پاسخ مستقیم
جریان هجومی، حداکثر جریان الکتریکی لحظهای است که یک دستگاه الکتریکی هنگام روشن شدن برای اولین بار میکشد. این پیک جریان گذرا بسته به نوع تجهیزات میتواند به 2 تا 30 برابر جریان کاری حالت پایدار معمولی برسد. این پدیده معمولاً از چند میلی ثانیه تا چند ثانیه طول میکشد و عمدتاً در بارهای القایی مانند ترانسفورماتورها، موتورها و مدارهای خازنی رخ میدهد. درک جریان هجومی برای تعیین اندازه مناسب قطعکنندههای مدار، جلوگیری از قطع ناخواسته و اطمینان از طول عمر تجهیزات در سیستمهای الکتریکی صنعتی و تجاری بسیار مهم است.
نکات کلیدی
- جریان هجومی یک افزایش لحظهای است که در هنگام راهاندازی تجهیزات رخ میدهد و به 2 تا 30 برابر جریان کاری عادی میرسد.
- علل اصلی شامل اشباع هسته مغناطیسی در ترانسفورماتورها، توقف روتور در موتورها و شارژ خازن در منابع تغذیه است.
- قطعکنندههای مدار باید به درستی اندازهگیری شوند تا جریان هجومی را بدون قطع ناخواسته تحمل کنند و در عین حال حفاظت در برابر جریان اضافه را نیز فراهم کنند.
- مقادیر معمول جریان هجومی: ترانسفورماتورها (8-15 برابر جریان نامی)، موتورها (5-8 برابر جریان بار کامل)، درایورهای LED (10-20 برابر حالت پایدار)
- روشهای کاهش شامل ترمیستورهای NTC، مدارهای راهاندازی نرم، مقاومتهای پیشدرج و سوئیچینگ نقطه-روی-موج است.
- محاسبه نیازمند درک نوع تجهیزات، شار باقیمانده، زاویه سوئیچینگ و امپدانس سیستم است.
جریان هجومی چیست؟
جریان هجومی، که به عنوان جریان هجومی ورودی یا جریان هجومی سوئیچینگ نیز شناخته میشود، نشاندهنده حداکثر جریان لحظهای است که در لحظه برقدار شدن به یک دستگاه الکتریکی وارد میشود. برخلاف جریان کاری حالت پایدار، که در طول عملکرد عادی نسبتاً ثابت میماند، جریان هجومی یک پدیده گذرا است که با بزرگی بسیار زیاد و مدت زمان کوتاه آن مشخص میشود.
این افزایش جریان یک وضعیت خطا نیست، بلکه یک نتیجه طبیعی از اصول فیزیکی حاکم بر دستگاههای الکترومغناطیسی است. هنگامی که برای اولین بار برق اعمال میشود، اجزای القایی باید میدانهای مغناطیسی خود را ایجاد کنند، خازنها باید تا ولتاژ کاری شارژ شوند و عناصر گرمایش مقاومتی از مقادیر مقاومت سرد شروع به کار میکنند - که همه اینها به طور موقت جریان بسیار بیشتری از آنچه که عملکرد عادی نیاز دارد، میطلبند.
شدت و مدت زمان جریان هجومی به طور قابل توجهی بر اساس نوع تجهیزات، ویژگیهای سیستم و لحظه دقیق در شکل موج AC که سوئیچینگ در آن رخ میدهد، متفاوت است. برای مهندسان برق و مدیران تأسیسات، درک این متغیرها برای طراحی طرحهای حفاظتی قابل اعتماد و جلوگیری از اختلالات عملیاتی ضروری است.
علل ریشهای جریان هجومی
جریان هجومی ترانسفورماتور: اشباع هسته مغناطیسی
ترانسفورماتورها بیشترین جریان هجومی چشمگیر را در سیستمهای الکتریکی تجربه میکنند. هنگامی که یک ترانسفورماتور برای اولین بار برقدار میشود، شار مغناطیسی در هسته آن باید از صفر (یا از مغناطیس باقیمانده) به سطح عملکرد خود برسد. اگر برقدار شدن در یک نقطه نامطلوب در شکل موج ولتاژ رخ دهد - به ویژه در عبور از صفر ولتاژ - شار مورد نیاز میتواند از نقطه اشباع هسته فراتر رود.
