مقدمه

اتصال کوتاه وضعیتی است که طی آن، دو یا چند هادی که دارای اختلاف پتانسیل هستند با هم برخورد کرده و سبب عبور مقادیر زیادی جریان از هادی­های مربوطه و آسیب به تجهیزات، آتش­ سوزی و برق ­گرفتگی خواهد شد. برای مدیریت صحیح این گونه حوادث، در صورت وقوع، بایستی در هنگام انتخاب کلیدهای هر تابلو، اتصال کوتاه مربوطه را به درستی انتخاب نمود تا کلید قدرت قطع اتصال کوتاه مربوطه را دارا باشد. در غیر این صورت، کلید اتصال کوتاه را قطع نخواهدکرد. عدم قطع به موقع کلید قدرت سبب ایجاد خسارت­های جبران­ ناپذیری به مراکز داده یا پلنت­های صنعتی خواهد شد.

نکات کلیدی در انتخاب مدارشکن قدرت

در انتخاب یک مدارشکن قدرت بایستی به سؤال زیر پاسخ داد:

• کلید انتخابی بایستی چند پل داشته باشد؟

در پاسخ به این سؤال بایستی به نوع سیستم ارتینگ و نوع بار دقت کرد. چنانچه سیستم ارتینگ TNS و بار سه فاز باشد، تمامی کلیدها بایستی چهارپل باشند مگر آنکه مصرف ­کننده به نول نیاز نداشته باشد (مانند موتورهای سه فاز که استفاده از کلید سه پل برای آن­ها کفایت می­کند). چنانچه سیستم ارتینگ TNS و بار تک­فاز باشد، کلید باید دوپل باشد. علت قرار دادن پل در مسیر نول آن است که در سیستم TNS، سیستم ارت از طریق هادی حفاظتی تأمین می­شود که از کلید عبور نمی­کند و با توجه به آنکه هادی نول دارای جریان و ولتاژ بوده بایستی حتماً قطع گردد تا مشکلی برای افرادی که تأمین و نگهداری می­کنند به وجود نیاید. چنانچه سیستم ارت TNC و بار سه فاز باشد به هیچ عنوان نباید از کلیدهای چهارپل و دوپل استفاده نمود. چرا که هادی نول، نقش حفاظت ارتینگ را نیز بر عهده خواهد داشت و در صورت قطع، سیستم پایین دست بدون ارت خواهد شد. در سیستم­های TNC-S نیز تا محلی که سیستم TNC می­باشد از کلیدهای سه­ پل و در محلی که سیستم TNS می­شود از کلیدهای چهارپل استفاده خواهد شد.

• آمپراژ نامی کلید چه مقدار است؟

در پاسخ به این سؤال باید مجموع بارهای سیستم پایین دستی را محاسبه و جریان نامی کلید را محاسبه نمود. آمپراژ یک کلید از رابطه­ ی زیر محاسبه خواهد شد. البته در محاسبات آمپراژ کلید بایستی تمامی بارها از قبیل توان لازم جهت شارژ باتری­ها را نیز در نظر گرفت.

• قدرت اتصال کوتاه کلید، چند کیلوآمپر باشد؟

در انتخاب قدرت اتصال کوتاه کلید بایستی به فاکتورهای زیر که توسط شرکت سازنده ارائه می­گردد دقت کرد. الف) I_cu (ultimate interrupt current): جریانی است که در صورت عبور از کلید، کلید قدرت قطع آن را دارد؛ ولی پس از قطع، کلید ممکن است خراب شده و نیاز به سرویس داشته باشد. چنانچه جریان اتصال کوتاه بیشتر از کمیت مذکور باشد، کلید قطع نخواهد شد. ب) I_cs (interrupt current): جریانی است که در صورت عبور از کلید، کلید قطع شده و کاملاً سالم خواهد ماند. ج)  I_cw (rated short-time withstand current):  جریانی است که برای یک مدت معین، مانند یک تا سه ثانیه از کلید عبور کرده و کلید بدون قطعی بار می­تواند آن را تحمل کند. برای استفاده از این قابلیت، کلید بایستی CAT B باشد. این قابلیت، امکان خاموش کردن جریان آنی را در بخش اسکیم حفاظتی فراهم می آورد.

