تحقیق تجهيزات حفاظت اضافه جريان (docx) 41 صفحه
دسته بندی : تحقیق
نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحات: 41 صفحه
قسمتی از متن Word (.docx) :
تجهيزات حفاظت اضافه جريان
اين فصل شامل بررسي ديژنكتورهاي فشار قوي و انواع تجهيزات حفاظتي، قطع و وصل در شبكه فشار ضعيف مي باشد و عملكرد فيوزها را نيز دربر مي گيرد. براي آشنايي با عملكرد تجهيزات قطع و وصل شبكه، بررسي مشخصات قوس الكتريكي ضروري است كه در ادامه تشريح شده است.
1-6- قوس الكتريكي
وقتي كنتاكتهاي يك ديژنكتور درحال باز شدن مي باشند، با عبور جريان از مقاومت زياد بين دو كنتاكت، گرماي زيادي در قوس الكتريكي ايجاد مي شود و سپس بين دو كنتاكت باز شده اختلاف ولتاژ نيز شكل مي گيرد. (شكل 1-6) الكترونهاي صادر شده از كاتد گرم با وجود ميدان الكتريكي شتاب گرفته وبه سمت آند حركت مي كنند. در سرعتهاي بالا بين اتمها و الكترونها برخورد صورت مي گيرد و اتمها را يونيزه مي كند. يونها بتدريج به سمت كاتد و الكترونها با سرعت به سمت آند حركت مي كنند ويك ابر يوني در كاتد شكل مي گيرد. همين وضعيت در آند و توسط الكترونها پديدار مي شود. بين اين دو ابر قوس الكتريكي است كه شامل پلاسمايي از يونها و الكترونهاست. يونهاي مثبت و كاتد منفي، يك ريزش كاتدي را با قدرت ميداني حدود 105 v/cm شكل مي دهند كه الكترونها را از كاتد جذب نموده وبه آنها شتاب مي دهد. ريزش كاتدي مهمترين مشخصه تجهيزات قطع و وصل فشار ضعيف است. با استفاده از چند كنتاكت قطع مي توان شدت ريزش كاتدي را كاهش داد. در تجهيزات فشار قوي، خنك كردن قوس الكتريكي جهت قطع جريان اهميت بيشتر دارد و اين خنك كردن در تجهيزات قطع و وصل فشار قوي نيز با دميدن هوا ويا گاز ويا استفاده از آب ويا روغن صورت مي گيرد.
شكل 1-6: منشا قوس الكتريكي
1-1-6- مشخصه قوس الكتريكي
دريك مدار الكتريكي با وجود مقاومت نيز با توجه به عبور جريان و شكل گيري يونيزاسيون، پديده ريزش صورت مي گيرد. (شكل 2-6) وجود اين مقاومت جهت محدود شدن جريان ضروري خواهد بود. براي اين مدار، دو نقطه كار P2 , P1 وجود دارد كه P1 نقطه كار پايدار و P2 نقطه كار ناپايدار مي باشد. اگر به هردليلي (مثلا خنك كنندگي ضعيف) جريان قوس در P1 افزايش يابد، يك ولتاژ منفي القاء مي شود كه جريان را در P1 كاهش مي دهد. بعبارت ديگر جهت ازدياد جريان به ولتاژ نياز مي باشد كه اين بار خط را افزايش مي دهد و بدين ترتيب مقاومت قوس زياد مي شود. ازطرف ديگر اگر در نقطه P1 جريان كاهش يابد، ولتاژ خط افزايش مي يابد وبا توجه به كم شدن مقاومت قوس، جريان مجددا افزايش مي يابد. يعني نقطه P1 يك نقطه پايدار درمدار فوق مي باشد. واضح است نقطه P2 وضعيت برعكس دارد و بنابراين اين نقطه، يك نقطه ناپايدار است.
شكل 2-6: مشخصه قوس الكتريكي
براي مهندسين شبكه، دو امكان زير جهت خاموش كردن قوس وجود دارد:
قوس ثابت باشد و مقاومت تغيير كند.
مقاومت مدار ثابت باشد و قوس تغيير كند، تا زمانيكه از نقطه بحراني فراتر رود.
براي قوس DC ، انرژي حاصل از ولتاژ و جريان،تلفات را جبران مي كند و انرژي متعادل مي شود. در جريان AC، توان حاصله – ناشي از ولتاژ بوجود آمده – موجب تغيير در درجه حرارت و بنابراين در مقادير انرژي و تلفات مي گردد. اين باعث افزايش درمشخصه ديناميك مطابق شكل 3-6 مي گردد. هر تغييري در مقدار انرژي، توان را نيز تغيير خواهد داد. با افزايش جريان، جهت افزايش دما، قوس توان بيشتري نياز دارد. درحاليكه با كاهش جريان، تلفات مي تواند از طريق حرارت قوس تامين گردد. بدين ترتيب با افزايش جريان، ولتاژ بايد بزرگتر از حالتي شود كه جريان كاهش مي يابد و اين به ايجاد هيسترزيس قوس منتهي مي گردد. در فركانسهاي بالا، اين مشخصه هيسترزيس به يك خط تبديل مي شود. زيرا درجه حرارت نمي تواند تغييرات سريع را دنبال نمايد.
شكل 3-6: مشخصه ديناميك
2-1-6- قطع DC
ولتاژ و جريان يك قوس الكتريكي براساس مشخصه استاتيك (شكل 4-6) يكديگر را تنظيم مي نمايند. اگر خنك كردن افزايش يابد، جريان كاهش و ولتاژ افزايش مي يابد. كليد مورداستفاده بايد در زمان طي چرخه قطع، توانايي تحمل حرارت را به اندازه كافي داشته باشد. لازم به يادآوري است كه جهت تخليه انرژي ذخيره شده در سلفها ، برقراري قوس ضروري است. همچنين جهت جلوگيري از بروز اضافه ولتاژ، ضروريست كه مقدار dl/dt از حدي فراتر نرود. امروزه در كليدهاي سريع، زمان قطع به 4ms رسيده است و گراديان قوس در حدود 200V/cm است كه در كليدهاي فشارقوي DC غيرممكن مي باشد.
شكل 4-6: قطع DC
3-1-6- قطع AC
درقطع AC بايد مشخصه ديناميك درنظر گرفته شود كه درآن ولتاژ قوس در حالت افزايش جريان بيش از حالت كاهش جريان است (شكل 5-6) در لحظه صفر شكل موج، جريان براي لحظه اي وجود ندارد تا اينكه ولتاژ مجددا قوس را برقرار مي كند. با وجود اختلاف فاز بين ولتاژ و جريان، در زمان صفر جريان، ولتاژ بازياب در مسير كنتاكت وجود دارد. با توجه به وجود خازن و اندوكتانس در مدار، تغيير ناگهاني ولتاژ بازيابي به مقدار لحظه اي خود مقدور نمي باشد. براي سادگي موضوع، در ابتدا ديژنكتورهاي AC را بدون درنظر گرفتن حالات گذرا بررسي مي كنيم. ولتاژ موجود در بين كنتاكتها باعث عبور جرياني مي گرد كه ناشي از حركت بارهاي پسماند جريان قوس مي باشد. اين جريانهاي پس از قوس حدود 1.1000 جريان اتصال كوتاه است و حدود 0.21ms جاري مي شود. بنابراين در ديژنكتورهاي AC همواره دو فرآيند روي مي دهد:
قوس خنك شود و بنابراين جريان كاهش مي يابد. نهايتا بارهاي حامل (مثبت و منفي) باهم تركيب مي شوند و در كنتاكتها آرام مي گيرند ودر صفر جريان قوس خاموش مي شود.
