مدار شکن یا circuit breaker

مدار شکن یا circuit breaker چیست

مدار شکن یا بریکر های برق برای قطع و وصل اتوماتیک مدار و حفاظت از تجهیزات به کار رفته در برابر آسیب های احتمالی اضافه جریان، اضافه بار و اتصالات کوتاه استفاده می شوند. کار اصلی مدار شکن ها ( بریکر های برق ) این است که جریان مدار را بعد از تشخیص خطا بلافاصله قطع کنند. ضمنا از آنها برای ارتباط بین مولدها، ترانسفورماتورها، مصرف کننده ها، خطوط انتقال انرژی و مجزا کننده ها هم استفاده می شود.

با توجه به کاربردهای وسیع circuit breaker (بریکر برق ) این دستگاه ها باید بتوانند تمامی جریان های مزاحم موجود در مدار اعم از : جریان های خازنی خطوط و جریان مغناطیس کنندگی ترانس های بدون بار تا بیشترین بار لحظه ای (جریان اتصال کوتاه) را بدون اینکه اثرات حرارتی و دینامیکی این جریان ها برای مدار و بریکر مشکل ایجاد کند از خود عبور دهند.

همچنین بریکر ها باید تمام جریان های احتمالی را در کوتاهترین زمان ممکن قطع کنند و در حالت قطع (هنگامی که کنتاکت ها از هم جدا هستند) هر نوع ولتاژی که بین دو قسمت باز مدار برقرار می شود را بدون اینکه قوس الکتریکی در مدار به وجود آید تحمل کنند. جالب است بدانید بریکر ها را هم در فضاهای باز و هم در فضاهای بسته می توان نصب و استفاده نمود.

نحوه کار مدار شکن

بریکر ها از یک سوییچ ساده که به یک بیمتال یا مگنت برقی وصل شده است تشکیل می شوند. سیم فازی که در مدار به کار می رود به دو قسمت انتهایی سوییچ متصل می شود. با روشن شدن سوییچ جریان الکتریسیته از ترمینال پایینی داخل مگنت یا بیمتال عبور کرده و از طریق کنتاکت متحرک به کنتاکت ثابت انتقال می یابد و سپس از ترمینال بالایی مدار خارج می شود.

با عبور جریان الکتریسیته مگنت موجود به یک آهنربا تبدیل می شود که با افزایش جریان نیروی الکترومغناطیسی آن زیاد و با کاهش جریان عکس این عمل اتفاق می افتد. در صورت افزایش بیش از حد جریان به هر علتی مگنت برقی اهرم فلزی متصل به سوییچ را پایین کشیده و کنتاکت ها از هم دور شده و جریان مدار قطع می شود.

ممکن است بپرسید فیوز با قطع کننده مدار یا همان بریکر چه تفاوتی دارد؟ باید بگوییم فیوزها یکبار مصرف هستند بعد از استفاده باید با قطعات جدید تعویض شوند، اما بریکرها قابلیت استفاده مجدد را نیز دارند و می توان آنها را به صورت دستی یا اتوماتیک تنظیم کرد. تمام بریکرها در اصول کلی کاری که انجام می دهند یکسانند اما شدت جریان، کلاس ولتاژ، نوع قطع کننده مدار و نوع ساختار در هر کدام از آنها متفاوت است.

از بریکرها برای محافظت از مدار در جریان های کم که برای کاربری های خانگی مناسب است تا جریان های بالا که برای تابلو برق های بزرگ شهر مناسب است می توان استفاده کرد. در رابطه با ساخت تابلو برق در فروشگاه نیرو ترانس مطالب مرتبط را مطالعه نمایید، اطلاعات جالبی را به دست می آورید.

تفاوت بریکر برق با فیوز را می دانید

چه در بخش خانگی و چه در بخش صنعتی برای جلوگیری از صدمات اضافه جریان یا سوختن دستگاه ها باید در شرایط اضطراری مانند جریانات اتصال کوتاه و افزایش ولتاژ ناگهانی، مدار را قطع کرد و از تجهیزات محافظت نمود. دو روش معمول و کاربردی استفاده از کلید های بریکر برق یا فیوز ها هستند . این دو محصول تفاوت هایی با هم دارند که در ادامه آنها را می گوییم:

فیوز ها در واقع از یک رشته فلزی که در محفظه بسته ای از جنس شیشه ، پلاستیک یا غلاف سرامیکی قرار دارد تشکیل شده اند . به این رشته فلزی فیلامان می گویند . فیلامان فیوز با دیگر اجزای موجود در مدار، یک مدار بسته را تشکیل می دهد . در حالتی که در مدار به هر دلیل اضافه جریان یا اتصال کوتاه رخ دهدف فیلامان ذوب شده و مدار را باز می کند . به همین دلیل است که فیوز ها تنها قابلیت استفاده برای یک بار را دارند و بعد از ذوب شدن باید مجددا تعویض شوند.

