کلید هوایی چیست؟ (معرفی اجزا، کاربرد و نحوه عملکرد کلید ACB)

کلید هوایی چیست؟ استفاده از آنها چه مزیتی در سیستم های برق صنعتی دارد؟ کلیدهای هوایی یا ACB، یک قطعه کنترل برق هستند که جهت حفاظت و کنترل تجهیزات برقی در شبکه هایی با توان بالا کاربرد دارند. کارکرد اصلی این کلیدها سوئیچینگ و حفاظت از مدار است. در شرایطی مانند اتصال کوتاه شبکه، افزایش یا کاهش ولتاژ، افزایش حرارت تجهیزات با عبور جریان بالا، و … محافظت از شبکه را بر عهده دارند.

کلید هوایی acb در ورودی تابلوها که جریان بالایی دارند مورد استفاده قرار می گیرند. با کاربرد آنها در ورودی تابلوها حالت سلکتیو بین کلیدهای ورودی و خروجی فراهم می شود. در این مقاله از آزند اتوماسیون به معرفی این قطعه، اجزای آن، نحوه عملکرد و کاربردهای آن می پردازیم.

کلید هوایی چیست؟

کلید هوایی (Air Circuit Breaker)، که به آن بریکر هوایی یا مدارشکن هوایی هم گفته می شود، یک کلید برق الکتریکی است که عملکردی اتوماتیک دارد. این کلید نوعی قطع کننده خودکار فشار ضعیف است که در ورودی تابلو برق های فشار ضعیف با جریانی از آمپرهای بالا به کار می رود.

یکی از کارکردهای این کلیدها محافظت از مدارهاست. به این شکل که بعد از تشخیص عیوبی چون اضافه بار، اتصال کوتاه آنی، تاخیری و اتصال به زمین، جریان را قطع می کنند. علت نامگذاری کلیدهای هوایی با این عنوان به دلیل انجام مکانیزم سیستم اطفاء جرقه این کلیدها در هوای آزاد است.

مهم ترین ویژگی های بریکرها را می توان به صورت زیر برشمرد:

• قابلیت قطع و وصل جریان برق به صورت خودکار و امکان محافظت از تجهیزات برقی در برابر اتفاقات ناخواسته
• محافظت از دستگاه های الکتریکی در شرایط وقوع خطاهایی چون افزایش جریان
• امکان مانیتورینگ و کنترل پارامترهای برق و عیب یابی سیستم

کاربرد بریکرهای هوایی

با توجه به ساختار فشرده، سایز کوچک و بازدهی بالا، این کلیدها عمدتا در ایستگاه های توزیع برق، شرکت های صنعتی و سیستم های پرقدرت چون ترانسفورماتورها و ژنراتورها کاربرد دارند.

به دلیل عملکرد بالای حفاظتی، کلیدهای مدارشکن جهت اطمینان از ایمنی خطوط برق و تجهیزات الکتریکی هم مورد استفاده قرار می گیرند. این کلیدها در صورت وجود عیوبی چون اضافه بار، افت ولتاژ و اتصال کوتاه در خطوط برق یا تجهیزات الکتریکی، مدار را قطع می کنند. از سایر کاربردهای این کلیدها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• محافظت از مولدها و ماشین های الکتریکی
• حفاظت موتوری (به دلیل قابلیت تحمل جریان نامی بالاتر)
• اجرای فرمان های مختلفی چون رله های شنت، اینترلاک، کنتاکت های کمکی و خطا و … از طریق نصب تجهیزات متنوع جانبی
• ثبت خطاها و گزارش آن از طریق آلارم
• سنجش پارامترهای مختلف شبکه (جریان، ولتاژ، هارمونیک و …)
• قطع و وصل شبکه اصلی در تابلوهای توزیع فشار ضعیف
• کنترل ترانسفورماتورهای قدرت

راهنمای جامع کلید هوایی (ACB): اجزا، عملکرد، انواع و کاربردها

اجزای کلید هوایی

اصلی ترین اجزای کلید هوایی چیست و هر یک چه کارکردی دارند؟ در این کلیدها قطع و وصل جریان برق در سیستم های با قدرت بالا و فشار زیاد توسط اجزای زیر انجام می شود:

بدنه: این بخش از فلزی مقاوم ساخته شده است و قابلیت تحمل شرایط سخت و انواع فشارها را دارد.

سیستم سوئیچینگ: این سیستم جهت قطع و وصل جریان برق کاربرد دارد. سیستم سوئیچینگ شامل سوئیچی قوی جهت باز و بسته کردن مسیر جریان برق است.

