انتخاب پیکربندی مناسب پل کلید مدار یکی از مهمترین—و اغلب سوءتفاهمشدهترین—تصمیمات در طراحی سیستم الکتریکی است. تفاوت بین یک کلید تک پل (1P)، تک پل با نول (1P+N) و دو پل (2P) نه تنها تعیین میکند که آیا سیستم شما کار میکند یا خیر، بلکه تعیین میکند که آیا از تجهیزات و پرسنل به طور ایمن محافظت میکند یا خیر. استفاده از پیکربندی اشتباه میتواند یک هادی را حتی زمانی که کلید خاموش است، برقدار نگه دارد و خطرات شوک بیصدا ایجاد کند. همچنین میتواند کدهای الکتریکی را نقض کند، پوشش گارانتی را به خطر بیندازد و مدیران تأسیسات را در معرض مسئولیت جدی قرار دهد. این راهنما با یک چارچوب عملی برای انتخاب پیکربندی پل مناسب بر اساس سیستم الکتریکی خاص، ویژگیهای بار و استانداردهای منطقهای، ابهامات را برطرف میکند.
قطبهای مدارشکن چیستند؟
الف پل در یک کلید مدار به یک مکانیزم سوئیچینگ مستقل اشاره دارد که یک هادی (سیم) را کنترل میکند. آن را به عنوان یک سوئیچ جداگانه در نظر بگیرید که میتواند جریان الکتریکی را قطع کند. در کلیدهای چند پل، این سوئیچها به صورت مکانیکی به هم متصل شدهاند تا در شرایط خطا به طور همزمان قطع شوند. تعداد پلها مستقیماً تعیین میکند که کلید از چه نوع سیستمهای الکتریکی میتواند به طور ایمن محافظت کند و اینکه آیا هادیهای خاصی در طول خطا یا خاموش شدن برای تعمیر و نگهداری برقدار باقی میمانند یا خیر.
هر پل تقریباً 18 میلیمتر فضا روی ریل DIN اشغال میکند و شامل موارد زیر است:
- یک عنصر حرارتی (نوار بیمتال) برای حفاظت از اضافه بار
- یک عنصر مغناطیسی (سیم پیچ) برای تشخیص اتصال کوتاه
- کنتاکتهایی که به طور فیزیکی از هم جدا میشوند تا جریان را قطع کنند
- یک اتصال مکانیکی که تمام پلها را در واحد کلید به هم متصل میکند
تمایز اساسی این است که پلهای بیشتر لزوماً به معنای حفاظت بیشتر نیست—آنها به معنای استراتژیهای حفاظتی متفاوت هستند که برای هادیهای مختلف اعمال میشوند. یک کلید 1P از یک هادی فاز محافظت میکند. یک کلید 1P+N از یک هادی فاز محافظت میکند در حالی که نول را فراهم میکند سوئیچینگ (اما معمولاً نه حفاظت)؛ و یک کلید 2P از هر دو هادی فاز به طور مساوی محافظت میکند.
کلید مدار 1P (تک پل): اصول اولیه
کلیدهای تک پل، اسب کار سیستمهای الکتریکی مسکونی هستند, ، که از مدارهای 120 ولت جداگانه در تاسیسات آمریکای شمالی و مدارهای تک فاز 230 ولت در مناطق استاندارد IEC محافظت میکنند. آنها کوچکترین و مقرون به صرفهترین گزینه هستند و یک ماژول ریل DIN را اشغال میکنند.
مشخصات فنی
- ولتاژ امتیاز: 120 ولت AC (ایالات متحده) یا 230 ولت AC (IEC)
- رتبهبندیهای فعلی: 6A تا 63A (رایجترین: 15A، 20A، 32A)
- عرض ماژول: 1 ماژول (18 میلیمتر)
- شکستن ظرفیت: 6kA تا 10kA (IEC 60898-1)
- تعداد هادیهای محافظت شده: 1 (فقط سیم فاز)
نحوه عملکرد حفاظت 1P
کلید 1P جریان عبوری از فقط سیم فاز (گرم). را نظارت میکند. سیم نول مستقیماً به یک باس نول مشترک در پنل متصل میشود و حتی زمانی که کلید قطع میشود، متصل باقی میماند. این یک محدودیت اساسی ایجاد میکند: اگر یک خطا سیم نول را در جای دیگری از سیستم “برقدار” کند, ، آن ولتاژ خطرناک میتواند حتی زمانی که کلید محلی شما خاموش است، وجود داشته باشد.
