تجهیزات حفاظت اضافه جریان
این فصل شامل بررسی دیژنکتورهای فشار قوی و انواع تجهیزات حفاظتی، قطع و وصل در شبکه فشار ضعیف می باشد و عملکرد فیوزها را نیز دربر می گیرد. برای آشنایی با عملکرد تجهیزات قطع و وصل شبکه، بررسی مشخصات قوس الکتریکی ضروری است که در ادامه تشریح شده است.
1-6- قوس الکتریکی
وقتی کنتاکتهای یک دیژنکتور درحال باز شدن می باشند، با عبور جریان از مقاومت زیاد بین دو کنتاکت، گرمای زیادی در قوس الکتریکی ایجاد می شود و سپس بین دو کنتاکت باز شده اختلاف ولتاژ نیز شکل می گیرد. (شکل 1-6) الکترونهای صادر شده از کاتد گرم با وجود میدان الکتریکی شتاب گرفته وبه سمت آند حرکت می کنند. در سرعتهای بالا بین اتمها و الکترونها برخورد صورت می گیرد و اتمها را یونیزه می کند. یونها بتدریج به سمت کاتد و الکترونها با سرعت به سمت آند حرکت می کنند ویک ابر یونی در کاتد شکل می گیرد. همین وضعیت در آند و توسط الکترونها پدیدار می شود. بین این دو ابر قوس الکتریکی است که شامل پلاسمایی از یونها و الکترونهاست. یونهای مثبت و کاتد منفی، یک ریزش کاتدی را با قدرت میدانی حدود 105 v/cm شکل می دهند که الکترونها را از کاتد جذب نموده وبه آنها شتاب می دهد. ریزش کاتدی مهمترین مشخصه تجهیزات قطع و وصل فشار ضعیف است. با استفاده از چند کنتاکت قطع می توان شدت ریزش کاتدی را کاهش داد. در تجهیزات فشار قوی، خنک کردن قوس الکتریکی جهت قطع جریان اهمیت بیشتر دارد و این خنک کردن در تجهیزات قطع و وصل فشار قوی نیز با دمیدن هوا ویا گاز ویا استفاده از آب ویا روغن صورت می گیرد.
شکل 1-6: منشا قوس الکتریکی
1-1-6- مشخصه قوس الکتریکی
دریک مدار الکتریکی با وجود مقاومت نیز با توجه به عبور جریان و شکل گیری یونیزاسیون، پدیده ریزش صورت می گیرد. (شکل 2-6) وجود این مقاومت جهت محدود شدن جریان ضروری خواهد بود. برای این مدار، دو نقطه کار P2 , P1 وجود دارد که P1 نقطه کار پایدار و P2 نقطه کار ناپایدار می باشد. اگر به هردلیلی (مثلا خنک کنندگی ضعیف) جریان قوس در P1 افزایش یابد، یک ولتاژ منفی القاء می شود که جریان را در P1 کاهش می دهد. بعبارت دیگر جهت ازدیاد جریان به ولتاژ نیاز می باشد که این بار خط را افزایش می دهد و بدین ترتیب مقاومت قوس زیاد می شود. ازطرف دیگر اگر در نقطه P1 جریان کاهش یابد، ولتاژ خط افزایش می یابد وبا توجه به کم شدن مقاومت قوس، جریان مجددا افزایش می یابد. یعنی نقطه P1 یک نقطه پایدار درمدار فوق می باشد. واضح است نقطه P2 وضعیت برعکس دارد و بنابراین این نقطه، یک نقطه ناپایدار است.
شکل 2-6: مشخصه قوس الکتریکی
برای مهندسین شبکه، دو امکان زیر جهت خاموش کردن قوس وجود دارد:
1. قوس ثابت باشد و مقاومت تغییر کند.
2. مقاومت مدار ثابت باشد و قوس تغییر کند، تا زمانیکه از نقطه بحرانی فراتر رود.
برای قوس DC ، انرژی حاصل از ولتاژ و جریان،تلفات را جبران می کند و انرژی متعادل می شود. در جریان AC، توان حاصله – ناشی از ولتاژ بوجود آمده – موجب تغییر در درجه حرارت و بنابراین در مقادیر انرژی و تلفات می گردد. این باعث افزایش درمشخصه دینامیک مطابق شکل 3-6 می گردد. هر تغییری در مقدار انرژی، توان را نیز تغییر خواهد داد. با افزایش جریان، جهت افزایش دما، قوس توان بیشتری نیاز دارد. درحالیکه با کاهش جریان، تلفات می تواند از طریق حرارت قوس تامین گردد. بدین ترتیب با افزایش جریان، ولتاژ باید بزرگتر از حالتی شود که جریان کاهش می یابد و این به ایجاد هیسترزیس قوس منتهی می گردد. در فرکانسهای بالا، این مشخصه هیسترزیس به یک خط تبدیل می شود. زیرا درجه حرارت نمی تواند تغییرات سریع را دنبال نماید.
شکل 3-6: مشخصه دینامیک
2-1-6- قطع DC
ولتاژ و جریان یک قوس الکتریکی براساس مشخصه استاتیک (شکل 4-6) یکدیگر را تنظیم می نمایند. اگر خنک کردن افزایش یابد، جریان کاهش و ولتاژ افزایش می یابد. کلید مورداستفاده باید در زمان طی چرخه قطع، توانایی تحمل حرارت را به اندازه کافی داشته باشد. لازم به یادآوری است که جهت تخلیه انرژی ذخیره شده در سلفها ، برقراری قوس ضروری است. همچنین جهت جلوگیری از بروز اضافه ولتاژ، ضروریست که مقدار dl/dt از حدی فراتر نرود. امروزه در کلیدهای سریع، زمان قطع به 4ms رسیده است و گرادیان قوس در حدود 200V/cm است که در کلیدهای فشارقوی DC غیرممکن می باشد.
شکل 4-6: قطع DC
3-1-6- قطع AC
درقطع AC باید مشخصه دینامیک درنظر گرفته شود که درآن ولتاژ قوس در حالت افزایش جریان بیش از حالت کاهش جریان است (شکل 5-6) در لحظه صفر شکل موج، جریان برای لحظه ای وجود ندارد تا اینکه ولتاژ مجددا قوس را برقرار می کند. با وجود اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان، در زمان صفر جریان، ولتاژ بازیاب در مسیر کنتاکت وجود دارد. با توجه به وجود خازن و اندوکتانس در مدار، تغییر ناگهانی ولتاژ بازیابی به مقدار لحظه ای خود مقدور نمی باشد. برای سادگی موضوع، در ابتدا دیژنکتورهای AC را بدون درنظر گرفتن حالات گذرا بررسی می کنیم. ولتاژ موجود در بین کنتاکتها باعث عبور جریانی می گرد که ناشی از حرکت بارهای پسماند جریان قوس می باشد. این جریانهای پس از قوس حدود 1.1000 جریان اتصال کوتاه است و حدود 0.21ms جاری می شود. بنابراین در دیژنکتورهای AC همواره دو فرآیند روی می دهد:
1. قوس خنک شود و بنابراین جریان کاهش می یابد. نهایتا بارهای حامل (مثبت و منفی) باهم ترکیب می شوند و در کنتاکتها آرام می گیرند ودر صفر جریان قوس خاموش می شود.
2. ولتاژ بازیابی شده بر مسیر کنتاکتها اعمال می شود و جریان پس از قوس جاری می شود.