ولتاژ بازيابي شده بر مسير كنتاكتها اعمال مي شود و جريان پس از قوس جاري مي شود.
اگر ديژنكتور بتواند هردو فشار را تحمل كند، قوس خاموش خواهد شد.
شكل 5-6: قطع AC
قطع اندوكتانسهاي بزرگ
با افزايش فاصله بين كنتاكتها ويا با خنك كنندگي بيشتر، ولتاژ قوس يا كاهش جريان افزايش مي يابد. اين روند تا زماني ادامه دارد كه ولتاژ مشتعل كننده از ولتاژ ايجاد شده در طول قوس بزرگتر شود(شكل 6-6) باوجود بار القايي، قطع قوس ساده نخواهد بود. دراين مدار در زمان صفر جريان، ولتاژ بازيابي در مقدار ماكزيمم خود مي باشد و پس از لحظه اي مجددا قوس برقرار خواهد شد. بنابراين بايد سعي نمود سيستم خنك كنندگي را به نحوي از پيش طراحي نمود كه در اولين صفر جريان، قطع مدار صورت پذيرد. قطع مدار القايي در واقع قطع يك مسير اتصال كوتاه در شبكه است. زيرا شبكه به دليل وجود ژنراتورها، ترانسفورمرها و خطوط بشدت القايي است.
شكل 6-6: قطع اندوكتانس بزرگ
قطع مقاومت خالص
دراين حالت ولتاژ و جريان هم فاز مي باشند و ولتاژ بازيابي عملا صفر مي باشد. وكليد تقريبا در فشار ولتاژ خاصي در زمان قطع قرار نمي گيرد (شكل 7-6) بنابراين كليد را مي توان از اجزا و مواد ساده تر تهيه كرد.
قطع خازن
فرض كنيد كليد در اولين صفر جريان قطع شود. دراين صورت كنتاكتها تحت ولتاژ خازن نيز قرار مي گيرند و چون مسير تخليه وجود ندارد، اين ولتاژ باقي خواهد ماند. ولتاژ بازيابي نيز مقدار ولتاژ ژنراتور را خواهد داشت. درنتيجه يك اختلاف ولتاژ روي كنتاكتهاي كليد شكل مي گيرد كه باعث مي گردد ولتاژهاي روي كنتاكتهاي كليد به دو برابر مقدار ماكزيمم خود برسد. اين مي تواند به سادگي برقراري قوس مجدد در كليد منجر شود. بنابراين قطع خازن بحراني است حتي در فشار ضعيف نيز همواره بايد بررسي شود كه آيا مي توان جريان خازن را ازطريق مسير خاصي كنترل نمود (شكل 8-6)
شكل 7-6: قطع مقاومت خالص
شكل 8-6: قطع خازن
قطع اندوكتانس كوچك
درجريانهاي كم، بالاخص در جريانهاي مغناطيس كنندگي ترانسفورمرها در شرايط بي بار، تنها سيستم خنك كنندگي نيز مي تواند جريان را قبل از رسيدن به نقطه صفر قطع كند. بدليل تغييرات سريع جريان دراين قطع، ولتاژ زيادي ايجاد مي شود كه شبيه به حالت خازن، به ولتاژ منبع اضافه شده ودردو سر كنتاكتها قرار مي گيرد و مي تواند به وصل مجدد ديژنكتور منتهي شود. بنابراين در اينجا دوباره خطر بروز اضافه ولتاژ وجود دارد. باتوجه به اينكه ديژنكتورها براي قطع سه فاز اتصال كوتاه طراحي شده اند (ونه براي جريان مغناطيس كنندگي كم) بروز اين حالت محتمل بوده و لازم است جهت جلوگيري از آسيب هاي اضافه ولتاژ، در ترانسفورمر يك برقگير اضافه ولتاژ قرار داده شود. جريان القايي ترانسفورمرها در شرايط بي بار حدود 1A تا 5A مي باشد.
4-1-6- ولتاژ گذرا
شبكه شامل خازنها و سلفهاي متعدد مي باشد. با وجود اين عناصر، فركانس طبيعي بين 0.5Hz تا 50Hz مي باشد و بندرت از محدوده 1KHz تا 5KHz بيشتر مي شود. ميرا كردن ولتاژ گذرا در شبكه نيز با استفاده از مقاومت امكان پذير است. باتوجه به اينكه رسيدن به نقطه صفر در سه فاز به طور همزمان صورت نمي گيرد. در لحظه صفريك فاز، دو فاز ديگر قطع نشده اند ودر شرايط اتصال كوتاه قرار دارند. براساس شكل 9-6 :
در زمان t1 جريان خط L1 از صفر عبور مي كند و قطع مي گردد.
ولتاژ بازيابي به اندازه 1800 براي هردو جريان فازهاي ديگر جابجا مي شود و به مقدار Ustar مي رسد.
بعد از اولين صفر جريان، در لحظه t2 اتصال كوتاه دو قطب باقي مي ماند.
عليرغم وجود حالتهاي مختلف بار، دراين مبحث تنها دو حالت را بررسي مي كنيم (شكل 9-6) حالت اول شامل ديژنكتور كوپلاژ بين دو شبكه يا نيروگاه مي باشد. اگر بدليل وجود خطا، كوپلاژ باز شود بدليل از دست رفتن جريان بار و شكست ولتاژ، سنكرونيزم بين دو شبكه (يا دو ژنراتور) ازدست مي رود و ژنراتورها ناهماهنگ مي شوند و شبكه ها آزادانه و مستقل از هم تغيير زاويه مي دهد و بعد از مدت كوتاهي مي توانند حتي در فاز مخالف هم قرار گيرند. در واقع بدليل وجود اندوكتانسهاي مختلف در طرفين كنتاكتهاي ديژنكتور در شبكه، ولتاژهاي گذراي متفاوت در سمت ژنراتور و سمت خط شكل مي گيرند.
شكل 9-6: ولتاژ گذرا
مولفه DC نيز با ثابت زماني τ=LR ميرا مي گردد. اين ثابت زماني براساس استاندارد IEC 45 برابر 45ms ودر عمل بين 10ms تا 450 ms متغير مي باشد.
2-6- ديژنكتور (كليد قدرت)
براساس استاندارد IEC 947 ديژنكتور يك وسيله مكانيكي است كه در شرايط عادي جريان را درمدار هدايت وصل و قطع مي كند. همچنين در شرايط غيرعادي نظير اتصال كوتاه، اين وسيله مي تواند جريان را ضمن هدايت قطع كند. ديژنكتورها بايد توانايي قطع و وصل مكرر مدار را در شرائط عادي و غيرعادي داشته باشند. اين كليدها به شكل سه قطبي ساخته مي شوند ودر زمان وجود خطا، مي توانند مجددا روي مسير بسته شوند. قطع و وصل از راه دور با استفاده از سيگنال الكتريكي نيز ممكن مي باشد. ديژنكتورها ظرفيت قطع محدود دارند وبا رعايت شرايط معين مي توانند نقش هماهنگ و پشتيبان براي يكديگر داشته باشند. ظرفيت وصل و قطع بطور خطي با افزايش جريان نامي ازدياد مي يابد. زمان پاسخ براي وصل ويا قطع كليدهاي قدرت مدرن بين 2 – 10ms مي باشد. نيروي مكانيكي لازم ازطريق هواي فشرده، هيدروليك با اهرمهاي فنري تامين مي گردد كه بايد ويژگيهاي زيادي از جمله دو مشخصه زير را داشته باشند :
يك كليد وصل شده بايد همواره آماده قطع باشد.
