اصول حفاظت الکتریکی و انواع تجهیزات حفاظتی

در حفاظت الکتریکی از تجهیزات و روش‌های مختلف استفاده می‌شود و به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. حفاظت فعال: حفاظت فعال به استفاده از تجهیزات و روش‌هایی اشاره دارد که به صورت مداوم در حال نظارت بر شبکه الکتریکی و تجهیزات الکتریکی هستند و در صورت وقوع خطر، اقدام به ایجاد قطع جریان برق می‌کنند. این نوع حفاظت شامل رله‌های حفاظتی، دستگاه‌های حرارتی (ترمال)، سیستم‌های کنترل و تجهیزات هوش مصنوعی می‌شود. حفاظت فعال برای جلوگیری از آسیب‌های احتمالی و افزایش ایمنی شبکه و تجهیزات الکتریکی بسیار موثر است.
2. حفاظت غیرفعال: حفاظت غیرفعال به استفاده از تجهیزات و روش‌هایی اشاره دارد که به طور غیرفعال در مقابل خطرات الکتریکی محافظت می‌کنند. این نوع حفاظت شامل استفاده از عایق‌های مقاومتی برای جلوگیری از برق‌گرفتگی، محافظت‌های حرارتی (ترمال) برای کاهش دما و جلوگیری از افزایش آن، و تجهیزات حفاظتی مکمل می‌شود. حفاظت غیرفعال به عنوان یک پشتیبان برای حفاظت فعال عمل می‌کند و در مواردی که حفاظت فعال عمل نکند یا به طور موقتی از کار افتد، تاثیرگذار است.

هر دو نوع حفاظت الکتریکی در تأسیسات الکتریکی از اهمیت بسیاری برخوردارند و به ایمنی انسان‌ها و تجهیزات الکتریکی اساسی می‌باشند

حفاظت در تابلوهای برق – اصول و تجهیزات حفاظتی

حفاظت تابلوهای برق یکی از مهم‌ترین جنبه‌های ایمنی در سیستم‌های الکتریکی است که مانع از آسیب به تجهیزات و وقوع حوادث الکتریکی می‌شود. در ادامه، مهم‌ترین اصول حفاظت تابلوهای برق و نقش کلیدی فیوزها در این فرآیند بررسی می‌شود.

اصول حفاظتی در تابلوهای برق

✅ استفاده از کلید اصلی مجزا: هر تابلو برق باید دارای یک کلید اصلی جداکننده زیر بار یا کلید خودکار باشد تا امکان قطع و وصل جریان به‌صورت ایمن فراهم شود.

✅ حفاظت اختصاصی برای هر تابلو: وسیله حفاظتی مانند فیوز یا کلید مینیاتوری باید به‌صورت اختصاصی برای همان تابلو انتخاب شود. همچنین، جریان نامی این تجهیزات باید متناسب با میزان مصرف تابلو و دستگاه‌های متصل به آن باشد.

✅ محل قرارگیری فیوزها: اگر کلید اصلی تابلو از نوع جداکننده زیر بار باشد، فیوزها باید پس از کلید اصلی نصب شوند تا در هنگام تعویض، مدار بدون بار باشد و ایمنی افزایش یابد.

✅ حفاظت از تجهیزات کنترلی و اندازه‌گیری: تجهیزاتی مانند لامپ‌های سیگنال، آمپرمتر، وات‌متر و پاورمتر باید دارای حفاظت جداگانه باشند تا در برابر اضافه‌بار و نوسانات جریان محافظت شوند.

✅ نصب فیوز پشتیبان قبل از کلید مینیاتوری:

• اگر جریان نامی قطع اتصال کوتاه کلید مینیاتوری ≤ 1.5 کیلوآمپر باشد → فیوز پشتیبان حداکثر 63 آمپر در نظر گرفته شود.
• اگر جریان نامی قطع اتصال کوتاه کلید مینیاتوری ≤ 10 کیلوآمپر باشد → فیوز پشتیبان حداکثر 100 آمپر باشد.

