تنظیم کلیدهای اتوماتیک

معرفی پارامترهای حفاظتی و نحوه تنظیم کلیدهای اتوماتیک

امروزه تنظیم کلیدهای اتوماتیک به منظور حفاظت از تأسیسات الکتریکی پروژه های عمومی یا پروژه های صنعتی نقش حیاتی ایفا می کند و داشتن دانش کافی در خصوص انتخاب و نحوه به کارگیری کلیدهای اتوماتیک علاوه بر اینکه باعث انتخاب صحیح، مناسب و اقتصادی این ادوات حفاظتی می گردد، بلکه باعث حفظ سلامتی و ادامه حیات تأسیسات الکتریکی و تجهیزات تحت حفاظت آنها می شوند، چه بسا که عدم اطلاع دقیق از نحوه انتخاب یا تنظیمات صحیح یک وسیله حفاظتی ممکن است صدمات مالی یا جانی جبران ناپذیری را بر مجموعه مورد بهره برداری وارد نماید.

مهمترین وظیفه کلیدهای اتوماتیک، حفاظت از مدارات و تجهیزات الکتریکی در برابر صدمات ناشی از اضافه بار و اتصال کوتاه می باشد که اضافه بار ممکن است به دلیل بروز عیب در مدارات، عایقها، اتصالات و یا در مصرف کننده انرژی الکتریکی باشد و اتصال کوتاه در اثر برخورد کامل یا ناقص (اتصال با مقاومت محدود و کم) هادیهای با اختلاف ولتاژ نسبت به یکدیگر به وجود می آید.

اصول کار واحد حفاظتی در کلیدهای اتوماتیک

عموماً در کلید اتوماتیک دو نوع اصلی سنسور یا رله وجود دارد که عبارتند از رله حرارتی و رله مغناطیسی که کلیدهای جدید دارای رله های الکترونیکی یا میکروپروسسوری و همچنین رله های جریان باقیمانده هستند که همان وظیفه اصلی را ولی با قابلیت و حساسیت بیشتر نیز عهده دار هستند.

رله حرارتی موظف به حفاظت سیستم در برابر اضافه بار و رله های مغناطیسی سیستم را در برابر اتصال کوتاه حفاظت می کنند.

در کنار هر یک از این حفاظتها، پارامتر زمان نیز نقش مهمی را ایفا می کند، زیرا درست است که قطع مدار در برابر انواع اضافه جریان هدف اصلی از حفاظت سیستم است ولی شرایط ایده آل هنگامی به دست می آید که هماهنگی در قطع مدارات بین وسیله حفاظتی مورد بررسی با قسمتهای بالا دست و پائین دست کلید مد نظر می باشد و همچنین از قطع مدارات به هنگام وقوع اضافه جریانهای طبیعی مانند جریانهای هجومی ناشی از راه اندازی الکتروموتورها یا ترانسفورماتورها نیز جلوگیری به عمل آید.

پرداختن به انواع رله های دیگر و همچنین جزئیات ساختاری و عملکردی هر یک از آنها خارج از محدوده کاربرد این مقاله می باشد و در اینجا سعی می شود که تنظیم یا ستینگ پارامترهای اصلی در حفاظت از اضافه جریانهای مذکور تشریح گردد.

انواع تنظیمات موجود بر روی کلید اتوماتیک

بر روی کلیدهای اتوماتیک ممکن است چندین پارامتر یا فانکشن قابل تنظیم باشد که عبارتند از:

1- جریان دائمی (Long Time Pickup Current)
2- تأخیر طولانی (Long Time Delay)
3- تنظیم رله مغناطیسی یا حفاظت در برابر اتصال کوتاه  (Short Time Pick Up)
4- تأخیر کوتاه مدت (Short Time Delay)
5- تنظیم رله مغناطیسی با عملکرد سریع یا آنی(Instantaneous Pick UP)
6- تنظیم رله خطای اتصال یه زمین (Ground Fault Pick up)
7- تنظیم زمان تأخیر در قطع خطای زمین (Ground Fault Delay)

در ادامه اصول تنظیم هر یک بیان می گردد.

1- جریان دائمی (Long Time Pickup Current)

منظور از جریان دائمی، جریانی است که اگر بطور مستمر و دائمی از کلید عبور کند، باعث قطع کلید نشده و همچنین آسیبی به مدار وارد نمی شود(قسمت 1 از منحنی بالا). این جریان در واقع جریان نرمال بار مصرفی می باشد. در برخی از کتب این جریان با علامت Ir  یا I₁ نشان داده می شود.