هنگامی که هسته اشباع میشود، نفوذپذیری مغناطیسی آن به شدت کاهش مییابد و باعث میشود امپدانس مغناطیسکننده از بین برود. با کاهش امپدانس به طور اساسی به مقاومت سیمپیچ، جریان به سطوح 8-15 برابر جریان نامی ترانسفورماتور میرسد. این پدیده با شار باقیمانده باقیمانده در هسته از عملکرد قبلی بیشتر تقویت میشود. قطبیت و مقدار شار باقیمانده میتواند به شار مورد نیاز اضافه یا از آن کم کند و جریان هجومی را تا حدودی غیرقابل پیشبینی کند.
جریان هجومی در ترانسفورماتورها یک شکل موج نامتقارن مشخصه را نشان میدهد که غنی از محتوای هارمونیک دوم است، که آن را از خطاهای اتصال کوتاه متمایز میکند. این گذرا معمولاً در عرض 0.1 تا 1 ثانیه با تثبیت شار مغناطیسی و کاهش اشباع هسته، از بین میرود.
جریان راهاندازی موتور
موتورهای الکتریکی جریان هجومی بالایی میکشند زیرا روتور در هنگام راهاندازی ثابت است. بدون حرکت چرخشی، هیچ نیروی ضد محرکه الکتریکی (CEMF یا back-EMF) برای مخالفت با ولتاژ اعمال شده وجود ندارد. جریان راهاندازی فقط توسط امپدانس سیمپیچ محدود میشود که نسبتاً کم است.
برای موتورهای القایی، جریان روتور قفل شده معمولاً از 5 تا 8 برابر جریان بار کامل متغیر است، اگرچه برخی از طرحها میتوانند به 10 برابر برسند. مقدار دقیق به طراحی موتور بستگی دارد، به طوری که موتورهای با راندمان بالا به طور کلی به دلیل مقاومت سیمپیچ کمتر، جریان هجومی بالاتری را نشان میدهند. با شتاب گرفتن روتور، back-EMF به طور متناسب با سرعت توسعه مییابد و به تدریج جریان کشیده شده را تا رسیدن به عملکرد حالت پایدار کاهش میدهد.
استارترهای موتور و کنتاکتورها باید به طور خاص برای تحمل این جریان هجومی مکرر بدون جوش خوردن کنتاکت یا سایش بیش از حد، رتبهبندی شود.
شارژ بار خازنی
منابع تغذیه سوئیچینگ، درایوهای فرکانس متغیر و سایر تجهیزات الکترونیکی با خازنهای ورودی بزرگ، جریانهای هجومی شدیدی را در هنگام روشن شدن ایجاد میکنند. یک خازن شارژ نشده در ابتدا به عنوان یک اتصال کوتاه ظاهر میشود و حداکثر جریان را فقط با امپدانس منبع و مقاومت مدار محدود میکند.
جریان شارژ از یک منحنی میرایی نمایی پیروی میکند، با ثابت زمانی که توسط ویژگیهای RC مدار تعیین میشود. پیک جریان هجومی میتواند به راحتی به 20-30 برابر جریان حالت پایدار در مدارهای ضعیف طراحی شده برسد. الکترونیک قدرت مدرن به طور فزایندهای محدود کردن جریان هجومی فعال یا غیرفعال را برای محافظت از تجهیزات و سیستمهای توزیع بالادستی در خود جای میدهد.
مقاومت سرد عناصر گرمایش و لامپهای رشتهای
لامپهای رشتهای تنگستن-فیلامنت و عناصر گرمایش مقاومتی در مقایسه با حالت کارکرد گرم خود، مقاومت بسیار کمتری را در هنگام سرد بودن نشان میدهند. مقاومت تنگستن با گرم شدن از دمای اتاق تا دمای کارکرد (حدود 2800 درجه سانتیگراد برای لامپهای رشتهای) تقریباً 10-15 برابر افزایش مییابد.
این اثر مقاومت سرد به این معنی است که یک لامپ رشتهای 100 واتی میتواند 10-15 برابر جریان نامی خود را برای چند میلی ثانیه اول بکشد تا زمانی که فیلامنت گرم شود. در حالی که لامپهای منفرد مشکلات کمی ایجاد میکنند، بانکهای بزرگ روشنایی رشتهای یا عناصر گرمایش میتوانند جریان هجومی قابل توجهی ایجاد کنند که باید در نظر گرفته شود. انتخاب قطع کننده مدار مراجعه کنید..