• مکانیزم قطع کلید چگونه باشد؟

برای انتخاب مکانیزم قطع کلید اعم از کلید مینیاتوری، کمپکت و هوایی باید به جداول Selectivity Table که توسط سازنده کلید منتشر می­شود ارجاع کرد. به این ترتیب در پایین­ترین قسمت مصرف­کننده از کلیدهای مینیاتوری یا کلیدهای کمپکت (با توجه به نوع مصرف­کننده و سطح اتصال کوتاه) استفاده کرده و کلید بالادستی را با توجه به جدول مذکور انتخاب نمود. نمونه ­ای از این جدول را در شکل زیر می­توانید مشاهده کنید. جدول بالا نشان­ دهنده نحوه عملکرد اولویتی کلیدها می­باشد. برای مثال نشان می­دهد چنانچه کلید ورودی تابلو NSX100 با اسکیم حفاظتی TMD و آمپراژ 100 آمپر بوده و کلید خروجی تابلو ic60N با آمپراژ 20 آمپر باشد، حداکثر اتصال کوتاه مجاز برای این تابلو 1/5 کیلو آمپر است و چنانچه اتصال کوتاه از مقدار مذکور بیشتر شود، با وقوع اتصال کوتاه، کلید مینیاتوری خروجی و کلید ورودی تابلو به صورت همزمان قطع خواهند کرد. با توجه به قطع شدن کلید ورودی تابلو، کل تابلو بی­ برق شده که در مراکز داده بسیار خطرناک است. بنابراین چنانچه اتصال کوتاه تابلو از 1/5 کیلوآمپر بیشتر باشد، نباید از کلید TMD در ورودی تابلو استفاده کرد. با مشاهده و بررسی جداول دیگر، می­توان دریافت در مثال مذکور کلید با میکرولاجیک 2/2 برای ورودی تابلو مناسب است.

• انتخاب بین کلید CAT A و کلید CAT B

چنانچه آمپراژ کلیدهای خروجی تابلو بالا باشد (معمولاً بالاتر از 800 آمپر)، به نحوی که کلید CAT A مناسبی در جداول ارائه شده توسط سازنده برای استفاده در ورودی تابلو یافت نشود، باید از کلیدهای CAT B با قابلیت خاموش کردن جریان آنی (Instantaneous) استفاده نمود. با خاموش کردن حفاظت آنی کلید فوق و پله ­دادن به حفاظت Short می­توان کوردینیشن حفاظتی تابلو را حفظ کرد.

• کلید به چه ادوات جانبی نیاز دارد؟

کلیدها بسته به نوع عملکرد آن­ها می­توانند موتور، قاب، رله کمکی، رله شنت، رله آندر ولتاژ، قفل و ... داشته باشند. توجه: برای حفاظت از ادوات نیمه­ هادی مانند درایوها، کلید قدرت به هیچ عنوان توصیه نمی­شود. بهتر است از ترکیب سری کلید قدرت به همراه فیوزهای aR و یا gR استفاده نمود. توجه: معمولاً در ثانیه اول اتصال کوتاه در خروجی یوپی­ اس قدرت اتصال کوتاه بسیار پایین می­باشد که علت آن محدود کردن جریان اتصال کوتاه توسط اینورتر است. (حدود 1/8 تا 3 برابر جریان نامی یوپی­ اس) باید دقت داشت که کلیدهای قرار داده شده در خروجی یوپی­ اس قدرت قطع اتصال کوتاه را داشته باشند. برای مثال یک UPS 70 کیلوولت آمپری دارای اتصال کوتاه 300 آمپر در خروجی خود است. با توجه به آنکه کلیدهای 100 آمپر TMD اشنایدر دارای جریان آنی قطع 800 آمپری هستند (جریان­های کمتر از 800 آمپر را به صورت آنی قطع نمی­کنند) نباید از این کلیدها در خروجی یوپی­ اس مذکور استفاده نمود؛ چرا که موجب برق گرفتگی افراد و عدم قطع قسمت معیوب مدار خواهد شد.

انواع حفاظت در کلیدها در هنگام اتصال کوتاه

کلیدهای LV دارای حفاظت­های گوناگونی هستند که در این قسمت به توضیح انواع حفاظت­های موجود در برند اشنایدر می­پردازیم.

حفاظت TMD

همانطور که از نام این حفاظت مشخص است، از دو قسمت حرارتی و مغناطیسی تشکیل شده است که قسمت حرارتی وظیفه کنترل بار و قسمت مغناطیسی وظیفه کنترل اتصال کوتاه را بر عهده دارد. از معایب این کلید می­توان به محدودیت در استفاده با توجه به عدم تطابق با کلیدهای مینیاتوری پایین­ دست و وابستگی عملکرد به دمای محیط اشاره نمود. شکل زیر نمودار عملکرد این کلید را نشان می­دهد.

