجاد می کنند. کلیدهای محدود کننده جریان با پیکربندی های تماسی طراحی شده اند که از این نیروها برای کمک به جداسازی استفاده می کنند - کنتاکت ها به گونه ای چیده شده اند که میدان مغناطیسی یک نیروی دافعه ایجاد می کند که به معنای واقعی کلمه کنتاکت ها را از هم جدا می کند.

این “دافعه الکترودینامیکی” به این معنی است که جریان های خطای بالاتر در واقع جداسازی کنتاکت را تسریع می کنند. کلید مدار شکن صرفاً به نیروی مکانیکی مکانیسم قطع متکی نیست. خود جریان خطا انرژی را برای باز کردن سریعتر کنتاکت ها تامین می کند. این امر جداسازی بسیار سریع کنتاکت را تضمین می کند - اغلب در عرض 1-2 میلی ثانیه پس از شروع خطا.

تشکیل و ازدیاد طول قوس

با جدا شدن کنتاکت ها با سرعت بالا، یک قوس الکتریکی در شکاف ایجاد می شود. این قوس به جای اینکه مشکلی برای سرکوب باشد، به ابزار اصلی برای محدود کردن جریان تبدیل می شود. هندسه داخلی کلید مدار شکن به گونه ای طراحی شده است که این قوس را مجبور می کند به سرعت از کنتاکت ها دور شود و به یک محفظه قوس مخصوص به نام محفظه خاموش کننده قوس وارد شود.

میدان های مغناطیسی تولید شده توسط جریان و شکل فیزیکی قوس گیره ها، قوس را به سمت بالا به داخل محفظه خاموش کننده قوس هدایت می کنند. با حرکت و کشیده شدن قوس، طول آن به طور چشمگیری افزایش می یابد. یک قوس طولانی تر برای حفظ آن به ولتاژ بالاتری نیاز دارد و این ولتاژ قوس با ولتاژ سیستم که جریان خطا را هدایت می کند، مخالفت می کند.

تعویض و تقسیم قوس

محفظه خاموش کننده قوس حاوی یک سری صفحات فلزی است که در یک پیکربندی خاص (اغلب V شکل) چیده شده اند که به آن تقسیم کننده های قوس یا جداکننده های قوس می گویند. با رانده شدن قوس به داخل محفظه، با این صفحات تماس می گیرد و “تعویض” می شود - از مسیر اصلی قوس به صفحات تقسیم کننده منتقل می شود.

این فرآیند به طور موثر قوس تک با انرژی بالا را به چندین قوس کوچکتر به صورت سری تقسیم می کند. هر قوس کوچک افت ولتاژ خاص خود را ایجاد می کند. اگر محفظه خاموش کننده قوس، به عنوان مثال، حاوی 20 صفحه تقسیم کننده باشد، ولتاژ کل قوس می تواند به چندین برابر ولتاژ سیستم برسد. هنگامی که ولتاژ تجمعی قوس از ولتاژ سیستم فراتر رود، جریان مجبور می شود به سرعت کاهش یابد.

خنک کردن و خاموش کردن قوس

صفحات تقسیم کننده فلزی نیز به عنوان هیت سینک عمل می کنند و به سرعت قوس ها را خنک می کنند. صفحات سطح قوس را افزایش می دهند و گرما را دور می کنند. این خنک کننده همراه با هوای اطراف یا گازهای خاموش کننده قوس، رسانایی قوس را کاهش می دهد.

تعامل ولتاژ بالای قوس (مخالف جریان) و خنک کننده قوس (کاهش رسانایی) جریان را به سمت صفر سوق می دهد. کلید مدار شکن قوس را خاموش می کند و خطا را رفع می کند - همه در کسری از یک سیکل، قبل از اینکه جریان خطا به پیک احتمالی خود برسد.

این کل توالی - از تشخیص خطا تا جداسازی کنتاکت، ازدیاد طول قوس، تقسیم و خاموش کردن - در کمتر از 10 میلی ثانیه رخ می دهد. جریان در یک نقطه عبور از صفر طبیعی قطع نمی شود، بلکه به اجبار، با ایجاد شرایطی که در آن قوس نمی تواند پایدار بماند، قطع می شود.

