کلید حرارتی چیست؟ معرفی کامل MPCB

در این مقاله میخواهیم کلید های حرارتی را مورد بررسی قرار دهیم. MPCB در ایران به کلید حرارتی مشهور است و در مدار های مربوط به موتور ها به وفور استفاده میشود. در این مقاله قصد داریم به بررسی ساختار، اصل کار کلید حرارتی، مزایا، معایب و کاربرد آن بپردازیم.

کلید حرارتی چیست؟

کلید حرارتی یا همان MPCB ​​چیزی نیست جز یک دستگاه برای قطع مدار به منظور محافظت از موتور. این محافظت شامل حفاظت اضافه بار حرارتی، حفاظت از خطای اتصال کوتاه، عدم تعادل بار و حفاظت خطای کاهش فاز است. کلید حرارتی یک قطع کننده مدار پرکاربرد برای تجهیزات الکتریکی استاتیک و دینامیک است.

قابلیت اطمینان MPCB بیشتر از MCCB یا فیوز است. به طور معمول میتوان گفت: MPCB > MCCB > Fuse

نحوه کار کلید حرارتی

در صورت بوجود آمدن اتفاقات خاص کلید حرارتی عمل میکند. برخی از این اتفاق ها در زیر آورده شده اند.

قطع اضافه بار:

همانطور که می دانید، هر هادی مقداری مقاومت دارد. بنابراین عبور جریان از آن هادی باعث افت توان از نظر گرما می شود. گرمای تولید شده در هادی با مقدار جریان نسبت مستقیم دارد. از این رو نوار دو فلزی برای خم شدن در صورت وجود مقدار خاص جریان طراحی شده است. در رسانایی معمولی، نوار مقدار کمی گرما آزاد می کند و کمی خم می شود. در صورت عبور جریان زیاد، نوار بیشتر خم می شود و مکانیسم قطع را فعال می کند.

اتصال کوتاه:

خطای اتصال کوتاه با تریپ مغناطیسی برطرف می شود. MPCB پیشرفته همراه با ترانسفورماتور جریان مجزا ارائه می شود و اولیه به صورت سری به برق اصلی متصل می شود. CT جریان دقیق را می خواند و در شرایط خطای اتصال کوتاه، CT جریان بالاتر را تشخیص میدهد. سپس سیگنال قطع را به سیم پیچ تریپ می فرستد و سیم پیچ پیستون مربوط به مکانیسم قطع را می کشد.

محافظت در برابر عدم تعادل و افت فاز:

توجه داشته باشید که حفاظت عدم تعادل کلید حرارتی بلافاصله کار نمی کند و بستگی به سطح فعلی دارد. این یک مفهوم بسیار ساده است که با کاهش ولتاژ جریان افزایش می یابد.

مثال: در نظر بگیرید که یکی از سیم های فاز موتور از بین رفته است. سپس تمام بار باید به فاز باقی مانده منتقل شود، بنابراین فاز باقیمانده باید بار اضافی را از 100٪ تا 150٪ حمل کند. به دلیل این بار بیشتر، اضافه بار حرارتی MPCB مدار را قطع می کند.

ساختار کلید حرارتی

کلید حرارتی شامل 6 قسمت مختلف مانند آزادسازی اضافه بار حرارتی، واحد تریپ مغناطیسی، کنتاکت اصلی، سوئیچ های کمکی، کانال قوس الکتریکی، پیستون و محفظه است.

1. آزاد سازی اضافه بار حرارتی

آزادسازی اضافه بار حرارتی محافظی است که برای محافظت از موتور در برابر اضافه بار یا جریان متعادل بالا که بیش از مقدار از پیش تعیین شده است استفاده می شود. اضافه بار حرارتی همراه با تنظیم کننده جریان طراحی شده است تا جریان به موتور را محدود کند. این قسمت از نوار دو فلزی (معمولاً فولاد و مس یا در برخی موارد فولاد و برنج) ساخته شده است و زمانی عمل می کند که جریان بالاتر از مقدار از پیش تعیین شده باشد. تنظیم کننده جریان چیزی نیست جز یک مکانیسم فنری که فاصله بین تماس نوار دو فلزی و مکانیسم عملکرد را افزایش یا کاهش می دهد.