اگر دیژنکتور بتواند هردو فشار را تحمل کند، قوس خاموش خواهد شد.
شکل 5-6: قطع AC
قطع اندوکتانسهای بزرگ
با افزایش فاصله بین کنتاکتها ویا با خنک کنندگی بیشتر، ولتاژ قوس یا کاهش جریان افزایش می یابد. این روند تا زمانی ادامه دارد که ولتاژ مشتعل کننده از ولتاژ ایجاد شده در طول قوس بزرگتر شود(شکل 6-6) باوجود بار القایی، قطع قوس ساده نخواهد بود. دراین مدار در زمان صفر جریان، ولتاژ بازیابی در مقدار ماکزیمم خود می باشد و پس از لحظه ای مجددا قوس برقرار خواهد شد. بنابراین باید سعی نمود سیستم خنک کنندگی را به نحوی از پیش طراحی نمود که در اولین صفر جریان، قطع مدار صورت پذیرد. قطع مدار القایی در واقع قطع یک مسیر اتصال کوتاه در شبکه است. زیرا شبکه به دلیل وجود ژنراتورها، ترانسفورمرها و خطوط بشدت القایی است.
شکل 6-6: قطع اندوکتانس بزرگ
قطع مقاومت خالص
دراین حالت ولتاژ و جریان هم فاز می باشند و ولتاژ بازیابی عملا صفر می باشد. وکلید تقریبا در فشار ولتاژ خاصی در زمان قطع قرار نمی گیرد (شکل 7-6) بنابراین کلید را می توان از اجزا و مواد ساده تر تهیه کرد.
قطع خازن
فرض کنید کلید در اولین صفر جریان قطع شود. دراین صورت کنتاکتها تحت ولتاژ خازن نیز قرار می گیرند و چون مسیر تخلیه وجود ندارد، این ولتاژ باقی خواهد ماند. ولتاژ بازیابی نیز مقدار ولتاژ ژنراتور را خواهد داشت. درنتیجه یک اختلاف ولتاژ روی کنتاکتهای کلید شکل می گیرد که باعث می گردد ولتاژهای روی کنتاکتهای کلید به دو برابر مقدار ماکزیمم خود برسد. این می تواند به سادگی برقراری قوس مجدد در کلید منجر شود. بنابراین قطع خازن بحرانی است حتی در فشار ضعیف نیز همواره باید بررسی شود که آیا می توان جریان خازن را ازطریق مسیر خاصی کنترل نمود (شکل 8-6)
شکل 7-6: قطع مقاومت خالص
شکل 8-6: قطع خازن
قطع اندوکتانس کوچک
درجریانهای کم، بالاخص در جریانهای مغناطیس کنندگی ترانسفورمرها در شرایط بی بار، تنها سیستم خنک کنندگی نیز می تواند جریان را قبل از رسیدن به نقطه صفر قطع کند. بدلیل تغییرات سریع جریان دراین قطع، ولتاژ زیادی ایجاد می شود که شبیه به حالت خازن، به ولتاژ منبع اضافه شده ودردو سر کنتاکتها قرار می گیرد و می تواند به وصل مجدد دیژنکتور منتهی شود. بنابراین در اینجا دوباره خطر بروز اضافه ولتاژ وجود دارد. باتوجه به اینکه دیژنکتورها برای قطع سه فاز اتصال کوتاه طراحی شده اند (ونه برای جریان مغناطیس کنندگی کم) بروز این حالت محتمل بوده و لازم است جهت جلوگیری از آسیب های اضافه ولتاژ، در ترانسفورمر یک برقگیر اضافه ولتاژ قرار داده شود. جریان القایی ترانسفورمرها در شرایط بی بار حدود 1A تا 5A می باشد.
4-1-6- ولتاژ گذرا
شبکه شامل خازنها و سلفهای متعدد می باشد. با وجود این عناصر، فرکانس طبیعی بین 0.5Hz تا 50Hz می باشد و بندرت از محدوده 1KHz تا 5KHz بیشتر می شود. میرا کردن ولتاژ گذرا در شبکه نیز با استفاده از مقاومت امکان پذیر است. باتوجه به اینکه رسیدن به نقطه صفر در سه فاز به طور همزمان صورت نمی گیرد. در لحظه صفریک فاز، دو فاز دیگر قطع نشده اند ودر شرایط اتصال کوتاه قرار دارند. براساس شکل 9-6 :
1. در زمان t1 جریان خط L1 از صفر عبور می کند و قطع می گردد.
2. ولتاژ بازیابی به اندازه 1800 برای هردو جریان فازهای دیگر جابجا می شود و به مقدار Ustar می رسد.
3. بعد از اولین صفر جریان، در لحظه t2 اتصال کوتاه دو قطب باقی می ماند.
علیرغم وجود حالتهای مختلف بار، دراین مبحث تنها دو حالت را بررسی می کنیم (شکل 9-6) حالت اول شامل دیژنکتور کوپلاژ بین دو شبکه یا نیروگاه می باشد. اگر بدلیل وجود خطا، کوپلاژ باز شود بدلیل از دست رفتن جریان بار و شکست ولتاژ، سنکرونیزم بین دو شبکه (یا دو ژنراتور) ازدست می رود و ژنراتورها ناهماهنگ می شوند و شبکه ها آزادانه و مستقل از هم تغییر زاویه می دهد و بعد از مدت کوتاهی می توانند حتی در فاز مخالف هم قرار گیرند. در واقع بدلیل وجود اندوکتانسهای مختلف در طرفین کنتاکتهای دیژنکتور در شبکه، ولتاژهای گذرای متفاوت در سمت ژنراتور و سمت خط شکل می گیرند.
شکل 9-6: ولتاژ گذرا
مولفه DC نیز با ثابت زمانی τ=L/R میرا می گردد. این ثابت زمانی براساس استاندارد IEC 45 برابر 45ms ودر عمل بین 10ms تا 450 ms متغیر می باشد.
2-6- دیژنکتور (کلید قدرت)
براساس استاندارد IEC 947 دیژنکتور یک وسیله مکانیکی است که در شرایط عادی جریان را درمدار هدایت وصل و قطع می کند. همچنین در شرایط غیرعادی نظیر اتصال کوتاه، این وسیله می تواند جریان را ضمن هدایت قطع کند. دیژنکتورها باید توانایی قطع و وصل مکرر مدار را در شرائط عادی و غیرعادی داشته باشند. این کلیدها به شکل سه قطبی ساخته می شوند ودر زمان وجود خطا، می توانند مجددا روی مسیر بسته شوند. قطع و وصل از راه دور با استفاده از سیگنال الکتریکی نیز ممکن می باشد. دیژنکتورها ظرفیت قطع محدود دارند وبا رعایت شرایط معین می توانند نقش هماهنگ و پشتیبان برای یکدیگر داشته باشند. ظرفیت وصل و قطع بطور خطی با افزایش جریان نامی ازدیاد می یابد. زمان پاسخ برای وصل ویا قطع کلیدهای قدرت مدرن بین 2 – 10ms می باشد. نیروی مکانیکی لازم ازطریق هوای فشرده، هیدرولیک با اهرمهای فنری تامین می گردد که باید ویژگیهای زیادی از جمله دو مشخصه زیر را داشته باشند :
1. یک کلید وصل شده باید همواره آماده قطع باشد.
2. عمل وصل باید پس از شروع بطور کامل صورت پذیرد.