چه زمانی از 1P استفاده کنیم
- مدارهای روشنایی مسکونی استاندارد
- پریزهای چند منظوره (تا ظرفیت ایمن پنل)
- مدارهای لوازم کوچک (ماشین ظرفشویی، دستگاههای دفع زباله، مایکروویو)
- در سیستمهای اتصال به زمین TN-S که در آن نول به طور قابل اعتمادی به زمین متصل است
- هزینه یک محدودیت اصلی است و ایمنی سیستم اجازه سوئیچینگ نول را نمیدهد
محدودیت اساسی
⚠️ یک کلید 1P نمیتواند در برابر خطاهایی که در خود هادی نول ایجاد میشوند، محافظت کند. اگر یک سیم نول آسیب ببیند و به طور غیرمنتظره جریان برگشتی را حمل کند، کلید 1P این اضافه بار را تشخیص نمیدهد. به همین دلیل است که کدهای الکتریکی مدرن به طور فزایندهای نظارت بر نول را در سیستمهایی که هارمونیک یا بارهای نامتعادل امکانپذیر هستند، اجباری میکنند.
1P+N (تک پل + نول): استاندارد مدرن
اینجاست که سردرگمی شروع میشود—و در اینجا درک استاندارد IEC برای پروژههای بینالمللی ضروری میشود. کلید 1P+N (که در متون قدیمیتر DPN نیز نامیده میشود) هر دو هادی فاز و نول را به طور همزمان سوئیچ میکند، اما فقط به فاز حفاظت از جریان اضافه ارائه میدهد.
تمایز اساسی: سوئیچینگ در مقابل حفاظت
این تنها سوءتفاهمشدهترین جنبه فناوری 1P+N است:
| عملکرد | 1P | ۱P+N | 2P |
|---|---|---|---|
| فاز را سوئیچ میکند | بله | بله | بله |
| نول را سوئیچ میکند | خیر | بله | بله |
| از فاز محافظت میکند | بله | بله | بله |
| از نول محافظت میکند | خیر | خیر | بله |
کلید 1P+N نول را برای جداسازی تعمیر و نگهداری سوئیچ (قطع) میکند اما لزوماً شامل یک سنسور حرارتی-مغناطیسی برای نظارت بر سیم نول نیست. این تمایز پیامدهای عمیقی دارد:
سناریو: چرا سوئیچینگ نول مهم است
در طول تعمیر و نگهداری، یک برقکار روی یک مدار محافظت شده 1P+N کار میکند. با یک کلید 1P، چرخاندن سوئیچ، هادی نول را همچنان به منبع متصل میگذارد. اگر خطای نول مدار دیگری به طور ناخواسته ولتاژ را روی این نول قرار دهد، برقکاری که به نول “خاموش شده” دست میزند، میتواند شوک مرگباری دریافت کند. با یک کلید 1P+N، هم فاز و هم نول به طور فیزیکی قطع میشوند و از این خطر به طور کامل جلوگیری میکنند.
چه زمانی حفاظت از نول اجباری میشود
در حالی که 1P+N سوئیچینگ را فراهم میکند،, خنثی حفاظت (نظارت) در سناریوهای خاص پرخطر ضروری میشود:
1. سطح مقطع کاهش یافته نول
طبق IEC 60364-4-43، اگر سطح مقطع هادی نول کوچکتر از هادی فاز باشد، حفاظت باید نول را نظارت کند. هادیهای کوچکتر سریعتر گرم میشوند و نظارت فقط فاز نمیتواند این اضافه بار را تشخیص دهد.