مشخصات فنی کلیدی

درک عملکرد محدود کننده جریان مستلزم آشنایی با سه مشخصات حیاتی است که تعریف می کنند یک کلید مدار شکن چقدر به طور موثر جریان خطا را محدود می کند و از تجهیزات پایین دستی محافظت می کند.

جریان عبوری (Ip)

The جریان عبوری (Ip) جریان پیک واقعی است که در طول یک خطا از طریق کلید مدار شکن جریان می یابد و بر حسب آمپر اندازه گیری می شود. این مقدار نشان دهنده اثربخشی محدود کننده جریان کلید مدار شکن است: Ip پایین تر نشان دهنده محدودیت جریان بهتر است.

سازندگان داده های جریان عبوری را در قالب منحنی های مشخصه ارائه می دهند. این نمودارها جریان پیک عبوری (Ip) را روی محور عمودی در برابر جریان اتصال کوتاه احتمالی (آمپر RMS متقارن) روی محور افقی رسم می کنند. برای هر سطح خطای احتمالی معین در نقطه نصب، منحنی حداکثر جریان پیکی را که در واقع جریان خواهد یافت، نشان می دهد.

به عنوان مثال، اگر جریان خطای موجود در یک تابلوی برق 42000 آمپر RMS متقارن باشد، یک کلید مدار شکن محدود کننده جریان ممکن است جریان پیک واقعی را فقط به 18000 آمپر محدود کند. این کاهش از جریان پیک احتمالی به واقعی، از خم شدن شینه ها محافظت می کند، از گرم شدن بیش از حد هادی جلوگیری می کند و تنش مکانیکی را بر روی تمام اجزای پایین دستی کاهش می دهد.

تنش حرارتی (I²t)

The مقدار I²t (تلفظ “I-مربع-t”)، که بر حسب آمپر مربع ثانیه (A²s) اندازه گیری می شود، انرژی حرارتی عبوری از کلید مدار شکن در طول رفع خطا را کمی می کند. این مقدار نشان دهنده انتگرال جریان مربع بر روی کل زمان رفع خطا است.

این مشخصات برای محافظت از کابل ها و تجهیزات الکترونیکی حساس بسیار مهم است. عایق کابل ها دارای یک درجه تحمل حرارتی خاص است که به صورت I²t بیان می شود. اگر دستگاه حفاظتی انرژی حرارتی بیشتری نسبت به آنچه کابل می تواند تحمل کند عبور دهد، عایق آسیب می بیند حتی اگر کابل از نظر فیزیکی ذوب نشود.

کلیدهای مدار شکن محدود کننده جریان به طور چشمگیری I²t را در مقایسه با کلیدهای مدار شکن استاندارد کاهش می دهند. برای همان جریان خطای احتمالی، یک دستگاه محدود کننده جریان ممکن است مقدار I²t 50-80٪ کمتر از یک کلید مدار شکن معمولی داشته باشد. این کاهش تنش حرارتی از آسیب هادی جلوگیری می کند، از عایق کابل محافظت می کند و عمر تجهیزات را افزایش می دهد.

سازندگان منحنی های I²t مشابه منحنی های جریان عبوری ارائه می دهند که حداکثر انرژی حرارتی را به عنوان تابعی از جریان خطای احتمالی نشان می دهد. برخی از استانداردها کلاس های محدود کننده انرژی را برای کلیدهای مدار شکن بر اساس عملکرد I²t آنها تعریف می کنند.