دیژنکتورها باید امکان کنترل تجهیزات را در شرایط عادی و اتصال کوتاه داشته باشند و درهر لحظه بتوانند جریان را بنحوی قطع نمایند. ظرفیت قطع در این وسائل براساس اندازه جریان اتصال کوتاه محتمل در مدار تعیین می گردد. در دیژنکتورهای امروزی با استفاده از چند محفظه قطع قوس، ظرفیت قطع را افزایش می دهند. Puffer مهمترین عنصر یک دیژنکتور است. در طول قطع، آن با یک نیرو به عقب کشیده می شود. بدین ترتیب گاز فشرده می شود. درهمان زمان، کنتاکت قطع و وصل که با Puffer ارتباط دارد، جابجا می شود و کنتاکتهای کلید ازهم فاصله می گیرند. ولتاژ موجود بین این فاصله دو کنتاکت، باعث بروز قوس می گردد و جریان خط ازاین مسیر عبور می کند. گاز فشرده شده به محل قوس برخورد می کند و قوس الکتریکی را خنک می کند. جریان قطع می شود و یک ولتاژ گذرا بین کنتاکتها قرار می گیرد که باید در طراحی کلید به مقدار آن توجه نمود (ولتاژ بازیابی)، همچنین با دمیده شدن گاز فشرده، طول قوس افزایش می باشد. این افزایش طول قوس به زیادتر شدن مقاومت مسیر و بنابراین کاهش جریان و توان تلف شده در فاصله کنتاکتها منتهی می گردد. برش جریان (بیش از 4A) در دیژنکتور قوی بدلیل ایجاد اضافه ولتاژها بر اثر قانون القاء مجاز نمی باشد. در وصل دیژنکتور ، Puffer و کنتاکتهای آن در 30ms جابجا می شوند. امروزه ، دیژنکتور فشار قوی تا قدرت قطع 80kA در ولتاژهای بسیار بالا ساخته می شود که در هر قطب آنها از چند محفظه قطع قوس استفاده می شود. شکل 10-6 مشخصه قطع دیژنکتورهای فشارقوی مختلف را نشان می دهد.
1-2-6- انواع قطع کننده ها
براساس روش های مختلف خاموش کردن قوس، می توان انواع قطع کننده ها را بشرح زیر تقسیم بندی کرد:
* دیژنکتورهای روغنی : فاصله قطع در درون یک مخزن پر از روغن است. روغن بعنوان یک عایق و بعنوان یک خاموش کننده عمل می کند. حرارت ناشی از قوس الکتریکی باعث تبخیر، انبساط و بنابراین افزایش فشار و انتقال حرارت می گردد. بدین ترتیب روغن زیادی نیاز می باشد. امروزه این نوع دیژنکتورها بدلیل خاصیت مشتعل شوندگی و اثرات مخرب زیست محیطی روغن پرکاربرد نمی باشند.
* کلید هوا یا گاز فشرده : هوا یا گاز فشرده در زمان قطع مستقل از شدت جریان به محفظه قوس دمیده می شود. بعد از قطع موفقیت آمیز جریان، گاز سرد یا فشار زیاد، محفظه قطع را ایمن می کند. امروزه تنها کلیدهای با گاز SF6 استفاده می شود. این گاز سمی نبوده و بدون بو است. همچنین خاصیت انتقال حرارتی مناسب داشته و مشتعل شونده نیز نمی باشد.
شکل 10-6: مشخصه جریان – زمان دیژنکتورهای قدرت
* کلیدهای خلا : این کلیدها در فشار ضعیف و فشار متوسط بکار می روند و خواص عایقی مناسبی دارند. کلیدهای خلا نیاز به کمی سرویس دارند و سیکل های کاری آنها زیاد می باشد. عدم وجود یک سیال خاموش کننده در محفظه کلید باعث استهلاک کنتاکتها می گردد. بدین منظور کنتاکتها را کاملا بصورت مورب می سازند تا مشکل فوق به عملکرد کلید آسیب نزند. آلیاژهای کروم – مس جهت تولید بخار فلزی و جلوگیری از برش جریان در کنتاکتها استفاده می شود.
ویژگیهای کلیدهای خلا عبارتند از :
* وصل بلافاصله پس از قطع
* تعداد سیکل های کاری زیاد
* قابلیت اطمینان بالا
* عدم تولید قوس
* عمر الکتریکی طولانی
* ظرفیت قطع اتصال کوتاه بالا
* نیاز به سرویس کم
3-6- فیوز کات اوت
فیوزهای کات اوت در فشار متوسط برای حفاظت ترانسفورمرها استفاده می شود. این تجهیز در 6KV تا 150 A ودر 30KV تا 40A ساخته می شود (شکل های 11-6 و 12-6)
شکل 11-6: مشخصه جریان – زمان فیوز کات اوت
شکل 12-6: جریان مجازی گذری فیوزهای کات اوت
4-6- سوئیچگیر فشار ضعیف
سوئیچگیر شامل تجهیزات قطع و وصل دریک سطح ولتاژ می باشد که جهت کنترل قابل قبول توان، وصل ، قطع و سرویس دهی استفاده می شود. سوئیچگیر فشار ضعیف شامل ولتاژهای کاری کمتر از 1000V و همچنین ولتاژهای DC می باشد. انتخاب یک سوئیچگیر براساس هدف موردنظر از قطع و وصل مثلا قطع و وصل بار، قطع جریان اتصال کوتاه، قطع و وصل موتور، حفاظت در برابر اضافه جریان و ایمنی افراد، می باشد. شکل 13-6 برخی ازاین سوئیچگیرها را بریک شبکه نشان می دهد.
شکل 13-6: برخی ازاین سوئیچگیرها
براساس شکل برخی از مهمترین این ادوات در ادامه معرفی شده است.
1-4-6- کلید (Cireuit Breaker)
کلیدها برای قطع جریان اتصال کوتاه در حفاظت خطوط و کابلها استفاده می شوند. آنها با عناصر قطع کننده حرارتی و و مغناطیسی همراه می باشند. کلیدها باید توانایی وصل، هدایت و قطع جریانهای بار را داشته باشند و جریان اتصالکوتاه را نیز برای زمان معینی از خود عبور دهند.
کلیدها براساس مشخصه های زیر دسته بندی می شوند:
* گروه بهره برداری
: A بدون تاخیر در عملکرد
: B عملکرد با تاخیر جهت هماهنگی با سایر اجزاء سوئیچگیر مدار
* نوع سیال عایقی : هوا ، خلاء و یا گاز
* نوع طراحی
طراحی فشرده (Molded case) شامل یک بدنه عایق می باشد که اجزاء قطع کننده کلید در داخل آن قرار دارند.این نوع تا جریان نامی 3200A ساخته می شود وبه MCCB معروف می باشد. طراحی باز (Air-Break) این نوع کلید شامل بدنه عایقی نمی باشد و برای جریانهای نامی تا 6300A ساخته می شود. این نوع کلید به ACB شهرت دارد.
* نوع نصب : ثابت یا کشویی
* قطع قوس
کلید بدون محدوده کننده جریان : دراین نوع کلید، قوس در صفر جریان خاموش می شود. بنابراین مسیر حامل جریان بنحوی طراحی می شود که از نظر حرارتی جریان خطا ا در مدت زمان معین هدایت کند. از اینرو همه تجهیزات پائین دستی نیز در معرض این پیک جریان اتصال کوتاه قرار می گیرند.