عمل وصل بايد پس از شروع بطور كامل صورت پذيرد.
ديژنكتورها بايد امكان كنترل تجهيزات را در شرايط عادي و اتصال كوتاه داشته باشند و درهر لحظه بتوانند جريان را بنحوي قطع نمايند. ظرفيت قطع در اين وسائل براساس اندازه جريان اتصال كوتاه محتمل در مدار تعيين مي گردد. در ديژنكتورهاي امروزي با استفاده از چند محفظه قطع قوس، ظرفيت قطع را افزايش مي دهند. Puffer مهمترين عنصر يك ديژنكتور است. در طول قطع، آن با يك نيرو به عقب كشيده مي شود. بدين ترتيب گاز فشرده مي شود. درهمان زمان، كنتاكت قطع و وصل كه با Puffer ارتباط دارد، جابجا مي شود و كنتاكتهاي كليد ازهم فاصله مي گيرند. ولتاژ موجود بين اين فاصله دو كنتاكت، باعث بروز قوس مي گردد و جريان خط ازاين مسير عبور مي كند. گاز فشرده شده به محل قوس برخورد مي كند و قوس الكتريكي را خنك مي كند. جريان قطع مي شود و يك ولتاژ گذرا بين كنتاكتها قرار مي گيرد كه بايد در طراحي كليد به مقدار آن توجه نمود (ولتاژ بازيابي)، همچنين با دميده شدن گاز فشرده، طول قوس افزايش مي باشد. اين افزايش طول قوس به زيادتر شدن مقاومت مسير و بنابراين كاهش جريان و توان تلف شده در فاصله كنتاكتها منتهي مي گردد. برش جريان (بيش از 4A) در ديژنكتور قوي بدليل ايجاد اضافه ولتاژها بر اثر قانون القاء مجاز نمي باشد. در وصل ديژنكتور ، Puffer و كنتاكتهاي آن در 30ms جابجا مي شوند. امروزه ، ديژنكتور فشار قوي تا قدرت قطع 80kA در ولتاژهاي بسيار بالا ساخته مي شود كه در هر قطب آنها از چند محفظه قطع قوس استفاده مي شود. شكل 10-6 مشخصه قطع ديژنكتورهاي فشارقوي مختلف را نشان مي دهد.
1-2-6- انواع قطع كننده ها
براساس روش هاي مختلف خاموش كردن قوس، مي توان انواع قطع كننده ها را بشرح زير تقسيم بندي كرد:
ديژنكتورهاي روغني : فاصله قطع در درون يك مخزن پر از روغن است. روغن بعنوان يك عايق و بعنوان يك خاموش كننده عمل مي كند. حرارت ناشي از قوس الكتريكي باعث تبخير، انبساط و بنابراين افزايش فشار و انتقال حرارت مي گردد. بدين ترتيب روغن زيادي نياز مي باشد. امروزه اين نوع ديژنكتورها بدليل خاصيت مشتعل شوندگي و اثرات مخرب زيست محيطي روغن پركاربرد نمي باشند.
كليد هوا يا گاز فشرده : هوا يا گاز فشرده در زمان قطع مستقل از شدت جريان به محفظه قوس دميده مي شود. بعد از قطع موفقيت آميز جريان، گاز سرد يا فشار زياد، محفظه قطع را ايمن مي كند. امروزه تنها كليدهاي با گاز SF6 استفاده مي شود. اين گاز سمي نبوده و بدون بو است. همچنين خاصيت انتقال حرارتي مناسب داشته و مشتعل شونده نيز نمي باشد.
شكل 10-6: مشخصه جريان – زمان ديژنكتورهاي قدرت
كليدهاي خلأ : اين كليدها در فشار ضعيف و فشار متوسط بكار مي روند و خواص عايقي مناسبي دارند. كليدهاي خلا نياز به كمي سرويس دارند و سيكل هاي كاري آنها زياد مي باشد. عدم وجود يك سيال خاموش كننده در محفظه كليد باعث استهلاك كنتاكتها مي گردد. بدين منظور كنتاكتها را كاملا بصورت مورب مي سازند تا مشكل فوق به عملكرد كليد آسيب نزند. آلياژهاي كروم – مس جهت توليد بخار فلزي و جلوگيري از برش جريان در كنتاكتها استفاده مي شود.
ويژگيهاي كليدهاي خلا عبارتند از :
وصل بلافاصله پس از قطع
تعداد سيكل هاي كاري زياد
قابليت اطمينان بالا
عدم توليد قوس
عمر الكتريكي طولاني
ظرفيت قطع اتصال كوتاه بالا
نياز به سرويس كم
3-6- فيوز كات اوت
فيوزهاي كات اوت در فشار متوسط براي حفاظت ترانسفورمرها استفاده مي شود. اين تجهيز در 6KV تا 150 A ودر 30KV تا 40A ساخته مي شود (شكل هاي 11-6 و 12-6)
شكل 11-6: مشخصه جريان – زمان فيوز كات اوت
شكل 12-6: جريان مجازي گذري فيوزهاي كات اوت
4-6- سوئيچگير فشار ضعيف
سوئيچگير شامل تجهيزات قطع و وصل دريك سطح ولتاژ مي باشد كه جهت كنترل قابل قبول توان، وصل ، قطع و سرويس دهي استفاده مي شود. سوئيچگير فشار ضعيف شامل ولتاژهاي كاري كمتر از 1000V و همچنين ولتاژهاي DC مي باشد. انتخاب يك سوئيچگير براساس هدف موردنظر از قطع و وصل مثلا قطع و وصل بار، قطع جريان اتصال كوتاه، قطع و وصل موتور، حفاظت در برابر اضافه جريان و ايمني افراد، مي باشد. شكل 13-6 برخي ازاين سوئيچگيرها را بريك شبكه نشان مي دهد.
شكل 13-6: برخي ازاين سوئيچگيرها
براساس شكل برخي از مهمترين اين ادوات در ادامه معرفي شده است.
1-4-6- كليد (Cireuit Breaker)
كليدها براي قطع جريان اتصال كوتاه در حفاظت خطوط و كابلها استفاده مي شوند. آنها با عناصر قطع كننده حرارتي و و مغناطيسي همراه مي باشند. كليدها بايد توانايي وصل، هدايت و قطع جريانهاي بار را داشته باشند و جريان اتصالكوتاه را نيز براي زمان معيني از خود عبور دهند.
كليدها براساس مشخصه هاي زير دسته بندي مي شوند:
گروه بهره برداري
: A بدون تاخير در عملكرد
: B عملكرد با تاخير جهت هماهنگي با ساير اجزاء سوئيچگير مدار
نوع سيال عايقي : هوا ، خلاء و يا گاز
نوع طراحي
طراحي فشرده (Molded case) شامل يك بدنه عايق مي باشد كه اجزاء قطع كننده كليد در داخل آن قرار دارند.اين نوع تا جريان نامي 3200A ساخته مي شود وبه MCCB معروف مي باشد. طراحي باز (Air-Break) اين نوع كليد شامل بدنه عايقي نمي باشد و براي جريانهاي نامي تا 6300A ساخته مي شود. اين نوع كليد به ACB شهرت دارد.