اثرات جریان هجومی بر سیستمهای الکتریکی
قطع ناخواسته قطعکننده مدار
شایعترین مشکل عملیاتی ناشی از جریان هجومی، قطع ناخواسته قطع کننده مدار و فیوزها است. دستگاههای حفاظتی باید بین جریانهای خطا مضر و جریانهای گذرا هجومی بیضرر تمایز قائل شوند - یک کار مهندسی چالش برانگیز.
قطعکنندههای مدار حرارتی-مغناطیسی از یک مشخصه زمان-جریان استفاده میکنند که جریانهای اضافه مختصر را تحمل میکند در حالی که به سرعت به خطاهای پایدار پاسخ میدهد. با این حال، اگر مقدار یا مدت زمان جریان هجومی از محدوده تحمل قطعکننده فراتر رود، به طور غیرضروری تریپ میکند. این امر به ویژه در مورد MCB ها و کلیدهای مینیاتوری (MCCB) که باید از ترانسفورماتورها و بارهای پاییندستی محافظت کند، مشکلساز است.
عنصر تریپ لحظهای در قطعکنندههای مدار معمولاً بین 5-15 برابر جریان نامی تنظیم میشود، بسته به منحنی تریپ (منحنی B، C یا D برای MCBها). جریان هجومی ترانسفورماتور میتواند به راحتی از این آستانهها فراتر رود و نیاز به هماهنگی دقیق در طول طراحی سیستم دارد. درک منحنیهای تریپ برای هماهنگی حفاظتی مناسب ضروری است.
افت ولتاژ و مسائل کیفیت توان
جریانهای هجومی بالا باعث افت ولتاژ لحظهای در سراسر سیستم توزیع الکتریکی میشوند. مقدار افت ولتاژ به امپدانس منبع و مقدار جریان هجومی بستگی دارد، که از قانون اهم پیروی میکند: ΔV = I_inrush × Z_source.
در سیستمهایی با امپدانس بالا یا ظرفیت محدود، جریان هجومی ناشی از بارهای بزرگ میتواند باعث افت ولتاژ 10-20% یا بیشتر شود. این افتها بر سایر تجهیزات متصل تأثیر میگذارند و به طور بالقوه باعث موارد زیر میشوند:
- بازنشانی کامپیوتر و PLC
- سوسو زدن نور
- تغییرات سرعت موتور
- اختلال در عملکرد تجهیزات الکترونیکی حساس
- رله نظارت بر ولتاژ فعالسازی
تأسیسات صنعتی با چندین موتور یا ترانسفورماتور بزرگ باید راهاندازی را به دقت ترتیب دهند تا از کاهش ولتاژ تجمعی که میتواند کل سیستم را بیثبات کند، جلوگیری شود.
تنش مکانیکی و حرارتی بر روی تجهیزات
رویدادهای مکرر جریان هجومی، تجهیزات الکتریکی را در معرض تنش مکانیکی و حرارتی قابل توجهی قرار میدهند. نیروهای الکترومغناطیسی تولید شده توسط جریانهای بالا متناسب با مربع جریان هستند (F ∝ I²)، به این معنی که یک جریان هجومی 10 برابر، 100 برابر نیروی مکانیکی عادی را ایجاد میکند.
در ترانسفورماتورها، این نیروها به تکیهگاههای سیمپیچ و عایق فشار وارد میکنند و به طور بالقوه باعث آسیب تجمعی در طول هزاران چرخه برقدار شدن میشوند. کنتاکتورها و استارترهای موتور در طول سوئیچینگ جریان هجومی بالا، خطر فرسایش کنتاکت و جوش خوردن را تجربه میکنند.
تنش حرارتی ناشی از گرمایش I²t در طول جریان هجومی میتواند عایق را تخریب کند و طول عمر تجهیزات را کاهش دهد، حتی اگر مدت زمان آن کوتاه باشد. به همین دلیل است که رلههای اضافه بار حرارتی و واحدهای تریپ الکترونیکی باید الگوریتمهای ایمنی در برابر جریان هجومی را در خود جای دهند.
