تفاوت بین کلید های MCB, MCCB, ELCB & RCB, RCD یا RCCB

کلیدها با اهداف ایمنی در مناطق مسکونی، تجاری و صنعتی نصب و مورد استفاده قرار می‌گیرند و در توزیع برق در سطوح مختلف مورد نیاز هستند.کلید مناسب بسته به ظرفیت حمل جریان، ظرفیت قطع و سایر عملکردها و با توجه به نیاز یعنی VCB،ACB مدارشکن هوایی، MCCB و یاMCB انتخاب می‌شود که روند سلسله مراتبی رایج در سیستم توزیع برق محسوب می‌گردد.

کلید (CB) چیست؟

یک مدار را در شرایط نرمال و یا وقوع خطا «به صورت دستی یا خودکار» کنترل می‌کند.

مدار را در صورت وقوع خطا به صورت خودکار قطع می‌کند. «مانند اضافه جریان، اتصال کوتاه و غیره»

MCB مخففMiniature Circuit Breaker می‌باشد.

جریان نامی آن زیر 100 آمپر است.

توانایی قطع جریان زیر 18000 آمپر است.

مشخصات قطع ممکن است قابل تنظیم نباشد.

اصول کار مبتنی بر گرمایی یا گرمایی مغناطیسی است.

برای مدارات با جریان پایین «که نیاز به انرژی کمتری نیز دارند» مثل سیم‌کشی ساختمان مناسب است.

بطور کلی در جایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که جریان نرمال کمتر از 100 آمپر باشد.

MCCB مخففMolded Case Circuit Breaker می باشد.

جریان نامی آن در محدوده 10 تا 2500 آمپر است.

عملکرد حرارتی برای اضافه بار و عملکرد مغناطیسی برای قطع فوری در حالت SC «شرایط اتصال کوتاه»

نرخ قطع «قابلیت قطع جریان»می‌تواند حدود 10 تا 200 کیلوآمپر باشد.

مشخصات قطع قابل تنظیم است.

برای توان‌ها و انرژی‌های بالا مثل کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب است.

بطور کلی زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که جریان نرمال بیش از 100 آمپر باشد.

تفاوت اصلی بین MCB و MCCB در میزان جریان قطع است که برای MCB تا 10 کیلوآمپر و برای MCCB تا 200 کیلوآمپر است.

در جدول زیر تفاوت بین MCB و MCCB و همچنین مقایسه بین آنها گزارش شده است.

به خاطر داشته باشید که هم MCB و هم MCCB جزء مدارشکن‌های فشارضعیف طبقه‌بندی می‌شوند و اصول کار هر دوی آنها بر اساس خاصیت گرمایی – مغناطیسی می‌باشد.

حال سوال اینجاست که در شرایطی که ظرفیت استاندارد مورد نیاز برای حمل جریان 100A با ظرفیت قطع 15KAاست، از کدام مورد باید استفاده شود؟ MCB یا MCCB؟ فرض می‌شود که هزینه آنها خیلی متفاوت نباشد.

هر دو در حالت قاب‌بندی بوده و دارای ویژگیهای تقریبا مشابهی هستند به خصوص هنگامی که از لحاظ گزینه تنظیم حرارتی ثابت«کلید کامپکت غیر قابل تنظیم» MCCB مورد مقایسه قرار می‌گیرند و به عنوان قطع‌کننده مدار فشارضعیف طبقه بندی می‌شوند. برای تنظیم مغناطیسی، می‌توان MCB را مطابق با منحنی انتخاب نمود (Type B-C D-K-Z) و MCCB دارای تنظیمات ثابت و یا می‌تواند از نوع تنظیم شونده باشد.

بنابراین معیارهای انتخاب MCB یا MCCB چیست؟ فضای کلید نکته قابل توجهی است زیرا MCB کم حجم‌تر است و اندازه بزرگتر MCCB مزایای بسیاری مانند مکانیزم پاکسازی بهتر خطاها و قدرت قطع بسیار بیشتر را به همراه دارد. به خاطر داشته باشید که هم MCB و هم MCCB مدارشکن فشارضعیف هستند و برای پاسخگویی به استانداردهای IEC 947 ایجاد شده اند «در زیر در مورد این استانداردها بحث می‌شود.»