نوع نصب : ثابت يا كشويي
قطع قوس
كليد بدون محدوده كننده جريان : دراين نوع كليد، قوس در صفر جريان خاموش مي شود. بنابراين مسير حامل جريان بنحوي طراحي مي شود كه از نظر حرارتي جريان خطا ا در مدت زمان معين هدايت كند. از اينرو همه تجهيزات پائين دستي نيز در معرض اين پيك جريان اتصال كوتاه قرار مي گيرند.
كليد با محدوده كننده جريان : دراين نوع كليد، قبل از رسيدن به نقطه صفر، خاموش مي شود و جريان عبوري به جريان قطع محدود مي گردد. اين موضوع باعث خواهد شد فشارهاي حرارتي و ديناميكي تجهيزات پائين دستي كاهش يابد. اين نوع از كليدها براي حفاظت اتصال كوتاه با ظرفيت كم قطع و وصل مناسب مي باشند.
شكل 14-6 مشخصه قطع يك كليد را براي سه مشخصه D , C , B نشان ميدهد. نسبت ظرفيت وصل اتصالكوتاه به ظرفيت قطع اتصال كوتاه (n) به عنوان يكي از متغيرهاي مهم كليد، در ضريب توانهاي مختلف در جدول 1-6 ارائه شده است.
جدول 1-6: اتصال كوتاه (n) در ضريب
جريان قطع به (rms) kAضريب توانN4.5 < I < 60.71.56 < I < 100.51.710 < I < 200.32.020 < I < 500.252.150 < I0.22.2
شكل 14-6: مشخصه جريان – زمان يك كليد
2-4-6- فيوز
فيوزها عناصري هستند كه به عنوان ضعيف ترين حلقه اتصال در شبكه عمل نموده و با عبور جريان بيش ازحد نامي، قطعه رساناي حساس درون آن معروف به مغزي فيوز (سيم فيوز) ذوب مي گردد و مسير جريان را قطع مي كند. براي خاموش كردن قوس نيز از پودر نرم و فشرده سيليس استفاده مي شود. قوس ايجاد شده قسمتي از پودر سيليس را نيز براثر عبور جريان ذوب مي كند و بنابراين حرارتي معادل i2dt ايجاد مي گردد. شكل 15-6 اجزاء ساختماني يك فيوز معمولي را نشان مي دهد.
شكل 15-6: اجزاء ساختماني يك فيوز معمولي 1: كانكتور و حفاظ بيروني ،2: صفحه رسانا 3: حفاظ داخلي 4: بدنه ، 5: مغزي هاي فيوز، 6: پركننده عايق (پودر سيليس)
فيوز جريانهاي اتصال كوتاه را قبل از رسيدن به حد ماكزيمم جريان قطع فيوز ip قطع مي كند ودر قطع، فيزو منتظر رسيدن به نقطه صفر جريان نمي ماند. نوع مشخصه قطع فيوز تعيين كننده كلاس عملكرد فيوز و شكل ظاهري آن نيز تعيين كننده مشخصه ساختماني مي باشد. فيوزها درواقع كليدهاي محدود كننده جريان مي باشند. فيوزها داراي مشخصه عملكرد مي باشند كه درآن زمان عملكرد فيوز درهر جريان عبوري ازآن تعيين گرديده است. اين مشخصه به مشخصه زمان – جريان نيز معروف است.
شكل 16-6 مشخصه عملكرد را براي يك نوع فيوز با جريان نامي متفاوت نشان مي دهد.
شكل 16-6: مشخصه عملكرد فيوز از 2A تا 1000A
فيوزها براساس متغيرهاي زير تعيين مي گردند :
ولتاژ نامي
جريان نامي
قدرت اتصال كوتاه
جريان عبوري مجاز
مشخصه جريان – زمان
1-2-4-6- انواع ساختمان فيوزها
ازنظر ساختماني دو دسته عمده فيوزها بشرح زير مي باشند:
فيوزهاي كاربردي (تيغه اي) يا فيوزهاي NH
فيوزهاي NH درشبكه هاي توزيع صنعتي ودر تابلوهاي توزيع تامين انرژي كاربرد دارند. اين فيوزها براي مدارهاي AC با ولتاژ 500V و مدارهاي DC تا 400V تا محدوده 1600A ساخته مي شوند. اين فيوزها شامل يك نشانگر مي باشند كه عمل كردن فيوز را نشان مي دهد. اندازه و ابعاد اين فيوزها با يك كد بعد از حروف NH مي آيد كه در جدول 2-6 اين كدها ارائه شده است.
جدول 2-6 : كد بندي اندازه فيوزهاي NH
كدحداكثر جريان نامي به AC001000016001601250240036304a/41600
شكل 17-6 تصوير يك فيوز NH را مي دهد.
شكل 17-6: يك فيوز NH
فيوزهاي فشنگي يا فيوزهاي D/DO
اين فيوزها در دو نوع D (Diazed) و DO (Neozed) ساخته مي شوند. اين فيوزها نيز داراي نشانگر مي باشند كه عمل كردن فيوز را نشان مي دهد. فيوزهاي D , DO در محدوده 2 – 100A ساخته مي شوند. فيوزهاي DO شبيه به فيوزهاي D مي باشند، ولي از ساختمان فشرده تري ساخته مي شوند و قابليت اطمينان و عملكرد بهتري برخوردار مي باشند. شكل 18-6 تصوير يك فيوز D را با نگهدارنده و اجزاء مرتبط و تصوير دو فيوز نوع DO را نشان مي دهد.
2-2-4-6- كلاس هاي كاري فيوزها
كلاس بندي فيوزها با دو حرف الفبا تعيين مي گردد كه حرف اول نوع عملكرد و دوم وسيله مورد حفاظت را بيان مي كند.
شكل 18-6: فيوز D و پايه و حفاظ دو فيوز نوع DO
انواع عملكرد
g: فيوزهاي عمومي كه جريان را تا رسيدن به جريان نامي هدايت كرده و با افزايش جريان به بيش از مقدار جريان ذوب، جريان را براساس مشخصه قطع مي كنند. اين فيوزها براي حفاظت اصلي كاربرد دارند.
:a فيوزهاي پشتيبان كه جريان را تا رسيدن به جريان نامي هدايت كرده ولي براي قطع نياز است جريان از چند برابر جريان نامي نيز بيشتر شود.
وسائل مورد حفاظت
G كابلها و خطوط (كاربردي عمومي)
L كابلها و خطوط
M سوئيچگير و مدارات حامل جريانهاي موتوري
T(Tr)ترانسفورمر
R نيمه هاديها
B شبكه هاي زميني و معدني
مشخصه عملكرد برخي ازانواع رايج و مورد استفاده اين فيوزها در شكلهاي 19-6 و 20-6 ارائه شده است.
3-2-4-6- فيوزهاي HRC
فيوزهاي HRC، فيوزهاي پرمصرفي مي باشند كه جريان قطع حداقل 80KA و تا بيش از 100KA دارند و براي انواع كلاسهاي كاري موجود مي باشند. دراين فيوز يك نشانگر جهت تعيين وضعيت فيوز (سالم يا قطع شده) وجود دارد. جدول 3-6 جريان نامي را براساس كد اين فيوزها ارائه كرده است.
