کلید اتوماتیک

در دنیای امروز که برق نقش محوری در زندگی صنعتی و شهری ما ایفا می‌کند، حفاظت از تجهیزات الکتریکی امری حیاتی است. یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم‌های حفاظتی برق، کلید اتوماتیک است؛ تجهیزی که به‌صورت خودکار در هنگام بروز خطا، از آسیب‌ رسیدن به مدار و تجهیزات جلوگیری می‌کند.

در این مقاله به‌صورت کاملاً فنی و حرفه‌ای، انواع کلید اتوماتیک، کاربردها و ویژگی‌های فنی آن‌ها را بررسی می‌کنیم تا شما بتوانید انتخاب دقیق و آگاهانه‌ای برای پروژه یا تجهیز تابلو برق خود داشته باشید.

کلید اتوماتیک چیست؟

کلید اتوماتیک یا Circuit Breaker یک نوع کلید قطع‌کننده مدار است که در مواقع بروز اضافه بار، اتصال کوتاه، یا سایر اختلالات شبکه برق، به‌طور خودکار مدار را قطع می‌کند.

بر خلاف فیوز که پس از قطع باید تعویض شود، کلید اتوماتیک قابل‌برگشت به مدار است و پس از رفع خطا می‌توان آن را مجددا استفاده کرد.

نقش کلید اتوماتیک در مدار

وظایف اصلی کلید اتوماتیک، محافظت در برابر اتصال کوتاه، اضافه جریان و اضافه بار است و حضور آن در مدار سبب افزایش ایمنی تجهیزات و جلوگیری از آتش‌سوزی می شود. کلید اتوماتیک امکان قطع و وصل دستی مدار را نیز فراهم می کند.

انواع کلید اتوماتیک

کلیدهای اتوماتیک از نظر نوع بدنه، ظرفیت عملکرد و ساختار عملکرد به دو دسته کلی کلید اتوماتیک کمپکت (MCCB) و کلید اتوماتیک هوایی (ACB) تقسیم می شوند:

 کلید اتوماتیک کمپکت (MCCB)

کلید اتوماتیک کمپکت به اختصار MCCB نام دارد که مخفف عبارت Molded Case Circuit Breaker است. این نوع کلید اتوماتیک دارای بدنه تزریقی و فشرده می باشد که از جمله خصوصیات آن کوچک بودن ابعاد و از معایب آن می توان به عدم امکان سرویس و تعمیر و کمتر بودن قدرت قطع آنها نسبت به کلیدهای هوایی اشاره کرد.

کلید اتوماتیک کمپکت (MCCB) از نظر نوع حفاظت به سه دسته زیر تقسیم می شود:

1.    کلید اتوماتیک مغناطیسی

عملکرد این کلید اتوماتیک کمپکت کاملاً وابسته به میدان مغناطیسی ناشی از جریان است. در واقع مهم ترین قسمت در این نوع کلید بوبینی است که بصورت سری با مدار در مسیر جریان قرار دارد. 

به‌طور خلاصه مراحل عملکرد آن به این صورت است که در حالت عادی، جریان نامی از بوبین عبور کرده و هیچ کنشی رخ نمی‌دهد. در صورت بروز اتصال کوتاه، جریان به‌صورت ناگهانی افزایش می‌یابد و بوبین جریان بالا را حس کرده و میدان مغناطیسی شدیدی ایجاد می‌کند. این میدان، آرمیچر متحرک را جذب کرده و آرمیچر اهرم قطع را آزاد می کند و فنر داخلی باعث قطع سریع کنتاکت‌های قدرت می‌شود. قوس الکتریکی ایجاد شده توسط سیستم قوس‌گیر خاموش می‌شود.

2.    کلید اتوماتیک حراراتی-مغناطیسی

این نوع کلید کمپکت بسته به نوع خطا یکی از دو مکانیسم حفاظتی را فعال می‌کند:

محافظت در برابر اضافه‌بار ( از طریق مکانیزم حرارتی (بی متال) ) :
عبور جریان بیش از جریان نامی در مدت طولانی موجب گرم شدن نوار بی‌متال می‌شود. نوار بی‌متال به‌تدریج خم شده و اهرم قطع را آزاد می‌کند. این تأخیر زمانی باعث می‌شود بارهای با جریان هجومی لحظه‌ای (مثل موتور) قطع نشوند.