ظرفیت قطع (Icu و Ics)

The ظرفیت شکستن حداکثر جریان خطایی را که کلید مدار شکن می تواند با خیال راحت قطع کند، تعریف می کند. دو رتبه بندی تحت IEC 60947-2 (استاندارد بین المللی برای کلیدهای مدار شکن ولتاژ پایین) مرتبط هستند:

• ظرفیت شکست نهایی (ICU): حداکثر جریان خطایی که کلید مدار شکن می تواند بدون تخریب قطع کند. پس از قطع یک خطا در سطح Icu، ممکن است کلید مدار شکن برای سرویس دهی مداوم مناسب نباشد و ممکن است نیاز به تعویض داشته باشد. این نشان دهنده حد بالایی مطلق کلید مدار شکن است.
• ظرفیت قطع سرویس (ICs): حداکثر جریان خطایی که کلید مدار شکن می تواند چندین بار قطع کند در حالی که به طور کامل کاربردی و قابل اعتماد برای سرویس دهی مداوم باقی می ماند. Ics به صورت درصدی از Icu بیان می شود (معمولاً 50٪، 75٪ یا 100٪). برای کاربردهای حیاتی که نیاز به قابلیت اطمینان بالایی دارند، کلیدهای مدار شکن با Ics = 100٪ Icu ترجیح داده می شوند.

قانون انتخاب اساسی ساده است: Icu کلید مدار شکن باید برابر یا بیشتر از جریان اتصال کوتاه احتمالی در نقطه نصب باشد. کلیدهای مدار شکن محدود کننده جریان می توانند به ظرفیت های قطع بالایی (50kA، 85kA یا بالاتر) در فرم فاکتورهای فشرده دست یابند زیرا خود عمل محدود کننده جریان، انرژی مورد نیاز کلید مدار شکن را کاهش می دهد.

رابطه متقابل مشخصات

این مشخصات با هم کار می کنند تا عملکرد حفاظتی را تعریف کنند. هنگامی که یک خطا تا رتبه بندی Icu کلید مدار شکن رخ می دهد، عمل محدود کننده جریان هم جریان پیک (Ip) و هم کل انرژی حرارتی (I²t) را به مقادیری بسیار کمتر از آنچه خطای احتمالی تولید می کند، کاهش می دهد. این کاهش هماهنگ در تنش مکانیکی پیک و آسیب حرارتی چیزی است که کلیدهای مدار شکن محدود کننده جریان را برای محافظت از سیستم های الکتریکی مدرن با جریان های خطای موجود بالا ضروری می کند.

استانداردها و انطباق

کلیدهای مدار شکن محدود کننده جریان توسط استانداردهای بین المللی و منطقه ای سختگیرانه ای اداره می شوند که الزامات عملکرد، رویه های آزمایش و معیارهای ایمنی را تعریف می کنند.

IEC 60947-2: استاندارد بین المللی

IEC 60947-2 استاندارد بین المللی برای کلیدهای مدار شکن ولتاژ پایین مورد استفاده در کاربردهای صنعتی و تجاری است. این استاندارد جامع موارد زیر را ایجاد می کند:

• دسته بندی های عملکرد: این استاندارد بین کلیدهای دسته A (بدون تاخیر زمانی عمدی اتصال کوتاه) و کلیدهای دسته B (با قابلیت تحمل زمان کوتاه) تمایز قائل می شود. بیشتر کلیدهای MCCB محدود کننده جریان مدرن، دستگاه های دسته A هستند.
• تایید ظرفیت قطع: IEC 60947-2 توالی های آزمایش دقیقی را برای تأیید هم ظرفیت قطع نهایی (Icu) و هم ظرفیت قطع سرویس (Ics) مشخص می کند. این آزمایش ها شامل چندین عملیات وصل و قطع تحت شرایط خطای مشخص شده است.
• عملکرد محدود کننده جریان: در حالی که این استاندارد محدودیت جریان را اجباری نمی کند، رویه های آزمایشی را برای تأیید و مستندسازی جریان عبوری و عملکرد I²t برای کلیدهای مدار شکنی که ادعای قابلیت محدود کننده جریان دارند، ارائه می دهد.
• هماهنگی و گزینش پذیری: این استاندارد الزامات حفاظت پشتیبان (آبشاری) را ایجاد می کند، جایی که یک کلید مدار شکن محدود کننده جریان در بالادست از یک کلید مدار شکن پایین دست با ظرفیت قطع کمتر از جریان خطای احتمالی در محل آن محافظت می کند.

