کلید حرارتی (MPCB) چیست
در این مقاله آموزشی نگاهی دقیق خواهیم داشت به کلید حرارتی یا MPCB. کلید حرارتی یا Motor Protection Circuit Breakers یکی از بهترین گزینه‌ها برای حفاظت و راه‌اندازی موتور الکتریکی می‌باشد چرا که با استفاده از آن حفاظت تقریبا کاملی را تجربه خواهیم کرد. در این مقاله ابتدا نگاهی به این کلید محبوب خواهیم کرد و در ادامه به مقایسه، بررسی مشخصات، قابلیت‌ها، تجهیزات جانبی، ساختار و حتی سیم‌کشی آن خواهیم پرداخت.
آنچه که در این نوشتار خواهید خواند:
- معرفی کلید حرارتی (MPCB)
- تفاوت کلید حرارتی با بی متال
- جریان های ناخواسته
- مشخصات کلید حرارتی
- کاربردهای اصلی کلید حرارتی
- مزایای استفاده از کلید حرارتی
- خصوصیات و قابلیت‌های کلیدها حرارتی
- تجهیزات جانبی کلیدهای حرارتی
- روش نصب کلید حرارتی
- نحوهٔ تنظیم کلیدهای حرارتی
- نحوه انتخاب کلید حرارتی مناسب
- مفهوم علائم ظاهری روی کلیدهای حرارتی
- اجزای داخلی کلید حرارتی
- انواع راه‌اندازی کلیدهای حرارتی
- دیاگرام و سیم‌کشی کلید حرارتی
کلید حرارتی یا راه‌انداز موتور نوعی بریکر یا قطع‌کننده مدار است که موتور را در برابر جریان اضافه‌بار و جریان اتصال کوتاه حفاظت می‌کند. کلید حرارتی یا کلید راه‌انداز موتور قابل قطع زیر بار بوده و می‌تواند مدار موتور را در حین کار قطع یا وصل نماید.
معرفی کلید حرارتی (MPCB)
کلید حرارتی یا MPCB برگرفته از عبارت Motor Protection Circuit Breaker به معنای مدار قطع کن محافظ موتور که با نام MMS مخفف عبارت Manual Motor Starter به معنای کلید راه‌انداز موتور نیز شناخته می‌شود، از جمله کلیدهای قابل قطع زیر بار است که جهت روشن و خاموش‌کردن موتور، هم چنین محافظت از موتورها در زمان راه‌اندازی و کار، در مقابل اضافه‌بار و اتصال کوتاه، به کار می‌رود. این کلید که در بازار با نام کلید حرارتی – مغناطیسی نیز شناخته می‌شود، در مواقع بروز اتصالی به‌صورت خودکار عمل می‌کند.
کلیدهای حرارتی مدار قدرت را قطع و وصل می‌کنند و هم چنین همراه با تجهیزات جانبی برای استفاده در مدار فرمان قابل‌نصب هستند.
امروزه در دنیای صنعت، موتورهای آسنکرون قفس سنجابی نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کنند و بسیار پرکاربرد هستند. این موتورها نیاز به حفاظت‌هایی دارند که کلیدهای حرارتی علاوه بر مزایایی که برای حفاظت از انواع موتورها دارند، امکان تجمیع با لوازم جانبی زیادی را دارند که باعث می‌شود در مجموع، بهترین گزینه برای حفاظت از این نوع موتورها باشند.
تفاوت کلید حرارتی با بی متال
۱. کلید حرارتی مدار قدرت را قطع و وصل می‌نماید؛ ولی بی متال مدار فرمان را قطع می‌کند. با استفاده از تیغه بسته بی متال در مسیر بوبین کنتاکتور مربوطه می‌توان بوبین کنتاکتور را به‌محض اتفاق‌افتادن خطای اضافه‌بار یا خطای جریان حرارتی قطع نموده و به‌این‌ترتیب مدار قدرت نیز قطع می‌گردد.
۲. کلید حرارتی در برابر خطای جریان حرارتی (اضافه‌بار) و خطای جریان مغناطیسی (اتصال کوتاه) عمل می‌کند؛ ولی بی متال تنها در برابر خطای جریان حرارتی که در اثر جریان اضافه‌بار و داغ‌شدن موتور ایجاد می‌شود، عکس‌العمل نشان می‌دهد.
۳. بر روی کلید حرارتی کلید یا شاسی قطع و وصل وجود دارد، درصورتی‌که این کلید بر روی بی متال وجود ندارد.