محافظت در برابر اتصال کوتاه ( از طریق مکانیزم مغناطیسی ) :
در صورت بروز اتصال کوتاه، جریان بالا به‌صورت لحظه‌ای از بوبین عبور می‌کند. بوبین، میدان مغناطیسی شدیدی تولید کرده و آرمیچر را جذب می‌کند. اهرم قطع آزاد شده و مدار در کسری از ثانیه قطع می‌شود.

3.    کلید اتوماتیک الکترونیکی

کلید اتوماتیک الکترونیکی نوع پیشرفته‌ای از کلیدهای حفاظتی است که با استفاده از واحد تریپ الکترونیکی و حسگرهای دقیق، محافظت قابل اعتماد و قابل تنظیم در برابر خطاهای الکتریکی مانند اضافه‌بار، اتصال کوتاه و جریان نشتی زمین ارائه می‌دهد.

در کنار این نوع، نسخه‌ای پیشرفته‌تر و هوشمندتر نیز وجود دارد که تحت عنوان کلید اتوماتیک هوشمند الکترونیکی شناخته می‌شود و علاوه بر عملکرد حفاظتی، قابلیت‌هایی مانند مانیتورینگ لحظه‌ای اطلاعات جریان، نمایش خطاها و وضعیت کلید، ارتباط شبکه‌ای و کنترل از راه دور را فراهم می‌کند. امکان ثبت خطاها و هشدارها برای تحلیل رفتار شبکه و حتی تشخیص خطا قبل از وقوع با الگوریتم‌های حفاظتی پیش‌بینی‌کننده از دیگر قابلیت های برخی انواع کلید اتوماتیک هوشمند است.

کلید اتوماتیک کمپکت (MCCB) از نظر تنظیم پذیری پارامترهای حفاظتی به دو دسته تقسیم می شود:

۱. کلید اتوماتیک فیکس

کلیدهای اتوماتیک فیکس، محدوده قابل تنظیم جریان قطع ندارند در واقع روی یک جریان ثابت شده اند و فاقد پیچ تنظیم جریان می باشند. عملکرد کلید اتوماتیک FIX به این صورت است که هرگاه جریان مدار از حد مجاز کلید بیشتر شود، این کلید جریان را قطع می کند. کلیدهای اتوماتیک فیکس معمولا برای مدارهایی تا ۱۶۰۰ آمپر تولید می شوند.

۲. کلید اتوماتیک قابل تنظیم

در این نوع کلید اتوماتیک، پارامترهای حفاظتی مانند جریان قطع اضافه بار و زمان تأخیر قابل تنظیم هستند. این ویژگی باعث می‌شود کلید با دقت بیشتری با شرایط پروژه تطبیق داده شود و مناسب برای تابلوهای پیچیده و پروژه‌های صنعتی باشد.

کلید اتوماتیک هوایی (ACB)

کلید اتوماتیک هوایی یا Air Circuit Breaker (ACB) یکی از تجهیزات کلیدی در تابلوهای برق فشار ضعیف صنعتی است که برای حفاظت از مدارهای قدرت با جریان بالا در برابر اتصال کوتاه، اضافه‌بار، افت یا افزایش ولتاژ و جریان نشتی زمین به‌کار می‌رود.

دلیل نام‌گذاری کلید هوایی (Air Circuit Breaker)

دلیل اصلی نام‌گذاری این کلیدها به‌عنوان "هوایی"، این است که محیط خاموش‌کننده قوس الکتریکی در لحظه قطع مدار، هوای آزاد است. برخلاف برخی کلیدها که از گاز SF6 یا روغن به‌عنوان محیط دی‌الکتریک استفاده می‌کنند، ACBها در هوای معمولی عمل می‌کنند.
Arc Chute یا محفظه قوس در این کلیدها وظیفه هدایت، کشش و خاموش‌سازی قوس را با استفاده از صفحات فلزی و هوای آزاد بر عهده دارد.

