آموزش تنظیمات میکرولوجیک کلید هوایی

در دنیای پرشتاب صنعت و ساختمان، حفاظت از تاسیسات و تجهیزات الکتریکی از اهمیت بالایی برخوردار است. اختلالات الکتریکی مانند اضافه بار، اتصال کوتاه و خطای زمین می‌ توانند منجر به آسیب‌ های جدی به تجهیزات، توقف تولید، و حتی حوادث ناگوار شوند. در این میان، کلیدهای هوایی (Air Circuit Breakers – ACB) چه کلید هوایی فیکس (ثابت) و چه کشویی (Draw-out)، به عنوان یکی از اجزای حیاتی در تابلوهای برق فشار ضعیف، وظیفه حفاظت از مدارها در برابر این خطرات را بر عهده دارند. اما عملکرد صحیح و بهینه این محافظان قدرتمند، به قلب تپنده و هوشمند آن‌ ها، یعنی واحدهای کنترل و حفاظت میکرولوجیک (MicroLogic) وابسته است. میکرولوجیک‌ ها، با قابلیت‌ های تنظیم‌ پذیری دقیق و پیشرفته خود، نقش کلیدی در تضمین ایمنی، پایداری و بهره‌ وری سیستم‌ های الکتریکی ایفا می‌ کنند.
این مقاله راهنمای جامعی است که شما را با اصول، انواع، و مهم ترین تنظیمات میکرولوجیک کلیدهای هوایی آشنا می‌ سازد. با مطالعه این راهنما، خواهید آموخت که چگونه با تنظیمات صحیح میکرولوجیک، نه تنها از تجهیزات و پرسنل خود محافظت کنید، بلکه پایداری شبکه توزیع برق را نیز افزایش دهید و زمان از کار افتادگی (Downtime) را به حداقل برسانید.

میکرولوجیک (MicroLogic) چیست؟

میکرولوجیک، نام تجاری واحدهای کنترل و حفاظت الکترونیکی پیشرفته‌ ای است که توسط شرکت اشنایدر الکتریک (Schneider Electric) برای کلیدهای هوایی و کمپکت طراحی و تولید شده‌ اند. این واحدها جایگزین رله‌ های حرارتی و مغناطیسی سنتی شده و با بهره‌ گیری از پردازنده‌ های میکروکنترلر، قابلیت‌ های تنظیم پذیری بسیار دقیق و متنوعی را برای انواع حفاظت‌ ها ارائه می‌ دهند. واحدهای میکرولوجیک علاوه بر حفاظت، می‌ توانند اطلاعات حیاتی مربوط به جریان، ولتاژ، توان، انرژی و وضعیت کلید را نیز نمایش دهند و از طریق پروتکل‌ های ارتباطی مختلف (مانند Modbus)، به سیستم‌ های مانیتورینگ و کنترل مرکزی متصل شوند. این هوشمندی، امکان مدیریت بهینه انرژی و پیش‌ بینی مشکلات را فراهم می‌ آورد.

انواع واحدهای میکرولوجیک (MicroLogic Series)

واحدهای میکرولوجیک در مدل‌ های متنوعی عرضه می‌ شوند که هر کدام با قابلیت‌ ها و سطوح حفاظتی متفاوتی طراحی شده‌ اند. انتخاب مدل مناسب، تأثیر بسزایی در اثربخشی حفاظت و کارایی سیستم دارد. این سری‌ ها عموما بر اساس پیچیدگی عملکرد و قابلیت‌ های اندازه‌ گیری دسته‌ بندی می‌ شوند:

• MicroLogic 2.0 Series (پایه): برای کاربردهای ساده با حفاظت‌ های اولیه شامل اضافه بار بلند مدت (L) و لحظه‌ ای (I) طراحی شده است.
• MicroLogic 5.0 A (Ampere): حفاظت‌های کامل LSIG (اضافه بار، اتصال کوتاه، لحظه‌ای، خطای زمین) را به همراه اندازه‌ گیری دقیق جریان ارائه می‌ دهد.
• MicroLogic 5.0 E (Energy): علاوه بر حفاظت‌ های LSIG، قابلیت اندازه‌ گیری مصرف انرژی (مانند کیلووات ساعت) را نیز دارد.
• MicroLogic 5.0 P (Power): برای حفاظت LSIG و پایش دقیق توان اکتیو، راکتیو و ظاهری، به همراه محاسبه فاکتور توان مناسب است.
• MicroLogic 5.0 H (Harmonics): حفاظت‌ های LSIG را همراه با قابلیت پایش و تحلیل هارمونیک‌ ها برای سیستم‌ های دارای بارهای غیرخطی فراهم می‌ کند.
• MicroLogic 6.0 Series (دقت بالا): تمامی قابلیت‌ های سری 5.0 را با دقت و بهبود بالاتر در اندازه‌ گیری‌ ها و الگوریتم‌ های حفاظتی ارائه می‌ دهد.
• MicroLogic 7.0 Series (کاربردهای خاص): برای حفاظت‌ های جریانی ویژه، از جمله حفاظت‌ های زمان-معکوس بسیار دقیق و خاص طراحی شده است.
• مدل‌ های پیشرفته (New Generation): این واحدها دارای ارتباطات بهبودیافته، قابلیت‌ های پیش‌ بینی نگهداری و تحلیل‌ های پیشرفته‌ تری مانند تحلیل شکل موج هستند.

