کلید حرارتی یا MPCB چیست و چگونه کار می کند؟

در زمان طراحی تابلو برق ها و راه اندازی موتورهای الکتریکی باید بدانید که نقش کلید حرارتی یا MPCB چیست و چرا باید از این کلید حتما استفاده کرد؟

کلید های MPCB برخلاف ظاهر کوچک و ساده ای که دارند می توانند از هزینه ها و خرابی های بسیار بزرگی جلوگیری کنند. با فرنام الکتریک همراه باشید تا به بررسی این کلید و کاربردهای مهم آن در صنعت برق بپردازیم.

کلید حرارتی چیست؟

کلید حرارتی را می توان در دسته بندی قطعات محافظتی قرار داد. کلید حرارتی خود از قطعات دیگری نظیر فیوز مینیاتوری، کلید و بی متال تشکیل شده است. کلید MPCB از موتور وسیله برقی مورد نظر در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه محافظت می کند. به همین دلیل است که از کلید حرارتی به عنوان یک قطعه حفاظتی یاد می شود.

این قطعه دارای قابلیتی است که در صورت افزایش جریان یا به اصطلاحی بهتر اضافه بار بتواند الکترو موتور را از منبع ورودی آن جدا کند. از کلید حرارتی تحت عنوان MPCB نیز یاد می شود که کلمه لاتین آن به معنای مدار قطع کن حافظت کننده از موتور است. از جمله کاربرد های کلید حرارتی می توان به قابلیت قطع زیر بار، روشن و خاموش کردن موتور، نقش ایمنی و حفاظت از موتور وسایل برقی و. . اشاره کرد. کلید های حرارتی به همراه تجهیزات جانبی می توانند برای استفاده در مدار فرمان نصب شوند.

مشخصات کلید حرارتی:

• دارای شستی وصل و قطع یا 1-0 می‌باشد.
• همانند بی متال دارای درجه تنظیم جریان می باشد. (طبق جریان نامی)
• دارای محرک تست (TEST)، برای بازدید و سلامت کلید می‌باشد.
• دارای سه فاز قدرت می‌باشد.

ساختار کلید MPCB :

کلید حرارتی از دو فلز با جنس های مختلف تشکیل شده است. این دو فلز نا همجنس دارای ضریب انبساط متفاوتی هستند و بر روی یک سطح به طور کامل با یکدیگر جوش خورده اند. در ساخت کلید MPCB از بی متال استفاده می شود. بی متال یک عنصر دو فلزی است که افزایش حرارت وارد شده به این فلز ها سبب می شود که فلزی که دارای ضریب انبساط کمتر است خم بشود. جالب است بدانید این خم شدن فلز موقتی بوده، به این معنا که فلز بعد از سرد شدن به حالت اولیه خود بازگشته و بی متال شبیه به شکل اولیه خود می شود.

به طور معمول در چنین شرایطی تماس الکتریکی در یک سمت از این تیغه به وجود می اید. اگر دمای جریان عبوری تیغه مورد نظر از میزان مشخصی بالاتر باشد، تیغه ها گرم می شوند و در نتیجه آن انبساط رخ می دهد. به طور کلی کلید حرارتی را می توان یک قطعه ای حساس به دما دانست که بر اساس بی متال ساخته می شود. کلید های حرارتی در صنعت برق هم بسیار کاربرد داشته و در این صنعت کلید های حرارتی به نوعی رله کنترل باز محسوب می شوند که به صورت سری در مدار قرار می گیرند. قرار گرفتن سری در مدار میزان حفاظت از موتور در برابر اضافه بار را افزایش می دهد.

نحوه عملکرد کلید حرارتی

کلید MPCB ، دو حفاظت اصلی شامل حفاظت مغناطیسی و حفاظت حرارتی را برعهده دارند. عملکرد حرارتی برای حفاظت موتور الکتریکی از اضافه جریان و عملکرد مغناطیسی برای حفاظت موتور الکتریکی در برابر جریان اتصال کوتاه می باشد.