طرز کار کلید اتوماتیک هوایی (ACB)

عملکرد کلید هوایی به این صورت است که با تشخیص جریان غیر مجاز توسط واحد حفاظتی الکترونیکی، فرمان قطع به مکانیزم کلید ارسال می‌شود. این مکانیزم شامل فنرهای فشرده و کنتاکت‌های متحرک است که در لحظه تحریک، به سرعت مسیر جریان را قطع کرده و قوس ایجادشده به محفظه Arc Chute هدایت و در آن خاموش می‌شود.
واحد حفاظتی معمولاً به‌صورت میکروپروسسوری یا دیجیتال بوده و قابلیت تنظیم دقیق پارامترهای حفاظتی مانند جریان نامی، جریان لحظه‌ای قطع، تاخیر در قطع اتصال کوتاه، حفاظت نشتی زمین را فراهم می‌کند.

تجهیزات جانبی کلید اتوماتیک

کلیدهای اتوماتیک معمولاً با تجهیزات جانبی متنوعی همراه هستند که باعث افزایش کارایی، ایمنی و انعطاف‌پذیری آن‌ها در سیستم‌های برق صنعتی می‌شوند. این تجهیزات، نقش مهمی در کنترل، مانیتورینگ، و حفاظت دقیق‌تر دارند.

۱. بوبین شنت (Shunt Trip Coil)

کاربرد : قطع مدار از راه دور
با اعمال ولتاژ فرمان (DC یا AC) به این بوبین، کلید به‌صورت آنی قطع می‌شود. مناسب برای کاربردهایی که نیاز به خاموش کردن اضطراری (Emergency Stop) وجود دارد.

۲. بوبین آندر ولتاژ (Under Voltage Trip Coil)

کاربرد : قطع خودکار مدار هنگام افت ولتاژ
در صورت کاهش ولتاژ زیر حد مجاز، این بوبین باعث قطع کلید می‌شود تا از آسیب به تجهیزات جلوگیری کند.

۳. کنتاکت کمکی (Auxiliary Contact)

کاربرد : ارسال وضعیت عملکرد کلید (روشن، خاموش، تریپ‌شده)
این کنتاکت‌ها به سیستم‌های مانیتورینگ، PLC یا آلارم‌ها متصل می‌شوند و امکان اطلاع‌رسانی دقیق از وضعیت کلید را فراهم می‌کنند.

۴. کنتاکت آلارم (Alarm Contact)

کاربرد : اعلام خطا یا قطع مدار به‌صورت جداگانه
برخلاف کنتاکت کمکی که وضعیت کلید را نشان می‌دهد، این کنتاکت فقط در صورت عملکرد حفاظتی (تریپ) فعال می‌شود و برای آلارم‌های ویژه استفاده می‌شود.

۵. موتور درایو (Motor Operator)

کاربرد : روشن و خاموش کردن کلید از راه دور
یک ماژول موتوری است که با فرمان الکتریکی، کلید را از راه دور باز یا بسته می‌کند. در کلیدهای هوایی کاربرد گسترده دارد، به‌ویژه در تابلوهای قدرت.

۶. ماژول ارتباطی (Communication Module)

کاربرد : اتصال کلید به شبکه‌های صنعتی
ماژول‌هایی با پروتکل‌های Modbus، Profibus، یا Ethernet برای مانیتورینگ هوشمند و اتصال به PLC/BMS. در کلیدهای هوشمند و پیشرفته قابل نصب است.

۷. دستگیره گردان (Rotary Handle)

کاربرد : امکان قطع و وصل مکانیکی از بیرون تابلو
این تجهیز به خصوص برای ایمنی اپراتور‌ها طراحی شده و معمولاً روی درب تابلو نصب می‌شود تا بدون باز کردن در، کلید قابل کنترل باشد.

۸. قفل مکانیکی یا الکتریکی (Padlock/Locking Device)

کاربرد : جلوگیری از دستکاری یا تغییر وضعیت کلید
در پروژه‌هایی با پروتکل‌های ایمنی سخت‌گیرانه استفاده می‌شود، مخصوصاً هنگام تعمیر یا نگهداری تجهیزات برق.

۹. واحد الکترونیکی قابل تعویض (Trip Unit)

در برخی مدل‌ها، واحد تریپ الکترونیکی قابل تعویض یا ارتقاء است تا پارامترهای حفاظتی کلید با توجه به تغییر شرایط شبکه برق تنظیم شود. این ویژگی در مدل‌های هوشمند و پیشرفته کلیدهای هوایی رایج است.

ادامه دارد ...