حفاظت از تابلو برق با استفاده از فیوز

فیوز یکی از تجهیزات حفاظتی ضروری است که در ابتدای مسیر فازهای مختلف مدار قرار گرفته و از سیم‌ها، کابل‌ها، تجهیزات اندازه‌گیری، ترانسفورماتورها و ماشین‌های الکتریکی در برابر اضافه‌جریان و اتصال کوتاه محافظت می‌کند.

انواع فیوزها و کاربردهای آن‌ها

🔹 فیوز حرارتی ذوب‌شونده (فشنگی): برای قطع مدار هنگام عبور جریان بیش از حد مجاز، با مکانیزم حرارتی.
🔹 فیوز آلفا (اتوماتیک): قابل تنظیم و دارای مکانیزم عملکرد خودکار.
🔹 فیوز مینیاتوری: رایج‌ترین نوع فیوز که در تابلوهای برق برای حفاظت مدارهای خانگی و صنعتی استفاده می‌شود.
🔹 فیوز کاردی (چاقویی): مناسب برای تجهیزات صنعتی و مدارهای با جریان بالا.

نکات مهم برای نصب فیوز در مدار

نصب صحیح فیوزها در مدارهای الکتریکی نقش کلیدی در محافظت از تجهیزات و مصرف‌کنندگان در برابر اضافه‌جریان و اتصال کوتاه دارد. در ادامه، مهم‌ترین نکات مربوط به نصب فیوزها بررسی شده است:

1. محل نصب فیوز و تأثیر آن بر حفاظت مدار

• فیوز در ابتدای خط: هم از خط انتقال و هم از مصرف‌کننده در برابر اتصال کوتاه و اضافه‌جریان محافظت می‌کند.
• فیوز در انتهای خط: فقط از مصرف‌کننده محافظت کرده و خط انتقال همچنان در معرض خطر باقی می‌ماند.

2. ترتیب نصب فیوزها در تابلوهای توزیع

✅ فیوزهای اول خط باید دارای مقدار جریان نامی بالاتر نسبت به فیوزهای انتهای خط باشند.
✅ فیوزهای کندکار باید قبل از فیوزهای تندکار نصب شوند تا در صورت بروز اتصال کوتاه، ابتدا فیوزی که نزدیک‌تر به دستگاه معیوب است، قطع شود.

3. حفاظت موتورهای الکتریکی با فیوز

🔹 فیوزها تنها بر اساس جریان راه‌اندازی موتور انتخاب می‌شوند و نمی‌توانند موتور را در برابر اضافه‌بار جزئی محافظت کنند. به همین دلیل، برای حفاظت در برابر اضافه‌بار از رله حرارتی (بی‌متال) استفاده می‌شود.

🔹 موتورهای آسنکرون با روتور قفسی: برای این موتورها، فیوز کندکار با جریان نامی 1.5 تا 2.5 برابر جریان نامی موتور مناسب است.

🔹 موتورهای آسنکرون با روتور سیم‌پیچی شده یا راه‌انداز ستاره-مثلث: این موتورها نیز نیاز به فیوز کندکار دارند.

4. حفاظت ترانسفورماتورها با فیوز

هنگام اتصال ترانسفورماتور به شبکه، به دلیل اشباع هسته، جریان هجومی بالایی ایجاد می‌شود. بنابراین:
✅ در سیم‌پیچ اولیه ترانسفورماتور باید از فیوز کندکار با جریان نامی دو برابر جریان اولیه استفاده شود.
✅ در سیم‌پیچ ثانویه، فیوز کندکار باید معادل جریان نامی ثانویه باشد.

5. حفاظت خازن‌ها با فیوز

✅ هنگام وصل خازن‌ها به شبکه، جریان اولیه زیادی از مدار عبور می‌کند. بنابراین، فیوز کندکار با جریان نامی 1.5 برابر جریان خازن برای حفاظت مناسب است.

