قدرت قطع کلید حفاظتی به زبان ساده + تاثیر آن بر ایمنی و انتخاب درست

قدرت قطع یعنی چه؟

قدرت قطع (Breaking Capacity) بیشینه جریانی است که یک کلید مینیاتوری می‌تواند در شرایط اتصال‌کوتاه بدون آسیب خطرناک قطع کند. اگر جریان اتصال‌کوتاه مدار شما از این عدد بیشتر باشد، کلید ممکن است نتواند قوس را خاموش کند؛ احتمال جوش‌خوردن کنتاکت، انفجار یا آتش‌سوزی بالا می‌رود.
به زبان خیلی ساده: قدرت قطع = سقف تحمل کلید در بدترین لحظهٔ اتصال‌کوتاه.

نمادها و استانداردها (به‌اختصار)

در MCBهای ساختمانی (IEC/EN 60898-1) معمولاً با نماد Icn روی بدنه می‌بینید: مثل 3kA، 4.5kA، 6kA، 10kA.
در کلیدهای صنعتی (IEC/EN 60947-2) دو عدد رایج است:
- Icu (Ultimate breaking capacity): بیشینهٔ قطع.
- Ics (Service breaking capacity): مقدار قابل‌اعتماد برای سرویس‌دهی مداوم (معمولاً درصدی از Icu، مثلاً 50–75%).
  اگر روی کلید می‌بینید «Icu 10kA / Ics 7.5kA»، یعنی کلید در عمل بهتر است تا 7.5kA را به‌صورت سرویس‌پذیر تحمل کند.

چرا این عدد مهم است؟

ایمنی جان و تجهیزات: عدد پایین‌تر از واقعیت شبکه ⇒ خطر خرابی شدید هنگام اتصال‌کوتاه.
انطباق با مقررات و بیمه: مهندسان ناظر و بیمه‌ها به تناسب قدرت قطع با سطح اتصال‌کوتاه محل نصب حساس‌اند.
پایداری و هزینه: هرچه kA بالاتر، قیمت و ابعاد معمولاً بیشتر؛ انتخاب درست یعنی نه بیش‌ازحد گران و نه ناایمن.

سطح اتصال‌کوتاهِ محل نصب را چطور محاسبه کنیم؟

به جریان اتصال‌کوتاهی که در همان نقطه ممکن است رخ دهد، می‌گوییم جریان اتصال‌کوتاه محتمل (Ik یا PSC).
سه راه رایج برای برآورد:

1-فرمول برآورد «جریان اتصال‌کوتاه» (Ik)

برای مدارهای تک‌فاز:

$I_k \;\approx\; \frac{U_0}{Z_s}$

$I_k$ : جریان اتصال‌کوتاه تقریبی در نقطهٔ مورد نظر (آمپر)
$U_0$ : ولتاژ فاز به نول همان نقطه (ولت)؛ در ایران معمولاً ≈ 230V
$Z_s$ : امپدانس حلقهٔ خطا/حلقهٔ فاز–نول یا فاز–زمین در همان نقطه (اهم) – با «Loop Impedance Tester» اندازه‌گیری می‌شود.

برای سه‌فاز (اتصال بین فاز و فاز):

$I_k^{(3\phi)} \;\approx\; \frac{U_{LL}}{\sqrt{3}\, Z_s}$

$U_{LL}$ : ولتاژ خط به خط (در ایران معمولاً ≈ 400V)

دو مثال

۱) تک‌فاز
اگر $U_0 = 230\text{ V}$ و $Z_s = 0.46\ \Omega$ باشد:

$I_k \approx \frac{230}{0.46} = 500\ \text{A}$

۲) سه‌فاز
اگر $U_{LL} = 400\text{ V}$ و $Z_s = 0.20\ \Omega$ باشد:

$I_k^{(3\phi)} \approx \frac{400}{\sqrt{3}\times 0.20} \approx \frac{400}{0.3464} \approx 1155\ \text{A} \;(\approx 1.16\ \text{kA})$

2-استعلام از شرکت برق/طراح تابلو: مخصوص پروژه‌های صنعتی یا نزدیک پست.

3-تخمین تجربی: هرچه نزدیک‌تر به ترانس و هرچه کابل کوتاه‌تر و قطورتر باشد، Ik بالاتر است.

قاعدهٔ طلایی: قدرت قطعِ کلید ≥ Ik در همان نقطه.