جدول 3-6: جريان نامي را براساس كد اين فيوزها
كدجريان نامي فيوز HRC به A-400 V – -500 V-690 V006 – 160-10006 – 160-100180 – 250-2002125- 400-3153315 – 630-5004500 – 1000-8004a500 – 1600-1000
شكل 19-6: مشخصه يك فيوز NH gG/gL 500V AC
شكل 20-6: مشخصه يك فيوز NH gG/gL 500V AC
رفتار قطع فيوزها در ناحيه اضافه بار با جريان قطع كوچك I1 (بدون قطع در زمان بررسي مشخص شده) و جريان قطع بزرگ I2 (قطع در زمان بررسي مشخص شده) تعيين مي گردد. جدول 4-6 اين جريانهاي قطع را با زمان تست براي فيوزهاي gG و gM خلاصه كرده است.
جدول 4-6: جريانهاي قطع فيوزها با زمان تست براي فيوزهاي gG و gM
جريان نامي Aجريان قطع كم I1جريان قطع زياد I2زمان تست< 41.5 In2.5 In1h4 – 101.5 In1.9 In1h10 – 251.4 In1.75 In1h25 – 631.3 In1.6 In1h63 – 1601.3 In1.6 In2h160 – 4001.3 In1.6 In3h> 4001.3 In1.6 In4h
فيوز NH كلاس gL تجهيزات شبكه هاي برق را درمقابل اضافه بار و اتصال كوتاه محافظت مي كند. اين فيوز همچنين براي محافظت در مقابل اتصال كوتاه موتورها نيز مي تواند استفاده شود. نمودار محدوده جريان فيوزهاي NH gG در شكل 21-6 ترسيم شده است. قبل از رسيدن به جريان اتصال كوتاه ماكزيمم، جريان اتصال كوتاه Ik قطع مي گردد.
شكل 21-6: منحني هاي جريان مجاز فيوزهاي gG
فيوزهاي D0 (از گروه فيوزهاي D) عموما در مصارف صنعتي و خانگي استفاده مي شوند. شكل 22-6 مشخصه جريان – زمان اين فيوزها را نشان مي دهد. در همه فيوزها، ظرفيت قطع نامي جريان 50 KA مي باشد.
شكل 22-6: مشخصه جريان – زمان فيوز D0
4-2-4-6- حفاظت توسط فيوز
حفاظت كابل : براي حفاظت كابلها در شرايط اتصال كوتاه جنس عايق مورد استفاده اهميت دارد. اين تاثير بصورت يك ضريب K در جداول نشان داده مي شود. اين ضريب براي PVC برابر 115 و براي عايق خشك (XLPE , PE) برابر 143 مي باشد. جدول 5-6 فيوز مناسب (gG) را براي كابلهاي با مقاطع مختلف با اين دو نوع عايق نشان مي دهد.
جدول 5-6: اندازه فيوز براي حفاظت كابل
جريان نامي فيوز حداكثر به (A)سطح مقطع كابل mm2K = 115K = 1451616125201.532322.5505046363612510010160125162502002535531535500400506305607080710951000800120
حفاظت در مقابل برق گرفتگي : در شبكه هاي TN زمان قطع بايد كمتر از 5s باشد. با استفاده از فيوزهاي gG براي شبكه 240 V جدول 6-6 براساس امپدانس حلقه بين محل تماس و زمين شبكه ، جريان نامي فيوزها را تعيين كرده است.
جدول 6-6: جريان نامي فيوزها براي محافظت در مقابل برق گرفتگي
امپدانس حلقهجريان فيوزامپدانس حلقهجريان فيوزΩ(A)Ω(A)0.441001460.351257.7100.271604.3160.202003.0200.162502.4250.133151.9320.0964001.4400.0735001.1500.0546300.86630.0448000.6080
حفاظت ترانسفورمر: براي حفاظت اوليه ترانسفورمر از فيوز نوع gT با جريان نامي حداقل دوبرابر جريان نامي اوليه ترانسفورمر استفاده مي شود. اين انتخاب به منظور جلوگيري از عمل كردن فيوز در زمان عبور جريان هجومي ترانسفورمر در زمان برقدار شدن مي باشد.
حفاظت خازن : در مدارات خازني، نظير بانك خازني، جريان نامي فيوز بايد از 1.5 برابر جريان نامي خازن بيشتر باشد تا درضمن عبور جريان هجومي از خازن فيوز عمل نكند.
حفاظت موتور: جريان راه اندازي موتور بدون استفاده از راه انداز تا 7 برابر جريان نامي مي باشد و تا حدود 6 s استمرار مي يابد. در صورت استفاده از راه انداز، مثلا ستاره – مثلث ، جريان راه اندازي تا حدودي محدود مي شود. ازاينرو بررسي شرايط راه اندازي در انتخاب جريان نامي فيوز محافظ موتور اهميت زيادي دارد. در استانداردهاي مختلف پيشنهادهاي متفاوتي دراين رابطه ارائه شده است. در VDE براي موتور بدون راه انداز، كوچكترين فيوزي پيشنهاد مي شود كه 6 برابر جريان نامي را به مدت 5 s تحمل كند و براي راه انداز ستاره – مثلث ، كوچكترين فيوزي كه دو برابر جريان نامي را به مدت 15 s تحمل كند، پيشنهاد شده است. انتخاب فيوز براساس معيارهاي فوق با بررسي دقيق مشخصه عملكرد فيوزها (براي اين حفاظت فيوزهاي gM ) صورت مي گيرد. جدول 7-6 فيوزهاي پيشنهادي را براي حفاظت موتور براي اتصالمستقيم به شبكه ويا استفاده از راه انداز ارائه كرده است كه مي تواند استفاده گردد و مراجعه به مشخصه عملكرد فيوز را براي انتخاب هاي ساده مرتفع نمايد.
جدول 7-6: انتخاب فيوز براي محافظت موتور
مقادير نامي موتوراتصال مستقيمبا راه اندازKwAAA0.250.8420.371.1420.551.5640.752.0641.13.01061.53.616102.25.016103.06.520164.08.420165.511.025207.515.0402511.020.0503215.027.0634018.533.0805022.038.0805030.054.01008037.066.01258045.079.016010055.098.016010075.0135.025016090.0155.0250160110.0185.0315200132.0220.0355250150.0250.0355315185.0310.0450355200.0335.0500400225.0375.0560400250.0415.0560450280.0460.0630500335.0562.0710630355.0596.0800710
3-4-6- كنتاكتور
كنتاكتورها كليدهاي كنترل شونده مي باشند كه از طريق مدار فرمان مدار را وصل وقطع مي كنند. كنتاكتورها جهت استفاده در مدار موتورها هيچ نقش حفاظتي ندارند واز بي مثال و فيوز ويا وسايل حفاظتي مناسب در كنار آنها بايد استفاده نمود. ولتاژهاي كاركرد مختلف جهت تحريك كنتاكتورها عبارتند از :
660 V , 500 V , 380 V , 220 V , 110 V , 60 V , 48 V , 24 V
كنتاكتور بايد در محدوده 85% تا 110% ولتاژ نامي بدرستي عمل نمايد. اگر طول مسير مدار تحريك (فرمان) كنتاكتور زياد باشد ، كاركرد كنتاكتور در وصل مدار بدليل افت ولتاژ، ودر قطع مدار بدليل ظرفيت بالاي خازني كابل مسير، دچار مشكل خواهد شد. ازاينرو حداكثر افت ولتاژ مجاز در مدار فرمان كنتاكتور 5% است. جدول 8-6 انواع گروه بندي مربوط به كنتاكتورها را ارائه كرده است.
