کلید مینیاتوری: ساختار، نحوه کار و کاربردها

مقدمه ای بر کلیدهای مینیاتوری

تمام فیوزها باید با کلید های مینیاتوری برای ایمنی و کنترل بیشتر پس از انجام کار خود جایگزین شوند( زیرا نمیتوان پس از استفاده از فیوزها دوباره از آنها استفاده کرد). برخلاف فیوز، یک کلید مینیاتوری به عنوان یک کلید خودکار عمل می کند که در صورت عبور جریان بیش از حد از مدار باز می شود. پس از بازگشت جریان مدار به حالت عادی، می توان آن را بدون نیاز به تعویض دستی دوباره بست. کلیدهای مینیاتوری عمدتاً به عنوان جایگزینی برای کلیدهای فیوز در بیشتر مدارها استفاده می شوند. امروزه طیف گسترده ای از این کلیدها با ظرفیت هایی از 10KA تا 16KA درکاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند که به عنوان وسیله ای مطمئن برای محافظت عمل می کنند. کلیدهای مینیاتوری از نظر اندازه جمع و جور هستند و به گونه ای طراحی شده اند که در تابلوهای برق استاندارد و تابلوهای توزیع قرار بگیرند. آنها با تشخیص سطوح غیرعادی جریان در مدار کار می کنند و به طور خودکار جریان برق را قطع می کنند تا از آسیب به مدار و دستگاه های متصل جلوگیری کنند. برخلاف فیوزها که باید تعویض شوند، کلیدهای مینیاتوری را می توان پس از خاموش شدن دوباره تنظیم کرد. آنها جزء مهمی از سیستم های ایمنی الکتریکی در ساختمان های مسکونی، تجاری و صنعتی هستند.

کلید مینیاتوری چیست؟

کلید مینیاتوری یک دستگاه الکترومکانیکی محصور در مواد عایق قالبی است. عملکرد اصلی آن این است که به طور خودکار مدار متصل را در زمانی که جریان از مقدار تنظیم شده آن بیشتر می شود باز کند. همچنین می‌توان آن را به صورت دستی برای روشن و خاموش کردن مدار متصل، مشابه یک کلید استاندارد، در صورت لزوم به کار گرفت. یک کلید مینیاتوری با پدیده الکترومغناطیس کار می کند تا در صورت اتصال کوتاه یا خطای اضافه بار، مدار را به طور خودکار قطع کند.

همچنین می توان آن را به صورت دستی توسط شخصی برای روشن یا خاموش کردن مدار متصل به کار برد. کلیدهای مینیاتوری دستگاه های خاموش کننده با تأخیر زمانی هستند که در آنها میزان جریان اضافه بار، زمان عملکرد را کنترل می کند. این بدان معناست که آنها زمانی کار می کنند که اضافه بارها به اندازه کافی ادامه داشته باشند که خطری برای مدار محافظت شده باشد. در نتیجه، کلیدهای مینیاتوری به بارهای گذرا، مانند نوسانات سوئیچ و جریان های راه اندازی موتور پاسخ نمی دهند. به طور کلی، آنها به گونه ای طراحی شده اند که در کمتر از 2.5 میلی ثانیه در هنگام خطاهای اتصال کوتاه و در محدوده 2 ثانیه تا 2 دقیقه در صورت اضافه بار کار کنند. کلیدهای مینیاتوری در انواع مختلفی از جمله مدل های تک، دو، سه و چهار پل تولید می شوند که هر کدام دارای سطوح خطای جریان متفاوتی هستند. معمولاً کلیدهای مینیاتوری برای ایجاد ورژن های دو و سه قطبی به هم متصل می شوند و اطمینان حاصل می کنند که خطا در یک خط، کل مدار را قطع میکند. این دستگاه ها در ولتاژ 220 ولت برای منبع تغذیه DC و 240/415 ولت برای منبع AC (تک فاز و سه فاز) با ظرفیت های جریان اتصال کوتاه مختلف طبقه بندی می شوند. به طور معمول، دستگاه های تک فاز دارای محدوده جریان بار تا 100آمپر هستند. برخی از کلیدها این امکان را دارند که ظرفیت جریان قطع خود را تنظیم کنند، در حالی که برخی دیگر برای جریان و اتصال کوتاه خاصی ثابت هستند.کلیدهای مینیاتوری کاربردهای متعددی در سوئیچ های کنترل نقطه ای و دستگاه های حفاظت از اضافه بار برای تاسیسات یا تجهیزات و وسایل خانگی دارند.

