شرح شامل لقواطع الجهد المنخفض (ِ MCCB - MCB) ومكوناتها وانواعها ومواصفاتها وبياناتها وكيفية اختيارها

شرح شامل لقواطع الجهد المنخفض (ِ MCCB - MCB) ومكوناتها وانواعها ومواصفاتها وبياناتها وكيفية اختيارها

شرح التيار المقنن و تيار زيادة الحمل و تيار القصر

نتطرق أولا لبعض المفاهيم الهامية

التيار المقنن  Rated Current

هو أقصى تيار يمكن أن يسحبه الحمل دون أن يتسبب فى أى ضرر او تلف للمعدات

  Overload Current  تيار زيادة الحمل

هو زيادة فى تيار الحمل عن الـ Rated Current  بقيمة تتراوح من 10% الى 25% لفترة زمنية معينة دون حدوث تلف للكابلات أو المعدات 

مثلا: بالنسبة للمواتير إذا تم سحب تيار أعلى من قيمة الـ overload current سترتفع درجة حرارة الملفات وقد يؤدى هذا الى تلف المادة العازلة ويقل العمر الإفتراضى للموتور

تيار القصر  Short Circuit Current

هى زيادة كبيرة جدا للتيار عن قيمة الـ Rated Current وتتسبب فى اتلاف المعدات الكهربية وإحراق الكابلات (فى حالة عدم وجود حماية)

الفكرة الأساسية لعمل القاطع  working principle of CB

* وظيفة القاطع Circuit Breaker هو الحماية من تيار Overload Current وتيار Short Circuit Current لحماية المعدات والكابلات ولكن كيف يقوم القاطع بهذه الوظيفه ؟؟؟

يحتوى القاطع بداخله على عنصرين هما Thermal Trip Unit و Magnetic Trip Unit 

Thermal Trip Unit : وظيفته الحماية ضد تيار الحمل الزائد Overload Current وهو عبارة عن شريحة ثنائية المعدن (Bimetallic Strip) فعند مرور تيار أعلى من القيمة المقننة Rated Current يتسبب هذا التيار فى تسخين شريحة المعدن فتتمدد وتقوم بسحب الـجزء المسئول عن فتح القاطع وذلك فى زمن يقدر بالدقائق minutes ويتناسب هذا الزمن عكسياَ مع قيمة التيار فكلما زاد التيار قل زمن الفصل والعكس صحيح

أى كلما زاد التيار أصبح زمن الفصل أسرع 

 Magnetic Trip Unit: وظيفته الحماية ضد تيار القصر  Short Circuit Current وهو عبارة عن ملف مغناطيسي magnetic coil فعند مرور تيار القصر فى الملف ينشأ عنه مجال مغناطيسي فيولد هذا المجال قوة دافعة مغناطيسية تتنسبب فى جذب الـ moving contact بعيداَ عن الـ fixed contact فيفصل القاطع فى زمن قصير يقدر بالمللى ثانية (ms)

أنواع القواطع Types of Circuit Breakers  

 مفاتيح منمنمة  (MCB) (Miniature Circuit Breaker)

تعنى حرفيا القواطع المنمنمة أي صغيره الحجم مقارنة بالقواطع المستخدمة في لوحات التوزيع العمومية (MCCB) وتستخدم لحماية دوائر التوزيع النهائية حيث يكون القاطع اقرب ما يكون للاحمال مع توفير التنسيق في الفصل بينة وبين القاطع العمومي

خصائص قواطع  MCB

- سعة المفتاح (In) تتراوح ما بين6A و125A وتتوفر بالقيم الآتية :-
6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A.80A , 100A .125A

- سعة القصر للمفتاح :  4.5KA - 6KA - 10KA - 15KA

- يوجد منها أحادى Single Phase وثلاثي three phase

- تستخدم فى حماية الأحمال الفرعية مثل الإنارة والبرايز والأحمال المنزلية

خصائص منحنى الفصل  للقواطع Trip Curve Ch/s

منحنى الفصل Trip Curve : هو منحنى يحدد العلاقة بين تيار العطل وزمن الفصل للقاطع

خصائص منحنى الفصل  MCB Trip Curve Ch/s

وينقسم المنحنى الى ثلاثة مناطق :