4-4-6- كليد مينياتوري (Miniature Circuit Breaker) MCB
MCB كليد با ظرفيت كم مي باشد كه با يك قطع كننده مغناطيسي ويك رله حرارتي تاخيري همراه است. مينياتوري ازيك قطبه تا چهار قطبه وتا جريان نامي 125 A و جريان قطع حداكثر 25 KA در ولتاژ 440V ساخته مي شود. شكل 23-6 تصوير يك MCB يك قطبه و يك نوع سه قطبه را نشان مي دهد.
جدول 8-6: گروه بندي بهره برداري براي كنتاكتورها
جريانگروهكاربردACAC – 1بارهاي غيرسلفي يا با خاصيت سلفي ضعيف ، كوره هاي مقاومتيAC – 2موتورهاي با حلقه هاي لغزان : حالت ترمزي و معكوس شدن دورAC – 3موتورهاي قفس سنجابي : راه اندازي ، قطع از شبكه ضمن دورانAC – 4موتورهاي قفس سنجابي : راه اندازي ، حالت ترمزي و معكوس شدن دور، وصل و قطع سريعAC – 5aقطع و وصل لامپهاي تخليه گازيAC – 5aقطع و وصل لامپهاي حرارتي (ملتهب)AC – 6aقطع و وصل ترانسفورمرهاAC – 6aقطع و وصل بانكهاي خازنيAC – 7aبارهاي راكتيو كوچك در مصارف خانگي و كاربردهاي مشابهAC – 7bبارهاي موتوري براي مصارف خانگيAC – 8aقطع و وصل موتورهاي كمپرسور سردكن هاي بدون منفذ با امكان Reset كردن دستيAC – 8bقطع و وصل موتورهاي كمپرسور سردكن هاي بدون منفذ با امكان Reset كردن خودكارDCDC – 1بارهاي غيرسلفي يا با خاصيت سلفي ضعيف، كوره هاي مقاومتيDC – 3موتورهاي DC شنت : راه اندازي، حالت ترمزي و معكوس شدن دور، وصل و قطع سريع و ترمز ديناميكيDC – 5موتورهاي DC سري : راه اندازي، حالت ترمزي و معكوس شدن دور، وصل و قطع سريع و ترمز ديناميكيDC - 6قطع و وصل لامپهاي حرارتي (ملتهب)
شكل 23-6: MCB سه قطبه و يك قطبه
MCB داراي مشخصه هاي كاركرد زير مي باشد :
: B جهت كليد اصلي در مدارهاي الكتريكي كه جريان پيك زيادي ندارند. (بويلرها، هيترهاي الكتريكي، اجاق هاي برقي)
: C اين نوع، نوع استاندارد MCB مي باشد و براي مصرف كننده هاي با پيك جريان استاندارد بارهاي القائي (تلويزيون ، لامپهاي فلورسنت) و مدارهاي الكترونيكي رايج است.
: D جهت بارهاي با جريان پيك بسيار زياد (ترانسفورمرها) وبه عنوان حفاظت بالادستي ساير MCBها كاربرد دارد.
: K جهت حفاظت وسايل و هماهنگي با شرايط خاص نظير موتورها استفاده مي شود.
جدول 9-6 جريان قطع حرارتي و جريان قطع مغناطيسي را با ضريبي از جريان نامي MCB نشان مي دهد. مشخصه عملكرد اين كلاسهاي مختلف MCB در شكل 24-6 ترسيم شده است.
جدول 9-6: جريان قطع حرارتي و مغناطيسي انواع MCB
مشخصهجريان قطع حرارتيزمان قطع حرارتيجريان قطع مغناطيسيزمان قطع مغناطيسيB1.13 – 1.45 In1.45 In : < 1h1.13 In : > 1h3 – 5 In5 In : < 0.1s3 In : > 0.1sC1.13 – 1.45 In1.45 In : < 1h1.13 In : > 1h5 – 10 In10 ln : < 0.1s5 In : > 0.1s D1.13 – 1.45 In1.45 In : < 1h1.13 In : > 1h10 – 20 In20 In : < 0.1s10In : > 0.1sK1.05 – 1.2 In1.2 In : < 1h1.05 In : > 1h10 – 14 In14 In : < 0.1s10In : > 0.1s
مشخصه هاي استاندارد ديگري نيز براي MCB ها وجود دارد (مشخصه Z و UCB و UCK) كه براي موارد مخصوص ازجمله نيمه هاديها و شبكه هاي DC كاربرد دارند.
5-4-6- سكسيونر يا جداكننده (Disconnector)
اين وسيله با ايجاد يك فاصله عايقي مناسب بين يك جزء برقدار و يك قسمت بدون برق، ايزولاسيون لازم را فراهم مي كند. سكسيونر تنها زماني قطع مي كند كه جريان مسير صفر يا ناچيز(جريان خازني بوشينگها، باسبارها ، كابلها و...) باشد ويا اختلاف ولتاژ بين كنتاكتهاي آن صفر باشد. سكسيونر جريان بار را بطور دائم و جريان اتصال كوتاه را براي مدت معين تحمل مي كند. سكسيونر بيشتر در فشار متوسط و فشار قوي بهمراه ديژنكتور كاربرد دارد. سكسيونرها مي توانند بنحوي ساخته شوند كه قدرت قطع و وصل جريان بار را نيز داشته باشند. اين سكسيونرها به سكسيونر قابل قطع زير بار معروف مي باشند.
شكل 24-6: مشخصه هاي كاركرد انواع MCB
6-4-6- كليد قطع بار (Load Break Switch)
اين وسيله بهمراه يك تجهيز حفاظت اضافه بار، امكان قطع و وصل و هدايت جريان بار را فراهم مي كند. يك كليد قطع بار مي تواند ظرفيت وصل اتصال كوتاه را داشته باشد ولي ظرفيت قطع آن را ندارد.
7-4-6- كليد سكسيونر (Switch – Disconnector)
يك كليد قطع بار است كه در حالت باز شبيه به يك سكسيونر ايزولاسيون لازم را فراهم مي كند.
8-4-6- سكسيونر با فيوز (Disconnector with fuse)
متشكل از سكسيونر و فيوز مي باشد كه فيوز با تيغه هاي سكسيونر سري شده است.
9-4-6- كليد قطع بار با فيوز (Load Break Switch with Fuse)
متشكل از كليد قطع بار و فيوز مي باشد كه فيوز با تيغه هاي كليد سري شده است.
10-4-6- فيوز جداكننده (Fuse Disconnector)
سكسيونري است كه فيوز دو قسمت متحرك آن قرار دارد.
11-4-6- كليد فيوز جداكننده (Fuse Switch Disconnector)
كليد – سكسيونري است كه فيوز درقسمت متحرك آن قرار دارد.