مثال: یک سیم فاز 10 میلیمتر مربع با یک سیم نول 4 میلیمتر مربع. اگر جریان برگشتی از آنچه که نول کوچکتر میتواند با خیال راحت حمل کند بیشتر شود، بدون نظارت بر نول، به طور نامحسوس گرم میشود. یک کلید 2P یا 1P+N با حفاظت واقعی از نول این را تشخیص میدهد.
2. جریانهای هارمونیک در تاسیسات مدرن
در ساختمانهای اداری، مراکز داده و آشپزخانههای تجاری با نورپردازی LED، درایوهای فرکانس متغیر و تجهیزات کامپیوتری،, بارهای غیرخطی جریانهای هارمونیک تولید میکنند. هارمونیک سوم (و سایر هارمونیکهای فرد) در سیم نول حذف نمیشود، همانطور که در هادیهای فاز این اتفاق میافتد. اگر محتوای هارمونیکی از 15 تا 33 درصد جریان فاز فراتر رود، سیم نول میتواند در واقع جریان بیشتری نسبت به سیمهای فاز حمل کند. بیشتر : یک آشپزخانه تجاری با 20 اجاق القایی (بار بسیار غیرخطی). نول فیدر 3P+N ممکن است 150 آمپر جریان حمل کند در حالی که هر فاز فقط 100 آمپر حمل میکند. نظارت استاندارد فاز، هادی نول بیش از حد گرم شده را از دست میدهد. کدهای مدرن اکنون به حفاظت 4P در چنین سناریوهایی نیاز دارند.
مثال دنیای واقعیسیستمهای اتصال به زمین TT و IT.
سیستم اتصال به زمین اساساً الزامات حفاظت نول را تغییر میدهد:
سیستم TN-S
- (رایج در اروپا): نول به طور قابل اعتمادی در ترانسفورماتور به زمین متصل است. یک 1P+N معمولاً برای ایزولاسیون در طول تعمیر و نگهداری کافی است. سیستم TT.
- : نول به زمین تاسیسات متصل نیست، بنابراین نمیتوان آن را "ایمن" فرض کرد. حفاظت کامل 2P توصیه میشود.سیستم IT.
- : نول از زمین جدا شده است. یکبریکر 2P اجباری است زیرا خطاهای نول به زمین رایج هستند و جریانهای خطای خطرناکی را در سیم نول ایجاد میکنند. مزایای 1P+N نسبت به 1P.
✓ ایزولاسیون کامل مدار در طول تعمیر و نگهداری (نول سوئیچ میشود)
- ✓ جلوگیری از خطر شوک ناشی از خطاهای نول به زمین در مدارهای پاییندست
- ✓ مطابق با استانداردهای اروپایی و IEC برای شیوههای ایمن تعمیر و نگهداری
- ✓ همان عرض ریل DIN مانند 1P (18 میلیمتر)، بنابراین افزایش هزینه حداقل است
- ✓ به طور فزایندهای در تاسیسات تجاری مدرن اجباری است
- چه زمانی 1P+N کافی نیست
جریانهای هارمونیکی از 15 درصد جریان فاز فراتر میروند (از 2P یا نول محافظ استفاده کنید)
- هادی نول نسبت به فاز کماندازه است
- سیستم اتصال به زمین IT (باید از 2P استفاده شود)
- کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا که در آن نظارت کامل هادی مورد نیاز است
- بریکر 2P (دو پل): حفاظت کامل
بریکر 2P حفاظت متقارن را
The روی هر دو هادی فراهم میکند—معمولاً هر دو سیم فاز در یک مدار تک فاز 240 ولت، یا یک فاز و یک نول در کاربردهای تخصصی. هر پل شامل عناصر حرارتی و مغناطیسی مستقل است. شکل 4: یک برنامه کاربردی پنل کنترل صنعتی VIOX که دارای پیکربندیهای مختلف بریکر (1P، 1P+N و 2P) است که روی ریلهای DIN با میلههای باسبار مسی سازماندهی شدهاند.
