کلید مینیاتوری

کلید مینیاتوری چیست؟

کلید مینیاتوری یا فیوز مینیاتوری یا همان MCB مخفف واژه Miniature Circuit Breaker یک کلید الکترومکانیکی خودکار می باشد و تجهیزی است که مصرف کننده را هم در برابر خطای اتصال کوتاه و هم جریان اضافه بار حفاظت می کند و به علت خودکار بودن، بعد از قطع شدن، مجدد به مدار باز می گردد.

 کلیدهای مینیاتوری غیر قابل تنظیم بوده و می توانند هم به صورت مغناطیسی و هم به صورت حرارتی عمل کنند. علت اینکه این کلیدها را کلید خودکار مینیاتوری می نامند این است که عمل قطع مدار را به صورت اتوماتیک و خودکار انجام می دهد و مجدد به حالت آماده به کار باز می گردد. یکی از تفاوت های اصلی کلید های خودکار مینیاتوری با فیوز ها هم همین مورد است. یعنی اینکه فیوز ها یکبار مصرف هستند و پس آب شدن و قطع مدار، باید تعویض شوند و مجدد به چرخه کار باز نمی گردند. اما کلیدهای خودکار مینیاتوری علاوه بر اینکه قابل قطع شدن زیر بار نیز هستند و هم به صورت خودکار و هم به صورت دستی می توانند مدار را قطع کنند، پس از قطع مدار مجدد آماده به کار می شوند و بارها این عمل را می توانند تکرار کنند. هایپر صنعت فامکو ارائه دهنده انواع کلیدهای مینیاتوری می باشد.

طریقه عملکرد کلید مینیاتوری

1. عملکرد الکترومغناطیسی

همان طور که می دانیم اتصال کوتاه یک نوع خطا است که در صورت وقوع آن جریان بسیار بالایی از مدار عبور می نماید و این جریان بسیار زیاد سبب ایجاد حرارت بسیار بالا و شوک به مدار می گردد و گاها سبب آتش سوزی و از بین رفتن مدار و مصرف کننده می شود. از این رو لازم است تجهیزی جهت تشخیص و حفاظت از مدار جهت جدا کردن قسمت آسیب دیده از سالم به کار برده شود. کلید مینیاتوری این جریان اتصال کوتاه را از طریق یک سیم پیچ با تعداد دور کم و قطر زیاد تشخیص می دهد.

نمای داخلی سیستم عملکرد مغناطیسی داخل مینیاتوری

2. عملکرد بی متال

تشخیص جریان اضافه بار نیز در کلید مینیاتوری همانند بسیاری از تجهیزات دیگر از طریق دو قطعه فلز نیمه هادی (بی متال) صورت می پذیرد، به طوری که هرچه جریان بیشتری از طریق مصرف کننده (بار) کشیده شود فلز گرم تر شده و در نتیجه خم می شود و ارتباط مدار قطع می گردد.

رنج جریانی کلیدهای مینیاتوری از 2 الی 100 آمپر می باشد و به صورت تک فاز و سه فاز و در انواع تک پل، دو پل، سه پل، و چهار پل و معمولا تا قدرت قطع 16 کیلو آمپر موجود هستند.

به دلیل رنج قطع محدودی که کلیدهای مینیاتوری دارند، برای حفاظت از بارهایی که جریان اتصال کوتاه بالایی دارند مناسب نیستند، در اینگونه بارها از کلیدهای اتوماتیک کمپکت استفاده می گردد که جریان قطع اتصال کوتاه بالاتری دارند.

نحوه انتخاب کلید مینیاتوری مناسب

کلیدهای مینیاتوری شامل تقسیم بندی های مختلفی هستند. که این تقسیم بندی ها بر اساس سرعت قطع و تعداد پل آنها انجام می شود. در هنگام انتخاب کلید مینیاتوری باید بسته به نوع کاربرد و نوع حفاظت مورد نیاز، کلیدی انتخاب شود که علاوه بر قطع تمام جریان های ناخواسته، حفاظت لازم را برای سیستم فراهم کند، در غیر این صورت خسارت های زیادی به تجهیزات، مدارات و جان انسان ها وارد می شود.