UL 489: استاندارد آمریکای شمالی

استاندارد UL 489 استاندارد Underwriters Laboratories برای کلیدهای مدار شکن قالب دار در آمریکای شمالی است. مفاد کلیدی عبارتند از:

• تعریف محدود کننده جریان: UL 489 مشخص می کند که یک کلید مدار شکن در صورتی به عنوان “محدود کننده جریان” واجد شرایط است که یک خطا را در کمتر از نصف سیکل (معمولاً زیر 10 میلی ثانیه برای سیستم های 60 هرتز) رفع کند.
• تست عبور جریان: این استاندارد نیازمند تست‌های گسترده برای تولید منحنی‌های جریان عبوری است که جریان پیک واقعی را به عنوان تابعی از جریان اتصال کوتاه محتمل نشان می‌دهد.
• رتبه‌بندی‌های اتصال کوتاه: UL 489 رتبه‌بندی‌های قطع (IR) را تعریف می‌کند و رویه‌های آزمایشی را برای تأیید عملکرد بریکر در سطوح ولتاژ و جریان نامی تعیین می‌کند.

انطباق و صدور گواهینامه

برای طراحان و مشخص‌کنندگان سیستم‌های الکتریکی، انطباق با استانداردها تضمین می‌کند:

• عملکرد تأیید شده: بریکرهای دارای گواهی، تحت آزمایش‌های شخص ثالث دقیق قرار گرفته‌اند تا قابلیت محدود کردن جریان و ظرفیت قطع آن‌ها تأیید شود.
• اطمینان طراحی: مهندسان می‌توانند برای تجزیه و تحلیل حفاظت از تجهیزات و محاسبات قوس الکتریکی به منحنی‌های عبور جریان و داده‌های I²t منتشر شده تکیه کنند.
• پذیرش نظارتی: بریکرهای مطابق با استانداردها، الزامات کد الکتریکی را در بازارهای مربوطه خود (مناطق IEC یا تأسیسات آمریکای شمالی) برآورده می‌کنند.

بریکرهای محدودکننده جریان VIOX برای مطابقت با الزامات IEC 60947-2 و UL 489 طراحی و آزمایش شده‌اند، که کاربرد جهانی و عملکرد حفاظتی تأیید شده را تضمین می‌کنند.

کاربردها و موارد استفاده

بریکرهای محدودکننده جریان، مزایای حیاتی را در سیستم‌های الکتریکی ارائه می‌دهند که در آن جریان‌های اتصال کوتاه بالا، یکپارچگی تجهیزات و ایمنی پرسنل را تهدید می‌کنند.

مراکز داده و زیرساخت‌های حیاتی فناوری اطلاعات

مراکز داده مدرن با چالش‌های جریان اتصال کوتاه فوق‌العاده‌ای روبرو هستند. رک‌های سرور با تراکم بالا، سیستم‌های UPS قدرتمند و فیدهای متعدد، جریان‌های اتصال کوتاه در دسترس ایجاد می‌کنند که می‌تواند از 65kA یا بیشتر فراتر رود. بریکرهای محدودکننده جریان در این محیط‌ها ضروری هستند:

• حفاظت از تجهیزات فناوری اطلاعات: سرورها، آرایه‌های ذخیره‌سازی و تجهیزات شبکه حاوی الکترونیک حساسی هستند که در برابر رویدادهای جریان بیش از حد حتی کوتاه مدت آسیب‌پذیر هستند. بریکرهای محدودکننده جریان، انرژی اتصال کوتاه را به سطوحی کاهش می‌دهند که از آسیب دیدن قطعات جلوگیری می‌کند.
• هماهنگی انتخابی: قابلیت اطمینان مرکز داده به جداسازی خطاها بدون قطع زنجیره‌ای بستگی دارد. بریکرهای محدودکننده جریان، هماهنگی بین حفاظت بالادستی و پایین‌دستی را تسهیل می‌کنند و اطمینان می‌دهند که فقط مدار آسیب‌دیده قطع می‌شود.
• کاهش قوس الکتریکی: پرسنل تعمیر و نگهداری به طور منظم روی تجهیزات برق‌دار کار می‌کنند. با کاهش جریان اتصال کوتاه پیک و زمان قطع، بریکرهای محدودکننده جریان به طور چشمگیری انرژی حادثه قوس الکتریکی را کاهش می‌دهند، ایمنی کارگران را بهبود می‌بخشند و به طور بالقوه الزامات PPE را کاهش می‌دهند.
• تأسیسات فشرده: فناوری محدودکننده جریان، ظرفیت قطع بالا (50kA-100kA) را در MCCBهای فشرده امکان‌پذیر می‌کند و از توزیع برق متراکم بدون نیاز به تابلو برق بزرگ پشتیبانی می‌کند.