در واقع در استانداردهایی که از آنها پیروی می‌کنند تفاوت وجود دارد. فرض می‌شود MCB مطابق با IEC 60898-1 عمل کند «مگر در مواردی که به آن اشاره شده باشد» و بر همین اساس آزمایش شود. در حالی که یک MCCB مطابق با IEC60947 مورد آزمایش قرار می‌گیرد. بنابراین برای درک تفاوت بین MCB و MCCB، باید دیدی کلی از این دو استاندارد بدست آوریم.

رفتار کلید بر اساس این استادارد تعریف می‌شود؛ طوریکه ولتاژ کار (بین فازها)، بیش از 440ولت نباشد، جریان نامی از 125 آمپر بیشتر نباشد (محدوده از 0.5آمپر تا 125 آمپر است) و ظرفیت اتصال کوتاه نامی نباید از 25 کیلوآمپر بیشتر باشد (این مقدار معمولا در MCB برابر با 10 کیلوآمپر است). این استاندارد برای کاربری که مهارت کافی ندارند (یا کاربر غیرمستقیم) و متعاقبا برای تجهیزاتی که مورد نگهداری قرار نمی‌گیرند، طراحی شده است و همچنین درجه آلودگی تحت پوشش از صفر تا میزان ماکسیمم است (درجه 2). این مدارشکن‌ها در منازل مسکونی، مغازه‌ها، مدارس و تابلوهای توزیع برق ادارات یافت می‌شوند.

این استاندارد برای کلیدهایی بکار می‌رود که کنتاکت‌های اصلی آنها برای اتصال به مدارها در نظر گرفته شده است، ولتاژ نامی آنها از 1000 ولت a.c یا 1500ولت d.c بیشتر نباشد و همچنین شامل الزامات اضافی برای مدارشکن‌های با فیوز می‌باشد. در این استاندارد، محدوده بسیار وسیعی از ظرفیت حمل جریان پوشش داده می‌شود « محدوده 6 تا 6300 آمپر» و برای کاربری که دارای مهارت کافی است، در نظر گرفته شده است. همچنین قرار است این دستگاه به درستی نگهداری شود و درجه آلودگی آن 3 یا بیشتر باشد. این مدارشکن‌ها دارای کاربردهای صنعتی هستند و از توزیع برق تا 1000 ولت AC و 1500 ولت DC محافظت می کنند.

بنابراین مشخص است که این موارد در اصول آنها متفاوت است. برای شرایط داخلی و بدون آلودگی طراحی شده و برای کاربردهای نامساعد و بیرونی که دارای درجه آلودگی 3 هستند، مناسب نخواهد بود.

بنابراین، کاربردها و نیازها مشخص می‌کنند که از کدام دستگاه استفاده شود.

همانطور که همه چیز در بخش‌های قبل روشن شد، اطلاعات مربوط به مقادیر مجاز MCB که روی پلاک آن نمایش داده شده، اما انتخاب MCB یا MCCB بر اساس عوامل و شرایط خاصی که در زیر آمده انجام می‌گیرد:

Isc به عنوان درصدی از ICU (به تفاوت بین Isc و ICU در مدارشکن مراجعه نمایید)

ماکزیمم ولتاژ در حال کار

ولتاژ عایقی

کارکرد مکانیکی «تحمل و دوام»

ظرفیت قطع به ازای هر ولتاژ کاری

در زیر انواع MCB وجود دارد که حفاظت از خطای مغناطیسی را نشان می‌دهد. همچنین، به منظور جلوگیری از اضافه بار تصادفی در کابل یا الکتروموتور یا دیگر بارهای الکتریکی در شرایط بدون خطا، در MCB یک دستگاه حرارتی «رله بیمتال یا تاخیری» وجود دارد تا احتمال انجام عمل قطع ناخواستهMCB را از بین ببرد. برای حفاظت اتصال کوتاه در لوازم خانگی، جریان مجاز در حدود 6KA است، در حالی که برای کارکردهای سنگین و صنعتی، بیشتر از 10KA است.

به طور دقیق تر هنگام طراحی تاسیسات الکتریکال میزان بار و جریانهای لحظه ای و قدرت اتصال کوتاه هر مدار را باید در نظر بگیریم که جزییات آن در مقالات بعدی ارائه شده.

I(CU ) برای کلید های صنعتی تعریف شده و نهایتا« مقدار 16KA » دارد.