مکانیزم عملکرد: مکانیزم کارکرد بریکرها اتوماتیک و قابل برنامه ریزی است. این مکانیزم به شکلی است که با فشردن دسته کنترل، سوئیچ باز و بسته می شود.

کنترل الکترونیکی: این بخش وظایفی چون برنامه ریزی، کنترل عملکرد کلید و نظارت بر پارامترهای مختلف را انجام می دهد.

سیستم حفاظت: این سیستم متشکل از رله ها و سنسورهای مختلفی است که در شرایطی چون تغییرات حرارت و فشار یا جریان بیش از حد وارد عمل می شود.

دسته کنترل: این دسته جهت کنترل عملکرد کلید ACB طراحی شده است. فشردن یا گرفتن آن، سوئیچ را باز یا بسته می کند.

تجهیزات جانبی کلیدهای مدارشکن

• اینترلاک مکانیکی: بخشی است که جهت اجرای کلیدزنی مدارات قدرت در ترتیبی صحیح کاربرد دارد. به واسطه این قابلیت امکان قطع بودن یک کلید در زمان وصل بودن کلید دیگر فراهم می شود.
• کنتاکت کمکی: این بخش از تجهیزات کلیدهای مدارشکن عموما جهت کنترل از راه دور کاربرد دارد. این کنتاکت ها شامل دو کنتاکت باز و دو کنتاکت بسته بر روی کلید هستند.
• رله شنت (رله دائم قطع): این رله برای کنترل تریپ مدار و فرمان دادن از راه دور به کلید کاربرد دارد. از ویژگی های رله شنت این است که نباید به طور مداوم وصل باشد. در غیر اینصورت، علاوه بر داغ شدن و آسیب دیدن سیم پیچ آن، عملکرد سیستم موتوری برای کلید هوایی را دچار اختلال می کند. این رله فقط باید با پالس 110-70 درصد ولتاژ نامی کلید تحریک شود. در این شرایط، فعال شده و کلید را قطع می کند.
• محافظ میکرولاجیک (واحد تریپ): این بخش یک واحد کنترلی است که حفاظت هایی چون خطای زمین، نول، اتصال کوتاه، اضافه بار و اعلام خطر اضافه بار در کلید هوایی انجام می دهد. محافظت از مدارات قدرت، نمایش و اندازه گیری مقادیر نامی توان، جریان و ولتاژ از دیگر کاربردهای این قطعه است. واحد تریپ شامل انواع زیر است:
• میکرولاجیک نوع A: اندازه گیری و نمایش جریان RMS را انجام می دهد.
• میکرولاجیک نوع P: کارکردی مشابه نوع A دارد. علاوه بر این، جهت اندازه گیری ولتاژ و سنجش دقیق توان هم کاربرد دارد.
• میکرولاجیک نوع E: اندازه گیری پارامترهایی چون ولتاژ میانگین و نامتعادل، ضریب توان، دیماند توان و انرژی و جریان و ولتاژهای فاز به فاز  را انجام می دهد.
• بوبین وصل یا OC: یک قطعه الکتریکی جهت صدور فرمان وصل شدن کنتاکت های کلید هوایی است.
• بوبین قطع یا CC: یک قطعه الکتریکی جهت صدور فرمان قطع شدن کنتاکت های کلید هوایی است.
• آندر ولتاژ (واحد UVT): این رله جهت کنترل افت ولتاژ شبکه در کلیدهای مدارشکن کاربرد دارد. به همین دلیل به آن رله کاهش ولتاژ نیز گفته می شود. در صورت کمتر بودن ولتاژ دو سر این رله از یک مقدار استاندارد، فرمان قطع مدار را به بریکر می دهد.
• موتور: اهمیت وجود موتور در کلید هوایی چیست؟ موتور بخشی است که شارژ فنر کلید هوایی را انجام می دهد. با استفاده از آن امکان شارژ فنر کلید از راه دور وجود دارد.

نحوه عملکرد کلید هوایی

عملکرد کلیدهای مدارشکن با توجه به کنتاکت های این کلیدها قابل توضیح است. بریکرها دارای دو کنتاکت اصلی و جرقه زن هستند. عبور جریان در زمان وصل مدار فرمان کلید هوایی توسط کنتاکت اصلی و انتقال جرقه های حاصل از قطع مدار به سمت جرقه گیر توسط کنتاکت جرقه زن انجام می شود. به محض قطع کلید کنتاکت های اصلی از هم جدا شده، ولی کنتاکت های جرقه زن هنوز وصل می باشند.