جریان دائمی کلید بصورت درصدی از جریان نامی کلید تعریف می شود و مبنای تنظم پارامترهای دیگر می باشد. مثلاً در نمونه کلیدی که در تصویر فوق آورده شده است، جریان تنظیمی Ir کلید ممکن است در حدفاصل 50% الی 100% جریان نامی کلید (In) انتخاب گردد.

نکته: به منظور حفاظت کابل نیز باید دقت گردد که همواره شرط زیر برقرار باشد:

که در آن:

I_b : جریان بار (A)

I_n : جریان نامی وسیله حفاظتی(A)

I_z : جریان مجاز عبوری از کابل (A)

SET_L: درصد تنظیم جریان دائمی کلید (%)

مثال1 : یک بار الکتریکی با جریان نامی 85 آمپر توسط یک کلید اتوماتیک کامپکت با جریان نامی 100 آمپر تغذیه شده است. تنظیم کلید اتوماتیک برابر است با:

توجه: در صورت استفاده از برنامه آنلاین محاسبه کابل موجود در سایت powercomp.ir مقدار Ir را می توان در فرم محاسبه  کابل ملاحظه نمود (شکل 3- شماره 1)

2- تأخیر طولانی (Long Time Delay-LTD)

این تنظیم اجازه عبور جریان هجومی یا راه اندازی برخی از تجهیزات مانند الکتروموتور یا ترانسفورماتورها را بدون صدور فرمان قطع به کلید می دهد(قسمت 2 از منحنی بالا). به این پارامتر Tr  یا T₁ گفته می شود.

دامنه تنظیم این رله زمانی sec 27-2.2  در 6 برابر جریان دائمی کلید (Ir) نیز می باشد. همچنین اگر تنظیم Tr  با توجه به تنظیم کلیدهای بالادست و پائین دست صورت بگیرد، میتوان یک ممیزی یا discrimination  مناسبی بین قطع کلیدهای متوالی داشته باشیم.

حداکثر انرژی حرارتی مجاز عبوری از تجهیزات

همانطور که می دانیم، عبور جریان الکتریکی از یک هادی یا تجهیز مقداری انرژی گرمایی ایجاد می کند که این انرژی متناسب با مدت زمان عبور جریان و مربع جریان موثر عبوری از آن مدار می باشد، مقدار این انرژی با توجه به تکنولوژی ساخت هر کلید مقداریست ثابت و توسط سازنده کلید مقدار آن تعیین می گردد.

بنابراین با دانستن یکی از پارامترهای زمان قطع یا مقدار جریان اتصال کوتاه یا اضافه بار و همچنین مقدار انرژی قابل تحمل کلید، می توان پارامتر مجهول را یافت.

موضوع مهم دیگری که به هنگام تنظیم فانکشنهای I_sd و T_sd بایستی مورد توجه طراح قرار گیرد این است که کابلی که توسط این کلید حفاظت می گردد بایستی تحمل عبور دادن انرژی حرارتی ناشی از اتصال کوتاه را نیز داشته باشد.

توجه: در صورت استفاده از برنامه آنلاین محاسبه کابل موجود در سایت powercomp.ir ظرفیت تحمل اتصال کوتاه کابل را می توان در فرم محاسبه  کابل ملاحظه نمود (شکل 3- شماره 2).

نکته: در محاسبه زمان قطع کلید در جریان اضافه بار Ix با در نظر گرفتن دو تنظیم Ir،Tr می توان زمان قطع کلید را محاسبه نمود.

مثال2 : در مثال 1 فرض کنیم ولوم تنظیم LTD بر روی عدد Tr=3 Sec ثانیه قرار داده شده باشد، چقدر طول می کشد تا این کلید اضافه بار 250 آمپر را قطع کند؟

حل:

3- تنظیم رله مغناطیسی یا حفاظت در برابر اتصال کوتاه  (Short Time Pick Up)

این تنظیم به تنظیم فانکشن S ، یا تنظیم I₂ یا I_sd موسوم است و هدف از این فانکشن حفاظت تأسیسات الکتریکی در برابر اتصال کوتاه می باشد (قسمت 3 از منحنی بالا). همانطور که قبلا در مبحث محاسبه اتصال کوتاه ذکر شدT سطح جریان اتصال کوتاه بایستی در حدی باشد که قبل از اینکه صدمه ای به مدارات و تجهیزات ما وارد کند، بایستی توسط وسیله حفاظتی مدار قطع شود.