ساختار کلیدهای مینیاتوری

یک کلید مینیاتوری توسط مواد عایق پوشانده شده است و عملا یک محفظه مکانیکی قوی و عایق ایجاد می‌کند. سیستم سوئیچینگ شامل یک کنتاکت ثابت و متحرک است که سیم های ورودی و خروجی به آن متصل می شوند. قسمت های فلزی یا حامل جریان از مس الکترولیتی یا آلیاژ نقره بسته به میزان جریان قطع کلید ساخته شده اند. با جدا شدن کنتاکت ها در هنگام اضافه بار یا اتصال کوتاه، یک قوس الکتریکی تشکیل می شود. همه کلیدهای مدرن برای کنترل و مدیریت فرآیندهای قطع قوس به خوبی طراحی شده اند، جایی که استخراج انرژی قوس و خنک شدن توسط صفحات فلزی انجام می شود. مکانیسم عملیاتی شامل هر دو سوییچ مغناطیسی و حرارتی است. آرایش و ترکیب سوییچ مغناطیسی اساساً شامل یک سیستم مغناطیسی ترکیبی با یک داشپات(dashpot) فنری است که حاوی یک اسلاگ(slug) مغناطیسی در یک سیال سیلیکونی، همراه با یک سوییچ مغناطیسی معمولی است.

یک سیم پیچ حامل جریان در چیدمان سوییچ، اسلاگ را در مقابل فنر به سمت قطب ثابت حرکت می دهد. کشش مغناطیسی بر روی اهرم سوییچ زمانی ایجاد می شود که یک میدان مغناطیسی کافی توسط سیم پیچ ایجاد شود. در مورد اتصال کوتاه یا اضافه بارهای زیاد، میدان مغناطیسی قوی تولید شده توسط سیم پیچ ها (سلونوئید) برای جذب آرمیچر اهرم سوییچ، صرف نظر از موقعیت اسلاگ در داشپات، کافی است. چینش سوییچ حرارتی شامل یک نوار بی متال است که در اطراف آن یک سیم پیچ هیتر برای تولید گرما بسته به میزان جریان وجود دارد. طراحی هیتر می‌تواند مستقیم باشد، جایی که جریان از طریق یک نوار بی متال که بخشی از مدار الکتریکی را تحت تأثیر قرار می‌دهد عبور میکند یا غیرمستقیم، جایی که یک سیم پیچ از یک هادی حامل جریان در اطراف نوار بی متال پیچیده می‌شود. انحراف نوار بی متال مکانیسم قطع(سوییچ) را در شرایط اضافه بار فعال می کند. نوارهای بی متال از دو فلز مختلف، معمولاً برنج و فولاد ساخته شده‌اند. این فلزات در امتداد یکدیگر پرچ و جوش داده می شوند. آنها به گونه ای طراحی شده اند که برای جریان های معمولی، نوار را تا نقطه قطع گرما ندهند. با این حال، اگر جریان از مقدار نامی بیشتر شود، نوار گرم می شود، خم می شود و سوییچ را فعال میکند. نوارهای بی متال انتخاب می شوند برای اینکه تأخیرهای زمانی خاص تحت اضافه بار(overload )خاص را فراهم کنند.

کارکرد و عملکرد کلیدهای مینیاتوری

در شرایط کاری عادی، کلید مینیاتوری به عنوان یک کلید دستی برای روشن یا خاموش کردن مدار عمل می کند. در صورت اضافه بار یا اتصال کوتاه، به طور خودکار سوییچ میکند تا جریان مدار را قطع کند. نمایش تصویری این سوییچ را می توان با حرکت خودکار دستگیره عملیاتی به موقعیت OFF مشاهده کرد. این عملیات خودکار در کلید مینیاتوری از دو طریق حاصل میشود، همانطور که در ساختار کلید دیدیم: سوییچ مغناطیسی و سوییچ حرارتی. در شرایط اضافه بار، جریان عبوری از بی متال باعث افزایش دمای آن می شود. گرمای تولید شده در خود بی متال برای ایجاد انحراف به دلیل انبساط حرارتی فلزات کفایت میکند. این انحراف بیشتر باعث آزاد شدن قفل سوییچ می شود که منجر به جدا شدن کنتاکت ها می شود. در برخی از کلیدها، میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم ‌پیچ باعث می‌شود که بر بی متال نیروی کششی وارد کند و در نتیجه انحرافی ایجاد می‌کند که مکانیسم سوییچ را فعال می‌کند. در شرایط اتصال کوتاه یا اضافه بار سنگین، فرآیند سوییچ مغناطیسی وارد عمل می شود. در شرایط عادی کار، اسلاگ توسط یک فنر سبک در موقعیت خود قرار می گیرد زیرا میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ برای جذب اسلاگ کافی نیست. هنگامی که یک جریان خطا (جریانی به غیر از جریان نامی) به وجود می آید، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ به اندازه کافی قوی می شود تا بر نیروی فنری که اسلاگ را در موقعیت خود نگه می دارد غلبه کند. در نتیجه، اسلاگ حرکت می‌کند و مکانیسم سوییچ را فعال می‌کند. اکثر کلیدهای مینیاتوری ترکیبی از مکانیسم های قطع مغناطیسی و حرارتی را اجرا می کنند. در هر دو عملیات سوییچ مغناطیسی و حرارتی، زمانی که کنتاکت ها شروع به جدا شدن می کنند، قوس تشکیل می شود. سپس این قوس از طریق یک رانر قوس(arc runner) به صفحات تقسیم‌کننده قوس هدایت می‌شود. این صفحات تقسیم کننده قوس که به آنها کانال های قوس نیز می گویند، قوس الکتریک را به مجموعه ای از قوس ها تبدیل می کنند و همزمان انرژی آن را استخراج و خنک می کنند. این نحوه چینش، از بین رفتن موثر قوس را تضمین میکند.