کارخانه‌های تولیدی صنعتی

کارخانه‌های صنعتی با موتورهای بزرگ، ترانسفورماتورها و شبکه‌های توزیع گسترده با جریان‌های اتصال کوتاهی روبرو هستند که می‌توانند به تجهیزات تولید آسیب برسانند:

• مراکز کنترل موتور: محافظت از استارترهای موتور، درایوهای فرکانس متغیر و الکترونیک کنترل در برابر تنش جریان اتصال کوتاه. بریکرهای محدودکننده جریان از آسیب دیدن الکترونیک درایو گران قیمت جلوگیری می‌کنند و تداوم تولید را تضمین می‌کنند.
• فیدرهای با ظرفیت بالا: در جایی که منابع تغذیه متعدد یا ترانسفورماتورهای بزرگ جریان‌های اتصال کوتاهی بیش از 50kA ایجاد می‌کنند، بریکرهای محدودکننده جریان بدون نیاز به تابلو برق گران قیمت با ظرفیت قطع بالا در سراسر سیستم، محافظت می‌کنند.
• حفاظت از تجهیزات: شینه‌ها، سینی‌های کابل و اجزای پانل دارای محدودیت‌های مقاومت مکانیکی هستند. بریکرهای محدودکننده جریان، نیروهای مغناطیسی را در طول خطاها کاهش می‌دهند و از آسیب فیزیکی به زیرساخت توزیع جلوگیری می‌کنند.

ساختمان‌های تجاری با چگالی توان بالا

برج‌های اداری، بیمارستان‌ها و مراکز خرده‌فروشی به طور فزاینده‌ای سیستم‌های پرقدرت را مستقر می‌کنند:

• توزیع اصلی و فرعی: بریکرهای محدودکننده جریان در ورودی‌های سرویس اصلی و تابلوهای توزیع در برابر جریان‌های اتصال کوتاه تامین شده توسط شرکت برق محافظت می‌کنند و در عین حال هماهنگی موثر پایین‌دستی را امکان‌پذیر می‌کنند.
• سیستم‌های برق اضطراری: حفاظت از ژنراتور و سوئیچ انتقال در جایی که منابع متعدد جریان اتصال کوتاه در دسترس را افزایش می‌دهند.
• بازسازی و توسعه: افزودن ظرفیت به ساختمان‌های موجود اغلب سطح جریان اتصال کوتاه را افزایش می‌دهد. بریکرهای محدودکننده جریان گاهی اوقات می‌توانند با ارائه حفاظت کافی در رتبه‌بندی‌های زیرساخت موجود، نیاز به ارتقاء کامل سیستم را از بین ببرند.

حفاظت آبشاری (حفاظت پشتیبان)

یکی از ارزشمندترین کاربردها، فعال کردن رتبه‌بندی آبشاری یا سری است. یک بریکر محدودکننده جریان که در بالادست نصب شده است، می‌تواند از بریکرهای پایین‌دستی با ظرفیت قطع کمتر از جریان اتصال کوتاه محتمل در محل آن‌ها محافظت کند. این اجازه می‌دهد:

• بهینه‌سازی هزینه: استفاده از بریکرهای ارزان‌تر و با رتبه پایین‌تر در پایین‌دست در حالی که حفاظت کامل حفظ می‌شود.
• مشخصات ساده شده: استانداردسازی انواع بریکرهای رایج در سراسر تأسیسات در حالی که بریکر اصلی محدودکننده جریان، حفاظت در سطح سیستم را فراهم می‌کند.
• انعطاف‌پذیری سیستم: افزودن مدارها یا بارها بدون نیاز به ارتقاء همه دستگاه‌های حفاظتی پایین‌دستی.