ICn برای کلید های خانگی تعریف شده و نهایتا « مقدار 10KA » دارد.

«ظرفیت نهایی» ( ICu=Capacity Ultimate)I_CS≤ I_(CU &) I_Cn

:I_(m ) جریان قطع رله مغناطیسی است که در کلید های مینیاتوری به سه دسته B-C-D دسته بندی می شوند و در کلید های کمپکت قابل تنظیم به صورت دستی است.

کلید های MCCB نوع A نزدیک به بار و دارای حفاظت بیمتال و اتصال کوتاه مغناطیسی هستند و تنظیمات پیشرفته زمانی بیشتری ندارند.

کلید های MCCB دسته B دارای قدرت قطع بالاتر و حفاظتهای میکروپروسسوری هستند و در بخشهای ابتدایی فیدر ها قرار می گیرند مانند تابلو اصلی ترانسفورماتور.عموما قدرت تنظیم سلکتیویته بالاتری نسبت به نوع A دارند.

در طراحی ها جهت حفاظت از خود مدار باید کلید های مینیاتوری یا حفاظت مدار ، جریان عبوری از هادی را به کمتر از 1.45×I_Z^' محدود کند.همچنین پس از وقوع اتصالی فاز به بدنه ، مدار را بعد از 0.4 ثانیه برای مدار های نهایی کمتر از 32 آمپر و 5 ثانیه برای مدار های توزیع غیر نهایی قطع کند.

مقادیر نامی MCB و فیوز بر حسب آمپر است که جریان نامی یا جریان مجاز نامیده می‌شود.

بخاطر داشته باشید که فیوز یا MCB با جریان نامی 50 آمپر در صورتیکه جریان عبوری از آن بیش از 50 آمپر باشد، قطع نخواهد کرد.

دلیل آن این است که MCB و فیوز با جریان نامی مشابه دارای ویژگی های مختلفی هستند.

برای یکType B MCB 63A و یک فیوز 60Aکه باید در 0.2 ثانیه قطع کند، MCB در260A و فیوز در600A قطع می‌کند. این مطلب نشان می‌دهد که تاخیر فیوز نسبت به MCB بسیار زیاد است.

در مورد فیوز، اگر جریان نامی 60A باشد، قادر است حداکثر تا 80A را به مدت یک یا دو ساعت عبور دهد که دقیقا مشابه کابلهای PVC مدرن است که 50٪ جریان اضافه بار را به مدت یک ساعت نگه می‌دارد.

در کل فیوز یک تجهیز دارای المان ذوب شونده و غیر قابل تعمیر می‌باشد که قدرت بالای قطع آن نسبت به مکانیزم کوچک و ارزان آن،دلیلی برای استفاده در برخی مدارات مانند حفاظت واحد های بانک های خازنی و حفاظت ارستر ها و ... باشد.

ELCB مخفف «کلید زمین نشتی است» و از آن برای محافظت از یک فرد در برابر شوک الکتریکی و آسیب‌دیدگی استفاده می‌شود. نیاز به این وسایل به دلیل افزایش تعداد صدمات و همچنین مرگ و میرهای ناشی از برق گرفتگی افزایش یافته است. این دستگاه تقریبا 50 سال پیش اختراع شده اما امروزه ELCB به دلیل برخی معایب چندان مناسب نیست؛ از این رو دستگاه دیگری به نام «مدارشکن باقیمانده» یا RCD تجهیزات جریان باقیمانده که عملکرد آنها یکسان و با مزایای بیشتر است، مورد استفاده قرار می‌گیرد اما تئوری عملکرد آنها کاملا متفاوت از ELCBاست.

همانطور که از نامش مشخص است، با جریان نشتی زمین کار می‌کند

سیم خط (فاز یا برقدار)، خنثی (N) و زمین از طریق ELCB به نقاط بار متصل می‌شوند.

همانطور که از نامش مشخص است، با جریان نشتی زمین کار می‌کند،

سیم خط (فاز یا برقدار)، خنثی (N) و زمین از طریق ELCB به نقاط بار متصل می‌شوند.

بر اساس استانداردهای بین‌المللی بدنه تمام لوازم برقی باید زمین شوند. در اینصورت، احتمال برق‌گرفتگی وجود نخواهد داشت. برای عملکرد صحیح ELCB، نیاز است تا میله‌ای فلزی در اعماق خاک دفن گردد و ELCB بین سیمی که از میله می‌آید و سیم متصل به بدنه فلزی خارجی دستگاه برقی، متصل می شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که ELCB به سیم زمین متصل است.