اعوجاج هارمونیکی و EMI
جریان هجومی ترانسفورماتور حاوی محتوای هارمونیکی قابل توجهی است، به ویژه هارمونیکهای دوم و سوم. این شکل موج غنی از هارمونیک میتواند:
- با تجهیزات مانیتورینگ کیفیت توان تداخل ایجاد کند.
- باعث رزونانس در بانکهای خازنی اصلاح ضریب توان شود.
- نویز را به سیستمهای ارتباطی تزریق کند.
- باعث تحریک (تریپ) حفاظت از خطای زمین دستگاههای حساس شود.
- تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایجاد کند که بر تجهیزات الکترونیکی مجاور تأثیر میگذارد.
مدرن واحدهای تریپ الکترونیکی باید این مولفههای هارمونیکی را فیلتر کرد تا از تریپ ناخواسته جلوگیری شود و در عین حال حساسیت به شرایط خطای واقعی حفظ شود.
جریان هجومی بر اساس نوع تجهیزات
| نوع تجهیزات | مقدار معمول جریان هجومی | مدت زمان | علت اصلی |
|---|---|---|---|
| ترانسفورماتورهای قدرت | 8-15 برابر جریان نامی | 0.1-1.0 ثانیه | اشباع هسته، شار پسماند |
| ترانسفورماتورهای توزیع | 10-15 برابر جریان نامی | ۰.۱-۰.۵ ثانیه | ایجاد شار مغناطیسی |
| موتورهای القایی (DOL) | 5-8 برابر جریان بار کامل | 0.5-2.0 ثانیه | روتور قفل شده، عدم وجود نیروی ضد محرکه (back-EMF) |
| موتورهای سنکرون | 6-10 برابر جریان بار کامل | 1.0-3.0 ثانیه | الزامات گشتاور راه اندازی |
| منابع تغذیه سوئیچینگ | 10-30 برابر حالت پایدار | 1-10 میلی ثانیه | شارژ خازن ورودی |
| درایورهای LED | 10-20 برابر جریان عملیاتی | ۱-۵ میلیثانیه | مرحله ورودی خازنی |
| لامپهای رشتهای | 10-15 برابر جریان نامی | 5-50 میلی ثانیه | مقاومت رشته سرد |
| المنتهای گرمایشی | 1.5-3 برابر جریان نامی | 0.1-1.0 ثانیه | اثر مقاومت سرد |
| بانکهای خازنی | 20-50 برابر جریان نامی | 5-20 میلی ثانیه | ولتاژ اولیه صفر |
| درایوهای فرکانس متغیر | 15-40 برابر جریان عملیاتی | 5-50 میلی ثانیه | شارژ خازن باس DC |
نحوه محاسبه جریان هجومی
محاسبه جریان هجومی ترانسفورماتور
پیشبینی دقیق جریان هجومی ترانسفورماتور به دلیل رفتار غیرخطی هستههای مغناطیسی و تأثیر شار پسماند پیچیده است. با این حال، روشهای تخمین عملی برای اهداف مهندسی وجود دارد.
روش تجربی:
I_inrush = K × I_rated
کجا:
- K = ضریب هجومی (به طور معمول 8-15 برای ترانسفورماتورهای توزیع، 10-20 برای ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ)
- I_rated = جریان نامی ترانسفورماتور = kVA / (√3 × kV) برای سه فاز
مثال: یک ترانسفورماتور 500 کیلو ولت آمپر، 480 ولت سه فاز:
- I_rated = 500,000 / (√3 × 480) = 601 A
- I_inrush = 12 × 601 = 7,212 A (با استفاده از K=12)
روش IEEE/IEC با ضریب اشباع:
I_inrush = (2 × V_peak × S_f) / (ω × L_m)
کجا:
- V_peak = ولتاژ پیک
- S_f = ضریب اشباع (1.4-2.0، بسته به جنس هسته و زاویه سوئیچینگ)
- ω = فرکانس زاویهای (2πf)
- L_m = اندوکتانس مغناطیسکننده
ضریب اشباع، بدترین حالت سوئیچینگ در عبور از صفر ولتاژ با حداکثر شار پسماند در جهت نامطلوب را در نظر میگیرد.
محاسبه جریان هجومی موتور
جریان هجومی موتور معمولاً توسط سازنده به عنوان جریان روتور قفل شده (LRC) یا با استفاده از یک کد حرفی روی پلاک مشخصات تعیین میشود.