مشخصات فنی
- ولتاژ امتیاز: 20 آمپر تا 100 آمپر معمول برای مسکونی؛ تا 1600 آمپر+ برای صنعتی
- رتبهبندیهای فعلی: 2 ماژول (36 میلیمتر)
- عرض ماژول: 10kA تا 100kA بسته به سری
- شکستن ظرفیت: 2 (هر دو سیم فاز، یا فاز+نول)
- تعداد هادیهای محافظت شدهنحوه عملکرد حفاظت 2P
در یک نصب مسکونی 240 ولت ایالات متحده، بریکر 2P به دو پایه فاز جداگانه از سرویس اصلی (L1 و L2) متصل میشود که هر کدام 120 ولت نسبت به نول هستند. بریکر هر دو هادی را برای جریان اضافه نظارت میکند:
اگر هر یک از پایهها اضافه بار داشته باشند،
- هر دو پل به طور همزمان قطع میشوند, (اتصال مکانیکی) هر دو هادی به طور کامل قطع میشوند و اطمینان حاصل میشود که هیچ ولتاژی در مدار باقی نمیماند
- در کاربردهای IEC که در آن یک 2P ممکن است از فاز+نول محافظت کند، هر دو هادی نظارت و سوئیچینگ یکسانی دریافت میکنند.
مسکونی 240 ولت ایالات متحده.
برنامه های کاربردی معمولی
- : اجاقهای برقی، خشککنها، آبگرمکنها، واحدهای تهویه مطبوع، شارژرهای EVصنعتی 2 فاز
- : ترانسفورماتورهای کاهنده، کاربردهای تخصصی موتورقطع کنندههای اصلی
- : اغلب از 2P یا بزرگتر برای ایزولاسیون کامل سیستم استفاده میکنندمدارهای با قابلیت اطمینان بالا
- : جایی که حفاظت متقارن ترجیح داده میشود2P در مقابل 1P+N برای حفاظت نول
یک سوال رایج: "آیا باید به جای 1P+N از 2P برای حفاظت بهتر نول استفاده کنم؟"
پاسخ بستگی به سیستم اتصال به زمین و نوع بار شما دارد“
از 1P+N در سیستمهای TN-S:
- با بارهای خطی (روشنایی، گرمایش) استفاده کنید. این سوئیچینگ مورد نیاز را با حداقل هزینه فراهم میکند. از 2P (یا 4P در 3 فاز).
- زمانی که هارمونیک وجود دارد، بارهای نامتعادل وجود دارند، یا تحت اتصال به زمین IT کار میکنید، استفاده کنید. از 2P به عنوان حفاظت فیدر اصلی.
- صرف نظر از این، برای اطمینان از ایزولاسیون کامل در طول تعمیر و نگهداری استفاده کنید. 120 ولت یا 230 ولت.