کلید با محدوده کننده جریان : دراین نوع کلید، قبل از رسیدن به نقطه صفر، خاموش می شود و جریان عبوری به جریان قطع محدود می گردد. این موضوع باعث خواهد شد فشارهای حرارتی و دینامیکی تجهیزات پائین دستی کاهش یابد. این نوع از کلیدها برای حفاظت اتصال کوتاه با ظرفیت کم قطع و وصل مناسب می باشند.
شکل 14-6 مشخصه قطع یک کلید را برای سه مشخصه D , C , B نشان میدهد. نسبت ظرفیت وصل اتصالکوتاه به ظرفیت قطع اتصال کوتاه (n) به عنوان یکی از متغیرهای مهم کلید، در ضریب توانهای مختلف در جدول 1-6 ارائه شده است.
جدول 1-6: اتصال کوتاه (n) در ضریب
جریان قطع به (rms) kA
ضریب توان
N
4.5 < I < 6
0.7
1.5
6 < I < 10
0.5
1.7
10 < I < 20
0.3
2.0
20 < I < 50
0.25
2.1
50 < I
0.2
2.2
شکل 14-6: مشخصه جریان – زمان یک کلید
2-4-6- فیوز
فیوزها عناصری هستند که به عنوان ضعیف ترین حلقه اتصال در شبکه عمل نموده و با عبور جریان بیش ازحد نامی، قطعه رسانای حساس درون آن معروف به مغزی فیوز (سیم فیوز) ذوب می گردد و مسیر جریان را قطع می کند. برای خاموش کردن قوس نیز از پودر نرم و فشرده سیلیس استفاده می شود. قوس ایجاد شده قسمتی از پودر سیلیس را نیز براثر عبور جریان ذوب می کند و بنابراین حرارتی معادل ∫▒〖i^2 dt〗 ایجاد می گردد. شکل 15-6 اجزاء ساختمانی یک فیوز معمولی را نشان می دهد.
شکل 15-6: اجزاء ساختمانی یک فیوز معمولی 1: کانکتور و حفاظ بیرونی ،2: صفحه رسانا 3: حفاظ داخلی 4: بدنه ، 5: مغزی های فیوز، 6: پرکننده عایق (پودر سیلیس)
فیوز جریانهای اتصال کوتاه را قبل از رسیدن به حد ماکزیمم جریان قطع فیوز ip قطع می کند ودر قطع، فیزو منتظر رسیدن به نقطه صفر جریان نمی ماند. نوع مشخصه قطع فیوز تعیین کننده کلاس عملکرد فیوز و شکل ظاهری آن نیز تعیین کننده مشخصه ساختمانی می باشد. فیوزها درواقع کلیدهای محدود کننده جریان می باشند. فیوزها دارای مشخصه عملکرد می باشند که درآن زمان عملکرد فیوز درهر جریان عبوری ازآن تعیین گردیده است. این مشخصه به مشخصه زمان – جریان نیز معروف است.
شکل 16-6 مشخصه عملکرد را برای یک نوع فیوز با جریان نامی متفاوت نشان می دهد.
شکل 16-6: مشخصه عملکرد فیوز از 2A تا 1000A
فیوزها براساس متغیرهای زیر تعیین می گردند :
* ولتاژ نامی
* جریان نامی
* قدرت اتصال کوتاه
* جریان عبوری مجاز
* مشخصه جریان – زمان
1-2-4-6- انواع ساختمان فیوزها
ازنظر ساختمانی دو دسته عمده فیوزها بشرح زیر می باشند:
* فیوزهای کاربردی (تیغه ای) یا فیوزهای NH
فیوزهای NH درشبکه های توزیع صنعتی ودر تابلوهای توزیع تامین انرژی کاربرد دارند. این فیوزها برای مدارهای AC با ولتاژ 500V و مدارهای DC تا 400V تا محدوده 1600A ساخته می شوند. این فیوزها شامل یک نشانگر می باشند که عمل کردن فیوز را نشان می دهد. اندازه و ابعاد این فیوزها با یک کد بعد از حروف NH می آید که در جدول 2-6 این کدها ارائه شده است.
جدول 2-6 : کد بندی اندازه فیوزهای NH
کد
حداکثر جریان نامی به A
C00
100
00
160
0
160
1
250
2
400
3
630
4a/4
1600
شکل 17-6 تصویر یک فیوز NH را می دهد.
شکل 17-6: یک فیوز NH
* فیوزهای فشنگی یا فیوزهای D/DO
این فیوزها در دو نوع D (Diazed) و DO (Neozed) ساخته می شوند. این فیوزها نیز دارای نشانگر می باشند که عمل کردن فیوز را نشان می دهد. فیوزهای D , DO در محدوده 2 – 100A ساخته می شوند. فیوزهای DO شبیه به فیوزهای D می باشند، ولی از ساختمان فشرده تری ساخته می شوند و قابلیت اطمینان و عملکرد بهتری برخوردار می باشند. شکل 18-6 تصویر یک فیوز D را با نگهدارنده و اجزاء مرتبط و تصویر دو فیوز نوع DO را نشان می دهد.
2-2-4-6- کلاس های کاری فیوزها
کلاس بندی فیوزها با دو حرف الفبا تعیین می گردد که حرف اول نوع عملکرد و دوم وسیله مورد حفاظت را بیان می کند.
شکل 18-6: فیوز D و پایه و حفاظ دو فیوز نوع DO
1. انواع عملکرد
g: فیوزهای عمومی که جریان را تا رسیدن به جریان نامی هدایت کرده و با افزایش جریان به بیش از مقدار جریان ذوب، جریان را براساس مشخصه قطع می کنند. این فیوزها برای حفاظت اصلی کاربرد دارند.
:a فیوزهای پشتیبان که جریان را تا رسیدن به جریان نامی هدایت کرده ولی برای قطع نیاز است جریان از چند برابر جریان نامی نیز بیشتر شود.
2. وسائل مورد حفاظت
G کابلها و خطوط (کاربردی عمومی)
L کابلها و خطوط
M سوئیچگیر و مدارات حامل جریانهای موتوری
T(Tr) ترانسفورمر
R نیمه هادیها
B شبکه های زمینی و معدنی
مشخصه عملکرد برخی ازانواع رایج و مورد استفاده این فیوزها در شکلهای 19-6 و 20-6 ارائه شده است.
3-2-4-6- فیوزهای HRC
فیوزهای HRC، فیوزهای پرمصرفی می باشند که جریان قطع حداقل 80KA و تا بیش از 100KA دارند و برای انواع کلاسهای کاری موجود می باشند. دراین فیوز یک نشانگر جهت تعیین وضعیت فیوز (سالم یا قطع شده) وجود دارد. جدول 3-6 جریان نامی را براساس کد این فیوزها ارائه کرده است.
جدول 3-6: جریان نامی را براساس کد این فیوزها
کد
جریان نامی فیوز HRC به A
-400 V – -500 V
-690 V
00
6 – 160
-100
0
6 – 160
-100
1
80 – 250
-200
2
125- 400
-315
3
315 – 630
-500
4
500 – 1000
-800
4a
500 – 1600
-1000
شکل 19-6: مشخصه یک فیوز NH gG/gL 500V AC
شکل 20-6: مشخصه یک فیوز NH gG/gL 500V AC
رفتار قطع فیوزها در ناحیه اضافه بار با جریان قطع کوچک I1 (بدون قطع در زمان بررسی مشخص شده) و جریان قطع بزرگ I2 (قطع در زمان بررسی مشخص شده) تعیین می گردد. جدول 4-6 این جریانهای قطع را با زمان تست برای فیوزهای gG و gM خلاصه کرده است.