استفاده از نسبت LRC:
I_inrush = LRC_ratio × I_full_load
جایی که LRC_ratio به طور معمول از 5.0 تا 8.0 برای موتورهای القایی استاندارد متغیر است.
استفاده از کد حروف NEMA:
پلاک موتور شامل یک کد حرف (A تا V) است که kVA روتور قفل شده در هر اسب بخار را نشان می دهد:
I_inrush = (Code_kVA × HP × 1000) / (√3 × Voltage)
به عنوان مثال، یک موتور 50 اسب بخار، 480 ولت با کد حرف G (5.6-6.29 kVA/HP):
- I_inrush = (6.0 × 50 × 1000) / (√3 × 480) = 361 A
محاسبه جریان هجومی بار خازنی
برای مدارهایی با خازن قابل توجه:
I_inrush_peak = V_peak / Z_total
که در آن Z_total شامل امپدانس منبع، مقاومت سیم کشی و هرگونه اجزای محدود کننده جریان هجومی است.
انرژی ذخیره شده در خازن در هنگام شارژ:
E = ½ × C × V²
این ملاحظات انرژی برای فیوز و مدار شکن رتبه بندی I²t مهم است.
جریان هجومی در مقابل جریان اتصال کوتاه
| مشخصه | جریان هجومی | جریان اتصال کوتاه |
|---|---|---|
| ماهیت | گذرا، خود محدود شونده | تا زمان رفع خطا پایدار است |
| قدر | 2-30 برابر جریان نامی | 10-100 برابر جریان نامی |
| مدت زمان | میلی ثانیه تا ثانیه | تا زمان عملکرد حفاظت به طور مداوم |
| شکل موج | نامتقارن، غنی از هارمونیک | متقارن، فرکانس اصلی |
| علت | انرژی دهی عادی | خرابی عایق، خطا |
| پاسخ سیستم | نباید باعث قطع حفاظت شود | باید بلافاصله حفاظت را قطع کند |
| قابلیت پیش بینی | تا حدودی قابل پیش بینی | بستگی به محل خطا دارد |
| آسیب تجهیزات | در صورت طراحی مناسب حداقل است | شدید، بالقوه فاجعه بار |
درک این تمایز برای هماهنگی حفاظت و جلوگیری از قطع ناخواسته در عین حفظ ایمنی بسیار مهم است.
استراتژی های کاهش جریان هجومی
محدود کننده های جریان هجومی ترمیستور NTC
ترمیستورهای با ضریب دمای منفی (NTC) یک راه حل ساده و مقرون به صرفه برای محدود کردن جریان هجومی برای بسیاری از کاربردها ارائه می دهند. این دستگاه ها هنگام سرد بودن مقاومت بالایی از خود نشان می دهند و جریان اولیه را محدود می کنند. با عبور جریان از ترمیستور، گرمایش خود به خود مقاومت آن را در عرض چند ثانیه به سطح ناچیزی کاهش می دهد و امکان عملکرد عادی را فراهم می کند.
مزایا:
- هزینه کم و پیاده سازی ساده
- بدون نیاز به مدار کنترل
- اندازه جمع و جور مناسب برای نصب PCB
- موثر برای بارهای خازنی و مقاومتی
محدودیتها:
- نیاز به زمان خنک شدن بین عملیات (به طور معمول 60+ ثانیه)
- مناسب برای چرخه های روشن و خاموش مکرر نیست
- محدود به سطوح توان متوسط
- بدون قابلیت حفاظت در برابر اتصال کوتاه
ترمیستورهای NTC به طور گسترده در منابع تغذیه سوئیچینگ، درایوهای موتور و تجهیزات الکترونیکی استفاده می شوند، اما برای کاربردهای صنعتی که نیاز به قابلیت راه اندازی مجدد سریع دارند، کمتر مناسب هستند.
مدارها و کنترلرهای راه اندازی نرم
سیستم های راه اندازی نرم به تدریج ولتاژ را در یک دوره زمانی کنترل شده به بار اعمال می کنند و به شار مغناطیسی و اینرسی مکانیکی اجازه می دهند به تدریج ایجاد شوند. برای کاربردهای موتور, ، راه اندازهای نرم از الکترونیک قدرت تریستور یا IGBT برای افزایش ولتاژ از صفر به مقدار کامل در طی چند ثانیه استفاده می کنند.