دسته بندی کلیدهای مینیاتوری

کلیدهای مینیاتوری بسته به محدوده قطع جریان آنها به دو دسته تندکار و کندکار تقسیم می شوند که این تقسیم بندی تیپ کلیدها را تعیین می کند.

کلیدهای تندکار محدوده قطع جریان کمتری دارند و بعد از احساس اضافه جریان، با تاخیر بسیار کمی، مسیر جریان اضافه را قطع می کنند. ولی کلیدهای کندکار، نسبت به کلیدهای تندکار، محدوده قطع جریان آنها بیشتر بوده و سرعت قطع ملایم تری دارند، با تاخیر بیشتری عمل می کنند و طبیعتا در اضافه جریان بیشتری فرمان قطع را صادر می کنند. از این دسته از کلیدها بیشتر برای حفاظت مدارات موتوری استفاده می شود، زیرا در این مدارات جریان راه اندازی بالاست و علت کارگذاری کلید مینیاتوری کندکار این است که تاخیر در عملکرد آنها باعث قطع سریع موتور به محض راه اندازی نشود.

کلید مینیاتوری تیپ B (تندکار)

برای تجهیزاتی به کار می روند که ضریب اتصال کوتاه پایین تری دارند. این مینیاتوری ها به سرعت با تشخیص اضافه بار به حالت قطع می روند. همچنین در جریان اضافه بار لحظه ای بین 3 تا 5 برابر جریان نامی و در زمان مشخص، جریان خروجی را قطع می کنند. در مصارف خانگی و روشنایی و همچنین در سیستم های IT و TN به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرند.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ روشنایی نیز می گویند.

کلید مینیاتوری تیپ C (کندکار)

برای مصارف خانگی و موتوری مانند موتورهای القایی و موتورهای با توان کم و جریان های راه اندازی پایین و همچنین بارهای با ضریب اشباع پایین مثل موتور کولر گازی یا پمپ های آب خانگی به کار می روند. این کلیدها نیز مدار را در جریان های اضافه بار بین 5 تا 10 برابر جریان نامی قطع می کنند و محدوده قطع جریان در این تیپ کلید، نسبت به تیپ B بیشتر است.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ موتوری نیز می گویند.

کلید مینیاتوری تیپ D (خیلی کندکار)

برای بارهای با ضریب اشباع بالاتر مانند ترانسفورماتورها، دستگاه های X-Ray در بیمارستان ها و یا دستگاه های جوش، از کلیدهای مینیاتوری تیپ D استفاده می گردد. جریان قطع اضافه بار لحظه ای در این کلیدها بین 10 تا 20 برابر جریان نامی است، پس می توان نتیجه گرفت که محدوده قطع جریان در این تیپ کلیدها از همه تیپ ها بیشتر است.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ ترانسفورماتوری یا ترانسفورمری نیز می گویند.

نکته قابل توجه در مورد این کلید مینیاتوری این است که این کلید را نباید در کاربری های خانگی به کار برد، چون برای تجهیزات با جریان نوسان بالا طراحی شده است و به کار بردن آن در کاربری های خانگی هیچ حفاظتی را برای ما فراهم نمی کند.

کلید مینیاتوری تیپ K

برای حفاظت در مدارات قدرت ترانس ها و موتورها به کار می رود. این نوع کلیدهای مینیاتوری نسبت به اضافه بار یا جریان اضافی در مقایسه با تیپ D حساسیت بیشتری دارند و در صورت بیشتر شدن جریان از 8 تا 10 برابر جریان نامی به سرعت کلید عمل کرده و مدار را قطع می کند. این کلیدها برای موتورهای زیر بار، هم چنین برای مدارات سلفی و بارهای موتوری با جریان هجومی بالا مطلوب هستند. در اتصال کوتاه منحنی قطع آن بین تیپ های D و C است.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ قدرت نیز می گویند.