حفاظت میکرولاجیک 2

این حفاظت الکترونیکی بوده و با نمونه­ برداری از جریان، اضافه بار و یا اتصال کوتاه تشخیص داده می­شود. حفاظت این نوع میکرولاجیک­ها در کلیدهای کمپکت LS₀I بوده که قابلیت تنظیم Pickup value برای جریان Short را دارا بوده ولی Pickup time آن را نمی­توان تغییر داد. این حفاظت در کلیدهای هوایی نیز به صورت LI می­باشد. نمودار زیر حفاظت مربوط به کلیدهای کمپکت را نشان می­دهد.

حفاظت میکرولاجیک 5

این حفاظت الکترونیکی بوده و با نمونه ­برداری از جریان، اضافه بار و یا اتصال کوتاه تشخیص داده می­شود. حفاظت این نوع میکرولاجیک­ها در کلیدهای کمپکت و هوایی LSI می­باشد، با این تفاوت که در کلیدهای کمپکت سری NSX امکان خاموش کردن جریان Instantaneous وجود ندارد، ولی در کلیدهای هوایی CAT B و کلیدهای کمپکت سری NS این امکان به کاربر داده شده است که بتواند جریان Instantaneous را خاموش کند. شکل زیر نمونه­ ای از نمودار این حفاظت را نشان می­دهد.

حفاظت میکرولاجیک 6

این حفاظت الکترونیکی بوده و با نمونه ­برداری از جریان، اضافه بار و یا اتصال کوتاه تشخیص داده می­شود. حفاظت این نوع میکرولاجیک­ها در کلیدهای کمپکت و هوایی LSIG می­باشد. بنابراین تفاوت آن با میکرولاجیک 5 اشنایدر، در حفاظت G است. در این حفاظت، کلید مجموع جریان­های فاز و نول را محاسبه کرده و چنانچه از مقدار تنظیمی بیشتر باشد، مشخص خواهد شد که اتصال کوتاه رخ داده و کلید قسمت فالتی مدار را خارج خواهد کرد. استفاده از این نوع حفاظت با توجه به مسائل زیر در دیتاسنترها توصیه نمی­شود: 1- سیستم ارتینگ TNS بوده و قدرت اتصال کوتاه بالا میباشد. 2- تعداد پل­ه های حفاظتی زیاد شده و در تابلوهای اصلی حفاظت دشوار خواهد شد. از این نوع حفاظت معمولاً در صنایع پتروشیمی، نفت و مکان­هایی که وقوع آرک سبب آتش ­سوزی­های غیر قابل مهار می­شود، استفاده خواهد شد. لازم به ذکر است استفاده از این نوع میکرولاجیک قابلیت استفاده از ZSI را فراهم می ­آورد. شکل زیر نمونه­ای از نمودار این حفاظت را نشان می­دهد.

حفاظت میکرولاجیک 7

این حفاظت الکترونیکی بوده و با نمونه ­برداری از جریان، اضافه بار و یا اتصال کوتاه تشخیص داده می­شود. حفاظت این نوع میکرولاجیک­ها در کلیدهای کمپکت و هوایی LSIR می­باشد. تفاوت این اسکیم با میکرولاجیک 6 اشنایدر، در حفاظت R به جای حفاظت G است. در این حفاظت، کلید مجموع جریان­های فاز و نول را محاسبه کرده و چنانچه از مقدار تنظیمی بیشتر باشد، مشخص خواهد شد که اتصال کوتاه رخ داده و کلید قسمت فالتی مدار را خارج خواهد کرد. این حفاظت جریان نشتی را اندازه ­گیری میکند. حفاظت جریان نشتی بسیار حساس­تر از حفاظت G میباشد. از این حفاظت می­توان به منظور حفاظت جان و یا حفاظت در برابر آتش­سوزی استفاده نمود. استفاده از این نوع کلید به دلیل وجود جریان نشتی ذاتی در یوپی­ اس توصیه نمی­شود. برای انجام محاسبات اتصال کوتاه میتوانید از نرم افزار ETAP و یا Digsilent استفاده کرده و جهت انجام کوردینیشنهای مربوط به کلیدهای اشنایدر از نرم افزار EcoDial استفاده کنید.