- المنطقة الأولى :  وهى منطقة الفصل الحرارى Thermal Trip وهى المنطقة التى يفصل فيها القاطع فى حالة زيادة الحمل overload وتتراوح كما بالرسم (من 1.13I وحتى 3I) وتكون فيها العلاقة عكسية بين التيار والزمن حيث كلما زاد التيار قل زمن الفصل والعكس صحيح وعادة يكون زمن الفصل طويل نسبيا (بالدقائق) لذلك تسمى أيضا  Long Time Delay (المنطقة مظللة باللون الأزرق)

- المنطقة الثانية :  وهى منطقة الفصل المغناطيسي Magnetic Trip وهى المنطقة التى يفصل فيها القاطع فى حالة تيار القصر Short Circuit وتتراوح كما بالرسم (من 3I وحتى 6I)  ويكون فيها زمن الفصل صغير (بالمللى ثانية) حيث عند تيار عطل يساوي (3I) يفصل القاطع فى زمن قدرة 0.02 ثانية أى (20 مللى ثانية) كما بالرسم لذلك تسمى أيضا  Short Time Delay (المنطقة مظللة باللون الرمادى)

- المنطقة الثالثة :  وهى منطقة الفصل اللحظى instantaneous Trip وفيها يفصل القاطع لحظيا بدون زمن فصل وهى كما بالرسم  ( أعلى من 6I )

(Ir) (Rated Current)  التيار المقنن : وهو أقصي تيار يمكن أن يمر فى القاطع بدون أن يفصل .
(Im) (Magnetic S.C Current)  تيار الفصل المغناطيسي : وهو أقل قيمة لتيار القصر يمكن أن يفصل عندها القاطع .

(Icu) (Short Circuit Breaking Capacity)  سعة القطع : وهو أقصي قيمة لتيار القصر يمكن أن يتحمله القاطع فى حالة حدوث Short Circuit بدون أن يحترق ويقاس بالـ KA

أنواع القواطع المنمنمة MCB طبقا لمنحنى الفصل

 -1 القواطع ذات المنحني  B

هذا المنحني يستخدم لحماية المولدات وأيضا حماية الأشخاص والكابلات في حالة استخدام أنظمة التاريض IT -TN وتكون قيمة تيار الفصل المغناطيسي تتراوح ما بين 3 إلي 5 من قيمة التيار الطبيعي

 - 2 القواطع ذات المنحني  C
ويفضل استخدام هذا النوع في حالة حماية الكابلات التي تغذي الأحمال مثل الانارة او البرايز حيث يكون تيار الفصل المغناطيسي يتراوح ما بين 5 إلي 10 من قيمة تيار الطبيعي
 -3 القواطع ذات المنحني  D
ويفضل استخدام هذا النوع لحماية الأحمال ذات تيار البدء العالي حيث تكون قيمة تيار الفصل المغناطيسي يتراوح ما بين 10 إلي 14 من قيمة تيار الطبيعي
 -4 القواطع ذات المنحني MA 
ويكثر استخدامها لحماية المحركات حيث تكون مزودة بحماية مغناطيسية ثابتة تساوي 12 من قيمة التيار الطبيعي ولكن يعيبها أنها غير مذوده بوسيلة فصل حرارية