جدول 4-6: جریانهای قطع فیوزها با زمان تست برای فیوزهای gG و gM
جریان نامی A
جریان قطع کم I1
جریان قطع زیاد I2
زمان تست
< 4
1.5 In
2.5 In
1h
4 – 10
1.5 In
1.9 In
1h
10 – 25
1.4 In
1.75 In
1h
25 – 63
1.3 In
1.6 In
1h
63 – 160
1.3 In
1.6 In
2h
160 – 400
1.3 In
1.6 In
3h
> 400
1.3 In
1.6 In
4h
فیوز NH کلاس gL تجهیزات شبکه های برق را درمقابل اضافه بار و اتصال کوتاه محافظت می کند. این فیوز همچنین برای محافظت در مقابل اتصال کوتاه موتورها نیز می تواند استفاده شود. نمودار محدوده جریان فیوزهای NH gG در شکل 21-6 ترسیم شده است. قبل از رسیدن به جریان اتصال کوتاه ماکزیمم، جریان اتصال کوتاه Ik قطع می گردد.
شکل 21-6: منحنی های جریان مجاز فیوزهای gG
فیوزهای D0 (از گروه فیوزهای D) عموما در مصارف صنعتی و خانگی استفاده می شوند. شکل 22-6 مشخصه جریان – زمان این فیوزها را نشان می دهد. در همه فیوزها، ظرفیت قطع نامی جریان 50 KA می باشد.
شکل 22-6: مشخصه جریان – زمان فیوز D0
4-2-4-6- حفاظت توسط فیوز
حفاظت کابل : برای حفاظت کابلها در شرایط اتصال کوتاه جنس عایق مورد استفاده اهمیت دارد. این تاثیر بصورت یک ضریب K در جداول نشان داده می شود. این ضریب برای PVC برابر 115 و برای عایق خشک (XLPE , PE) برابر 143 می باشد. جدول 5-6 فیوز مناسب (gG) را برای کابلهای با مقاطع مختلف با این دو نوع عایق نشان می دهد.
جدول 5-6: اندازه فیوز برای حفاظت کابل
جریان نامی فیوز حداکثر به (A)
سطح مقطع کابل mm2
K = 115
K = 145
16
16
1
25
20
1.5
32
32
2.5
50
50
4
63
63
6
125
100
10
160
125
16
250
200
25
355
315
35
500
400
50
630
560
70
80
710
95
1000
800
120
حفاظت در مقابل برق گرفتگی : در شبکه های TN زمان قطع باید کمتر از 5s باشد. با استفاده از فیوزهای gG برای شبکه 240 V جدول 6-6 براساس امپدانس حلقه بین محل تماس و زمین شبکه ، جریان نامی فیوزها را تعیین کرده است.
جدول 6-6: جریان نامی فیوزها برای محافظت در مقابل برق گرفتگی
امپدانس حلقه
جریان فیوز
امپدانس حلقه
جریان فیوز
Ω
(A)
Ω
(A)
0.44
100
14
6
0.35
125
7.7
10
0.27
160
4.3
16
0.20
200
3.0
20
0.16
250
2.4
25
0.13
315
1.9
32
0.096
400
1.4
40
0.073
500
1.1
50
0.054
630
0.86
63
0.044
800
0.60
80
حفاظت ترانسفورمر: برای حفاظت اولیه ترانسفورمر از فیوز نوع gT با جریان نامی حداقل دوبرابر جریان نامی اولیه ترانسفورمر استفاده می شود. این انتخاب به منظور جلوگیری از عمل کردن فیوز در زمان عبور جریان هجومی ترانسفورمر در زمان برقدار شدن می باشد.
حفاظت خازن : در مدارات خازنی، نظیر بانک خازنی، جریان نامی فیوز باید از 1.5 برابر جریان نامی خازن بیشتر باشد تا درضمن عبور جریان هجومی از خازن فیوز عمل نکند.
حفاظت موتور: جریان راه اندازی موتور بدون استفاده از راه انداز تا 7 برابر جریان نامی می باشد و تا حدود 6 s استمرار می یابد. در صورت استفاده از راه انداز، مثلا ستاره – مثلث ، جریان راه اندازی تا حدودی محدود می شود. ازاینرو بررسی شرایط راه اندازی در انتخاب جریان نامی فیوز محافظ موتور اهمیت زیادی دارد. در استانداردهای مختلف پیشنهادهای متفاوتی دراین رابطه ارائه شده است. در VDE برای موتور بدون راه انداز، کوچکترین فیوزی پیشنهاد می شود که 6 برابر جریان نامی را به مدت 5 s تحمل کند و برای راه انداز ستاره – مثلث ، کوچکترین فیوزی که دو برابر جریان نامی را به مدت 15 s تحمل کند، پیشنهاد شده است. انتخاب فیوز براساس معیارهای فوق با بررسی دقیق مشخصه عملکرد فیوزها (برای این حفاظت فیوزهای gM ) صورت می گیرد. جدول 7-6 فیوزهای پیشنهادی را برای حفاظت موتور برای اتصالمستقیم به شبکه ویا استفاده از راه انداز ارائه کرده است که می تواند استفاده گردد و مراجعه به مشخصه عملکرد فیوز را برای انتخاب های ساده مرتفع نماید.
جدول 7-6: انتخاب فیوز برای محافظت موتور
مقادیر نامی موتور
اتصال مستقیم
با راه انداز
Kw
A
A
A
0.25
0.8
4
2
0.37
1.1
4
2
0.55
1.5
6
4
0.75
2.0
6
4
1.1
3.0
10
6
1.5
3.6
16
10
2.2
5.0
16
10
3.0
6.5
20
16
4.0
8.4
20
16
5.5
11.0
25
20
7.5
15.0
40
25
11.0
20.0
50
32
15.0
27.0
63
40
18.5
33.0
80
50
22.0
38.0
80
50
30.0
54.0
100
80
37.0
66.0
125
80
45.0
79.0
160
100
55.0
98.0
160
100
75.0
135.0
250
160
90.0
155.0
250
160
110.0
185.0
315
200
132.0
220.0
355
250
150.0
250.0
355
315
185.0
310.0
450
355
200.0
335.0
500
400
225.0
375.0
560
400
250.0
415.0
560
450
280.0
460.0
630
500
335.0
562.0
710
630
355.0
596.0
800
710
3-4-6- کنتاکتور
کنتاکتورها کلیدهای کنترل شونده می باشند که از طریق مدار فرمان مدار را وصل وقطع می کنند. کنتاکتورها جهت استفاده در مدار موتورها هیچ نقش حفاظتی ندارند واز بی مثال و فیوز ویا وسایل حفاظتی مناسب در کنار آنها باید استفاده نمود. ولتاژهای کارکرد مختلف جهت تحریک کنتاکتورها عبارتند از :
660 V , 500 V , 380 V , 220 V , 110 V , 60 V , 48 V , 24 V
کنتاکتور باید در محدوده 85% تا 110% ولتاژ نامی بدرستی عمل نماید. اگر طول مسیر مدار تحریک (فرمان) کنتاکتور زیاد باشد ، کارکرد کنتاکتور در وصل مدار بدلیل افت ولتاژ، ودر قطع مدار بدلیل ظرفیت بالای خازنی کابل مسیر، دچار مشکل خواهد شد. ازاینرو حداکثر افت ولتاژ مجاز در مدار فرمان کنتاکتور 5% است. جدول 8-6 انواع گروه بندی مربوط به کنتاکتورها را ارائه کرده است.