هنگامی که سیم برقدار (به طور تصادفی) به بدنه فلزی دستگاه تماس یابد، در این صورت پتانسیل ایجاد شده بین میله زمین‌شده و محفظه فلزی آن دستگاه وجود دارد. مدار «درون ELCB»اختلاف پتانسیل را حس می‌کند و هنگامی که به 50 ولت برسد، ELCB منبع تغذیه را از دستگاه متصل به آن قطع می‌کند و از این طریق ایمنی افراد تضمین می‌گردد.

بدون اتصال زمین مناسب، ELCB کار نخواهد کرد. اگر سیم متصل به میله زمین شل یا شکسته شود، ELCB قادر نخواهد بود ولتاژ خطرناکی را که روی بدنه فلزی دستگاه الکتریکی/ الکترونیکی قرار گرفته، حس کند.

ELCB بین سیم زمین شده و بدنه فلزی وسایل برقی وصل شده است. اما مسیرهای موازی بسیاری برای عبور جریان از بدنه دستگاه متصل به زمین وجود دارد بدون آنکه از سیم زمین عبور کند. به عنوان مثال، بسیاری از لوله‌های فلزی در منازل وجود دارد که می‌توانند مسیری موازی را برای عبور جریان به سمت زمین فراهم کنند. به این ترتیب، بعضی اوقات ELCB قادر به تشخیص ولتاژ خطرناک بر روی بدنه فلزی دستگاه نیست که این خود ممکن است باعث صدمات جدی شود.

اگر کسی با سیم فاز برقدار در تماس باشد،ELCB قطع نخواهد کرد زیرا در این حالت، هیچ جریانی در سیم زمین وجود نخواهد داشت. در واقع، جریان از سیم برقدار از طریق بدن فرد به زمین جریان می‌یابد.

هنگامی که یک سیم برقدار با سیم نول در تماس باشد، اتصال کوتاه رخ خواهد داد، از این رو، ELCB قطع نخواهد کرد زیرا هیچ جریانی در سیم زمین وجود نخواهد داشت.

موارد بسیاری وجود دارد که در آنها جریان در سیم زمین وجود دارد، اما وضعیت چندان خطرناک نیست، واشتباها قطع می‌کند. مثلا با برخورد صاعقه، جریان در سیم زمین برقرار می‌گردد و ELCB قطع می‌کند.

به منظور برطرف نمودن معایب ELCB که در فوق بدان اشاره گشت، دستگاه دیگری به نام مدارشکن نشتی (باقیمانده) (RCB) ساخته شده که برای محافظت در برابر نشتی زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دستگاه جریان باقیمانده (RCD) که به عنوان قطع‌کننده جریان نشتی (RCB) یا مدارشکن جریان باقیمانده (RCCB) نیز شناخته می‌شود.

قطع‌کننده جریان نشتی (RCD) بر این فرض کار می‌کند که در صورتی که راه دیگری برای عبور جریان وجود نداشته باشد، جریان ورودی به دستگاه برقی باید از سیم نول خارج شود. به عبارت ساده، RCD جریان ورودی به داخل دستگاه و جریان خروجی از آن را اندازه‌گیری می‌کند. اگر هر دوی این جریان‌ها برابر باشند، دیگر مشکلی در عملکرد نرمال دستگاه وجود نخواهد داشت.

این دستگاه اگر هم واحد حفاظت جریانی نیز داشته باشد، RCCB نامیده می‌شود. این دستگاه نسبت به ELCB حساس‌تر و دقیق‌تر است و عملکرد آن مانند ولتاژ ELCB به طور کامل به اتصال سیم زمین بستگی ندارد. برخی از مشخصه‌های (RCD) RCCB به شرح زیر هستند:

بیشتر RCDهای مورد استفاده در محدوده 10 تا 30 میلی آمپر هستند.

از RCCB با 300 تا 500 میلی آمپر برای حفاظت در برابر آتش گرفتگی مانند مدارات روشنایی و با شوک الکتریکی کم استفاده می‌شود.

سیم‌های فاز «برقدار» و نول «خنثی» از طریق RCCB به نقطه بار متصل می‌گردند.