12-4-6- كليدهاي محافظ موتور
در موتورهاي القايي سه فاز با توجه به نوع بهره برداري، موتورها بايد بطور مستمر قطع و وصل شده و حفاظت گردند. (شكلهاي 25-6 و 26-6) كليدهاي محافظ موتور بايد در صورت بروز خطا بصورت سه فاز قطع نمايند. اين كليدها معمولا بهمراه يك بي متال و عنصر قطع اتصال كوتاه كه با فيوز نيز مي تواند جايگزين شود استفاده مي گردند. اگر موتور بصورت مستقيم راه اندازي گردد، جريان راه اندازي آن حدود 5 تا 6 برابر جريان نامي خواهد بود. دراين صورت براي جريانهاي بيشتر ازاين مقادير، لازم است جهت جلوگيري از تخريب حرارتي، حفاظت موتور عمل نمايد. همچنين اضافه جريان هاي خطرناك بدليل اضافه بار مكانيكي طولاني مدت موتور، با قطع يكي از فازهاي تغذيه كننده مي تواند بوجود آيد.
حفاظت موتور با فيوز
حفاظت اضافه بار موتور توسط بي متال تامين مي گردد و فيوز حفاظت در مقابل اتصال كوتاه را به عهده دارد. در صورت تشخيص خطاي اضافه بار توسط بي متال، كنتاكتهاي كمكي بي متال قطع مدار را از طريق كليد اصلي يا ازطريق مدار فرمان كنتاكتور فراهم مي كند.
حفاظت موتور با كليد
كليدها حفاظت اضافه بار موتور را با استفاده از بي متال و حفاظت در مقابل اتصال كوتاه را با استفاده از قطع كننده مغناطيسي آني فراهم مي كنند.
شكل 25-6: وصل يك موتور سه فاز آسنكرون
شكل 26-6: حفاظت يك موتور سه فاز آسنكرون
13-4-6- وسائل حفاظتي جريان پس ماند (RCD)
مطابق شكل 27-6 ، RCD شامل ترانسفورمر جريان جمع كننده با سيم پيچي اوليه و ثانويه، رله قطع كننده، مكانيزم نگهدارنده ، و تجهيزات قطع و وصل مي باشد كه در محفظه مناسب قرار دارد. كنترل عملكرد براساس جريان مجموع سه فاز صورت مي گيرد.
شكل 27-6: اصول ساختماني يك RCD
RCDها در كسري از ثانيه جرياني تا تنظيم جريان پس ماندي بين 50% تا 75% جريان نامي خطا عمل مي كنند وبدين ترتيب از آسيب پرسنل و تجهيزات جلوگيري مي كنند. RCDها قادرند در مقابل جريان خطاي جزئي باقي مانده، جريانهاي الكتريكي كه منجر به احتراق مي شوند و همچنين جريانهاي عبوري از بدن انسان در مقادير بزرگتر از 30mA عمل كنند. مي توان اين RCD ها را بنوي تنظيم نمود كه درصورت تماس انسان در جرياني بيش از 10 mA نيز عمل نمايند. اين مقدار جريان كمتر ازحد آسيب بدن درمقابل عبور جريان مي باشد. ازاين RCDها همچنين براي تشخيص مسير نشتي در مدار، با مقايسه مجموع جريان رفت با مجموع جريان بازگشت، مي توان استفاده نمود. اين تجهيز به كليد محافظ جان يا محافظ برق گرفتگي نيز معروف است. RCDها در شبكه هاي TT , IT و TN – S استفاده مي شوند. در اينصورت بايد نقطه نوترال شبكه ، زمين شود و هادي PEN قبل از RCD ايزوله شده و هادي حفاظتي زمين از داخل RCD عبور نكند. در طرحي بايد در نظر داشت كه مقدار تنظيم تجهيزات حفاظتي اضافه جريان از تنظيم RCDها كمتر باشد. بدين ترتيب تجهيزات اضافه جريان قادر خواهند بود براي جريانهاي ضرباني DC ، براي بارهاي نظير يكسوكننده ها، تايريستورها و... كه جريان به زمين خواهند داشت، عمل نمايند. شكلهاي 28-6 و 29-6 مثالهاي متفاوتي از بكارگيري RCDها را بهمراه كليدها نشان مي دهد.
شكل 28-6: طراحي با RCD C , B : كليد مينياتوري
شكل 29-6: طراحي با RCD و كليد
فصل هفتم
هماهنگي و حفاظت پشتيبان
1-7- هماهنگي
در طول كاركرد شبكه هاي الكتريكي با رويداد اتصال كوتاه، تجهيزات بهره برداري و مصرف كننده ها بايد درمقابل فشارهاي ناشي از اين وضع محافظت گردند. براساس استاندارد دريك شبكه الكتريكي كه وسائل حفاظتي اضافه جريان نظير فيوزها و كليدها بطور سري پشت سر يكديگر قرار گرفته اند، با بروز يك خطا، اولين وسيله حفاظتي كه بالادست محل دارد، بايد به خطا پاسخ دهد و عمل نمايد. براي دستيابي به هماهنگي لازم است مشخصه هاي جريان – زمان تجهيزات حفاظتي اضافه جريان يا مشخصه ذوب فيوزها، بايكديگر مقايسه شوند. در ادامه اين فصل ، حالات مختلف هماهنگي ارائه شده است. در شبكه هاي برق ، وسايل حفاظت اضافه جريان متفاوتي براي حفاظت در مقابل اتصال كوتاه و اضافه بار استفاده مي شوند. با انتخاب صحيح اين وسائل حفاظتي آثار مخرب خطاها دراين شبكه ها بشدت كاهش مي يابد. در شكل 1-7 مشخصه هاي كلي جريان – زمان وسائل حفاظت اضافه جريان مورد استفاده در شبكه فشار ضعيف ترسيم شده است.
شكل 1-7: مشخصه هاي قطع (a) فيوز (b) كليد
هماهنگي زماني و جرياني
براي هماهنگي بين دو تجهيز حفاظت اضافه جريان كه سري مي باشند، دو روش كلي هماهنگي زماني و هماهنگي جرياني وجود دارد. در هماهنگي زماني زمان عملكرد دو تجهيز نسبت به هم داراي يك تاخير مي باشد. شكل 2-7 يك شبكه با يك ترانسفورمر با قدرت 6% , 1000kVA ولتاژ اتصال كوتاه و 50kA اتصال كوتاه در نقطه تغذيه را نشان مي دهد كه كليدهاي سري ازنظر زماني هماهنگ شده اند. در رابطه با اين هماهنگي كليدها موارد زير قابل توجه است :
كل زمان قطع tA كليد پائين دستي از حداقل زمان صدور دستور (تاخير) tm كليد بالادستي كمتر باشد.
زمان قطع tA برابر است با مجموع زمان جدا شدن كنتاكتها tOV و زمان برقراري قوس tL
تاخير زماني بين عملكرد دو كليد حدود 50ms است.
جريان قطع 1.2 برابر جريان تنظيم Ie است.
جريان اتصال كوتاه 12 برابر جريان نامي In است.
كليد بايد ماكزيمم جريان اتصال كوتاه را درمحل نصب تحمل كند.
شكل 2-7: هماهنگي زماني سه كليد سري
Q1 : كليد ، Q2 : كليد محافظ شبكه ، Q3 : كليد محافظ موتور ، HH : فيوز كات اوت محافظ ترانسفورمر، a: رله اضافه بار وابسته به جريان تاخيري كليد ، n : رله اضافه بار الكترومغناطيسي بدون تاخير، z: رله اضافه بار كليد با تاخير كم
درهماهنگي جرياني نيز با استفاده از اصل تفاوت اندازه جريان اتصال كوتاه در نقاط مختلف، با تنظيم جريان عملكرد وسايل حفاظتي بدون تاخير يا با تاخير مناسب هماهنگي بدست مي آيد. شكل 3-7 هماهنگي جريان بين دو كليد قدرت سري را دريك شبكه نشان مي دهد.