2. تریپ مغناطیسی

تریپ مغناطیسی یک مکانیسم محافظ خطای اتصال کوتاه است. سه عدد از ترانسفورماتور جریان در ترمینال خروجی قرار می گیرد. یک پیستون در داخل CT قرار خواهد گرفت. در شرایط عادی، پیستون ترانسفورماتور جریان مکانیسم قطع را کار نمی کند.

3. کنتاکت اصلی

کنتاکت های اصلی وظیفه انتقال جریان از منبع به مدار بار را بر عهده دارند که به دو قسمت کنتاکت ثابت و کنتاکت متحرک تقسیم می شود. هر دو کنتاکت از تنگستن مس و کاربید تنگستن مس تشکیل شده اند. کنتاکت‌های ثابت در محفظه MPCB ثابت می‌شوند و کنتاکت متحرک با مکانیسم تریپ ثابت می‌شود.

4. کانال قوسی

کانال قوس الکتریکی برای خاموش کردن قوس ایجاد شده در زمان قطع شدن مدار MPCB استفاده می شود. بدنه بیرونی از جنس خاصی ساخته شده است تا در هنگام باز شدن مدار در برابر دمای بالا مقاومت کند. کانال قوس حاوی صفحات مسی برای قطع پیوستگی است.

5. سوئیچ های کمکی

سوئیچ های کمکی NO یا NC هستند و برای ارسال وضعیت MPCB به مدارهای خارجی استفاده می شوند.

6. محفظه

یک محفظه عایق برای پوشش مکانیسم داخلی از بیرون استفاده می شود که از رزین های پلاستیکی قالب گیری شده تشکیل شده است. برای افزایش استحکام محفظه، پرکننده هایی مانند الیاف شیشه به رزین پلاستیکی اضافه می شود.

مزایا، معایب و کاربرد کلید حرارتی

مزایا:

• چند حفاظت مختلف مانند اتصال کوتاه، خطای تعادل، افت فاز و حفاظت جریان بیش از حد در یک دستگاه موجود است.
• تنظیم آسان
• اندازه جمع و جور
• نگهداری کمتر
• بدون نیاز به رله اضافه بار حرارتی خارجی

معایب:

• هزینه بالا
• قابل تعمیر نیست
• نمی توان حد قطع جریان اتصال کوتاه را تنظیم کرد

کاربرد MPCB:

• راه اندازی موتور القایی (DOL/Star-Dolta)
• مدار های روشنایی
• پروژه های راه اندازی مستقیم

راهنمای انتخاب کلید حرارتی مناسب

انواع کلید حرارتی از 0.1 آمپر تا 630 آمپر در دسترس است. من از کلید حرارتی تا 400 آمپر برای موتور 160 کیلو وات استفاده کرده ام.

فرمول محاسبه حداکثر محدوده جریان MPCB بر حسب آمپر:

Amps = 1.6 x 1000 x P(kW) / (1.732*Volts*pf)

مثال: MPCB را برای موتور القایی سه فاز، 415 ولت، 0.8pf با 10HP/7.5kW انتخاب کنید.

Amps = 1.6 x 1000 x 7.5 / (1.732*415*0.8)

= 20 Amps

یعنی باید محدوده کلید حرارتی را بین 13-22 آمپر انتخاب کنید. این محدوده MPCB را می توان برای سطح بعدی موتور نیز استفاده کرد. یعنی مثلا آمپر بار کامل موتور 11 کیلووات 21 آمپر است. در محدوده MPCBبا  22 آمپر خواهد بود.

MPCB ​​زیمنس

MPCB ساخته شده توسط زیمنس دارای مزایای زیر است:

• در محدوده کوچکتر هیچ تریپی ندارد. ما نمی توانیم هیچ تفاوتی بین OFF و Trip پیدا کنیم.
• ساییدگی کمتر در برابر اتصال کوتاه

ABB

مزایایی مانند زیمنس دارد، اما عیب اصلی آن این است که ABB MPCB دارای خرابی مکرر مکانیزم تنظیم مجدد تریپ است. در واقع، من حدود 25 عدد ABB را در عرض دو سال به دلیل خرابی مکانیزم تعویض کردم.