أنواع قواطع MCB طبقا لعدد الأقطاب

Types of MCB according to Number of Poles

Single Pole (SP) MCB -1

يستخدم هذا النوع فى الدوائر الأحادية (Single Phase) لحماية فازة واحدة فقط

Double Pole (DP) MCB -2

يستخدم فى الدوائر الأحادية (Single Phase) لحماية فازة + نيوترال

Triple Pole (TP) MCB -3

يستخدم فى الدوائر الثلاثية (Three Phase) لحماية الثلاث فازات بدون النيوترال

 Three Pole with Neutral [TPN (3P+N) MCB] -4

يستخدم فى الدوائر الثلاثية (Three Phase) لحماية الثلاث فازات + النيوترال ضمن القاطع كقطب منفصل separate pole ولكن يوفر إمكانية الفصل والتوصيل للنيوترال فقط بدون توفير حماية للنيوترال 

Four Pole (4P) MCB -5

مشابه للنوع السابق (TPN) لكن يختلف عنه فى انه يوفر حماية للنيوترال بالاضافة الى الفصل والتوصيل له ويستخدم فى الدوائر التى يمر بها تيار كبير بالنيوترال نتيجة وجود عدم اتزان للأحمال (Unbalanced loads)

Types of MCB according to Number of Poles                                           

شرح البيانات المكتوبة على قاطع MCB

البيانات المكتوبة على القاطع MCB Nameplate

قواطع MCCB مقولبة (molded case circuit breaker)

خصائص قواطع MCCB 

- يستخدم هذا النوع فى لوحات التغذية الرئيسية أو الفرعية
- يتميز هذا النوع بأنه أكبر حجماَ من قواطع MCB نظرا لقدرته على تحمل تيارات القصر العالية
- يتوفر بسعات عالية تتراوح من 16A وحتى 1600A كالتالى 16A,25A,32A,40A,50A,63A,80A,100A,125A,160A,200A,250

320A,400A,500A,630A,800A,1000A,1250A,1500A,1600

-يتميز بان له سعه قطع عالية (SCC) (short circuit capacity) وفقا لسعه الأمبير:

مثلا القواطع حتى 160 أمبير تكون سعه القطع لها 25 كيلو أمبير

والقواطع الأعلى من 160 أمبير وحتى 300 أمبير تكون سعه القطع لها 35 كيلوأمبير 

والقواطع من 400 أمبير إلي 800 أمبير تكون سعه القطع لها 50 كيلو أمبير

 - يوجد منها القواطع الثلاثية فقط  three phase

 - ذراع الفصل لها ثلاثة أوضاع ON - OFF - Tripped كالتالى    :
 (OFF) هي حالة الفصل الكامل حيث يمكن فصله يدويا 
(Tripped) هي حالة الفصل علي عطل (TRIP ) وهي حالة حدوث قصر حيث يأخد ال MCCB وضعية في المنتصف ولا يمكن حينها توصيله مباشرة اذ لا بد من فصله اولا ثم بعدها يمكن توصيله 

(ON) هي حالة التشغيل حيث يمكن توصيله يدويا

أنواع الحمايات بقواطع الـ  MCCB

يجهز القاطع بنوعيين من الحمايات المستخدمة وهما :

الحماية الحرارية nThermal Protectio

 وهى عبارة عن وحدة فصل حرارى  Thermal Trip unitللحماية ضد تيار الحمل الزائد Overload عبارة عن شريحة ثنائية المعدن Bi-metallic strip بداخل القاطع عندما يمر بها تيار أعلى من القيمة المقننة تسخن فتتمدد وتقوم بفصل القاطع

الحماية المغناطيسية Magnetic Protection 

وهى عبارة عن وحدة فصل مغناطيسي Magnetic Trip unit للحماية ضد تيار القصر short circuit عبارة عن ملف مغناطيسي magnetic coil بداخل القاطع عندما يمر بها تيار قصر عالى جدا ينشأ عنها مجال مغناطيسي محدثا قودة دافعه مغناطيسية MMF تتسب فى فصل القاطع

 وبناءاَ على ذلك يمكن تصنيف وحدات الفصل بقواطع MCCB إلى نوعين :-

تصنيف وحدات الفصل بقواطع MCCB 

Thermomagnetic Trip Units وحدات فصل حرارية مغناطيسية -

Electronic Trip Units وحدات فصل إليكترونية -

أولا Thermomagnetic Trip Units : 