انتخاب هر یک از این سری‌ ها به نیازهای خاص پروژه، بودجه، و سطح مورد انتظار از حفاظت و پایش بستگی دارد.

تنظیمات کلیدی حفاظت (LSIG)

تنظیمات میکرولوجیک عمدتا حول چهار نوع حفاظت اصلی می‌ چرخند که به اختصار LSIG نامیده می‌ شوند. این پارامترها باید بر اساس استانداردهای بین‌ المللی (مانند IEC 60947-2) و نیازهای خاص شبکه تنظیم شوند.

1. حفاظت درازمدت (Long-Time Protection – L) – Ir و tr

این حفاظت برای جلوگیری از آسیب به کابل‌ ها و تجهیزات در برابر اضافه بارهای پایدار (که منجر به گرمای بیش از حد می‌ شوند) طراحی شده است.

• Ir (جریان تنظیم حفاظت درازمدت): حداقل جریانی که کلید در صورت عبور طولانی‌ مدت از آن، عمل می‌ کند. معمولاً 0.4 تا 1.0 برابر In تنظیم می‌ شود. باید بزرگتر یا مساوی جریان بار پیوسته باشد و با ظرفیت کابل‌ ها هماهنگ شود. تنظیم پایین باعث تریپ‌ های ناخواسته می‌ شود.
• tr (تأخیر زمانی حفاظت درازمدت): مدت زمانی که کلید پس از تجاوز جریان از Ir صبر می‌ کند. برای اجازه راه‌ اندازی بارهای با جریان هجومی و هماهنگی حفاظتی (Selectivity) ضروری است. باید بزرگتر از زمان راه‌ اندازی تجهیزات پایین‌ دست باشد.

2. حفاظت کوتاه‌ مدت (Short-Time Protection – S) – Isd و tsd

این حفاظت برای مقابله با اتصال کوتاه با تأخیر زمانی و تضمین هماهنگی انتخابی (Selectivity) با کلیدهای پایین‌ دست به کار می‌ رود.

• Isd (آستانه جریان حفاظت کوتاه‌ مدت): جریانی که در صورت تجاوز از آن، حفاظت S فعال شده و منتظر می‌ ماند. معمولا 1.2 تا 10 برابر Ir تنظیم می‌ شود. باید بالاتر از حداکثر جریان راه‌ اندازی موتورها و پایین‌ تر از حداقل جریان اتصال کوتاه در نقطه نصب باشد.
• tsd (تأخیر زمانی حفاظت کوتاه‌ مدت): مدت زمان تأخیر پس از رسیدن جریان به Isd. این مهم‌ ترین پارامتر برای هماهنگی انتخابی در برابر اتصال کوتاه است؛ باید به اندازه‌ ای باشد که به کلیدهای پایین‌ دست فرصت عمل دهد.

3. حفاظت لحظه‌ ای (Instantaneous Protection – I) – Ii

این حفاظت برای مقابله با اتصال کوتاه بسیار شدید و قطع سریع خطا (تقریبا بدون تأخیر زمانی) طراحی شده است.

• Ii (آستانه جریان حفاظت لحظه‌ای): جریانی که در صورت تجاوز از آن، کلید بلافاصله تریپ می‌ کند. معمولا 1.5 تا 15 برابر In تنظیم می‌ شود. باید بالاتر از حداکثر جریان هجومی لحظه‌ ای تجهیزات متصل باشد تا از تریپ‌ های کاذب جلوگیری کند. هدف آن، قطع سریع‌ ترین حالت ممکن در صورت اتصال کوتاه شدید برای محافظت از تجهیزات و تابلو است.