کلید مینیاتوری تیپ Z

این تیپ، حساس ترین تیپ از خانواده کلیدهای مینیاتوری می باشد، حساسیت این نوع کلید از سایر تیپ ها بیشتر است و در حالتی که جریان عبوری بین 2 تا 3 برابر بیشتر از جریان نامی باشد، در سریع ترین زمان جریان اتصال کوتاه و جریان اضافه بار را قطع می کند. به دلیل اینکه این کلیدها جریان های نشتی ضعیف را نیز حس می کنند، معمولا از این کلیدها در مدارهای ارزشمند و با حساسیت بالا و همچنین جهت حفاظت مدارات PLC و بردهای الکترونیکی استفاده می شود.

به این تیپ از کلید مینیاتوری، تیپ حساس نیز می گویند.

انواع کلیدهای مینیاتوری بر حسب خصوصیات قطع آنها

منحنی قطع جریان توسط مینیاتوری ها

تجهیزات جانبی کلید مینیاتوری

از جمله تجهیزات جانبی که می توانند همراه با کلید مینیاتوری به کار بروند، می توان کنتاکت کمکی، کنتاکت کمکی خطا، رله آندر ولتاژ تریپ، رله شنت تریپ و قفل وضعیت کلید مینیاتوری را نام برد. در زیر تصویر چند نمونه از این تجهیزات آورده شده است:

تجهیزات جانبی کلید مینیاتوری

کنتاکت کمکی کلید مینیاتوری	کنتاکت کمکی خطای مینیاتوری
رله آندر ولتاژ تریپ کلید مینیاتوری	رله شنت تریپ مینیاتوری
قفل وضعیت کلید مینیاتوری

کلیدهای مینیاتوری از نظر نوع کاربرد، به دو دسته کلید مینیاتوری تک فاز و کلید مینیاتوری سه فاز تقسیم می شوند: 

کلید مینیاتوری تک فاز

این کلیدها در مدارات تک فاز جهت حفاظت جریان اضافه بار و جریان اتصال کوتاه مورد استفاده قرار می گیرند که میتواند شامل انواع کلید تک پل و دوپل باشد. کلید تک پل به معنای داشتن یک ترمینال در ورودی و خروجی می باشد. کلیدهای دو پل طراحی شدند تا در مدارات تک فاز، علاوه بر سیم فاز، سیم نول هم دارای حفاظت باشد و امکان قطع مدار نول هم باشد.

کلید مینیاتوری سه فاز

کلید مینیاتوری سه فاز دارای انواع سه پل و چهار پل می باشد و در مدارات سه فاز مورد استفاده قرار می گیرد. برق سه فاز در سیستم های صنعتی برای راه اندازی تجهیزاتی از قبیل الکتروموتورهای القایی یا پمپ های سه فاز، کولرهای گازی، ماشین آلات صنعتی و غیره که نیاز به تغذیه سه فاز می باشد، به کار گرفته می شود. در این مدارات، جهت حفاظت از مدار در مقابل اتصال کوتاه و نشتی جریان، در جریان های کم (تا 125 آمپر) از کلیدهای مینیاتوری استفاده می شود.

دسته بندی دیگر کلیدهای مینیاتوری بر اساس تعداد پل (تعداد ورودی و خروجی) آنها می باشد:

1. کلید مینیاتوری تک پل (SP)

2. کلید مینیاتوری دو پل (DP)

3. کلید مینیاتوری سه پل (TP)

4. کلید مینیاتوری سه پل + نول (TPN = 3PN)

5. کلید مینیاتوری چهار پل (4P)

نوع چهارم و پنجم از لحاظ ظاهری مانند هم هستند؛ با این تفاوت که در نوع سه پل همراه با نول، پایه نول در یک پل جداگانه تعبیه شده است و حفاظتی برای نول انجام نمی شود و صرفا برای قطع نول همراه با سه فاز است. ولی در مدل مینیاتوری چهارپل، بر روی پایه نول نیز حفاظت داریم.