حيث قد يجهز القاطع بمؤشر لضبط الحماية الحرارية ومؤشر لضبط الحماية المغناطيسية أو يحوى واحدا منهما دون الآخر وقد لا يحوى على هذين المؤشرين كالتالى:

·      قواطع MCCB ذو سعة  )أقل من 160 أمبير((In=160A)  تجهز بوقاية حرارية ومغناطيسية ثابتة (لا يمكن تغييرها ولا تحتوى على مؤشري الضبط) وتسمى TMF

 = Fixed Thermal - Fixed MagneticTMF

TMF MCCB Breaker

·      قواطع MCCB ذو سعة (أكبر من 160 أمبير وحتى 250 أمبير) تجهز بوقاية حرارية قابلة للضبط بداية من 0.7 الى 1 من التيار المقنن In وأيضا يجهز بوقاية مغناطيسية ثابتة تساوى 10 أمثال التيار المقنن((10Inوتسمى TMD

 = Adjustable Thermal - Fixed MagneticTMD

·      قواطع MCCB ذو سعة (أكبر من 250 أمبير) تجهز بوقاية حرارية قابلة للضبط بداية من 0.7 الى 1 من التيار المقنن In وأيضا يجهز بوقاية مغناطيسية قابلة للضبط بداية من 5 الى 10 أمثال التيار المقنن In وتسمى TMA

 = Adjustable Thermal - Adjustable MagneticTMA

TMA MCCB Breaker

كيفية معايرة أو ضبط قواطع TMA (أعلى من 250 أمبير) :

يوجد عيارين لهذا القاطع العيار الأول هو عيار زيادة الحمل (over load) والعيار الثاني هو عيار القصر (short circuit) .
المؤشر الأول هو مؤشر زيادة الحمل (over load) وهو مؤشر Ir
Ir هو التيارالناتج عن زيادة الحمل (over load) والذي يفصله القاطع وله أربع وضعيات وتبدأ من 0.7 حتى 1 وهى (0.7 - 0.8 - 0.9 - 1)حيث يعير القاطع للفصل حيث عند ضبط المؤشر عند وضع (0.7) سيفصل القاطع عند وصول تيار الحمل إلى (250*0.7) أى (175A) و سيفصل عند (200A) عند وضعية 0.8 و (225A) عند وضعية 0.9 و عند (250A) عند وضعية (1) كما هو مبين بالشكل التالى .أي بفرض تم وضع المؤشر على وضعية 0.9 عندها فإن القاطع يفصل بمجرد وصول قيمة التيار الى 225 امبيروهكذا ......

ملاحظة: أحياناً تكون الوضعيات أكثر [0.8,0.85,0.88,0.9,0.93,0.95,1].

وأحياناً يتم معايرة القاطع للفصل عند زيادة الحمل (over load) على قيم أكثر من ذلك حيث يكون هناك مؤشرين الأول هو Ir والثاني هو Ioحيث قيم المؤشر Irهي [0.5,0.63,0.7,0.8,0.9,1] أما قيم المؤشر Io هي [0.8,0.85,0.88,0.9,0.93,0.95,0.98,1] والقيم التي يفصل عندها القاطع هي حاصل ضرب قيمتى المؤشرين (Io x Ir) فمثلاً مؤشر Ir على 0.5 ومؤشر Io على 0.8 عندها يكون التيار الذي سوف يفصل عليه القاطع هو IoxIrxIn=250x0.5x0.8=100 A أي عند وصول تيار الحمل على قيمة 100 أمبير سوف يفصل القاطع وهكذا كما هو مبين بالشكل 2.