4. حفاظت خطای زمین (Ground Fault Protection – G) – Ig و tg

این حفاظت برای تشخیص جریان نشتی به زمین که معمولا ناشی از نقص عایقی است، استفاده می‌ شود.

• Ig (آستانه جریان خطای زمین): جریانی که در صورت عبور به زمین، حفاظت G را فعال می‌ کند. معمولا به صورت ضریبی از In یا جریان مطلق (آمپر) تنظیم می‌ شود (مثلا 0.1 تا 0.5 برابر In). این مقدار باید بر اساس حساسیت مورد نیاز و استانداردهای ایمنی محلی تنظیم گردد.
• tg (تأخیر زمانی حفاظت خطای زمین): مدت زمان تأخیر پس از رسیدن جریان به Ig. برای هماهنگی با تجهیزات حفاظت از خطای زمین پایین‌ دست (مانند RCD/RCCB) حیاتی است.

ویژگی‌ های پیشرفته و تنظیمات اضافی

واحدهای میکرولوجیک پیشرفته‌ تر از حفاظت‌ های LSIG فراتر رفته و قابلیت‌ های تحلیلی و کنترلی پیچیده‌ تری را ارائه می‌ دهند:

1. تنظیمات زمان-جریان (I vs t Curve Selection)

در مدل‌ های پیشرفته‌ تر، شما می‌ توانید نوع منحنی زمان-جریان را برای حفاظت L و S انتخاب کنید:

• استاندارد (Standard Inverse): منحنی استاندارد بر اساس IEC.
• معکوس بسیار زیاد (Very Inverse): برای کاربردهایی که نیاز به واکنش سریع‌ تر در جریان‌ های متوسط دارند.
• معکوس بسیار بسیار زیاد (Extremely Inverse): برای مدارات با جریان خطای پایین‌ تر که نیاز به واکنش سریع دارند.
• زمان ثابت (Fixed Time): در این حالت، حفاظت L و S به جای منحنی، بر اساس یک زمان ثابت عمل می‌ کنند، که بیشتر در هماهنگی‌ های پیچیده با کلیدهای رله‌ ای استفاده می‌ شود.

2. اینترلاک انتخابی ناحیه‌ ای (Zone Selective Interlocking – ZSI)

ZSI یک روش پیشرفته برای دستیابی به هماهنگی انتخابی در تمام سطوح حفاظت (L, S, I, G) است. در سیستم‌ های ZSI، کلیدهای بالادستی تا زمانی که سیگنال تریپ از کلید پایین‌ دست دریافت نکنند، تاخیر زمانی خود را فعال نگه می‌ دارند.

• نحوه عملکرد: دو کلید (بالا و پایین) از طریق ارتباطات دیجیتالی (مثلاً با استفاده از ورودی/خروجی‌ های دیجیتال یا پروتکل‌ های ارتباطی) با هم ارتباط برقرار می‌ کنند.
• تنظیمات: هر کلید باید برای دریافت “سیگنال تریپ از پایین‌ دست” تنظیم شود. اگر کلید پایین‌ دست خطا را تشخیص داده و سیگنال را ارسال کند، کلید بالادستی اجازه می‌ دهد تا زمان تاخیر خود را سپری کند یا حتی اگر زمانش تمام شده باشد، تریپ نمی‌ کند مگر اینکه کلید پایین‌ دست نتواند خطا را قطع کند.
• مزیت: ZSI اطمینان می‌ دهد که تنها نزدیک‌ ترین کلید به نقطه خطا عمل کند، حتی در حفاظت لحظه‌ ای (I) که معمولا انتخابی نیست.

3. پیش‌ هشدارها (Pre-Trip Alarms)

این قابلیت در مدل‌ های جدید برای مدیریت بارهای سنگین و جلوگیری از تریپ‌ های ناگهانی طراحی شده است.

• تنظیم جریان هشدار ((I_{alert})): می‌ توان یک سطح جریان (مثلاً 90% از (I_r)) را به عنوان آستانه هشدار تعریف کرد.
• عملکرد: هنگامی که جریان از این سطح عبور کند، واحد یک پیام هشدار (بدون تریپ کلید) ارسال می‌ کند که اپراتور را از نزدیک شدن به مرز اضافه بار مطلع می‌ سازد.