اما در کلید بریکر برق نوع دیگری از شرایط محافظت از تجهیزات را شاهدیم . بریکر یا مدار شکن های برق از یک دسته کنتاکت برای باز و بسته کردن مدار استفاده می کنند . مکانیزم کلید زنی در مدارشکن ها به وسیله جدا شدن کنتاکت ها از هم عمل می کند . این کنتاکت ها در واقع نوعی اهرم فلزی بوده که به سیم پیچ های موجود در بریکر متصل هستند .

در اثر جریانات اتصال کوتاه این سیم پیچ شارژ شده و تیغه های فلزی را از هم جدا می کند . بریکر های برق در انواع مختلف مغناطیسی یا حرارتی وجود دارند که جزئیات نحوه کار هر کدام از آنها با هم متفاوت است اما کارکرد کلی آنها یکی است و برای محافظت از مدار و تجهیزات به کار می روند .

با این وجود فیوز های برق نسبت به بریکر ها ارزان تر بوده و از جریان شکست نامی برای قطع مدار استفاده می کنند که همین مورد ایمنی بیشتری را در مصارف خانگی به همراه می آورد . اما همانطور که گفتیم فیوز ها یکبار مصرف بوده و بعد از سوختن باید تعویض شوند .

اما مدار شکن های برق بعد از تریپ کردن هم قابل استفاده بوده و در کل هزینه نگهداری آنها کمتر است. همچنین مدت استراحت تجهیزات محافظت شده به وسیله آنها هم کاهش می یابد و به همین دلیل قابلیت استفاده در تابلو های برق صنعتی و فشار قوی را دارند و می توان آنها را از راه دور هم کنترل نمود. همچنین مدار شکن ها نسبت به فیوز ها ابعاد بزرگتری دارند و طراحی فیوز ها به گونه ای است که زمان پاسخ سریع تری دارند .

انواع بریکر

همانطور که گفتیم میزان ولتاژ، ساختار کلی، میزان جریان و قطعات به کار رفته در ساخت باعث تقسیم بندی های مختلف مدار شکن ها شده است. بر این اساس می توان آنها را به این شرح نام برد:

• بریکر ولتاژ پایین برای ولتاژ نامی کمتر از 1000 ولت
• بریکر حالت جامد
• مدار شکن مغناطیسی، حرارتی – مغناطیسی، مغناطیسی –  هیدرولیکی
• قطع کننده های انحصاری
• بریکر شانت – تریپ
• بریکر روغنی
• مدار شکن های هوایی و هوای فشرده
• بریکر برق فشار قوی با ولتاژ نامی بیشتر از 1000 ولت ، ولتاژ بالا گوگرد هگزا فلوئورید، ولتاژ بالا دی اکسید کرین که جزئیات ساختار و عملکرد برخی از آنها به این صورت است:

بریکرهای روغنی به این صورت هستند که کنتاکت های قطع و وصل مدار درون یک محفظه پر از روغن قرار می گیرند و به وسیله یک فنر قوی قطع و وصل جریان در آنها انجام می شود. در مدار شکن های گازی SF6 که معمولا هم برای ولتاژهای بالا استفاده می شوند کنتاکت های بریکر برق فشار قوی در محفظه ای که با گاز SF6 عایق شده است قرار می گیرند. ابعاد این مدارشکن ها کمتر از سایر مدل هاست و صدای کمتری هم تولید می کنند.

بریکرهای گازی کربن دی اکسید اولین بار در سال 2012 و برای ولتاژ های بالا ساخته شدند و دلیل ساخت و استفاده از آنها کاهش میزان غلظت گازهای گلخانه ای است. اما در سایر موارد کاملا مشابه بریکر SF6 هست. مدارشکن های خلا برخلاف کلید های قدرت گازی یا روغنی از محفظه خلا استفاده می کنند. این بریکر ها دوست دار محیط زیست هستند و هیچ صدایی هم هنگام قطع و وصل مدار ندارند و در اماکن عمومی مانند مترو به راحتی می توان آنها را به کار برد .