با قطع شدن این کنتاکت ها جرقه ایجاد شده بین آنها به سمت محفظه جرقه گیر می رود. با سرد و شکافته شدن قوس الکتریکی ایجاد شده در این محفظه، ولتاژ جرقه مقداری بسیار بزرگ تر از ولتاژ سیستم در زمان کارکرد کلید می شود. در نهایت قوس الکتریکی خاموش می شود.

انواع کلیدهای بریکر (ACB)

کلیدهای بریکر در دو نوع ثابت و فیکس ساخته می شوند.

کلید هوایی ثابت (Fix type): شامل پنل هایی نصب شده در دو طرف بدنه هستند. در این مدل، کلید و بدنه کاملا به هم کوپل شده و نصب کلید به طور مستقیم روی تابلو انجام می شود.

کلید هوایی کشویی (Draw-out type): در این نوع، نصب کلید روی یک ریل انجام می شود. در نتیجه امکان جابجایی و دسترسی به بخش های مختلف آن وجود دارد. در مواردی که امکان قطع طولانی مدت مدار وجود نداشته باشد یا هزینه زمانی تعویض کلید در زمان خرابی بالا نباشد، این کلیدها کاربردی هستند.

ویژگی های یک بریکر هوایی استاندارد

• طراحی کلیدهای مدارشکن باید به شکلی انجام شود که امکان دسترسی به آنها در تابلو برق وجود داشته باشد تا بتوان به راحتی سرویس یا تعمیر تابلو را انجام داد.
•  ایمنی لازم برای محافظت اپراتور هنگام کلیدزنی یا ورود و خروج کلید به محفظه در تابلوهای کشویی رعایت شده باشد.
•  همخوانی درجه حفاظت تابلو و درجه حفاظت کلید رعایت شده باشد.
• محفظه کلید فشار متوسط باید طراحی مقاومی داشته باشد. این ویژگی برای جلوگیری از ایجاد خلل در روند کار تابلو تحت شرایطی چون نوسانات دمایی محیط، کارکرد و اتصال کوتاه حائز اهمیت است.
• با استفاده از اینترلاک مناسب بین کلیدها حداقل ایمنی لازم جهت محافظت از اپراتور و تجهیزات لحاظ شود.

مزایا و معایب کلید های ACB

مزایا:

• تشخیص تقدم قطع یا قابلیت سلکتیویتی این کلیدها بالاست.
• دوام بالاتری در مقایسه با کلیدهای اتوماتیک کامپکت دارند.
• این کلیدها قابلیت تحمل جریان کوتاه را دارند. در نتیجه، خسارات غیر قابل تعمیر به سیستم را به حداقل می رسانند.
• به دلیل بهره بردن از رله های الکترونیکی و میکرو پروسسوری دقت و انعطاف پذیری این کلیدها جهت حفاظت از شبکه بیشتر است.
• احتمال بروز خطر آتش سوزی در این کلیدها وجود ندارد.
• به دلیل ساختار مستحکم عمر مفید بیشتری دارند و کمتر نیاز به تعمیرات مکرر پیدا می کنند.

معایب:

• اتصالات لوله های هوای داخل کلید ممکن است با احتمال نشت و افت فشار هوا مواجه شود.
•  مسیری طولانی برای خاموش کردن آرک توسط کنتاکت های کلید باید طی شود.
• ضعیف بودن میدان مغناطیسی در سیستم های جریان پایین عملکرد کلیدهای مدارشکن را کاهش می دهد.
• با خاموش شدن آرک گازهای اضافی تولید و در جو منتشر می شوند.
• دسترسی به کنتاکت ها با برداشتن جرقه گیرها به راحتی امکان پذیر است.

در پایان، ویژگی های مهم جهت خرید بریکرها

با توجه به اهمیت بریکرها در تجهیزات برق صنعتی، خرید این قطعات و کلید اتوماتیک هوایی باید دقت کافی انجام شود. اما مهم ترین فاکتورها برای خرید کلید هوایی چیست؟ در پاسخ به این سوال باید به ویژگی هایی چون نوع، قدرت برق، ایمنی و کیفیت ساخت قطعه اشاره کرد.