4. اندازه‌ گیری‌ ها و کیفیت توان (Power Quality Measurement)

واحدهای سری 5.0 P/E و بالاتر، امکان اندازه‌ گیری پارامترهای حیاتی را فراهم می‌ کنند:

• جریان‌ ها ((I_a, I_b, I_c, I_n)): نمایش RMS جریان در هر فاز و جریان نول.
• ولتاژها ((V_{LL}, V_{LN})): نمایش ولتاژهای خط به خط و فاز به نول.
• توان و انرژی: محاسبه دقیق توان اکتیو (kW)، راکتیو (kVAR) و ظاهری (kVA)، و انرژی مصرفی (kWh).
• هارمونیک‌ ها: تحلیل محتوای هارمونیک در جریان (THDi) و ولتاژ (THDv) برای ارزیابی سلامت شبکه.

نحوه دسترسی و تنظیم پارامترها

تنظیم پارامترهای میکرولوجیک معمولا از سه طریق اصلی انجام می‌ شود:

1. پنل محلی (HMI – Human Machine Interface)

ساده‌ ترین روش تنظیم، استفاده از صفحه‌ نمایش و دکمه‌ های تعبیه‌ شده روی بدنه کلید است. اپراتور با نگه‌ داشتن دکمه Enter یا Menu وارد منوی تنظیمات شده و برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز معمولا باید رمز عبور وارد کند. سپس با کلیدهای جهت‌ نما (Up/Down)، پارامترهای حفاظتی مانند Ir، tr، Isd، tsd، Ii، Ig و tg انتخاب و مقداردهی می‌ شوند. این روش برای تنظیمات روزمره، بررسی سریع یا اعمال تغییرات فوری بسیار کاربردی است و بدون نیاز به تجهیزات اضافی امکان‌ پذیر می‌ باشد.

2. نرم‌ افزار کامپیوتری (Schneider Electric Software)

برای تنظیمات پیشرفته‌ تر، پیکربندی ZSI، بررسی رخدادهای ذخیره‌ شده و به‌ روزرسانی فریمور، استفاده از نرم‌ افزارهای اشنایدر الکتریک مانند EcoStruxure Power Commission توصیه می‌ شود. ارتباط با واحد معمولا از طریق پورت‌ های RJ45 یا Mini USB و با کابل واسط مخصوص برقرار می‌ شود. این روش در پروژه‌ هایی که شامل چندین کلید هوشمند هستند اهمیت ویژه‌ ای دارد و امکان مشاهده جزئیات کامل عملکرد و انجام پیکربندی دقیق را فراهم می‌ کند.

3. سیستم‌ های SCADA/BMS (از طریق ارتباطات شبکه)

در مدل‌ های جدید میکرولوجیک، کارت‌ های ارتباطی مانند Ethernet یا Modbus RTU/TCP امکان اتصال مستقیم به سیستم‌ های SCADA یا BMS را فراهم می‌ کنند. از این طریق، اپراتورها می‌ توانند وضعیت کلید، رخدادها و پارامترهای حفاظتی را از راه دور مشاهده و مدیریت کنند. این رویکرد باعث افزایش دقت، کاهش خطای انسانی و یکپارچگی بیشتر در مدیریت انرژی و کنترل تجهیزات می‌ شود.

اهمیت تست و اعتبارسنجی تنظیمات

اهمیت تست و اعتبارسنجی تنظیمات در کلیدهای هوایی بسیار بالاست، زیرا تنها پس از آزمایش می‌ توان از صحت عملکرد حفاظت‌ ها اطمینان پیدا کرد. در تست تزریق اولیه، جریان‌ های بالا مانند 2، 4 و 8 برابر In از ترمینال‌ های ورودی عبور داده می‌ شود تا زمان تریپ واقعی حفاظت‌ های L و S با مقدار تنظیم‌ شده مقایسه شود. سپس تست تزریق ثانویه برای بررسی دقیق تمام حفاظت‌ ها شامل L، S، I و G در سطح جریان‌ های ثانویه CT انجام می‌ گیرد که روش ایمن‌ تر و رایج‌ تری است. برای تست لحظه‌ ای نیز جریانی بسیار بالاتر از مقدار تنظیم‌ شده Ii تزریق می‌ شود تا مشخص شود کلید بدون تأخیر و معمولا در کمتر از 50 میلی‌ ثانیه تریپ می‌ کند. در مرحله آخر، با تزریق کنترل‌ شده جریان خطای زمین و بررسی هماهنگی آن با تنظیمات Ig و tg، عملکرد حفاظت زمین تأیید می‌ شود. این مجموعه تست‌ ها اطمینان می‌ دهد که کلید در شرایط واقعی شبکه رفتار مطمئن و مطابق استاندارد خواهد داشت.