مزایا:
- جریان هجومی را به 2-4 برابر جریان بار کامل کاهش می دهد
- شوک مکانیکی به تجهیزات رانده شده را به حداقل می رساند
- طول عمر تجهیزات را افزایش می دهد
- تاثیر افت ولتاژ بر سایر بارها را کاهش می دهد
- مناسب برای شروع های مکرر
ملاحظات:
- هزینه بالاتر از راه اندازی مستقیم
- در طول دوره رمپ گرما تولید می کند
- نیاز به اندازه گیری و خنک سازی مناسب دارد
- ممکن است برای عملکرد مداوم به کنتاکتور بای پس نیاز باشد
فناوری راه اندازی نرم به ویژه برای موتورهای بزرگ، کمپرسورها و سیستم های نوار نقاله که در آن کاهش تنش مکانیکی هزینه اضافی را توجیه می کند، ارزشمند است.
مقاومت ها و راکتورهای پیش درج
برخی قطع کننده مدار و کلیدهای فشار قوی شامل مقاومتهای پیشدرج هستند که به طور موقت در هنگام بسته شدن، مقاومت را وارد مدار میکنند و پس از تثبیت شار، آن را دور میزنند. این تکنیک در کلیدهای فشار قوی برای سوئیچینگ ترانسفورماتور رایج است.
به طور مشابه، راکتورهای سری میتوانند با افزودن امپدانس، جریان هجومی را محدود کنند، اگرچه در طول عملکرد عادی در مدار باقی میمانند و باعث افت ولتاژ و تلفات توان مداوم میشوند.
سوئیچینگ نقطه-روی-موج
دستگاههای سوئیچینگ کنترلشده پیشرفته، بسته شدن کلید مدار را با نقطه بهینه روی شکل موج ولتاژ همگام میکنند تا جریان هجومی را به حداقل برسانند. برای ترانسفورماتورها، بسته شدن نزدیک به پیک ولتاژ (زمانی که نیاز به شار حداقل است) میتواند جریان هجومی را 50 تا 80 درصد کاهش دهد.
این فناوری نیازمند:
- نظارت بر ولتاژ در زمان واقعی
- کنترل زمانبندی دقیق (دقت زیر میلیثانیه)
- دانش شار باقیمانده (سیستمهای پیشرفته)
- کنترلرهای الکترونیکی هوشمند
در حالی که گرانتر است، سوئیچینگ نقطه-روی-موج موثرترین کاهش جریان هجومی را برای کاربردهای حیاتی فراهم میکند و به طور فزایندهای در automatic transfer switches و پستهای برق رایج است.
انرژیدهی ترتیبی
در سیستمهایی با چندین ترانسفورماتور یا بارهای بزرگ، به تعویق انداختن توالی انرژیدهی از غلبه جریان هجومی تجمعی بر منبع تغذیه جلوگیری میکند. تاخیرهای زمانی 5 تا 10 ثانیه بین شروعها به هر گذرا اجازه میدهد قبل از شروع بعدی، میرا شود.
این رویکرد به ویژه در موارد زیر مهم است:
- کلیدهای فشار قوی تاسیسات با چندین ترانسفورماتور
- مراکز داده با سیستمهای UPS متعدد
- تاسیسات صنعتی پس از بازگرداندن برق
- جعبههای ترکیب کننده خورشیدی با اینورترهای متعدد
منطق توالی مناسب را میتوان در تابلوهای کنترل با استفاده از تایمرها و رلههای درهمقفل پیادهسازی کرد.
ملاحظات انتخاب کلید مدار
درک منحنیهای قطع و تحمل جریان هجومی
منحنیهای قطع کلید مدار رابطه زمان-جریان را برای عناصر قطع حرارتی و مغناطیسی تعریف میکنند. برای تحمل جریان هجومی، پارامترهای کلیدی عبارتند از:
عنصر قطع حرارتی:
- به اثر گرمایش I²t پاسخ میدهد
- جریانهای بیش از حد کوتاه را تحمل میکند
- به طور معمول 1.5 برابر جریان نامی را به طور نامحدود مجاز میداند
- در 2 تا 3 برابر جریان نامی در عرض چند دقیقه قطع میکند
عنصر قطع مغناطیسی (لحظهای):
- به مقدار جریان پاسخ میدهد
- نوع B: 3-5 برابر In (کاربردهای مسکونی)
- نوع C: 5-10 برابر In (تجاری/صنعتی سبک)
- نوع D: 10-20 برابر In (بارهای موتور و ترانسفورماتور)
برای حفاظت از ترانسفورماتور، MCBهای منحنی نوع D یا MCCBهای قابل تنظیم با تنظیمات لحظهای بالا (10-15 برابر In) معمولاً برای جلوگیری از قطع مزاحم در هنگام انرژیدهی مورد نیاز هستند.