جدول مقایسه جامع
| ویژگی | 1P | ۱P+N | 2P |
|---|---|---|---|
| حفاظت فاز | بله | بله | بله |
| حفاظت نول | خیر | خیر | بله |
| سوئیچینگ نول | خیر | بله | بله |
| ولتاژ معمولی | 240 ولت (ایالات متحده) یا 2 فاز IEC | ۲۳۰ ولت | 1 (18 میلیمتر) |
| عرض ماژول | 2 (36 میلیمتر) | 2 (36 میلیمتر) | 10-100kA+ |
| شکستن ظرفیت | 6-10kA | 6-10kA | مناسب برای هارمونیکها |
| محدوده هزینه | €3-8 | €4-10 | €8-25 |
| ⚠️ محدود | ⚠️ Limited | ⚠️ Limited | ✓ بله (با 4P برای سه فاز) |
| (رایج در اروپا): نول به طور قابل اعتمادی در ترانسفورماتور به زمین متصل است. یک 1P+N معمولاً برای ایزولاسیون در طول تعمیر و نگهداری کافی است. | قابل قبول | ترجیح داده شده | بیش از حد تعیین شده |
| : نول به زمین تاسیسات متصل نیست، بنابراین نمیتوان آن را "ایمن" فرض کرد. حفاظت کامل 2P توصیه میشود. | توصیه نمیشود | قابل قبول | توصیه شده |
| : نول از زمین جدا شده است. یک | مناسب نیست | مناسب نیست | ✓ مورد نیاز |
چارچوب انتخاب: چگونه انتخاب کنیم
انتخاب پیکربندی پل مناسب نیازمند ارزیابی چهار عامل است:
مرحله 1: نوع سیستم خود را تعیین کنید
- تک فاز 120V/240V مسکونی (آمریکای شمالی): بین 1P (روشنایی) و 2P (لوازم پرقدرت) انتخاب کنید
- تک فاز 230V مسکونی (اروپا/IEC): 1P (روشنایی، بارهای کوچک) یا 1P+N (همه مدارها) را انتخاب کنید
- سیستمهای سه فاز: بر اساس خطر جریان خنثی، 3P، 3P+N یا 4P را در نظر بگیرید (در مقالات مرتبط پوشش داده شده است)
مرحله 2: سیستم اتصال به زمین و الزامات نگهداری را شناسایی کنید
- TN-S: 1P برای روشنایی قابل قبول است. 1P+N برای مدارهای عمومی
- TT: 1P+N به عنوان حداقل مورد نیاز است. 2P برای مدارهای مهم توصیه می شود
- فناوری اطلاعات: 2P برای همه مدارها اجباری است
مرحله 3: ویژگی های بار را ارزیابی کنید
- بارهای خطی (گرمایش مقاومتی، روشنایی رشته ای): 1P یا 1P+N کافی است
- بارهای ترکیبی با الکترونیک (دفاتر، آشپزخانه ها): محتوای هارمونیک را بررسی کنید
- اگر هارمونیک ها از 15% فراتر رفت، به 2P یا 4P (در صورت 3 فاز) ارتقا دهید
- مدارهای موتور: به طور معمول از 2P یا بریکرهای حفاظتی موتور اختصاصی استفاده کنید
مرحله 4: الزامات کد را تأیید کنید
- اتحادیه اروپا (IEC): ماده 411.3.2.2 اغلب سوئیچینگ خنثی از طریق 1P+N یا بالاتر را الزامی می کند
- ایالات متحده (NEC): مدارهای شاخه چند سیمه نیاز به قطع همزمان دارند (از 2P برای 240 ولت استفاده کنید)
- اصلاحات محلی را بررسی کنید: برخی از حوزه های قضایی الزامات سختگیرانه تری را اعمال می کنند
اشتباهات رایج در انتخاب که باید از آنها اجتناب کنید
⚠️ اشتباه 1: استفاده از 1P برای مدارهای 240 ولت
این خطرناک ترین اشتباه است. یک بریکر 1P در یک مدار 240 ولت فقط از یک فاز محافظت می کند و هادی دیگر را حتی در حالت “خاموش” برق دار نگه می دارد. این یک خطر شوک مرگبار ایجاد می کند و کد برق را نقض می کند.
⚠️ اشتباه 2: فرض اینکه 1P+N حفاظت خنثی را فراهم می کند
“N” به معنای سوئیچینگ است، نه حفاظت. در محیط های غنی از هارمونیک، غفلت از حفاظت خنثی واقعی می تواند به خنثی اجازه دهد بدون شناسایی بیش از حد گرم شود.
⚠️ اشتباه 3: تعیین بیش از حد 2P در سیستم های TN-S
در حالی که خطرناک نیست، استفاده از 2P در جایی که 1P+N کافی است، فضای پانل و هزینه را هدر می دهد. با این حال، استفاده از 2P برای فیدرهای اصلی و مدارهای با قابلیت اطمینان بالا همچنان بهترین روش است.