4-4-6- کلید مینیاتوری (Miniature Circuit Breaker) MCB
MCB کلید با ظرفیت کم می باشد که با یک قطع کننده مغناطیسی ویک رله حرارتی تاخیری همراه است. مینیاتوری ازیک قطبه تا چهار قطبه وتا جریان نامی 125 A و جریان قطع حداکثر 25 KA در ولتاژ 440V ساخته می شود. شکل 23-6 تصویر یک MCB یک قطبه و یک نوع سه قطبه را نشان می دهد.
جدول 8-6: گروه بندی بهره برداری برای کنتاکتورها
جریان
گروه
کاربرد
AC
AC – 1
بارهای غیرسلفی یا با خاصیت سلفی ضعیف ، کوره های مقاومتی
AC – 2
موتورهای با حلقه های لغزان : حالت ترمزی و معکوس شدن دور
AC – 3
موتورهای قفس سنجابی : راه اندازی ، قطع از شبکه ضمن دوران
AC – 4
موتورهای قفس سنجابی : راه اندازی ، حالت ترمزی و معکوس شدن دور، وصل و قطع سریع
AC – 5a
قطع و وصل لامپهای تخلیه گازی
AC – 5a
قطع و وصل لامپهای حرارتی (ملتهب)
AC – 6a
قطع و وصل ترانسفورمرها
AC – 6a
قطع و وصل بانکهای خازنی
AC – 7a
بارهای راکتیو کوچک در مصارف خانگی و کاربردهای مشابه
AC – 7b
بارهای موتوری برای مصارف خانگی
AC – 8a
قطع و وصل موتورهای کمپرسور سردکن های بدون منفذ با امکان Reset کردن دستی
AC – 8b
قطع و وصل موتورهای کمپرسور سردکن های بدون منفذ با امکان Reset کردن خودکار
DC
DC – 1
بارهای غیرسلفی یا با خاصیت سلفی ضعیف، کوره های مقاومتی
DC – 3
موتورهای DC شنت : راه اندازی، حالت ترمزی و معکوس شدن دور، وصل و قطع سریع و ترمز دینامیکی
DC – 5
موتورهای DC سری : راه اندازی، حالت ترمزی و معکوس شدن دور، وصل و قطع سریع و ترمز دینامیکی
DC – 6
قطع و وصل لامپهای حرارتی (ملتهب)
شکل 23-6: MCB سه قطبه و یک قطبه
MCB دارای مشخصه های کارکرد زیر می باشد :
: B جهت کلید اصلی در مدارهای الکتریکی که جریان پیک زیادی ندارند. (بویلرها، هیترهای الکتریکی، اجاق های برقی)
: C این نوع، نوع استاندارد MCB می باشد و برای مصرف کننده های با پیک جریان استاندارد بارهای القائی (تلویزیون ، لامپهای فلورسنت) و مدارهای الکترونیکی رایج است.
: D جهت بارهای با جریان پیک بسیار زیاد (ترانسفورمرها) وبه عنوان حفاظت بالادستی سایر MCBها کاربرد دارد.
: K جهت حفاظت وسایل و هماهنگی با شرایط خاص نظیر موتورها استفاده می شود.
جدول 9-6 جریان قطع حرارتی و جریان قطع مغناطیسی را با ضریبی از جریان نامی MCB نشان می دهد. مشخصه عملکرد این کلاسهای مختلف MCB در شکل 24-6 ترسیم شده است.
جدول 9-6: جریان قطع حرارتی و مغناطیسی انواع MCB
مشخصه
جریان قطع حرارتی
زمان قطع حرارتی
جریان قطع مغناطیسی
زمان قطع مغناطیسی
B
1.13 – 1.45 In
1.45 In : < 1h
1.13 In : > 1h
3 – 5 In
5 In : < 0.1s
3 In : > 0.1s
C
1.13 – 1.45 In
1.45 In : < 1h
1.13 In : > 1h
5 – 10 In
10 ln : < 0.1s
5 In : > 0.1s
D
1.13 – 1.45 In
1.45 In : < 1h
1.13 In : > 1h
10 – 20 In
20 In : < 0.1s
10In : > 0.1s
K
1.05 – 1.2 In
1.2 In : < 1h
1.05 In : > 1h
10 – 14 In
14 In : < 0.1s
10In : > 0.1s
مشخصه های استاندارد دیگری نیز برای MCB ها وجود دارد (مشخصه Z و UCB و UCK) که برای موارد مخصوص ازجمله نیمه هادیها و شبکه های DC کاربرد دارند.
5-4-6- سکسیونر یا جداکننده (Disconnector)
این وسیله با ایجاد یک فاصله عایقی مناسب بین یک جزء برقدار و یک قسمت بدون برق، ایزولاسیون لازم را فراهم می کند. سکسیونر تنها زمانی قطع می کند که جریان مسیر صفر یا ناچیز(جریان خازنی بوشینگها، باسبارها ، کابلها و…) باشد ویا اختلاف ولتاژ بین کنتاکتهای آن صفر باشد. سکسیونر جریان بار را بطور دائم و جریان اتصال کوتاه را برای مدت معین تحمل می کند. سکسیونر بیشتر در فشار متوسط و فشار قوی بهمراه دیژنکتور کاربرد دارد. سکسیونرها می توانند بنحوی ساخته شوند که قدرت قطع و وصل جریان بار را نیز داشته باشند. این سکسیونرها به سکسیونر قابل قطع زیر بار معروف می باشند.
شکل 24-6: مشخصه های کارکرد انواع MCB
6-4-6- کلید قطع بار (Load Break Switch)
این وسیله بهمراه یک تجهیز حفاظت اضافه بار، امکان قطع و وصل و هدایت جریان بار را فراهم می کند. یک کلید قطع بار می تواند ظرفیت وصل اتصال کوتاه را داشته باشد ولی ظرفیت قطع آن را ندارد.
7-4-6- کلید سکسیونر (Switch – Disconnector)
یک کلید قطع بار است که در حالت باز شبیه به یک سکسیونر ایزولاسیون لازم را فراهم می کند.
8-4-6- سکسیونر با فیوز (Disconnector with fuse)
متشکل از سکسیونر و فیوز می باشد که فیوز با تیغه های سکسیونر سری شده است.
9-4-6- کلید قطع بار با فیوز (Load Break Switch with Fuse)
متشکل از کلید قطع بار و فیوز می باشد که فیوز با تیغه های کلید سری شده است.
10-4-6- فیوز جداکننده (Fuse Disconnector)
سکسیونری است که فیوز دو قسمت متحرک آن قرار دارد.
11-4-6- کلید فیوز جداکننده (Fuse Switch Disconnector)
کلید – سکسیونری است که فیوز درقسمت متحرک آن قرار دارد.