المؤشر الثاني هو مؤشر تيار القصر Im (تيار الفصل المغناطيسي) 

Im هو أقل تيار يفصل عنده القاطع فى حالة القصر (short circuit) وله ستة وضعيات [5,6,7,8,9,10] .فمثلاُ عند وضع المؤشر على وضعية 6 عندها يكون تيار الفصل المغناطيسي (short circuit) هو (250*6) أى 1500 أمبير أي بمجرد وصول التيار الى 1500 امبير يفصل القاطع عندها مباشرة وعند وضع المؤشر على وضعية 10 عندها يكون تيار الفصل المغناطيسي (short circuit) هو 2500 أمبير وهكذا..... .

ملاحظة: أحياناً تكون الوضعيات أكثر [2,3,4,5,6,7,8,10] كما بالشكل السابق

أنواع قواطع MCCB طبقا لمنحنى الفصل

1- قواطع ذات المنحني D
هذا النوع  من القواطع يحتوي بداخلة علي حماية حرارية وحماية مغناطيسية ولذلك يفضل استخدامه لحماية الكابلات التي تغذي أحمال عادية  حيث تكون قيمة تيار الفصل المغناطيسي ثابتة للقواطع التي تيارها اقل من 160 أمبير  وتكون قابلة للمعايرة ما بين 5 إلي 10 من قيمة التيار الطبيعي  للقواطع التي تيارها  يكون اكبر من 160 أمبير

وتزود هذا النوع من القواطع بضاغط يسمي RESET

2- قواطع ذات المنحني G

هذا النوع من القواطع يحتوي علي حماية حرارية لحماية من زيادة الحمل وحماية مغناطيسية  للحماية من حالات القصر وتكون قيمة المعايرة المغناطيسية ثابتة للأحمال اقل من 250 أمبير وتكون  قابلة للمعايرة ما بين 2 إلي 5 من قيمة التيار الطبيعي عندما يزيد التيار عن 250 أمبير ويفضل  ولذلك يفضل استخدامه لحماية المولدات وأيضا لحماية الأشخاص والكابلات في حالة استخدام نظام التاريض TN –IT وتزود هذا النوع من القواطع بضاغط يسمي RESET

3- قواطع ذات المنحني MA

ويكثر استخدامها لحماية المحركات حيث تكون مزودة بحماية مغناطيسية ثابتة للقواطع التي تيارها اقل من 160 أمبير وتكون قابلة للمعايرة من 6 إلي 12 من قيمة التيار الطبيعي في حالة زيادة التيار عن 160 أمبير  ولكن يعيبها أنها غير مزودة بوسيلة فصل حرارية

وتزود هذا النوع من القواطع بضاغط يسمي RESET

4- قواطع ذات المنحني ST

يحتوي هذا القاطع علي وحدة فصل الكترونية عالية الاداء وتكون نسبة زيادة التيار تتراوح ما بين 40% الي 100% من التيار المقنن

شرح البيانات المكتوبة على قاطع MCCB

 (Rated operational Voltage) (Ue)جهد التشغيل المقنن

وهو الجهد الذى تم تصميم القاطع عليه لكى يعمل بطريقة سليمة فى ظروف التشغيل العادية ويقاس بالفولت ويدون هذا الجهد على لوحة بيانات القاطع ويكون بقيم 415/400/240 فولت 

(Rated insulation Voltage) (Ui) جهد العزل المقنن

هو أقصى جهد يتحمله القاطع لمدة معينه (1 - 3 ) ثواني عندما يكون الفولت 1.5 ضعف الجهد المقنن Ue

 (Rated impulse withstand Voltage) (Uimp)جهد الصدمة المقنن

هو أقصي جهد يمكن ان يتحمله القاطع فى حالة الفولتيات العالية الناتجة عن الصواعق أو الفصل والتوصيل وعادة ماتكون أكثر من 15 أضعاف الجهد المقنن وتكون المده بالملي ثانيه

(Rated ultimate short circuit breaking capacity) (Icu)

التيار الأقصى لفصل القصر وهو أقصي قيمة لتيار القصر يمكن أن يتحملها القاطع لمرة واحدة ويجب اختبار القاطع بعدها