RCD زمانی عمل می‌کند که یک جریان خطای زمین در مدار وجود داشته باشد.

جریان‌های برابری باید در سیم‌های فاز و نول برقرار گردد.

اگر RCD جریانی نابرابر در سیم فاز و نول را تشخیص دهد (همانطور که در بالا گفته شد جریان سیم فاز و نول باید یکسان باشد)، مدار قطع و نقاط بار را در 30میلی ثانیه از مدار حذف می‌کند.

تجهیزات RCD در حفاظت در برابر شوک الکتریکی بسیار موثر هستند.

در خانه‌ای که سیستم زمین فقط به میله زمین وصل شده و نه به کابل‌های تغذیه ورودی، کلیه مدارها باید توسط یک RCD محافظت شوند. در غیر این صورت، ممکن است که از MCB جریان خطای مشخصی که برای قطع MCB از مدارهای متصل به آن مهم است عبور نکند.

در شرایط عادی پلاریته سیم پیچ‌فاز و سیم‌پیچ نول مخالف یکدیگر است. بنابراین،EMF ایجاد شده توسط سیم فاز، EMF سیم نول را حذف می‌کند. اگر در جریان ورودی و خروجی اختلاف وجود داشته باشد،EMF حاصل صفر نخواهد شد و می توان آن را توسط CTیاRCB حس کرد. سیگنال حاصل از ترانسفورماتور جریان RCB به مدار RCB اعمال می‌شود و کنتاکت‌های اصلی قدرت را باز می‌کند.

اگر هیچ اتصالی بین زمین و بدنه دستگاه وجود نداشته باشد و شخص بدنه فلزی آن دستگاه را لمس کند، در این حالت جریان ورودی و خروجی متفاوت خواهد بود وRCB برخلاف ELCB مدار را قطع خواهد کرد.

عملکرد RCB «قطع‌کننده جریان باقیمانده» تحت تاثیر برخورد صاعقه قرار نمی‌گیرد.

مدار را به صورت اشتباه قطع نمی‌کند.

RCD در برابر جریان اضافه بار حفاظتی ایجاد نمی‌کند. اما MCB اصلی مدار را قطع خواهد نمود چرا که RCCD در صورت وجود خطای فاز یا خنثی مثلا اتصال کوتاه و اضافه بار مدار را قطع نمی‌کند. به همین دلیل از RCBO[9] ( RCD باMCB در یک واحد مجزا) برای حفاظت مناسب استفاده می‌شود.

RCD فقط بر روی شکل موج‌های تغذیه نرمال عمل می‌کند، یعنی شکل موج‌های پالسی DC و نیم‌موج یکسوشده را آشکار نمی‌کند. به همین دلیل از RCCB خاصی استفاده می‌شود که روی ولتاژ پالس DC یکسوشده نیز کار می‌کند.Type B و ...

عملکرد نادرست RCD در صورت تغییر ناگهانی جریان بار

RCD ها بسیار حساس هستند و حتی در مقابل جریان خطای بسیار کوچک نیز خیلی سریع کار می‌کنند. در صورت کلید زنی وسایل برقی قدیمی، یک جریان عبوری کوچک و ثابت از طریق زمین وجود دارد که منجر به قطع مدار می‌شود.

RCD در برابر گرمای بیش از حد، شوک های فاز – نول، و پریزی که با ترمینال های فاز و نول خود سیم‌کشی شده است، حفاظت قطعی انجام نمی‌دهد.

همانطور که که می‌دانیم RCD در برابر اضافه بار حفاظتی انجام نمی‌دهد. از این رو یکMCB و یک RCD در یک واحدی موسوم به RCBO (Residual Circuit Breaker with Overload) ارائه می‌شوند که اصول کارکرد آن همانند آنچه در بالا بدان اشاره شد، می‌باشد اما عملکردی بهتر و قابل‌اطمینان‌تر و همچنین حفاظت در مقابل اضافه بار را در محفظه‌ای مجزا فراهم می‌کند.

به خاطر داشته باشید که هم ELCB و RCCB برای یک منظور استفاده می‌شوند اما اتصال سیم‌کشی متفاوت بوده یعنی در RCCB، فقط سیم فاز و خنثی باید به آن وصل شود در حالی که در ELCB، سیم اصلی زمین به آن متصل می‌شود.