شكل 3-7: هماهنگي جرياني دو كليد سري
وسائل قطع بدون تاخير اتصال كوتاه با استفاده از نتاجي محاسبات اتصال كوتاه، تنظيم مي گردند. براي امتحان هماهنگي ، مي توان مشخصه هاي قطع را با يكديگر مقايسه نمود.
نكات مهم مربوط به هماهنگي كليد و فيوز
در بسياري از موارد در شبكه، يك كليد با يك فيوز سري شده است. جهت هماهنگي اين دو موارد زير حائز اهميت است :
زمان هماهنگي لازم بين كليد و فيوز حداقل بايد 100ms باشد.
ظرفيت جريان عبور فيوز بايد از مقدار مربوط به كليد بيشتر باشد.
ظرفيت قطع كليد بايد همواره درنظر گرفته شود.
در رابطه با فيوزها، لازم است نوع ، وضعيت، پيري ، سازنده و مشخصه ها درنظر گرفته شود.
شكلهاي 4-7 تا 7-7 دستيابي به هماهنگي را دريك مجموعه كليد و فيوز سري براي اتصال كوتاه و اضافه بار نشان مي دهد.
شكل 4-7: هماهنگي در ناحيه اضافه بار : فيوز بالادست كليد است. F1: فيوز ، tA : بازه زماني هماهنگي، IAn جريان عملكرد رله n
شكل 5-7: هماهنگي در ناحيه اتصال كوتاه ، فيوز بالادست كليد است. ta : تاخيز زماني كليد ، tg : كل زمان قطع كليد
شكل 6-7: هماهنگي در ناحيه اضافه بار : كليد بالادست فيوز است. IA : جريان عملكرد كليد
شكل 7-7: هماهنگي در ناحيه اتصال كوتاه : كليد بالادست فيوز است. IAz : جريان عملكرد رله z ، ts: زمان ذوب فيوز ، tv : زمان عملكرد كليد
اوليه ترانسفورمرها عموما توسط فيوزهاي كات اوت (HH) حفاظت مي گردند. در سمت فشار ضعيف نيز از كليد استفاده مي شود. فيوز كات اوت با انتخاب مناسب براساس توان ترانسفورمر ، تنها اوليه را در مقابل اتصال كوتاه حفاظت مي كند. استفاده از ديژنكتور بهمراه رله حفاظتي بجاي فيوز كات اوت بهترين حفاظت را دربر دارد كه مستلزم صرف هزينه و تخصيص فضاي بيشتر مي باشد. شكل 8-7 كابل خروجي يك موتور با اتصال كوتاه 20 kA را نشان مي دهد كه مستقيما به باسبار دو ترانسفورمر موازي متصل شده واز طريق دو كليد مربوط به فيدرها با اتصال كوتاه 10kA تغذيه مي گردد. در شبكه مذكور، ظرفيت قطع فيوزها بيش از 100kA است و بنابراين محاسبات اتصال كوتاه در محل نصب ضرورت ندارد.
شكل 8-7: هماهنگي دريك شبكه با دو ترانسفورمر
شرايط هماهنگي فيوزها
جهت دستيابي به هماهنگي حفاظتي در دو يا چند فيوز سري، لازم است موارد زير رعايت گردد:
مشخصه ها نبايد در هيچ نقطه اي همديگر را قطع كنند.
جهت رسيدن به ويژگي فوق،فيوز بالا دست تر بايد جريان نامي بيش از 1.6 برابر جريان نامي فيوز پائين دست تر داشته باشد.
با جرياني كمتر از 1.6 برابر جريان نامي ، حفاظتي از طرف فيوز بالادست وجود نخواهد داشت.
تغييرات مربوط به مشخصه هاي عملكرد حدود ± 7% است.
زمان قطع tA برابر مجموع زمان ذوب tS و زمان خاموش شدن قوس tL مي باشد.
براي اتصال كوتاه هاي بيش از 20 برابر جريان نامي فيوز و زمان ذوب كمتر از 10ms مشخصه زمان – جريان نمي توانند خيلي قابل اعتماد باشند. دراين شرايط لازم است جهت هماهنگي مقادير i2 dt بررسي شود.
شكل 9-7 يك شبكه را با فيوزهاي مختلف نشان مي دهد. براساس زمان ذوب فيوزها در مشخصه ها، هماهنگي بين فيوزها بررسي شده است. (شكل 10-7)
شكل 9-7: ارزيابي يك شبكه با فيوزهاي مختلف
شكل 10-7: مشخصه جريان – زمان فيوزها
درمثال شكل 11-7 از كليد با همان مقادير نامي بجاي فيوزها استفاده شده است. با مراجعه به مشخصه هاي شكل 12-7 ، مشاهده مي شود كه مشخصه هاي كليدها بيش از اندازه بهم شبيه مي باشند و نمي توان آنها را با هم هماهنگ كرد. بنابراين مشخصه كليد 630A بنحوي انتخاب مي شود كه با تغيير تاخير آن هماهنگي بدست آيد. با توجه به اينكه دربعد از پست توزيع فرعي، جريان اتصال كوتاه بيش از 6kA مي باشند، حفاظت پشتيبان نيز بايد درنظر گرفته شود.
شكل 11-7: ارزيابي حفاظت يك شبكه با كليد
شكل 12-7: مشخصه جريان – زمان كليدهاي يك شبكه
2-7- حفاظت پشتيبان
با بروز خطا، حفاظت اضافه جريان مناسب، آنرا تشخيص خواهد داد. براي اطمينان بيشتر در حفاظت، در وسيله حفاظتي بالادست تر نيز حفاظت پشتيبان براي اين خطا درنظر گرفته مي شود. (شكل 13-7) با وجود حفاظت پشتيبان مناسب، ظرفيت نامي قطع كليد پائين دست مي توانند از جريان اتصال كوتاه محل نصب كمتر باشد. بنابراين جريان اتصال كوتاه سه فاز در محل نصب بايد محاسبه گردد و بررسي شود كه آيا با توجه به ظرفيت قطع كليد نصب شده حفاظت پشتيبان نياز مي باشد يا خير. محدوديتهاي هماهنگي در حفاظت پشتيبان مي تواند از طريق اطلاعات سازنده نيز استخراج گردد.
شكل 13-7: حفاظت پشتيبان در يك شبكه
شكل 14-7 يك شبكه كامل را با شاخه هاي مختلف نشان مي دهد. مشخصات كليدهاي انتخاب شده نيز درهر مورد ارائه شده است.
شكل 14-7: هماهنگي و حفاظت پشتيبان دريك شبكه با كليد
براي شاخه 6A ، يك كليد قدرت با ظرفيت قطع 100 kA انتخاب شده است. قدرت قطع اين كليد 65kA است. و بنابراين حفاظت پشتيبان براي اين شاخه نياز نمي باشد. براي شاخه 32A با ظرفيت قطع 10kA ، حفاظت پشتيبان 65kA نياز مي باشد. براي شاخه 63A با ظرفيت قطع 10kA حفاظت پشتيبان 35kA از قبل وجود داشته است. كليدهاي 160A و 630A بترتيب قدرت قطع 65kA و 50kA دارند وبه حفاظت پشتيبان نياز نخواهند داشت.