مدار شکن های SF6 با توجه به میزان ولتاژ عبوری به سه دسته تقسیم می شوند: 1- single interrupter sf6 cb که برای حداکثر ولتاژ 245 کیلو ولت کاربرد دارند. 2- two interrupter sf6 cb که برای حداکثر ولتاژ 420 کیلو ولت به کار می روند. 3- four interrupter sf6 cb که برای حداکثر ولتاژ 800 کیلو ولت استفاده می شوند.

در پست های فشار قوی برای تعمیرات و تعویض تجهیزات لازم است تا از مدارشکن های قدرت به منظور حفاظت از جان کارکنان به صورت کامل قطع شود . به همین منظور باید مراحل خاصی را برای قطع شدن بریکر طی کرد . در ابتدا اینکه وضعین بریکر هم از اتاق فرمان و هم از محوطه به صورت قطع شده باشد .  تجهیزات اندازه گیری جریان و قدرت مقدار صفر و نشانگر حالت قطع و وصل در کلید اور لیکن ( over laken ) دستگاه قطع بودن بریکر برق فشار قوی را نشان دهد .

از نمونه های بسیار خوب و معروف بریکر یا مدار شکن های موجود در بازار می توان به دژنکتور های گازی الکو ، دژنکتور های روغنی پارس سوئیچ ، دژنکتور های خلا الکو اشاره کرد . محصولات کمپانی الکو و پارس سوئیچ از متریال با کیفیت و مرغوبی تهیه شده اند و از نظر قیمت در رده محصولات با قیمت معقول قرار می گیرند .

مدارشکن خوب چه ویژگی دارد

گرچه تمام بریکرها در برخی خصوصیات اصلی و مهم مانند وجود سیستم موتور و شارژ فنر، خاموش کردن قوس الکتریکی که در محفظه انجام می شود (محفظه از هر نوعی می تواند باشد.)، وجود کنتاکت های ثابت و متحرک، سیم پیچ های قطع و وصل مدار، کنتاکت های کمکی و فرعی مشترک هستند؛ اما برای انتخاب بهترین مدار شکن بر اساس استاندارد های IEC باید نکاتی را در نظر گرفت:

1. ولتاژ نامی: بیشترین ولتاژ شبکه برق در محلی است که بریکر در آن نصب می شود و می تواند در حدود 15% از ولتاژ شبکه کوچک تر باشد و باید مقدار آن از یکی از مقادیر استاندارد:765 – 525 – 420 – 362 – 300 – 245 – 175 – 145 – 123 – 100 – 72.7 – 52 – 63 – 24 – 17.5 – 7.2 و 3.6 باشد.
2. فرکانس نامی : فرکانس کار شبکه اصلی است که مدار شکن یا بریکر برق در آن استفاده می شود و یکی از مقادیر 50 یا 60 هرتز است.
3. جریان نامی : مقدار جریانی که مدار شکن باید بتواند آن را از مدارش عبور دهد بدون اینکه درجه حرارت قسمت های مختلف آن افزایش یابد و یکی از مقادیر : 6300 – 5000 – 4000 – 3150 – 2500 – 2000 – 1600 – 1250 – 800 – 630 – 400 آمپر
4. جریان قطع اتصال کوتاه : بیشترین جریان اتصال کوتاهی که مدار شکن در شرایط مختلف می تواند تحمل کند و بین 6.3 – 8 – 10 – 12.5 – 16 – 20 – 25 – 31.5 – 40 – 50 – 63 – 80 و 100 کیلو آمپر است.

برخی از استانداردهای ساخت کلید های قدرت یا همان بریکر های برق فشار قوی به این شرح است: IEEE37.09 مربوط به استاندارد تست بریکر های فشار قوی، IEEE C37.04 AC که استاندارد ساخت مدارشکن های فشار قوی است، استاندارد IEC 60898-1 برای مدار شکن هایی که با جریان AC کار می کنند و استاندارد IEC 60898-2 برای بریکر های ولتاژ های AC و DC، استاندارد IS 13118 جهت مشخصات مدار شکن های فشار قوی ولتاژ AC