۴. کلید حرارتی به‌عنوان یک بریکر قبل از کنتاکتور و در قسمت مدار قدرت و ابتدای فیدر (خط تغذیه) قرار می‌گیرد، ولی بی متال بعد از کنتاکتور قرار گرفته و بر روی مدار فرمان عمل می‌کند.
به دلیل مجموعه عوامل و مزایای گفته شده در بالا، می‌توان دریافت که ضریب اطمینان جهت قطع و وصل و هم چنین دقت عملکرد کلید حرارتی از بی متال بیشتر است.
در صورت استفاده از MPCB در مدار قدرت نیازی به استفاده از بی متال (رله اضافه بار دمایی) نخواهد بود.
پیشنهاد ویژه
به شما پیشنهاد می کنیم حتما از آموزش ۰ تا ۱۰۰ PLC (جامع‌ترین آموزش PLC) دیدن نمایید.
جریان‌های ناخواسته
می‌دانیم که جریان اتصال کوتاه و جریان اضافه‌بار جزء جریان‌های ناخواسته مدار شناخته می‌شوند و با وجود آنها، تجهیزات مدار آسیب می‌بینند و باید حتماً کنترل و قطع شوند. در زیر به بررسی تفاوت این دو جریان می‌پردازیم:
تفاوت بین جریان حرارتی و جریان مغناطیسی
به‌عنوان‌مثال زمانی که یک الکتروموتور در اثر تحمل بار زیاد داغ می‌کند، حرارت به وجود آمده، ایجاد مسیری برای جریان می‌کند که به این جریان که در اثر اضافه‌بار به وجود آمده است، جریان حرارتی می‌گویند.
حال در نظر بگیرید که در اثر یک اتفاق ناخواسته، اتصال کوتاه‌بین دوفاز با هم یا یک نول و فاز با یکدیگر به وجود بیاید که در این حالت نیز حرارت الکتروموتور زیاد می‌شود و ایجاد جریان اضافه می‌کند که به این جریان، جریان مغناطیسی گفته می‌شود.
کلیدهای حفاظت از اضافه‌بار بسته به اینکه جریان مغناطیسی را قطع می‌کنند و یا جریان حرارتی را، در دو نوع حفاظت اضافه‌بار مغناطیسی و حفاظت اضافه‌بار حرارتی هستند
حفاظت اضافه‌بار مغناطیسی
این نوع حفاظت به‌وسیله یک نوع بوبین انجام می‌شود که قسمت اصلی ساختمان آن از یک هسته مغناطیسی تشکیل شده و اطراف آن چند دور سیم پیچیده شده است که در اثر عبور جریان زیاد و زیادشدن شدت میدان مغناطیسی اطراف سیم‌پیچ‌های دور این هسته، جذب کنتاکت‌ها در داخل بوبین اتفاق می‌افتد و اهرم قطع در آن جذب شده و سبب ایجاد شرایط لازم جهت عملکرد مکانیکی قطع مدار می‌گردد. برای هر فاز، یک هسته مغناطیسی سیم‌پیچی شده در داخل کلید تعبیه می‌شود. از این مدل عملکرد، جهت حفاظت مدار در برابر اتصال کوتاه استفاده می‌گردد، چرا که در شرایط اتصال کوتاه، قطع‌کننده مدار باید به‌سرعت عمل نماید و چون حفاظت حرارتی به دلیل صرف زمان جهت گرم‌شدن بی متال کمی دیرتر اتفاق میفتد، برای تشخیص اتصال کوتاه مناسب نمی‌باشد.
از رله مغناطیسی به‌ندرت به‌صورت تکی استفاده می‌گردد و معمولاً از رله حرارتی به همراه رله مغناطیس در داخل تجهیزاتی مانند کلیدهای اتوماتیک کمپکت، راه‌انداز موتور و غیره استفاده می‌گردد. در حفاظت مغناطیسی در صورت بروز اتصال کوتاه، مدار به‌سرعت قطع شده و از آسیب رسیدن به قطعه بی متال و سایر تجهیزات جلوگیری می‌شود.