بریکرهای محدودکننده جریان در مقابل بریکرهای مدار استاندارد

درک تمایز بین بریکرهای محدودکننده جریان و بریکرهای مدار استاندارد، مشخص می‌کند که چه زمانی هر فناوری مناسب است.

روش قطع

بریکرهای استاندارد: بریکرهای مدار معمولی یک خطا را تشخیص می‌دهند و مکانیسم قطع را آغاز می‌کنند، اما اجازه می‌دهند جریان خطا به مقدار پیک محتمل خود برسد. قطع در یا نزدیک به یک عبور از صفر جریان طبیعی رخ می‌دهد، معمولاً پس از 0.5 تا 1.5 سیکل (8-25 میلی ثانیه در 60 هرتز). در این مدت، جریان خطای کامل به سیستم فشار وارد می‌کند.

بریکرهای محدودکننده جریان: این دستگاه‌ها در عرض چند میلی ثانیه عمل می‌کنند تا جریان را قبل از رسیدن به پیک محتمل خود به اجبار قطع کنند. از طریق جداسازی الکترودینامیکی کنتاکت و ایجاد ولتاژ قوس، آنها خطا را در کمتر از نصف سیکل (زیر 10 میلی ثانیه) برطرف می‌کنند و به طور چشمگیری هم جریان پیک و هم کل انرژی خطا را کاهش می‌دهند.

جریان پیک و تنش مکانیکی

بریکرهای استاندارد: جریان خطای محتمل کامل جریان می‌یابد و حداکثر نیروهای مغناطیسی را ایجاد می‌کند. برای یک خطای محتمل 50kA، 50kA کامل (پیک نامتقارن 70kA) تنش مکانیکی عظیمی را بر روی شینه‌ها، پایانه‌ها و اتصالات ایجاد می‌کند.

بریکرهای محدودکننده جریان: جریان عبوری به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. برای همان خطای محتمل 50kA، یک بریکر محدودکننده جریان ممکن است پیک واقعی را به 15-20kA محدود کند و نیروهای مغناطیسی را 60-70٪ کاهش دهد.

انرژی حرارتی (I²t)

بریکرهای استاندارد: زمان قطع طولانی‌تر و جریان پیک بالاتر منجر به انتشار انرژی حرارتی قابل توجهی می‌شود. کابل‌ها، شینه‌ها و اتصالات گرمای قابل توجهی را جذب می‌کنند و به طور بالقوه به عایق آسیب می‌رسانند.

بریکرهای محدودکننده جریان: کاهش جریان پیک و قطع فوق‌العاده سریع به طور چشمگیری مقادیر I²t را کاهش می‌دهد، اغلب 50-80٪. این از عایق کابل محافظت می‌کند، از بازپخت هادی جلوگیری می‌کند و از الکترونیک حساس در برابر تنش حرارتی محافظت می‌کند.

انرژی حادثه قوس الکتریکی

بریکرهای استاندارد: جریان خطای بالاتر و زمان قطع طولانی‌تر، انرژی حادثه قوس الکتریکی را افزایش می‌دهد و به PPE سطح بالاتری نیاز دارد و خطرات ایمنی بیشتری را برای پرسنل تعمیر و نگهداری ایجاد می‌کند.

بریکرهای محدودکننده جریان: کاهش مقدار و مدت زمان جریان خطا به طور قابل توجهی انرژی قوس الکتریکی را کاهش می‌دهد. این می‌تواند مرز قوس الکتریکی را کاهش دهد، الزامات PPE را کاهش دهد و ایمنی الکتریکی کلی را بهبود بخشد.