سازگاری توان خروجی کلید ACB با نیازهای سیستم اهمیت زیادی دارد. پیش از خرید باید از همخوانی قدرت برق کلید با نیازهای سیستم اطمینان حاصل کرد. برخوردار بودن کلید از ویژگی های امنیتی مانند محافظت آن در برابر بار اضافی یا اتصال کوتاه نکته دیگری است که در خرید این قطعه مهم تلقی می شود. ساخت کلید با متریال باکیفیت و مطابق با استانداردهای لازم برای عملکرد بهینه از دیگر ویژگی های مهم در این زمینه است. در نهایت، وجود برخی قابلیت های اضافی چون مانیتورینگ برق یا قابلیت تنظیم جریان هم می تواند عملکرد بهینه ای را از این قطعه ارائه دهد.

 قطعا مراجعه به فروشگاه های معتبر عرضه کننده این تجهیزات می تواند اطمینان خاطر شما را از خرید محصولی اورجینال و باکیفیت فراهم کند. برای خرید برترین برندهای تجهیزات اتوماسیون صنعتی و برق صنعتی به آزند اتوماسیون مراجعه کنید.

سوالات متداول

1. کلید هوایی (ACB) چیست؟

کلید هوایی یک کلید برق اتوماتیک است که برای قطع و وصل جریان در مدارهای با جریان بالا استفاده می‌شود. این کلید‌ها با مکانیزم اطفای جرقه در هوا، مدار را در شرایطی مانند اضافه بار، اتصال کوتاه و افت ولتاژ محافظت می‌کنند.

2. کاربرد اصلی کلید هوایی چیست؟

ACBها عمدتاً در ورودی تابلوهای برق فشار ضعیف و شبکه‌های صنعتی پرقدرت به کار می‌روند تا از تجهیزات و خطوط برق در برابر اضافه جریان، اتصال کوتاه و خطاهای زمین محافظت کنند.

3. کلید هوایی چگونه مدار را قطع می‌کند؟

در هنگام بروز خطا، کنتاکت‌های اصلی کلید باز شده و جریان به کنتاکت‌های جرقه‌زن منتقل می‌شود. جرقه ایجاد شده به سمت محفظه جرقه‌گیر هدایت شده و با سرد و شکافته شدن قوس الکتریکی، جریان مدار قطع می‌شود.

4. اجزای اصلی کلید هوایی کدام‌اند؟

• بدنه فلزی مقاوم
• سیستم سوئیچینگ (کنتاکت‌ها)
• مکانیزم عملکرد و دسته کنترل
• کنترل الکترونیکی و سیستم حفاظت (رله‌ها و سنسورها)
• تجهیزات جانبی شامل اینترلاک، رله شنت، کنتاکت کمکی، بوبین وصل/قطع و رله UVT

5. انواع کلید هوایی کدام‌اند؟

• ثابت (Fix type): نصب مستقیم روی تابلو، غیرقابل جابجایی
• کشویی (Draw-out type): نصب روی ریل، قابلیت جابجایی و دسترسی آسان

6. مزایای استفاده از کلید هوایی چیست؟

• قابلیت سلکتیویتی بالا و تشخیص تقدم قطع
• دوام و عمر مفید بیشتر نسبت به کلیدهای کامپکت
• تحمل جریان کوتاه بالا
• دقت و انعطاف پذیری بالا با رله‌های الکترونیکی
• کاهش خطر آتش‌سوزی

7. معایب کلید هوایی چیست؟

• احتمال نشت هوا در لوله‌های داخلی
• مسیر طولانی خاموشی آرک و تولید گازهای اضافی
• کاهش عملکرد در جریان پایین
• دسترسی راحت به کنتاکت‌ها با برداشتن جرقه‌گیر

8. کلید هوایی در چه مکان‌هایی کاربرد دارد؟

• تابلوهای توزیع فشار ضعیف و صنعتی
• ایستگاه‌های توزیع برق
• ترانسفورماتورها و ژنراتورها
• حفاظت موتورها و ماشین‌های الکتریکی

9. رله میکرولاجیک چیست و چه کاربردی دارد؟

واحد میکرولاجیک، یک رله حفاظتی است که اضافه بار، اتصال کوتاه، خطای زمین و افت ولتاژ را تشخیص داده و مدار را قطع می‌کند. همچنین جریان، ولتاژ و توان مصرفی شبکه را مانیتور می‌کند.

10. هنگام خرید کلید هوایی به چه نکاتی توجه کنیم؟

• تطابق توان کلید با نیاز سیستم
• برخورداری از حفاظت اضافه بار و اتصال کوتاه
• کیفیت ساخت بالا و استاندارد بودن
• وجود قابلیت مانیتورینگ و تنظیم جریان