هماهنگی با حفاظت بالادست و پاییندست
مناسب گزینشپذیری و هماهنگی تضمین میکند که فقط کلید مدار نزدیک به یک خطا عمل میکند، در حالی که همه کلیدها جریان هجومی را از بارهای مربوطه خود تحمل میکنند. این نیازمند:
- تجزیه و تحلیل منحنی زمان-جریان برای همه دستگاههای حفاظتی
- تأیید اینکه مقدار جریان هجومی زیر تنظیمات قطع لحظهای قرار میگیرد
- تأیید اینکه مدت زمان جریان هجومی در محدوده تحمل عنصر حرارتی است
- در نظر گرفتن رتبهبندیهای اتصال کوتاه و ظرفیت قطع
مدرن واحدهای تریپ الکترونیکی ویژگیهای مهار جریان هجومی قابل برنامهریزی را ارائه میدهند که به طور موقت از قطع شدن در طول چند سیکل اول پس از انرژیدهی جلوگیری میکند و تبعیض برتری بین جریان هجومی و شرایط خطا ایجاد میکند.
ملاحظات ویژه برای کاربردهای مختلف
حفاظت موتور:
- استفاده کنید کلیدهای محافظ مدار موتور یا MCCBها با رتبهبندی موتور
- سازگاری جریان روتور قفل شده را تأیید کنید
- در نظر بگیرید رلههای اضافه بار حرارتی برای حفاظت در حال اجرا
- برنامههای شروع مکرر را در نظر بگیرید
حفاظت ترانسفورماتور:
- کلیدها را با تنظیمات لحظهای بالا یا تاخیر زمانی انتخاب کنید
- مقدار و مدت زمان جریان هجومی ترانسفورماتور را در نظر بگیرید
- سازگاری با تنظیمات تپ ترانسفورماتور را تأیید کنید
- سناریوهای برداشت بار سرد را در نظر بگیرید
تجهیزات الکترونیکی:
- جریان هجومی خازنی بالا را از منابع تغذیه تشخیص دهید
- از کلیدهای منحنی نوع C یا D برای تجهیزات بزرگ استفاده کنید
- در نظر بگیرید دستگاههای محافظت در برابر نوسانات برق برای بارهای حساس
- سازگاری با سیستم های UPS
سوالات متداول
س: جریان هجومی چقدر طول میکشد؟
پاسخ: مدت زمان جریان هجومی بر اساس نوع تجهیزات متفاوت است. جریان هجومی ترانسفورماتور معمولاً 0.1-1.0 ثانیه طول میکشد، جریان شروع موتور برای 0.5-3.0 ثانیه تا زمانی که روتور به سرعت عملکرد برسد، ادامه مییابد و جریان هجومی خازنی در منابع تغذیه در عرض 1-50 میلیثانیه از بین میرود. مدت زمان دقیق به اندازه تجهیزات، ویژگیهای طراحی و امپدانس سیستم بستگی دارد.
س: چرا جریان هجومی همیشه کلیدهای مدار را قطع نمیکند؟
پاسخ: کلیدهای مدار با ویژگیهای زمان-جریان طراحی شدهاند که جریانهای بیش از حد کوتاه را تحمل میکنند. عنصر حرارتی به گرمایش I²t در طول زمان پاسخ میدهد، در حالی که عنصر لحظهای مغناطیسی آستانهای دارد که معمولاً در 5-20 برابر جریان نامی تنظیم میشود. جریان هجومی، اگرچه از نظر مقدار زیاد است، معمولاً به اندازه کافی کوتاه است که عنصر حرارتی گرمای کافی را جمع نمیکند و مقدار ممکن است زیر آستانه قطع لحظهای قرار گیرد، به خصوص با کلیدهای منحنی نوع C یا D که به درستی انتخاب شدهاند.