12-4-6- کلیدهای محافظ موتور
در موتورهای القایی سه فاز با توجه به نوع بهره برداری، موتورها باید بطور مستمر قطع و وصل شده و حفاظت گردند. (شکلهای 25-6 و 26-6) کلیدهای محافظ موتور باید در صورت بروز خطا بصورت سه فاز قطع نمایند. این کلیدها معمولا بهمراه یک بی متال و عنصر قطع اتصال کوتاه که با فیوز نیز می تواند جایگزین شود استفاده می گردند. اگر موتور بصورت مستقیم راه اندازی گردد، جریان راه اندازی آن حدود 5 تا 6 برابر جریان نامی خواهد بود. دراین صورت برای جریانهای بیشتر ازاین مقادیر، لازم است جهت جلوگیری از تخریب حرارتی، حفاظت موتور عمل نماید. همچنین اضافه جریان های خطرناک بدلیل اضافه بار مکانیکی طولانی مدت موتور، با قطع یکی از فازهای تغذیه کننده می تواند بوجود آید.
* حفاظت موتور با فیوز
حفاظت اضافه بار موتور توسط بی متال تامین می گردد و فیوز حفاظت در مقابل اتصال کوتاه را به عهده دارد. در صورت تشخیص خطای اضافه بار توسط بی متال، کنتاکتهای کمکی بی متال قطع مدار را از طریق کلید اصلی یا ازطریق مدار فرمان کنتاکتور فراهم می کند.
* حفاظت موتور با کلید
کلیدها حفاظت اضافه بار موتور را با استفاده از بی متال و حفاظت در مقابل اتصال کوتاه را با استفاده از قطع کننده مغناطیسی آنی فراهم می کنند.
شکل 25-6: وصل یک موتور سه فاز آسنکرون
شکل 26-6: حفاظت یک موتور سه فاز آسنکرون
13-4-6- وسائل حفاظتی جریان پس ماند (RCD)
مطابق شکل 27-6 ، RCD شامل ترانسفورمر جریان جمع کننده با سیم پیچی اولیه و ثانویه، رله قطع کننده، مکانیزم نگهدارنده ، و تجهیزات قطع و وصل می باشد که در محفظه مناسب قرار دارد. کنترل عملکرد براساس جریان مجموع سه فاز صورت می گیرد.
شکل 27-6: اصول ساختمانی یک RCD
RCDها در کسری از ثانیه جریانی تا تنظیم جریان پس ماندی بین 50% تا 75% جریان نامی خطا عمل می کنند وبدین ترتیب از آسیب پرسنل و تجهیزات جلوگیری می کنند. RCDها قادرند در مقابل جریان خطای جزئی باقی مانده، جریانهای الکتریکی که منجر به احتراق می شوند و همچنین جریانهای عبوری از بدن انسان در مقادیر بزرگتر از 30mA عمل کنند. می توان این RCD ها را بنوی تنظیم نمود که درصورت تماس انسان در جریانی بیش از 10 mA نیز عمل نمایند. این مقدار جریان کمتر ازحد آسیب بدن درمقابل عبور جریان می باشد. ازاین RCDها همچنین برای تشخیص مسیر نشتی در مدار، با مقایسه مجموع جریان رفت با مجموع جریان بازگشت، می توان استفاده نمود. این تجهیز به کلید محافظ جان یا محافظ برق گرفتگی نیز معروف است. RCDها در شبکه های TT , IT و TN – S استفاده می شوند. در اینصورت باید نقطه نوترال شبکه ، زمین شود و هادی PEN قبل از RCD ایزوله شده و هادی حفاظتی زمین از داخل RCD عبور نکند. در طرحی باید در نظر داشت که مقدار تنظیم تجهیزات حفاظتی اضافه جریان از تنظیم RCDها کمتر باشد. بدین ترتیب تجهیزات اضافه جریان قادر خواهند بود برای جریانهای ضربانی DC ، برای بارهای نظیر یکسوکننده ها، تایریستورها و… که جریان به زمین خواهند داشت، عمل نمایند. شکلهای 28-6 و 29-6 مثالهای متفاوتی از بکارگیری RCDها را بهمراه کلیدها نشان می دهد.
شکل 28-6: طراحی با RCD C , B : کلید مینیاتوری
شکل 29-6: طراحی با RCD و کلید
فصل هفتم
هماهنگی و حفاظت پشتیبان
1-7- هماهنگی
در طول کارکرد شبکه های الکتریکی با رویداد اتصال کوتاه، تجهیزات بهره برداری و مصرف کننده ها باید درمقابل فشارهای ناشی از این وضع محافظت گردند. براساس استاندارد دریک شبکه الکتریکی که وسائل حفاظتی اضافه جریان نظیر فیوزها و کلیدها بطور سری پشت سر یکدیگر قرار گرفته اند، با بروز یک خطا، اولین وسیله حفاظتی که بالادست محل دارد، باید به خطا پاسخ دهد و عمل نماید. برای دستیابی به هماهنگی لازم است مشخصه های جریان – زمان تجهیزات حفاظتی اضافه جریان یا مشخصه ذوب فیوزها، بایکدیگر مقایسه شوند. در ادامه این فصل ، حالات مختلف هماهنگی ارائه شده است. در شبکه های برق ، وسایل حفاظت اضافه جریان متفاوتی برای حفاظت در مقابل اتصال کوتاه و اضافه بار استفاده می شوند. با انتخاب صحیح این وسائل حفاظتی آثار مخرب خطاها دراین شبکه ها بشدت کاهش می یابد. در شکل 1-7 مشخصه های کلی جریان – زمان وسائل حفاظت اضافه جریان مورد استفاده در شبکه فشار ضعیف ترسیم شده است.
شکل 1-7: مشخصه های قطع (a) فیوز (b) کلید
هماهنگی زمانی و جریانی
برای هماهنگی بین دو تجهیز حفاظت اضافه جریان که سری می باشند، دو روش کلی هماهنگی زمانی و هماهنگی جریانی وجود دارد. در هماهنگی زمانی زمان عملکرد دو تجهیز نسبت به هم دارای یک تاخیر می باشد. شکل 2-7 یک شبکه با یک ترانسفورمر با قدرت 6% , 1000kVA ولتاژ اتصال کوتاه و 50kA اتصال کوتاه در نقطه تغذیه را نشان می دهد که کلیدهای سری ازنظر زمانی هماهنگ شده اند. در رابطه با این هماهنگی کلیدها موارد زیر قابل توجه است :
* کل زمان قطع tA کلید پائین دستی از حداقل زمان صدور دستور (تاخیر) tm کلید بالادستی کمتر باشد.
* زمان قطع tA برابر است با مجموع زمان جدا شدن کنتاکتها tOV و زمان برقراری قوس tL
* تاخیر زمانی بین عملکرد دو کلید حدود 50ms است.
* جریان قطع 1.2 برابر جریان تنظیم Ie است.
* جریان اتصال کوتاه 12 برابر جریان نامی In است.
* کلید باید ماکزیمم جریان اتصال کوتاه را درمحل نصب تحمل کند.
شکل 2-7: هماهنگی زمانی سه کلید سری
Q1 : کلید ، Q2 : کلید محافظ شبکه ، Q3 : کلید محافظ موتور ، HH : فیوز کات اوت محافظ ترانسفورمر، a: رله اضافه بار وابسته به جریان تاخیری کلید ، n : رله اضافه بار الکترومغناطیسی بدون تاخیر، z: رله اضافه بار کلید با تاخیر کم
درهماهنگی جریانی نیز با استفاده از اصل تفاوت اندازه جریان اتصال کوتاه در نقاط مختلف، با تنظیم جریان عملکرد وسایل حفاظتی بدون تاخیر یا با تاخیر مناسب هماهنگی بدست می آید. شکل 3-7 هماهنگی جریان بین دو کلید قدرت سری را دریک شبکه نشان می دهد.