دسته بندی دیگر کلید مینیاتوری از نظر نوع AC یا DC است. کلیدهای مینیاتوری DC را می توان در مدارات AC به کار برد، چون قطع در AC راحت تر است؛ ولی به کار بردن کلیدهای مینیاتوری AC در سیستم DC اصلا مجاز نیست و ممکن است کلید نتواند در زمان مناسب قطع کند و به مرور زمان، باعث کم شدن عمر دستگاه ها و تجهیزات و خرابی کلید یا سیستم تحت حفاظت می شود.

نقشه کلید مینیاتوری

در تصویر زیر برای نمونه نقشه کلید مینیاتوری سه فاز سه پل (تصویر شماره یک) و تک فاز دو پل (تصویر شماره 2) اشنایدر مشخص شده است. ابعاد این نقشه ها با دو واحد میلیمتر و اینچ بیان گردیده است. داشتن ابعاد و نقشه کلید مینیاتوری در طراحی دقیق و منظم تابلو برق ها به ما کمک می کند. از دیگر مزیت های داشتن نقشه کلید مینیاتوری این است که بهترین جانمایی در طراحی و اجرای تابلو برق را می توان داشت.

نقشه کلید مینیاتوری سه فاز

نقشه کلید مینیاتوری تک فاز

شماتیک کلید مینیاتوری

شماتیک و نماد مداری (علامت اختصاری) انواع کلیدهای مینیاتوری در شکل زیر قابل مشاهده است.

معمولا بر روی کلیدها این شماتیک مداری رسم می شود.

جریان های مشخص شده روی کلید مینیاتوری

دو نوع جریان در کلید های مینیاتوری وجود دارد، که در هنگام انتخاب مینیاتوری بسته به نوع کاربری، باید به آنها دقت شود. این جریان ها عبارتند:

• جریان لحظه ای: جریانی است که در یک لحظه ی کوتاه (کمتر از 1 ثانیه) کلید مینیاتوری می تواند آن را تحمل کند و معمولا بزرگی آن 3000 یا 6000 آمپر است که بر روی کلید درج شده است. این جریان همان قدرت قطع کلید مینیاتوری است. (قدرت قطع، ماکزیمم میزان جریانی است که کلید تا قبل از منهدم شدن می تواند تحمل کند و از آن مقدار به بعد، در صورت قطع نشدن کلید، کلید منهدم می شود.)
• جریان نامی: میزان جریان مجازی که کلید می تواند در کارکرد نرمال خود به صورت مداوم تحمل کند بدون اینکه قطع شود را جریان نامی می نامند و در صورتی که جریان عبوری از مدار از این عدد بیشتر شود، مدار توسط مینیاتوری قطع می گردد. ماکزیمم جریان نامی بر روی کلیدهای مینیاتوری نوشته شده است.

اجزای مختلف یک کلید مینیاتوری

در شکل زیر اجزای مختلف یک کلید مینیاتوری نمایش داده شده است که به صورت زیر می باشد:

1. اهرم قطع و وصل
2. بازوی متحرک
3. کنتاکت اصلی جریان خروجی
4. ترمینال های قدرت (ترمینال های ورود و خروج)
5. فلز بیمتال
6. پیچ کالیبراسیون محدوده عملکرد
7. سیم پیچ قطع
8. جرقه گیر (جهت رفع قوس به وجود آمده در اثر قطع جریان مدار)

اجزای داخلی کلید مینیاتوری

حفاظت های کلید مینیاتوری

کلیدهای مینیاتوری به جهت انواع حفاظت هایی که انجام می دهند، با کاربری های متفاوتی در مدارات به کار می روند. این حفاظت ها عبارتند از:

• حفاظت مغناطیسی از مدارات در برابر اتصال کوتاه
• حفاظت حرارتی از مدارات در برابر اضافه بار
• حفاظت از تجهیزات مدار مانند کابل ها و غیره، در برابر آتش سوزی
• حفاظت از جان انسان در برابر تماس غیرمستقیم با سیستم های زمین (هنگامی که همراه با کلید محافظ جان به کار می رود، این حفاظت را انجام می دهد.)
• حفاظت از قسمت سالم مدار با جداسازی بخش آسیب دیده مدار از سایر بخش های مدار

کاربرد کلید مینیاتوری

کلیدهای مینیاتوری با توجه به حفاظت هایی که انجام می دهند، کاربری های بسیاری دارند و به طور کلی می توان کاربردهای کلید مینیاتوری را در موارد زیر خلاصه کرد:

• انتهای خط توزیع سیستم های ولتاژ ضعیف
• در ورودی تابلو برق های خانگی
• حفاظت مصارف روشنایی ساختمان ها
• حفاظت مدارات موتورهای الکتریکی
• کاربردهای صنعتی نظیر مدارات قدرت موتورها و ترانسفورماتورها
• سیستم های گرمایشی
• حفاظت از مدارات ترانسفورماتورهای الکتریکی
• حفاظت مدارات PLC
• حفاظت از قطعات نیمه هادی
• همراه با کلید حفاظت جان برای قطع کردن جریان نشتی مدارات به کار می رود.

مزایای استفاده از کلید مینیاتوری (MCB) به جای فیوز (Fuse)

1. فیوزها بعد از قطع خطای مدار، مجددا قابل استفاده نبوده و باید تعویض و یا تعمیر شوند. ولی کلیدهای مینیاتوری، بلافاصله بعد از قطع خطای مدار، بعد از اصلاح خطا، مجدد قابل استفاده هستند.
2. دقت قطع در کلید مینیاتوری به مراتب بالاتر از فیوز است.
3. کلیدهای مینیاتوری قادر هستند جریان های نشتی بسیار کوچک را که توسط فیوز قابل تشخیص نبوده، ولی می توانند سبب برق گرفتگی، آتش سوزی و غیره شوند را، قطع کنند.
4. کلیدهای مینیاتوری دو عمل حفاظت و کنترل را همزمان انجام می دهند و این یعنی به جای یک کلید + فیوز در مدارات به کار می روند.
5. هزینه اولیه کلیدهای مینیاتوری در مقایسه با فیوزها بالاتر است، ولی به علت استفاده طولانی مدتی که می توان از کلید مینیاتوری انجام داد، در یک بازه زمانی بلند مدت، استفاده از کلیدهای مینیاتوری بسیار به صرفه تر از فیوزهاست.
6. به علت سوختن فیوز در برابر اتصالی های مدار، مشکلات نصب و دردسرهای تعویض و غیره در هنگام استفاده، استفاده از کلید مینیاتوری به مراتب راحت تر از فیوز است.

مفهوم علائم ظاهری روی کلیدهای مینیاتوری

1. شرکت سازنده
2. سری ساخت (نام خانواده) کلید مینیاتوری توسط شرکت سازنده
3. تیپ کلید مینیاتوری
4. حداکثر جریان نامی قابل تحمل توسط کلید مینیاتوری (آمپر)
5. نمایشگر کلید (رنگ قرمز نشان دهنده حالت On و رنگ سبز نشان دهنده حالت Off کلید مینیاتوری می باشد.)
6. ولتاژ نامی کلید (بر حسب ولت)
7. استاندارد کلید
8. قدرت قطع کلید (بر حسب آمپر)
9. شماتیک کلید مینیاتوری که نشان دهنده تعداد پل و نوع اتصال داخلی پایه ها به هم و هم چنین نشان دهنده ورودی و خروجی کلید است. طبق نقشه فوق، پایه شماره 1، ورودی و پایه شماره 2، خروجی است.

استاندارد کلید مینیاتوری

موسسه بین المللی الکتروتکنیک یا همان IEC نهادی غیر دولتی است برای تدوین استانداردهای فناوری های مرتبط با تجهیزات الکتریکی در سطح جهانی که بر اساس استاندارد این موسسه، کلیدهای مینیاتوری با استاندارد IEC 60898 شناخته می شوند.