حفاظت اضافه‌بار حرارتی
تجهیزات اضافه‌بار حرارتی در انواع مختلفی ساخته می‌شوند که نوع متداول آن بی متال است. بی متال بعد از کنتاکتور و به‌صورت سری با موتور نصب می‌گردد. از حفاظت اضافه‌بار حرارتی در کلیدهای اتوماتیک به‌عنوان حفاظت در برابر جریان زیاد نیز استفاده می‌گردد. در این مدل حفاظت که در اثر عبور جریان زیاد و گرم‌شدن بی متال انجام می‌شود، دو فلز که دارای ضریب انبساط طولی مختلفی هستند، تغییر حالت می‌دهند، این دو فلز در حالت عادی به‌صورت یک‌تکه و یک غلتک پرس شده دیده می‌شوند. ترکیب پرس این دو فلز با هم یک بی متال را تشکیل می‌دهند. به دلیل اینکه ضریب انبساط یکی از این فلزات بیشتر است، لذا این دو فلز با هم خم می‌شوند.
مشخصات کلید حرارتی
۱. دارای شستی قطع و وصل (۰ و ۱) بر روی کلید جهت کنترل دستی است.
۲. رنج جریانی آن قابل تنظیم بوده است و به‌وسیلهٔ یک‌زبانهٔ دوار می‌توان آن را تنظیم کرد (معمولاً درجه را بر روی ۱۰ درصد بیشتر از جریان نامی تنظیم کرد می‌کنند).
۳. دارای یک عدد دکمه تست جهت تست سالم‌بودن کلید حرارتی هستند.
۴. دارای سه عدد کنتاکت قدرت هستند که این کنتاکت‌ها در قسمت ورودی، به برق ورودی وصل می‌گردند و در قسمت خروجی کلید، به موتور وصل می‌گردد شوند.
۵. قابلیت اضافه‌کردن تجهیزات جانبی به آن وجود دارد.
کاربردهای اصلی کلید حرارتی
- کلیدزنی مدارات موتوری.
- حفاظت قابل تنظیم برای اضافه‌بار مغناطیسی و حرارتی.
- حفاظت از موتور الکتریکی در برابر انواع خطاهای الکتریکی.
- ایجاد تأخیر حرارتی برای روشن‌شدن موتور به جهت داغ‌شدن موتور در اثر اضافه‌بار.
مزایای استفاده از کلید حرارتی
- قدرت قطع بالایی دارند.
- جهت مدارات جریان بالا مورداستفاده قرار می‌گیرند.
- در برابر بارهای لحظه‌ای، بدون قطعی، مقاومت بالایی دارند.
- دارای رنج‌های گسترده‌ای هستند.
- تنظیمات دقیق در مورد هر یک از پارامترهای الکتریکی در آنها امکان‌پذیر است.
- قابلیت فرمان‌پذیری و کنترل دارند.
به دلیل اینکه کلید حرارتی حفاظت اتصال کوتاه را نیز دارد، می‌توان به‌جای استفاده از ترکیب کلید مینیاتوری و بی متال، کلید حرارتی را جایگزین نمود؛ و هم چنین کلید حرارتی را می‌توان با سایر تجهیزات جانبی در مدارات متصل کرد؛ به همین دلیل، به آنها کلیدهای کمپکت محافظ موتور نیز گفته می‌شود. درصورتی‌که فقط بخواهیم موتور را با آن روشن و خاموش نماییم، می‌توانیم کنتاکتور را هم حذف کنیم و به سبب کلید استارت و استپ تعبیه شده بر روی آن اقدام به روشن و خاموش‌کردن موتور نماییم. لازم به ذکر است که در جاهایی که حفاظت بیشتری مدنظر باشد، بسته به طراحی مدار، می‌توان بی متال را نیز قبل از کلید حرارتی به کار ببریم.
خصوصیات و قابلیت‌های کلیدها حرارتی
- کلیدهای حرارتی قابل قطع و وصل زیر بار هستند.
- این کلید امکان تنظیم جریان در یک بازه جریانی موردنظر را برای ما فراهم می‌کند.
- پس از تشخیص خطا، به طور مستقیم مدار قدرت تغذیه موتور را قطع می‌کند و برای این منظور بر خلاف بی متال به کنتاکتور جهت فرمان گرفتن و قطع‌کردن مدار قدرت نیازی ندارد.
تجهیزات جانبی کلیدهای حرارتی
کلید حرارتی نیز مانند بسیاری از تجهیزات دیگر، می‌تواند همراه با تجهیزات جانبی در مدارات به کار برود. این تجهیزات جانبی عبارت‌اند از:
بوبین شنت (Shunt Realy)
این رله به‌صورت جانبی و از پهلو به کلید حرارتی نصب می‌گردد و کارکرد آن در مواقعی است که بخواهیم به‌صورت شرطی وصل بودن کلید حرارتی را منوط به برقراری شرایط خاصی کنیم. رله شنت در صورت اعمال ولتاژ به بوبین آن عمل میک ند و سبب قطع‌شدن کلید حرارتی می‌گردد، لذا درصورتی‌که خطایی مانند آتش‌سوزی در محیط اتفاق بیفتد، با قراردادن یک سنسور و وصل کردن کنتاکت باز سنسور به بوبین شنت کلید حرارتی در صورت شناسایی و عمل‌کردن سنسور، رله شنت فعال گردیده و کلید را به حالت قطع برده و به‌این‌ترتیب مصرف‌کننده بدون برق می‌شود.