بنابراین تنظیم فانکشن S مستقیماً به سطح حداقل جریان اتصال کوتاه عبوری در محل نصب کلید بستگی دارد و بصورت ضریبی از جریان Ir کلید تعریف می شود.

توجه: در صورت استفاده از برنامه آنلاین محاسبه کابل موجود در سایت powercomp.ir حداقل جریان اتصال کوتاه عبوری از کلید (I^k_min) را می توان در فرم محاسبه کابل ملاحظه نمود (شکل 3- شماره 3).

4- تأخیر کوتاه مدت (Short Time Delay-STD)

STD یا تنظیم تأخیر کوتاه مدت (T_sd یا T₂) تنظیمی است که باعث میشود فانکشن S یا رله مغناطیسی، جریان اتصال کوتاه را با یک مکث عمدی یا یک تأخیر کوتاه مدت قطع کند (قسمت 4 از منحنی بالا). البته این تأخیر به دو گونه است:

با شیب: مثلاً در تصویر کلید بالا در محدوده 0.08 الی 0.4 ثانیه قابل تنظیم است و یا در انواع دیگر در مدوده 0.18 الی 0.45 نیز قابل تنظیم می باشد که این شیب معکوس باعث میشود جریانهای بزرگتر سریعتر رله را فعال کنند و کلید زودتر مدار را قطع می کند. البته این فانکشن نیز در 6 برابر Ir عمل می کند.

بصورت زمان ثابت : در محدوده زمانی 0.05 الی 0.5 قابل تنظیم است .

توجه: در صورت استفاده از برنامه آنلاین محاسبه کابل موجود در سایت powercomp.ir مدت زمان عبور جریان اتصال کوتاه از کلید (کابل) قبل از قطع کلید را می توان در فرم محاسبه کابل ملاحظه نمود که این عدد بایستی از روی منحنی قطع کلید قرائت گردد (شکل 3- شماره 4).

مثال3 : در مثال 1 اگر سطح جریان اتصال کوتاه حداقل 1800 آمپر باشد، فانکشن S را تنظیم کنید.

حل: برای تنظیم I_sd داریم:

اگر حداکثر SET_S در کلید مورد نظر, برابر 12 باشد، بنابراین در این مثال کلید را روی 12*Ir یا 1032 آمپر تنظیم می کنیم.

نکته: در کلیدها می توان فانکشن S را غیر فعال نمود تا کلید بر اساس فانکشن I عمل نماید.

5- تنظیم رله مغناطیسی با عملکرد سریع یا آنی(Instantaneous Pick UP)

این تنظیم به تنظیم فانکشن I، یا تنظیم I₃ یا I_i موسوم است(قسمت 5 از منحنی بالا) و هدف از این فانکشن حفاظت تأسیسات الکتریکی در برابر اتصال کوتاه در کمترین زمان ممکن و بدون وقفه عمدی می باشد. محدوده تنظیم فانکشن آنی (40-2)*Ir می باشد.

نکته: در برخی کلیدها یک ویژگی instant override پیش بینی شده است که در صورتی که سطح اتصال کوتاه بیش از ظرفیت تحمل کلید باشد، بدون در نظر گرفتن بقیه تنظیمات کلید، این ویژگی باعث قطع کلید و در کمترین زمان ممکن می شود.

6- تنظیم رله خطای اتصال یه زمین (Ground Fault Pick up)

این فانکشن بر اثر اتصال کوتاه خط به زمین یا G/L فعال می شود و محدوده تنظیم جریان آن (20%-70%)*Ir می باشد  و به فانکشن Ig موسوم است(قسمت 6 از منحنی بالا).

7- تنظیم زمان تأخیر در قطع خطای زمین(Ground Fault Delay)

مدت زمان تأخیر در قطع خطای زمین/فاز یکی از اعداد 0.1و 0.25 و 0.4 می باشد و کاربرد آن در هماهنگی در قطع با کلیدهای دیگر می باشد(قسمت 7 از منحنی بالا). البته این تأخیر به دو گونه است:

با شیب: که این شیب معکوس باعث میشود جریانهای بزرگتر، سریعتر رله را فعال کنند و کلید زودتر مدار را قطع می کند. البته این فانکشن نیز در 50%* Ir عمل می کند.

بصورت زمان ثابت: مدت زمان تأخیر در قطع خطای زمین/فاز یکی از اعداد 0.1و 0.25 و 0.4 می باشد.