س: آیا جریان هجومی می تواند به تجهیزات الکتریکی آسیب برساند؟
پاسخ: در حالی که جریان هجومی خود یک پدیده طبیعی است، جریان هجومی مکرر یا بیش از حد می تواند باعث آسیب تجمعی شود. اثرات شامل جوش خوردن کنتاکت ها در کنتاکتورها, ، تنش عایقی در سیم پیچ های ترانسفورماتور و پیری تسریع شده دستگاه های سوئیچینگ است. کاهش مناسب جریان هجومی و تجهیزات با درجه بندی صحیح این خطرات را به حداقل می رساند. تجهیزات مدرن به گونه ای طراحی شده اند که در طول عمر عملیاتی خود هزاران رویداد هجومی را تحمل کنند.
س: تفاوت بین جریان هجومی و جریان راه اندازی چیست؟
پاسخ: جریان هجومی یک اصطلاح گسترده تر است که شامل افزایش اولیه در هر دستگاه الکتریکی می شود، در حالی که جریان راه اندازی به طور خاص به جریانی اشاره دارد که توسط موتورها در طول شتاب گیری از حالت سکون تا سرعت کار کشیده می شود. تمام جریان راه اندازی، جریان هجومی است، اما همه جریان هجومی، جریان راه اندازی نیست - ترانسفورماتورها و خازن ها بدون هیچ فرآیند “راه اندازی” جریان هجومی را تجربه می کنند.
س: چگونه جریان هجومی را برای تعیین اندازه قطع کننده مدار محاسبه کنم؟
پاسخ: برای ترانسفورماتورها، جریان نامی را در 8-15 ضرب کنید (در صورت وجود از داده های سازنده استفاده کنید). برای موتورها، از جریان روتور قفل شده از پلاک یا جریان بار کامل را در 5-8 ضرب کنید. برای تجهیزات الکترونیکی، با مشخصات سازنده مشورت کنید. هنگام تعیین اندازه قطع کننده های مدار، اطمینان حاصل کنید که تنظیمات تریپ لحظه ای از حداکثر جریان هجومی فراتر رود، که معمولاً به منحنی های نوع C (5-10× In) یا نوع D (10-20× In) برای بارهای القایی نیاز دارد.
س: آیا چراغ های LED جریان هجومی دارند؟
پاسخ: بله، درایورهای LED حاوی مراحل ورودی خازنی هستند که جریان هجومی ایجاد می کنند، معمولاً 10-20 برابر جریان حالت پایدار برای 1-5 میلی ثانیه. در حالی که چراغ های LED منفرد مشکلات کمی ایجاد می کنند، نصب های بزرگ با صدها چراغ می توانند جریان هجومی تجمعی قابل توجهی ایجاد کنند. به همین دلیل است که کلیدهای دیمر و قطع کننده های مدار برای روشنایی LED ممکن است نیاز به کاهش درجه یا انتخاب ویژه داشته باشند.
نتيجه گيری
جریان هجومی یک ویژگی ذاتی تجهیزات الکتریکی است که باید برای عملکرد قابل اعتماد سیستم درک و مدیریت شود. در حالی که این پدیده گذرا را نمی توان به طور کامل حذف کرد، انتخاب مناسب تجهیزات، هماهنگی حفاظت و استراتژی های کاهش اطمینان می دهند که جریان هجومی به جای یک مشکل عملیاتی، یک ملاحظه طراحی قابل مدیریت باقی می ماند.
برای مهندسان برق و مدیران تأسیسات، کلید موفقیت در محاسبه دقیق جریان هجومی، مناسب انتخاب قطع کننده مدار مراجعه کنید., و اجرای کاهش هزینه موثر در صورت لزوم است. با درک مکانیسم های فیزیکی پشت جریان هجومی و به کارگیری اصول مهندسی اثبات شده، می توانید سیستم های الکتریکی را طراحی کنید که حفاظت، قابلیت اطمینان و مقرون به صرفه بودن را متعادل کنند.
چه در حال تعیین مشخصات باشید MCCB ها برای پانل های صنعتی, ، هماهنگی حفاظت برای نصب ترانسفورماتور, ، یا عیب یابی مشکلات تریپ مزاحم، درک کامل اصول جریان هجومی برای طراحی و بهره برداری حرفه ای سیستم الکتریکی ضروری است.