کلید مینیاتوری و کاربرد آن

کلید مینیاتوری (MCB) عملکردی مشابه فیوز آلفا دارد اما دارای مکانیزم قطع خودکار است. این کلید از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

1️⃣ رله مغناطیسی: برای قطع مدار هنگام اتصال کوتاه.
2️⃣ رله حرارتی (بی‌متال): برای قطع مدار هنگام اضافه‌بار.
3️⃣ کلید دستی: برای قطع و وصل مدار به‌صورت دستی.

کلید مینیاتوری اشنایدر

کلید مینیاتوری اشنایدر

کلید مینیاتوری اشنایدر یکی از بهترین گزینه‌ها برای حفاظت مدارهای الکتریکی است. این کلیدها دارای سرعت عملکرد بالا، طول عمر زیاد و دقت بالا در قطع مدار هستند و در صنایع مختلف برای حفاظت مدارهای روشنایی، موتورها و تجهیزات حساس الکتریکی به کار می‌روند.

کلیدهای اتوماتیک کمپکت (MCCB – Molded Case Circuit Breaker)

کلیدهای اتوماتیک کمپکت (MCCB) برای محافظت از مدارها و تجهیزات در برابر جریان‌های اتصال کوتاه و اضافه‌بار استفاده می‌شوند.

🔹 حفاظت در برابر اضافه‌بار: این کلیدها دارای رله حرارتی قابل تنظیم هستند که امکان تنظیم مقدار جریان قطع را فراهم می‌کند.
🔹 حفاظت در برابر اتصال کوتاه: با تشخیص اتصال کوتاه، مدار را فوراً قطع می‌کند و مانع از آسیب به تجهیزات می‌شود.
🔹 محافظت در برابر برق‌گرفتگی: اگر اتصال کوتاه بین فاز و بدنه فلزی تجهیزات (PE) یا هادی حفاظتی – خنثی (PEN) رخ دهد، MCCB مدار را قطع می‌کند.

کلید اتوماتیک کمپکت اشنایدر

کلیدهای MCCB برند اشنایدر الکتریک از جمله تجهیزات پرکاربرد در صنعت و ساختمان هستند که دارای دقت بالا، سرعت عملکرد مناسب و قابلیت تنظیم حساسیت حفاظتی می‌باشند.

استفاده از کلیدهای مینیاتوری و اتوماتیک کمپکت در سیستم‌های الکتریکی، ایمنی را افزایش داده و از آسیب‌های ناشی از نوسانات جریان، اضافه‌بار و اتصال کوتاه جلوگیری می‌کند.

کلیدهای مغناطیسی (کنتاکتورها) و حفاظت موتورهای الکتریکی

کلیدهای مغناطیسی یا کنتاکتورها برای قطع و وصل، کنترل و فرمان مدارهای الکتریکی بسته به نوع مصرف‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

🔹 حفاظت در برابر اضافه‌بار: با استفاده از کنتاکتور به همراه رله حرارتی (بی‌متال)
🔹 حفاظت در برابر اتصال کوتاه: با نصب فیوز یا کلید خودکار در ورودی کنتاکتور

همچنین، همراه کنتاکتور می‌توان از رله‌های حفاظتی مانند:
✅ رله کنترل ولتاژ (Overvoltage / Undervoltage) برای نظارت بر تغییرات ولتاژ
✅ رله کنترل فاز برای تشخیص عدم تقارن فازها
✅ رله‌های کمکی برای عملکرد بهتر سیستم

انواع حفاظت الکتریکی

مدار حفاظت موتورهای الکتریکی

🔹 برای حفاظت موتورهای الکتریکی در مدار، از تجهیزات زیر استفاده می‌شود:

1️⃣ کلید جداکننده زیر بار (مانند کلید گردان) برای قطع و وصل ایمن
2️⃣ فیوز حفاظتی در برابر اتصال کوتاه، که بر اساس جریان نامی موتور انتخاب می‌شود
3️⃣ کنتاکتور جهت کنترل و قطع و وصل موتور
4️⃣ رله حرارتی (بی‌متال) متصل به کنتاکتور برای حفاظت در برابر اضافه‌بار
5️⃣ رله کنترل فاز برای نظارت بر توالی و افت فازها

کلید حرارتی – مغناطیسی (کلید محافظ موتوری)

به جای استفاده از کلید جداکننده زیر بار، فیوز و رله حرارتی به‌صورت جداگانه، می‌توان از کلید محافظ موتوری که تمامی این ویژگی‌ها را در یک مجموعه دارد، استفاده کرد.