 (Rated service short circuit breaking capacity) (Ics)

التيار التشغيلي لفصل القصر وهو أقصي قيمة لتيار القصر يمكن أن يتحملها القاطع لثلاث مرات متتالية تفصل بينها ثلاث دقائق ويجب تغيير القاطع بعدها وهى نسبة مئوية من Icu 

Ics = (25% or 50% or 75% or 100%) Icu

وكلما زادت هذه النسبة كلما كان أفضل (أفضل قيمة 100%) لأنها تدل على زيادة قدرة القاطع على تحمل تيارات قصر عالية القيمة عدة مرات مما يرفع من معدلات الأمان

 - مثلا لو لدى قاطع له Icu = 36KA  -  Ics = 22KA 

يعنى فى حالة حدوث قصر يمكنك رفع القاطع 3 مرات (بحد أقصي) فى وقت أقل من ثلاثة دقائق بدون أن يحترق القاطع بشرط تيار القصر لا يزيد عن 22KA

لكن لو تيار القصر أكبر من 22KA وأقل من 36KA يمكنك رفع القاطع لمرة واحدة فقط بدون أن يحترق

تصنيف القواطع حسب الـ Category 

 - يمكن تصنيف القواطع حسب الـ Category حيث يوجد نوعان :-

Category A ( Cat A)  وهي قواطع يتم تركيبها فى لوحات التوزيع النهائية بالقرب من الاحمال ويطلب منها أداء الفصل لحظيا أى لايمكن معايرة زمن فصل القاطع الكهربائى مثل قواطع M.C.B

 Category B ( Cat B)وهي قواطع يتم تركيبها في اللوحات العمومية ويطلب منها أداء الفصل بزمن تأخير أى يمكن معايرة زمن الفصل القاطع الكهربائى مثل قواطع M.C.C.B و A.C.B

قاطع مكتوب عليه 160/250A    AT/AF  ما معنى ذلك ؟؟؟

AT  تعنى Ampere Trip وهو أقصي تيار يمكن ان يمر فى القاطع بدون أن يفصل وهو التيار المقنن In

AF  تعنى Ampere Frame وهوأقصي تيار يمكن ان يمر فى القاطع بدون أن يفصل طبقا لأبعاده الفيزيائية Physical dimension حيث تم تصنيع القاطع وتصميم حجمه بحيث يتحمل هذا التيار ولكن بشرط تغيير الـ Trip Unit الموجودة بالقاطع بأخرى تتناسب مع قيمة الـ  Ampere Frame

بمعنى أن هذا القاطع يفصل عند قيمة تيار أعلى من160A  ولكن يمكن جعله يفصل عند قيمة أعلى من 250A بتغيير الـ Trip Unit بداخله بأخرى تتناسب مع 250A   (حيث أن جسم القاطع وأبعاده مصممه بحيث تتحمل 250A)

ملحوظة :- سعر القاطع يتوقف أساسا على قيمة أقصى سعة لتيارالقصر (SCC) التى يتحملها Icu, فالفرق بين قاطع تياره المقنن 16A  و CB اّخر تياره 50A مثلا , فربما لايكون كبيرا, ولا يتعدى عشرات الجنهيات , أما الفرق فى السعر بين CB تياره 100A  وله سعه قصر 6KA  وبين أخر تياره المقنن 100A  لكن له سعه قصر تساوى 50KA  فإنه قد يصل إلى الاّف الجنهيات.

تابع أيضاَ :

شرح قواطع التسريب الأرضي أو القواطع التفاضلية ( ELCB - RCCB)

شرح قواطع الجهد المتوسط بالموزعات Medium Voltage circuit Breakers

كلمات مفتاحية قواطع مفاتيح الجهد المنخفض التيار المقنن تيار القصر Thermal Trip Unit Magnetic Trip Unit مفاتيح منمنمة MCB Miniature مفاتيح مقولبة MCCB molded case circuit breaker Ampere Trip Ampere Frame