چگونه یک کلید مینیاتوری مناسب برای جریان های مختلف انتخاب کنیم؟

انتخاب کلید مینیاتوری مناسب برای یک کاربرد خاص، یک کار دقیق است که برای اطمینان از حفاظت قابل اعتماد در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه ضروری است. عدم انتخاب کلید مینیاتوری مطابق با الزامات مدار ممکن است منجر به قطع شدن مکرر و ناخواسته شود. اگر جریان کلید مینیاتوری کمتر از اندازه باشد (با جریان کمتر از جریان بار اسمی)، می تواند منجر به قطع مکرر شود و جریان بار متصل را قطع کند، زیرا جریان اسمی کلید کمتر از جریان اسمی بار است. در نقطه مقابل، اگر جریان کلید بیشتر باشد (با جریان بالاتر از جریان بار اسمی)، ممکن است بار متصل به طور موثر محافظت نشود. در چنین مواردی، کلید مینیاتوری ممکن است حتی زمانی که مدار، جریان بیش از حد می کشد، خاموش نشود. هنگام انتخاب کلید مینیاتوری مناسب برای یک کاربرد خاص، باید سه عامل حیاتی در نظر گرفته شود:

• جریان اسمی کلید مینیاتوری

این مقدار باید کمتر از ظرفیت حمل جریان سیستم سیم کشی و بالاتر یا برابر با حداکثر جریان بار کامل در سیستم سیم کشی باشد. به طور کلی، این نرخ جریان باید به گونه ای باشد که بتواند 125 درصد بار پیوسته را به اضافه میزان بار غیر پیوسته تحمل کند. به طور معمول این را می توان به صورت زیر بیان کرد:
حداکثر جریان بار کامل در سیستم≤ جریان اسمی کلید≤ نرخ جریان کابل
• میزان kA یا ظرفیت قطع
این موضوع به این قابلیت کلید که میتواند مدار را در شرایط اتصال کوتاه قطع کند، اشاره دارد. میزان آن بر حسب کیلو آمپر (KA) بیان می شود. این درجه بندی نباید کمتر از جریان اتصال کوتاه احتمالی باشد. جریان اتصال کوتاه احتمالی حداکثر جریانی است که در مدار در شرایط اتصال کوتاه وجود دارد. در تاسیسات مسکونی کلید مینیاتوری 6 کیلو آمپری کافی است در حالی که 10 کیلو آمپر یا بالاتر از آن برای کاربردهای تجاری و صنعتی سبک مورد استفاده قرار میگیرد.

• نوع کلید مینیاتوری

انواع مختلفی از کلیدهای مینیاتوری وجود دارد که بر اساس جریان قطع آنی طبقه بندی می شوند.

کاربردهای کلید مینیاتوری

همانطور که کارکردها و کاربردهای اصلی قبلاً در عبارات فوق توضیح داده شده است، هدف اساسی یک کلید مینیاتوری محافظت از یک مدار در موارد زیر است:
• حفاظت در برابر اضافه بار و جریان اضافه: کلیدها در درجه اول برای محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر اضافه بار استفاده می شوند. هنگامی که جریان از ظرفیت نامی کلید فراتر رود، سوییچ میکند و جریان برق را قطع می کند و از آسیب به مدار و دستگاه ها جلوگیری می کند.
• حفاظت در برابر اتصال کوتاه: کلیدها همچنین از اتصال کوتاه محافظت می کنند، که زمانی رخ می دهد که یک اتصال با مقاومت پایین بین دو هادی وجود دارد. کلیدها افزایش ناگهانی جریان را تشخیص می دهند و برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد و خطر آتش سوزی سوییچ می کنند.
• حفاظت در برابر خطای زمین: برخی از کلیدها مجهز به محافظ خطای زمین هستند که جریان های نشتی به زمین را تشخیص می دهد. این برای ایمنی مهم است، زیرا می تواند از شوک الکتریکی جلوگیری کرده و از آسیب و از بین رفتن عایق محافظت کند.
• هماهنگی انتخابی: کلیدها اغلب در هماهنگی با سایر وسایل حفاظتی مانند فیوزها یا کلیدهای مدار بزرگتر استفاده می شوند تا اطمینان حاصل شود که نزدیکترین دستگاه به خطا ابتدا باز می شود و زمان خرابی و میزان آسیب را به حداقل می رساند.
• کنترل از راه دور: برخی از کلیدهای پیشرفته (مانند کلید هوشمند با قابلیت اتصال به Wi-Fi) دارای قابلیت های کنترل از راه دور هستند که امکان نظارت و کنترل آسان تر مدارهای الکتریکی در سیستم های صنعتی یا تجاری را فراهم می کند.

اینستروسنتر نماینده ی تجهیزات تابلویی برند دورمن اسمیت می باشد،برای مشاهده و خرید تجهیزات تابلویی برند دورمن اسمیت و از جمله کلیدهای مینیاتوری می توانید به لینک زیر مراجعه کنید:

https://instrucenter.com/product-category/panel-equipment/miniature-circuit/