ویژگی‌های کلید محافظ موتوری:
✅ حفاظت در برابر اضافه‌بار: تنظیم شده در بازه 1.5 تا 1.8 برابر جریان نامی موتور
✅ حفاظت در برابر اتصال کوتاه: با عملکرد سریع رله مغناطیسی

انواع جریان‌های حفاظتی در کلید حرارتی – مغناطیسی:
🔹 جریان حرارتی: ناشی از اضافه‌بار موتور که باعث داغ شدن سیم‌پیچ‌ها می‌شود.
🔹 جریان مغناطیسی: ناشی از اتصال کوتاه بین فازها، فاز و نول یا فاز و بدنه که می‌تواند منجر به خرابی شدید موتور شود.

رله کنترل ولتاژ اشنایدر الکتریک

رله کنترل ولتاژ اشنایدر یکی از تجهیزات مهم در سیستم‌های حفاظتی است که وظیفه نظارت بر تغییرات ولتاژ و جلوگیری از آسیب‌های ناشی از نوسانات ولتاژ را بر عهده دارد. این رله‌ها در مدارهای صنعتی و تأسیسات برقی برای افزایش ایمنی و کاهش خرابی تجهیزات الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

جمع‌بندی:
🔹 کنتاکتورها همراه با رله‌های حفاظتی از موتورهای الکتریکی در برابر اضافه‌بار و اتصال کوتاه محافظت می‌کنند.
🔹 کلیدهای حرارتی – مغناطیسی گزینه‌ای ایده‌آل برای حفاظت جامع موتور هستند.
🔹 رله‌های کنترل ولتاژ و فاز برای افزایش ایمنی و بهبود عملکرد سیستم‌های الکتریکی ضروری هستند.

رله حرارتی (بی متال) و رله مغناطیسی – عملکرد و کاربردها

رله حرارتی (بی متال) چیست؟

رله حرارتی یا بی متال برای حفاظت از مدارها، به‌ویژه موتورها، در برابر اضافه‌بار به کار می‌رود. این رله از دو فلز غیر هم‌جنس متصل به هم تشکیل شده است که در اثر حرارت ناشی از جریان اضافی تغییر شکل داده و باعث قطع مدار می‌شوند.

ساختار و نحوه عملکرد بی متال

🔹 بی متال دارای سه کنتاکت قدرت برای عبور جریان اصلی و دو کنتاکت فرمان است:
✅ کنتاکت فرمان بسته (NC) – شماره 95-96: هنگام بروز اضافه‌بار، این کنتاکت باز شده و مدار فرمان را قطع می‌کند.
✅ کنتاکت فرمان باز (NO) – شماره 97-98: در هنگام قطع شدن بی متال، این کنتاکت بسته شده و آلارم هشدار را فعال می‌کند.

🔹 بی متال‌ها دارای تنظیم جریان هستند و مقدار جریان مجاز عبوری از آن‌ها را می‌توان با استفاده از پیچ تنظیم روی دستگاه تغییر داد.

نحوه تنظیم بی متال برای موتورهای الکتریکی

✅ اگر بی متال برای حفاظت موتور استفاده شود، باید جریان آن روی جریان نامی موتور تنظیم شود.

ویژگی‌های یک بی متال مناسب

1️⃣ در جریان نامی موتور، مدار را قطع نمی‌کند.
2️⃣ اگر جریان عبوری 5% بیشتر از مقدار تنظیم‌شده باشد، مدار را در بیش از 2 ساعت قطع می‌کند.
3️⃣ اگر جریان عبوری 20% بیشتر باشد، مدار را در کمتر از 2 ساعت قطع می‌کند.
4️⃣ اگر جریان عبوری 50% بیشتر باشد، مدار را در کمتر از 2 دقیقه قطع می‌کند.