مصالحه هزینه و پیچیدگی

بریکرهای استاندارد: به طور کلی هزینه کمتری در هر واحد دارد. مناسب برای کاربردهایی که جریان‌های خطا متوسط هستند و رتبه‌بندی تجهیزات به طور کافی از سطوح خطای موجود فراتر می‌رود.

بریکرهای محدودکننده جریان: هزینه اولیه بالاتر، اما می‌تواند هزینه کل سیستم را با موارد زیر کاهش دهد:

• اجازه دادن به اجزای پایین‌دستی سبک‌تر
• فعال کردن حفاظت آبشاری با بریکرهای با رتبه پایین‌تر
• کاهش الزامات تقویت پنل
• محافظت از تجهیزات گران قیمت در برابر آسیب
• کاهش هزینه‌های کاهش قوس الکتریکی

چه زمانی هر نوع را انتخاب کنیم

انتخاب بریکرهای استاندارد در مواقعی که::

• جریان اتصال کوتاه موجود بسیار کمتر از رتبه اتصال کوتاه سیستم باشد.
• محدودیت‌های بودجه در اولویت قرار دارند و سطوح خطا، حفاظت محدود کننده جریان را توجیه نمی‌کنند.
• هماهنگی را می‌توان بدون محدودیت جریان به دست آورد.

انتخاب بریکرهای محدود کننده جریان در مواقعی که::

• جریان‌های اتصال کوتاه موجود از 20-25kA فراتر می‌روند.
• محافظت از تجهیزات الکترونیکی حساس (مراکز داده، سیستم‌های کنترل)
• به دنبال کاهش خطر قوس الکتریکی
• فعال کردن حفاظت آبشاری برای کاهش هزینه‌ها
• گسترش تأسیسات، سطوح خطا را فراتر از رتبه‌بندی تجهیزات اصلی افزایش داده است.

معیارهای انتخاب

انتخاب بریکر محدود کننده جریان مناسب، مستلزم ارزیابی چندین عامل فنی و کاربردی است.

محاسبه جریان اتصال کوتاه موجود

اولین قدم، تعیین جریان اتصال کوتاه احتمالی در نقطه نصب است. این امر مستلزم موارد زیر است:

• ظرفیت و امپدانس ترانسفورماتور برق
• طول و اندازه هادی‌ها
• امپدانس اجزای توزیع
• سهم موتورها و ژنراتورها

بسیاری از شرکت‌های برق، داده‌های جریان اتصال کوتاه را ارائه می‌دهند، یا مهندسان برق واجد شرایط می‌توانند محاسبات اتصال کوتاه را با استفاده از روش‌های استاندارد صنعت (IEC 60909 یا استانداردهای IEEE) انجام دهند. ظرفیت قطع نهایی بریکر (Icu) باید با این جریان اتصال کوتاه محاسبه شده مطابقت داشته باشد یا از آن فراتر رود.

ارزیابی الزامات حفاظت از تجهیزات

در نظر بگیرید که چه چیزی نیاز به محافظت دارد:

• قطعات الکترونیکی حساس: مراکز داده، سیستم‌های کنترل و تجهیزات مخابراتی از کاهش جریان عبوری و I²t به طور قابل توجهی بهره‌مند می‌شوند.
• رتبه‌بندی باسبار و هادی: اگر جریان‌های اتصال کوتاه به رتبه‌بندی مقاومت در برابر اتصال کوتاه باسبارها، کابل‌ها یا اجزای پنل نزدیک شوند یا از آن فراتر روند، محدودیت جریان ضروری می‌شود.
• تجهیزات موجود: هنگام گسترش تأسیسات، بریکرهای محدود کننده جریان گاهی اوقات می‌توانند از زیرساخت‌های موجود بدون نیاز به تعویض کامل محافظت کنند.

ارزیابی نیازهای کاهش خطر قوس الکتریکی

اگر مطالعات قوس الکتریکی سطوح انرژی حادثه بالایی را نشان دهد که نیاز به PPE گسترده دارد یا خطرات غیرقابل قبولی برای کارگران ایجاد می‌کند، بریکرهای محدود کننده جریان می‌توانند به طور قابل توجهی انرژی قوس الکتریکی را کاهش دهند. محاسبات قوس الکتریکی را بررسی کنید تا مشخص شود که آیا محدودیت جریان، دسته خطر را کاهش می‌دهد و ایمنی را بهبود می‌بخشد یا خیر.