طریقه نصب کلید مینیاتوری در مدار

امروزه کلیدهای مینیاتوری در مدارات تک فاز و سه فاز، در مصارف خانگی و صنعتی، تجهیزی جدایی ناپذیر و بسیار پر مصرف شده است و بدون استفاده از آن پر کاربرد، مدارات برقی بسیار آسیب پذیر می گردند. اما برای نصب این تجهیز، با رعایت موارد ایمنی کار با برق، کافیست فاز یا فازهای ورودی را طبق نقشه شماتیک روی بدنه کلید، به ترمینال ورودی وصل کنیم. ترمینال خروجی نیز به مصرف کننده متصل می شود. در مدارات سه فاز باید ترتیب فازهای ورودی با فازهای خروجی یکسان باشد. ذکر این نکته ضروری است که حتما باید از قرارگیری صحیح سیم در محل ترمینال و سفت شدن پیچ نگهداره سیم در ترمینال، اطمینان حاصل نماییم. امروزه از اتصالاتی همچون وایر شو یا سر سیم برای قرارگیری بهتر سیم در ترمینال های ورودی و خروجی استفاده می شود.

در شکل زیر نحوه سیم بندی کلید مینیاتوری تک پل تا چهار پل را مشاهده می فرمایید:
 

نحوه تست کلید مینیاتوری

تست کلید مینیاتوری بسیار ساده است و برای این کار لازم است ابتدا کلید مینیاتوری مطابق با نقشه اتصال آن، در مدار بسته شود. سپس جریانی بالاتر از جریان مجاز آن، به آن وارد می کنیم. در صورتی که مینیاتوری سالم باشد، قطع می کند و با همین روش ساده می توانیم سالم بودن یا نبودن کلید را تشخیص بدهیم.

* نکته بسیار مهم و قابل توجه در مبحث کلیدهای مینیاتوری این است که اطلاق واژه فیوز مینیاتوری و یا به کار بردن واژه فیوز به تنهایی به منظور کلید مینیاتوری، اصطلاح غلط و غیر علمی ای است که امروزه متاسفانه بسیار زیاد رایج شده و به کار برده می شود. چون امروزه به دلایل مزایای بسیار زیادی که کلید مینیاتوری نسبت به فیوز دارد، در جعبه فیوز یا همان جعبه مینیاتوری منازل، به جای فیوز از کلید مینیاتوری استفاده می کنند. از این رو، برخی به غلط، واژه فیوز یا فیوز مینیاتوری را در مورد آن به کار می برند.

همانطور که می دانیم فیوز تجهیزی است که دارای المان ذوب شونده است و این المان ذوب شونده، بعد از یکبار عمل کردن برای قطع مدار، ذوب شده و دیگر عمل حفاظتی را انجام نمی دهد و از مدار خارج می شود. از این رو به فیوز، ادوات یکبار مصرف نیز می گویند. ولی کلید تجهیزی است که برای قطع و وصل های مکرر و یا طولانی مدت به کار می رود و بعد از قطع شدن، می تواند مجدد وصل شده و در مدار قرار بگیرد و عمل حفاظت را انجام دهد.

جعبه فیوز یا جعبه مینیاتوری

جعبه فیوز، تجهیزی است ایمن که جهت حفاظت از انواع کلیدهای حفاظتی مانند کلیدهای مینیاتوری، فیوزهای نصبی و غیره که در منازل و سایر اماکن نصب می شوند، به کار می رود و این تجهیزات را در برابر عوامل محیطی مانند رطوبت، نور خورشید، حرارت و یا سردی هوا و هم چنین عواملی مانند آتش سوزی و غیره محافظت می کند. از دیگر مزایای آن این است که عملیات تعمیرات و جای گذاری و تعویض کلیدها را برای ما آسان تر می کند.