💡 نکته: در صورتی که بی متال در مسیر جریان فازی موتور قرار بگیرد، باید مقدار جریان بی متال مطابق با جریان فاز موتور تنظیم شو

رله مغناطیسی چیست؟

رله مغناطیسی برای حفاظت از ماشین‌های الکتریکی در برابر اتصال کوتاه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ساختار و عملکرد رله مغناطیسی

🔹 این رله از یک هسته آهنی ثابت، یک هسته متحرک و یک بوبین تشکیل شده است.
🔹 در صورت وقوع اتصال کوتاه، جریان عبوری از بوبین افزایش می‌یابد و باعث می‌شود هسته متحرک به هسته ثابت متصل شود.
🔹 این فرآیند کنتاکت‌های بسته رله را باز کرده و مدار را در مدت زمان بسیار کوتاهی قطع می‌کند تا از آسیب به تجهیزات جلوگیری شود.

انواع حفاظت الکتریکی

تفاوت رله حرارتی و رله مغناطیسی

🔹 رله حرارتی (بی متال): برای محافظت از مدار در برابر اضافه‌بار استفاده می‌شود و عملکرد آن بر اساس افزایش دما است.
🔹 رله مغناطیسی: برای قطع سریع مدار در هنگام اتصال کوتاه استفاده می‌شود و عملکرد آن مغناطیسی و لحظه‌ای است.

جمع‌بندی

✅ رله حرارتی (بی متال) از موتورهای الکتریکی در برابر اضافه‌بار محافظت می‌کند.
✅ رله مغناطیسی از تجهیزات در برابر اتصال کوتاه محافظت کرده و مدار را در مدت‌زمان بسیار کوتاهی قطع می‌کند.
✅ استفاده ترکیبی از رله حرارتی و مغناطیسی در مدار، حفاظت کامل‌تری را برای موتورهای الکتریکی و سایر تجهیزات فراهم می‌کند.

سوالات متداول درباره حفاظت الکتریکی

1. حفاظت الکتریکی چیست؟

حفاظت الکتریکی شامل اقداماتی است که برای جلوگیری از خطرات ناشی از جریان برق به افراد، تجهیزات، مصرف‌کنندگان و سیم‌های حامل جریان اعمال می‌شود. هدف این اقدامات، جلوگیری از آسیب‌های ناشی از اتصال کوتاه، اضافه‌بار و برق‌گرفتگی است.

انواع حفاظت الکتریکی شامل:
1️⃣ حفاظت از انسان در برابر برق‌گرفتگی
2️⃣ حفاظت از تجهیزات و دستگاه‌های الکتریکی
3️⃣ حفاظت از سیم‌ها و کابل‌های برق

2. چگونه از تجهیزات و دستگاه‌های الکتریکی در برابر خطاهای الکتریکی محافظت می‌شود؟

برای حفاظت از تجهیزات الکتریکی در برابر اتصال کوتاه و اضافه‌جریان، از تجهیزات حفاظتی زیر استفاده می‌شود:

✅ رله‌های حرارتی (بی متال): برای جلوگیری از اضافه‌بار در موتورها و دستگاه‌های صنعتی
✅ فیوزهای ذوب‌شونده و مغناطیسی: برای قطع مدار در برابر اتصال کوتاه
✅ کلید محافظ موتوری: ترکیبی از حفاظت حرارتی و مغناطیسی برای موتورها
✅ کلید مینیاتوری (MCB): برای محافظت از تجهیزات خانگی و صنعتی در برابر اضافه‌بار و اتصال کوتاه
✅ کلیدهای اتوماتیک (MCCB) و کلیدهای هوایی (ACB): برای محافظت از مدارهای فشار ضعیف و توزیع برق صنعتی

نتیجه: استفاده از این تجهیزات حفاظتی، باعث افزایش ایمنی سیستم‌های الکتریکی و جلوگیری از خرابی تجهیزات و برق‌گرفتگی می‌شود.