در نظر گرفتن الزامات هماهنگی

هماهنگی انتخابی - اطمینان از اینکه فقط بریکر نزدیک به خطا قطع می‌شود - در بسیاری از کاربردها حیاتی است:

• حفاظت آبشاری: اگر بریکرهای پایین دستی ظرفیت قطع کمتری نسبت به جریان اتصال کوتاه موجود داشته باشند، یک بریکر محدود کننده جریان در بالادست می‌تواند حفاظت پشتیبان را فراهم کند.
• بارهای حیاتی: مراکز داده، بیمارستان‌ها و فرآیندهای صنعتی نیاز به جداسازی خطا بدون قطعی‌های غیرضروری دارند. بریکرهای محدود کننده جریان با کاهش انرژی عبوری، هماهنگی را تسهیل می‌کنند.

بررسی منحنی‌های جریان عبوری

تولیدکنندگان منحنی‌های جریان عبوری (Ip) و I²t را برای بریکرهای محدود کننده جریان خود ارائه می‌دهند. این منحنی‌ها را با موارد زیر مقایسه کنید:

• رتبه‌بندی مقاومت تجهیزات
• محدودیت‌های I²t کابل
• اهداف کاهش انرژی قوس الکتریکی
• الزامات هماهنگی با دستگاه‌های پایین دستی

تأیید انطباق با استانداردها

اطمینان حاصل کنید که بریکر با استانداردهای قابل اجرا مطابقت دارد:

• IEC 60947-2 برای کاربردهای بین‌المللی/صنعتی
• استاندارد UL 489 برای تاسیسات آمریکای شمالی
• کدهای برق محلی و الزامات صدور گواهینامه

نتيجه گيری

بریکرهای مدار محدود کننده جریان، نشان دهنده یک پیشرفت حیاتی در فناوری حفاظت الکتریکی هستند که چالش اساسی جریان‌های اتصال کوتاه بالا در سیستم‌های قدرت مدرن را برطرف می‌کنند. این دستگاه‌ها با قطع خطاها در میلی ثانیه و کاهش چشمگیر جریان عبوری پیک و تنش حرارتی، از تجهیزات گران قیمت محافظت می‌کنند، ایمنی پرسنل را بهبود می‌بخشند و طراحی‌های سیستم انعطاف‌پذیرتری را امکان‌پذیر می‌کنند.

برای مهندسان برق و مدیران تأسیساتی که با سیستم‌های توزیع برق پرقدرت کار می‌کنند - به ویژه مراکز داده، تأسیسات صنعتی و ساختمان‌های تجاری با جریان‌های اتصال کوتاه بیش از 25kA - فناوری محدود کننده جریان، مزایای قابل اندازه‌گیری در حفاظت از تجهیزات، کاهش قوس الکتریکی و انعطاف‌پذیری هماهنگی ارائه می‌دهد. مشخصات کلیدی (جریان عبوری Ip، تنش حرارتی I²t و ظرفیت قطع Icu) داده‌های مهندسی مورد نیاز برای تأیید عملکرد حفاظت و اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد را فراهم می‌کنند.

VIOX Electric بریکرهای مدار محدود کننده جریان را مطابق با استانداردهای IEC 60947-2 و UL 489 تولید می‌کند و ظرفیت‌های قطع از 35kA تا 100kA و منحنی‌های عملکرد عبوری جامع را ارائه می‌دهد. برای مشخصات فنی، راهنمایی‌های کاربردی یا برای بحث در مورد الزامات حفاظت خاص خود، با تیم مهندسی VIOX تماس بگیرید.

از زیرساخت‌های حیاتی خود با فناوری محدود کننده جریان اثبات شده محافظت کنید. تماس با ویواکس الکتریک برای بحث در مورد نیازهای حفاظت مدار خود.