شکل 3-7: هماهنگی جریانی دو کلید سری
وسائل قطع بدون تاخیر اتصال کوتاه با استفاده از نتاجی محاسبات اتصال کوتاه، تنظیم می گردند. برای امتحان هماهنگی ، می توان مشخصه های قطع را با یکدیگر مقایسه نمود.
نکات مهم مربوط به هماهنگی کلید و فیوز
در بسیاری از موارد در شبکه، یک کلید با یک فیوز سری شده است. جهت هماهنگی این دو موارد زیر حائز اهمیت است :
* زمان هماهنگی لازم بین کلید و فیوز حداقل باید 100ms باشد.
* ظرفیت جریان عبور فیوز باید از مقدار مربوط به کلید بیشتر باشد.
* ظرفیت قطع کلید باید همواره درنظر گرفته شود.
* در رابطه با فیوزها، لازم است نوع ، وضعیت، پیری ، سازنده و مشخصه ها درنظر گرفته شود.
شکلهای 4-7 تا 7-7 دستیابی به هماهنگی را دریک مجموعه کلید و فیوز سری برای اتصال کوتاه و اضافه بار نشان می دهد.
شکل 4-7: هماهنگی در ناحیه اضافه بار : فیوز بالادست کلید است. F1: فیوز ، tA : بازه زمانی هماهنگی، IAn جریان عملکرد رله n
شکل 5-7: هماهنگی در ناحیه اتصال کوتاه ، فیوز بالادست کلید است. ta : تاخیز زمانی کلید ، tg : کل زمان قطع کلید
شکل 6-7: هماهنگی در ناحیه اضافه بار : کلید بالادست فیوز است. IA : جریان عملکرد کلید
شکل 7-7: هماهنگی در ناحیه اتصال کوتاه : کلید بالادست فیوز است. IAz : جریان عملکرد رله z ، ts: زمان ذوب فیوز ، tv : زمان عملکرد کلید
اولیه ترانسفورمرها عموما توسط فیوزهای کات اوت (HH) حفاظت می گردند. در سمت فشار ضعیف نیز از کلید استفاده می شود. فیوز کات اوت با انتخاب مناسب براساس توان ترانسفورمر ، تنها اولیه را در مقابل اتصال کوتاه حفاظت می کند. استفاده از دیژنکتور بهمراه رله حفاظتی بجای فیوز کات اوت بهترین حفاظت را دربر دارد که مستلزم صرف هزینه و تخصیص فضای بیشتر می باشد. شکل 8-7 کابل خروجی یک موتور با اتصال کوتاه 20 kA را نشان می دهد که مستقیما به باسبار دو ترانسفورمر موازی متصل شده واز طریق دو کلید مربوط به فیدرها با اتصال کوتاه 10kA تغذیه می گردد. در شبکه مذکور، ظرفیت قطع فیوزها بیش از 100kA است و بنابراین محاسبات اتصال کوتاه در محل نصب ضرورت ندارد.
شکل 8-7: هماهنگی دریک شبکه با دو ترانسفورمر
شرایط هماهنگی فیوزها
جهت دستیابی به هماهنگی حفاظتی در دو یا چند فیوز سری، لازم است موارد زیر رعایت گردد:
* مشخصه ها نباید در هیچ نقطه ای همدیگر را قطع کنند.
* جهت رسیدن به ویژگی فوق،فیوز بالا دست تر باید جریان نامی بیش از 1.6 برابر جریان نامی فیوز پائین دست تر داشته باشد.
* با جریانی کمتر از 1.6 برابر جریان نامی ، حفاظتی از طرف فیوز بالادست وجود نخواهد داشت.
* تغییرات مربوط به مشخصه های عملکرد حدود ± 7% است.
* زمان قطع tA برابر مجموع زمان ذوب tS و زمان خاموش شدن قوس tL می باشد.
* برای اتصال کوتاه های بیش از 20 برابر جریان نامی فیوز و زمان ذوب کمتر از 10ms مشخصه زمان – جریان نمی توانند خیلی قابل اعتماد باشند. دراین شرایط لازم است جهت هماهنگی مقادیر i2 dt بررسی شود.
شکل 9-7 یک شبکه را با فیوزهای مختلف نشان می دهد. براساس زمان ذوب فیوزها در مشخصه ها، هماهنگی بین فیوزها بررسی شده است. (شکل 10-7)
شکل 9-7: ارزیابی یک شبکه با فیوزهای مختلف
شکل 10-7: مشخصه جریان – زمان فیوزها
درمثال شکل 11-7 از کلید با همان مقادیر نامی بجای فیوزها استفاده شده است. با مراجعه به مشخصه های شکل 12-7 ، مشاهده می شود که مشخصه های کلیدها بیش از اندازه بهم شبیه می باشند و نمی توان آنها را با هم هماهنگ کرد. بنابراین مشخصه کلید 630A بنحوی انتخاب می شود که با تغییر تاخیر آن هماهنگی بدست آید. با توجه به اینکه دربعد از پست توزیع فرعی، جریان اتصال کوتاه بیش از 6kA می باشند، حفاظت پشتیبان نیز باید درنظر گرفته شود.
شکل 11-7: ارزیابی حفاظت یک شبکه با کلید
شکل 12-7: مشخصه جریان – زمان کلیدهای یک شبکه
2-7- حفاظت پشتیبان
با بروز خطا، حفاظت اضافه جریان مناسب، آنرا تشخیص خواهد داد. برای اطمینان بیشتر در حفاظت، در وسیله حفاظتی بالادست تر نیز حفاظت پشتیبان برای این خطا درنظر گرفته می شود. (شکل 13-7) با وجود حفاظت پشتیبان مناسب، ظرفیت نامی قطع کلید پائین دست می توانند از جریان اتصال کوتاه محل نصب کمتر باشد. بنابراین جریان اتصال کوتاه سه فاز در محل نصب باید محاسبه گردد و بررسی شود که آیا با توجه به ظرفیت قطع کلید نصب شده حفاظت پشتیبان نیاز می باشد یا خیر. محدودیتهای هماهنگی در حفاظت پشتیبان می تواند از طریق اطلاعات سازنده نیز استخراج گردد.
شکل 13-7: حفاظت پشتیبان در یک شبکه
شکل 14-7 یک شبکه کامل را با شاخه های مختلف نشان می دهد. مشخصات کلیدهای انتخاب شده نیز درهر مورد ارائه شده است.
شکل 14-7: هماهنگی و حفاظت پشتیبان دریک شبکه با کلید
برای شاخه 6A ، یک کلید قدرت با ظرفیت قطع 100 kA انتخاب شده است. قدرت قطع این کلید 65kA است. و بنابراین حفاظت پشتیبان برای این شاخه نیاز نمی باشد. برای شاخه 32A با ظرفیت قطع 10kA ، حفاظت پشتیبان 65kA نیاز می باشد. برای شاخه 63A با ظرفیت قطع 10kA حفاظت پشتیبان 35kA از قبل وجود داشته است. کلیدهای 160A و 630A بترتیب قدرت قطع 65kA و 50kA دارند وبه حفاظت پشتیبان نیاز نخواهند داشت.