عمکرد حرارتی در کلیدهای حرارتی، زمانی فعال می شود که جریانی فراتر از جریان نامی الکتروموتور به آن اعمال شود. برای مثال هنگامی که روتور درون استاتور قفل شود یا به اصطلاح جامپ کند، الکتروموتور جریانی بیشتر از جریان نامی خود از مدار می کشد که این کار باعث داغ شدن موتور و عبور جریان بیشتر از تجهیزات الکتریکی مرتبط می شود. در این حالت، عملکرد بی متالی کلید حرارتی فعال می شود.

درون کلید حرارتی دو فلز غیر همجنس با ضریب انبساط متفاوت وجود دارد که زمانی که جریان، بیشتر از حد مجاز از این دو فلز عبور می کند، فلزی که ضریب انبساط کمتری دارد شروع به خم شدن می کند تا جایی که اهرم زیر فلز فعال شده و مدار قطع می شود که پس از سرد شدن نیز به حالت اولیه باز می گردد و مدار وصل می شود. به همین دلیل است که حفاظت حرارتی کلیدهای MPCB با تاخیر انجام می شود.

در خصوص عملکرد مغناطیسی کلیدهای MPCB اولین نکته ای که به چشم می خورد این است که برخلاف حفاظت حرارتی در حفاظت مغناطیسی، مدار بلافاصله قطع می شود و با تاخیر همراه نیست. عملکرد مغناطیسی کلیدهای حرارتی در زمان بروز اتصال کوتاه فاز با فاز، فاز با نول یا فاز با زمین، فعال می شوند. حفاظت مغناطیسی این کلیدها توسط یک بوبین انجام می شود به این صورت که در شرایط نرمال، جریان مدار به وسیله دو کنتاکت که به هم متصل هستند از بوبین داخل کلید حرارتی عبور می کند و میدان مغناطیسی بسیار کوچکی ایجاد می کند. اما در زمانی که خطای اتصال کوتاه رخ می دهد در یک لحظه جریان بسیار زیادی از بوبین عبور می کند. این جریان زیاد باعث ایجاد میدان مغناطیسی شدیدی می شود که قادر است هسته آهنی داخل بوبین را به حرکت درآورد و در نهایت این حرکت باعث فعال شدن اهرم قطع شده و مدار قطع می گردد.

استفاده از کلید حرارتی چه مزایایی دارد؟

این محافظ‌ها اضافه بار ناشی از دمای دستگاه را پیگیری می‌کنند. کلیدهای MPCB شکل گرد و جمع ‌و جوری دارند و نصب آنها هم بسیار ساده است. در ادامه با دیگر مزایای این کلیدها آشنا می‌­شوید:

• از این محافظ هنگام اتصال کوتاه، اضافه بار جریان و خطای خط استفاده می‌کند.
• کلیدهای حرارتی وظیفه حفاظت از موتور دربرابر افت فاز و عدم تعادل فاز را برعهده دارند.
• امکان کنترل و فرمان‌پذیری دارند.
• برای قطع کردن از قدرت بالایی برخوردار هستند.
• رنج‌های بسیار گسترده‌ای دارند.
• امکان اضافه کردن تجهیزات جانبی بیشتر را دارند.

بررسی تفاوت بین کلید  MCCB و  MPCB

کلید اتوماتیک یا MCCB نیز مانند کلید حرارتی برای قطع و وصل دستی و یا اتوماتیک مدار مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دو کلید تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند که در ادامه به تعدادی از مهم‌ترین آنها اشاره می‌کنیم:

• کلیدهای حرارتی به طور اختصاصی برای حفاظت از موتورهای الکتریکی شاخته شده‌اند. اما کلیدهای اتوماتیک در مدارات مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• کلید اتوماتیک بیشتر در توزیع برق استفاده می‌شود و از مدارهای توزیع ولتاژ پایین و همچنین بارهای موتور محافظت می کند. ولی کلید محافظ موتور برای روشن و خاموش کردن دستی موتورهای الکتریکی و همچنین محافظت از آنها در برابر انواع مختلف خطاها استفاده می‌شود.
•   معمولا برای راه‌اندازی مدار موتورهایی که قابلیت اتصال کلید حرارتی را دارند، به رله اضافه بار نیاز نداریم اما هنگام استفاده از کلید اتوماتیک به استفاده از این رله نیاز داریم.
• کلید اتوماتیک از مدار در برابر خطای اضافه بار و اتصال کوتاه محافظت می کند اما کلید محافظ موتور قابلیت‌های بیشتری دارد. این کلید علاوه بر دو خطای ذکر شده، در برابر جریان و ولتاژ نامتعادل و قطع شدن فاز نیز محافظت انجام می‌دهد.
• کلیدهای اتوماتیک معمولا بر اساس حداکثر جریان بار و حداکثر جریان اتصال کوتاه که باید به طور ایمن قطع شود، انتخاب می شوند. اما کلیدهای حرارتی، با توجه به جریان بار کامل موتور مورد نظر و حداکثر جریان اتصال کوتاه ممکن، انتخاب می شوند.
• با استفاده از کلیدهای MPCB ، می‌توان یک موتور الکتریکی را روشن و خاموش کرد. در واقع در زمان استفاده از این کلید، استفاده از کنتاکتور اختیاریست. اما هنگام استفاده از کلید اتوماتیک یا کمپکت، استفاده از کنتاکتور، امری ضروری به حساب می‌آید.

همانطور که گفتیم هردوی این کلیدها تجهیزات حفاظتی فشار ضعیف هستند که یکی از آنها  (کلید اتوماتیک MCCB) کاربری چند منظوره دارد و دیگری (کلید محافظ موتور MPCB) مخصوص حفاظت از موتورهای الکتریکی است.

تجهیزات جانبی کلید MPCB

کلید MPCB نیز مانند بسیاری از تجهیزات دیگر، می تواند همراه با تجهیزات جانبی در مدارات به کار برود. این تجهیزات جانبی عبارتند از:

بوبین شنت (Shaunt Relay):

این رله به صورت جانبی و از پهلو به کلید حرارتی نصب می گردد و کارکرد آن در مواقعی است که بخواهیم به صورت شرطی، وصل بودن کلید حرارتی را منوط به برقراری شرایط خاصی کنیم. رله شنت در صورت اعمال ولتاژ به بوبین آن عمل می کند و سبب قطع شدن کلید حرارتی می گردد. لذا در صورتی که خطایی مانند آتش سوزی در محیط اتفاق بیافتد، با قرار دادن یک سنسور و وصل کردن کنتاکت باز (NO) سنسور به بوبین شنت کلید حرارتی در صورت شناسایی و عمل کردن سنسور، رله شنت فعال گردیده و کلید را به حالت قطع برده و به این ترتیب مصرف کننده بدون برق می شود.

رله افت ولتاژ (Under Voltage Relay):

عملکرد این رله بر عکس رله شنت است، به این معنی که این رله نیز به صورت جانبی به کلید حرارتی از پهلو متصل می گردد ولی برای اینکه به کلید حرارتی اجازه قطع و وصل بدهد، باید دو سر بوبین این رله همیشه دارای برق باشد. به محض اینکه برق رله آندر قطع بشود، کلید حرارتی نیز قطع می گردد.

کنتاکت کمکی (Auxiliary Contact):

کنتاکت های کمکی به صورت تک کنتاکت و دو کنتاکت از پهلو یا از رو به کلید حرارتی متصل می شوند و با قطع و وصل شدن کلید MPCB ، کنتاکت های آن نیز تغییر وضعیت می دهند. از این خاصیت می توان در قسمت فرمان مدار استفاده کرد.

کنتاکت کمکی خطا (Trip-Indicating Auxiliary Contact):

این کنتاکت به صورت جانبی و از پهلو به کلید حرارتی متصل می گردد و فقط در صورتی که کلید MPCB بعد از تشخیص خطای اضافه بار به حالت تریپ رود، این کنتاکت عمل می کند. با قطع و وصل شدن کلید حرارتی، کنتاکت خطا عمل نمی کند.

دستگیره گردان:

این تجهیز به وسیله یک رابط میله ای به کلید MPCB متصل گردیده و در تابلوهای کشویی استفاده می گردد.

رابط نصب (بین کلید حرارتی و کنتاکتور):

این رابط وسیله ای جهت نصب کنتاکتور به کلید حرارتی می باشد. بسته به مدل اتصال کلید حرارتی به کنتاکتور، این رابط اشکال مختلفی دارد،.