⚠️ اشتباه 4: نادیده گرفتن هارمونیک های آینده
مداری که امروزه برای بارهای مقاومتی نصب شده است ممکن است فردا برای روشنایی LED یا VFD ها تغییر کاربری داده شود. تعیین نظارت خنثی از ابتدا از مقاوم سازی های پرهزینه جلوگیری می کند.
سوالات متداول
س: آیا می توانم یک مدار 1P را با نصب یک سوئیچ قطع کننده خنثی جداگانه به 1P+N ارتقا دهم؟
پاسخ: خیر. بریکر و سوئیچ خنثی دستگاه های جداگانه ای با ویژگی های تریپ متفاوت هستند. یک بریکر 1P+N واقعی به طور خاص برای هماهنگی این عملکردها طراحی شده است. افزودن یک سوئیچ جداگانه مشکلات هماهنگی و سردرگمی در طول نگهداری ایجاد می کند.
س: در ایالات متحده، چرا برخی از مدارهای 240 ولت از 2P استفاده می کنند در حالی که برخی دیگر از دو بریکر 1P جداگانه متصل به هم استفاده می کنند؟
پاسخ: یک بریکر 2P قطع همزمان را از طریق یک اتصال مکانیکی واحد تضمین می کند. دو بریکر 1P جداگانه ممکن است دقیقاً به طور همزمان در شرایط خطا تریپ نکنند و خطاهای لحظه ای فاز به فاز ایجاد کنند. NEC قطع همزمان را الزامی می کند و 2P را به انتخاب مناسب تبدیل می کند.
س: آیا VIOX بریکرهای 1P+N را برای سیستم های اتحادیه اروپا ارائه می دهد؟
پاسخ: بله. MCB های سری VM VIOX شامل هر دو پیکربندی 1P و 1P+N مطابق با IEC 60898-1 هستند، با گزینه های حفاظت خنثی موجود در انواع 2P برای کاربردهای با هارمونیک بالا.
س: اگر یک سیستم TN-C (خنثی و زمین به عنوان هادی PEN ترکیب شده اند) داشته باشم، آیا می توانم از یک بریکر 1P+N استفاده کنم؟
پاسخ: مطلقا نه. سیستم های TN-C قطع هادی PEN را در هر نقطه ای ممنوع می کنند. قطع آن، زمین ایمنی را از مدارهای پایین دست حذف می کند. فقط از بریکرهای 1P در سیستم های TN-C استفاده کنید.
س: چه درصد هارمونیک نیاز به حفاظت خنثی را ایجاد می کند؟
پاسخ: طبق دستورالعمل های IEEE و IEC، حفاظت خنثی زمانی به شدت توصیه می شود که محتوای هارمونیک سوم از 15% جریان فاز اصلی فراتر رود و بالاتر از 33% اجباری است. نصب های مدرن LED و VFD به طور معمول محتوای هارمونیک 20-50% تولید می کنند.
نکات کلیدی
✓ بریکرهای 1P فقط از یک هادی محافظت می کنند و برای مدارهای مسکونی با بار خطی در سیستم های TN-S که جداسازی خنثی مورد نیاز نیست، مناسب هستند.
✓ بریکرهای 1P+N خنثی را اضافه کنید سوئیچینگ برای ایمنی نگهداری و استاندارد مدرن اتحادیه اروپا/IEC برای همه مدارهای عمومی هستند، اگرچه حفاظت خنثی را ارائه نمی دهند حفاظت.
✓ بریکرهای 2P حفاظت کامل را در هر دو هادی ارائه می دهند و برای مدارهای 240 ولت، سیستم های اتصال به زمین IT و هر کاربردی که هارمونیک یا بارهای نامتعادل وجود دارد، ضروری هستند.
✓ سیستم اتصال به زمین (TN-S، TT، IT) و محتوای هارمونیک بار دو عامل غالب تعیین کننده انتخاب پل هستند - نه فقط ولتاژ.
✓ در صورت تردید، به سطح حفاظت بعدی ارتقا دهید (1P → 1P+N → 2P). تفاوت هزینه حداقل است، اما مزایای ایمنی و انطباق با کد قابل توجه است.