رله اندر ولتاژ (Under Voltage Relay)
عملکرد این رله، بر عکس رله شنت است، به این معنی که این رله نیز به‌صورت جانبی به کلید حرارتی از پهلو متصل می‌گردد؛ ولی برای اینکه به کلید حرارتی اجازه قطع و وصل بدهد، باید دو سر بوبین این رله همیشه دارای برق باشد. به‌محض اینکه برق رله آندر قطع بشود، کلید حرارتی نیز به‌محض قطع رله، قطع می‌گردد.
کنتاکت کمکی (Auxiliary Contact)
کنتاکت‌های کمکی به‌صورت تک کنتاکت و دو کنتاکت از پهلو یا از رو به کلید حرارتی متصل می‌شوند و با قطع و وصل‌شدن کلید حرارتی، کنتاکت‌های آن نیز تغییر وضعیت می‌دهند. از این خاصیت می‌توان در قسمت فرمان مدار استفاده کرد.
کنتاکت کمکی خطا (Trip-Indicating Auxiliary Contact)
این کنتاکت به‌صورت جانبی و از پهلو به کلید حرارتی متصل می‌گردد و فقط درصورتی‌که کلید حرارتی بعد از تشخیص خطای اضافه‌بار به حالت تریپ می‌رود، این کنتاکت عمل می‌کند و با قطع و وصل‌شدن کلید حرارتی، کنتاکت خطا عمل نمی‌کند.
باید توجه کرد که کنتاکت تریپ با قطع یا وصل کردن کلید به‌صورت دستی فعال نمی‌شود و با قطع و وصل کلید به طور دستی، تنها کنتاکت‌های کمکی حرارتی تغییر وضعیت می‌دهند که از حالت باز به بسته و بالعکس تغییر حالت می‌دهند.
دستگیره گردان: این تجهیز به‌وسیله یک رابط میله‌ای به کلید حرارتی متصل می‌گردد و در تابلوهای کشویی استفاده می‌گردد.
رابط نصب (بین کلید حرارتی و کنتاکتور): این رابط وسیله‌ای جهت نصب کنتاکتور به کلید حرارتی است. بسته به مدل اتصال کلید حرارتی به کنتاکتور، این رابط اشکال مختلفی دارد که در زیر چند نمونه از آنها قابل‌مشاهده هستند:
روش نصب کلید حرارتی
کلید حرارتی یا راه‌انداز موتوری به‌عنوان یک بریکر در ابتدای فیدر حفاظت موتوری قرار گرفته و موتور را از کشیدن جریان اضافه محافظت می‌نماید. برق ورودی سه‌فاز به قسمت ورودی کلید حرارتی وصل شده و خروجی سه‌فاز از کلید حرارتی به موتور وصل می‌شود.
مطابق شکل زیر، نصب کلید حرارتی به موتور به این صورت است:
نحوهٔ تنظیم کلیدهای حرارتی
از مزایای کلید حرارتی، قابل تنظیم بودن رنج جریان آن است؛ به این صورت است که بر روی کلیدهای حرارتی یک زبانه کوچک دوار قرار دارد که در یک بازه معین جریانی امکان تغییر را دارد. برای هر موتور بسته به توان نامی موتور باید یک کلید حرارتی مناسب و متناسب با جریان نامی موتور انتخاب بشود و سپس جریان کلید حرارتی را مطابق با جریان نامی موتور، توسط زبانه تنظیم جریان، تغییر داد.
کلیدهای حرارتی یک بازه یا رنج جریان را تحت پوشش قرار می‌دهند و در رنج‌های استاندارد و تعریف شده مشخصی ساخته می‌شوند. این جریان معمولاً به میزان ۱۰ درصد بیشتر از جریان نامی انتخاب می‌گردد.
نحوه انتخاب کلید حرارتی مناسب
کلیدهای حرارتی معمولاً بر حسب توان نامی (کیلووات) انتخاب می‌شوند، ولی بر اساس جریان بی متال موتورها نیز قابل انتخاب هستند. به‌عنوان‌مثال برای یک موتور ۲.۲ کیلووات با جریان نامی ۴.۵ آمپر می‌توان از کلید حرارتی رنج ۴ تا ۶.۳ آمپر استفاده نمود. به این کلید حرارتی، پروتکشن ۶.۳ آمپری نیز گفته می‌شود. اگر بخواهیم بر حسب توان نیز ذکر کنیم، باید بگوییم کلید حرارتی ۱۱ کیلوواتی.
جدول کلید حرارتی
بر طبق محاسبات انجام شده در مدارات مختلف، جدولی از انتخاب کلید حرارتی مناسب مطابق با توان نامی موتورها و به‌تبع آنها، جریان کنتاکتور و فیوز را نیز بر حسب توان موتور نشان می‌دهد تهیه گردیده است. این جدول به‌صورت زیر است:
مفهوم علائم ظاهری روی کلیدهای حرارتی
۱: ترمینال‌های ورودی سه‌فاز قدرت کلید.
۲: ترمینال‌های خروجی سه‌فاز قدرت کلید.
۳: نگهدارنده نصب روی ریل.
۴: زبانه قابل تنظیم جهت تنظیم رنج جریان کلید حرارتی.
۵: محل نصب کنتاکت کمکی.
۶: استانداردهای کلید.
۷: شرکت سازنده.
۸: شستی STOP (کلید خاموش).
۹: شستی START (کلید روشن): رنگ شستی استپ و استارت از استاندارد خاصی تبعیت نمی‌کند و در مورد هر شرکتی دارای رنگ متفاوتی است.
۱۰: پد نگهدارنده کلید در حالت خاموش.
۱۱: قدرت قطع کلید.
۱۲: جریان نامی کلید.
۱۳: نماد مداری (شماتیک) کلید که معمولاً این نماد روی کلیدها درج می‌شود.
۱۴: نشانگر تست تریپ کلید: از آن برای تست سالم‌بودن کلید استفاده می‌شود، به این صورت که اگر کلید برق‌دار باشد و دکمه تست را بزنیم، درصورتی‌که سالم باشد، باید عمل کند.
اجزای داخلی کلید حرارتی
شرح کار اجزای عملکردی داخل کلید MPCB به‌صورت زیر است:
h: تیغه تغییر وضعیت.
a: واحد قطع‌کننده اضافه‌بار حرارتی.
g: پیستون آرمیچر.
f: محفظه جرقه‌زنی.
e: تغییر وضعیت قفل.
b: واحد قطع‌کننده اضافه‌بار الکترومغناطیسی.
d: کنتاکت‌های کمکی تغییر وضعیت (که با باز و بسته‌شدن کنتاکت‌های اصلی تغییر وضعیت می‌دهند.).
c: کنتاکت‌های اصلی کلید.
انواع راه‌اندازی کلیدهای حرارتی
کلیدهای حرارتی مغناطیسی می‌توانند برای دو نوع راه‌اندازی به کار بروند:
- كلید محافظ موتور برای راه‌اندازی‌های سبك؛ كه جریان راه‌اندازی را درصورتی‌که از ۵ برابر جریان نامی تجاوز نكند، به مدت ۲۰ ثانیه نگه می‌دارد.
- كلید محافظ موتور برای راه‌اندازی‌های سنگین؛ كه جریان راه‌اندازی را درصورتی‌که از ۱۰ برابر جریان نامی تجاوز نكند، به مدت ۴ ثانیه نگه می‌دارد. در نتیجه این كلید در شرایط سخت‌تری از كلید اتوماتیک معمولی با رلۀ جریان بالا كار می‌کند.
دیاگرام سیم‌کشی کلید حرارتی
دیاگرام سیم‌کشی کلیدهای MPCB در مدارات تکفاز و سه‌فاز و DC به‌صورت زیر است:
B 
سیم‌کشی کلید حرارتی
در تصویر زیر شماتیک وایرینگ کلید حرارتی (MPCB) را در کنار کنترل فاز، کنتاکتور و یک موتور الکتریکی سه فاز مشاهده می‌نمایید.
راستی! برای دريافت مطالب جديد در پیج اینستاگرم PowreEn عضو شويد.
باعرض سلام و وقت بخیر
ممنون از شما، مقاله بسیار عالی و آموزنده بود ،از زحمات شما کمال تشکر دارم، خسته نباشید مهندس
سلامت باشید اقا مهدی