مقایسهٔ سریع مقادیر معمول (راهنمای انتخاب اولیه)

قدرت قطع روی کلید	کاربردهای نمونه	توضیح و هشدار
3kA / 4.5kA	ویلاها و ساختمان‌های دور از پست، انشعابات قدیمی با کابل‌های طولانی	در بسیاری از شهرها ممکن است کم باشد؛ قبل از انتخاب، Ik را بسنجید.
6kA	بیشتر ساختمان‌های مسکونی/اداری شهری	انتخاب رایج و اقتصادی؛ در اکثر واحدها کافی است.
10kA	تابلوهای اصلی ساختمان، کارگاه‌ها، نزدیک پست/ترانس	برای شبکه‌های «سخت» و صنعتی توصیه می‌شود؛ هزینه بالاتر اما ایمن‌تر.
>10kA	صنعت سنگین، بسیار نزدیک ترانس یا ژنراتورهای قدرتمند	به‌جای MCB ساختمانی، از تجهیزات استاندارد 60947-2 استفاده کنید.

نکته: “تیپ” (B/C/D/K/Z) به حساسیت در لحظهٔ راه‌اندازی مربوط است؛ هیچ ربط مستقیمی به kA ندارد. باید هر دو را درست انتخاب کنید.

آپارتمان شهری معمولی: Ik اندازه‌گیری شده ~ 1.2kA ⇒ MCB با 6kA کافی است.
تابلوی اصلی نزدیک اتاق ترانس مجتمع تجاری: Ik ~ 7–8kA ⇒ 10kA منطقی است.
کارگاه با موتورهای سنگین: علاوه بر تیپ D یا K برای جلوگیری از تریپ بی‌موقع، معمولاً 10kA یا بالاتر لازم می‌شود.

۵ اثر مهم قدرت قطع بر طراحی تابلو

انتخاب سطح حفاظتی بالا‌دست/پایین‌دست (Selectivity): برای هماهنگی، kA و منحنی‌ها باید طوری چیده شوند که کلید نزدیک خطا زودتر عمل کند.
اندازه و هزینه: kA بالاتر ⇒ معمولا اندازه و قیمت بیشتر؛ در تابلوهای فشرده به فضا توجه کنید.
دوام در سرویس: در کلیدهای صنعتی، Ics هرچه به Icu نزدیک‌تر باشد، دوام بهتری پس از قطع خطا خواهید داشت.
ریسک قوس و جراحت: کم‌بودن kA نسبت به Ik می‌تواند به قوس کنترل‌نشده و آسیب فیزیکی منجر شود.
تأثیر بر انتخاب کابل و شینه: کلید با kA مناسب کمک می‌کند انرژی خطا محدود شود و فشار حرارتی/الکترو‌دینامیکی روی هادی‌ها کمتر گردد.

چک‌لیست سریع انتخاب قدرت قطع

Ik محل نصب را بسنجید (با تستر یا استعلام).
Icn یا Icu/Ics را بخوانید؛ برای ساختمانی‌ها معمولاً Icn = 6kA پاسخ‌گو است، ولی 10kA برای تابلوهای اصلی/صنعتی امن‌تر است.
تیپ مناسب بار (B/C/D/K/Z) را جداگانه انتخاب کنید.
به دما و دیریتینگ در تابلوهای فشرده توجه کنید.
در طراحی سلسله‌مراتبی تابلو، هماهنگی حفاظتی (Selectivity/Back-up) را چک کنید.

تاثیر نوع سیم و کابل و سطح مقطع روی قدرت قطع

نوع سیم و کابل و سطح مقطع روی قدرت قطع مستقیماً روی انتخاب «قدرت قطع (kA)» و حتی «آمپراژ/تیپ» کلید مینیاتوری اثر می‌گذارند. :

kA به جریان اتصال‌کوتاه (Ik) وابسته است
$I_k \approx \frac{U_0}{Z_s}$ و $Z_s$ به مقاومت/راکتانس مسیر بستگی دارد.
مقاومت کابل ≈ $\rho \frac{L}{S}$ → هرچه مسیر کوتاه‌تر و سطح مقطع بزرگ‌تر (و مس به‌جای آلومینیوم) باشد، $Z_s$ کم‌تر و Ik بزرگ‌تر می‌شود ⇒ باید kA بالاتری انتخاب کنید. برعکس، کابل نازک و طولانی ⇒ Ik کوچک‌تر ⇒ معمولاً kA پایین‌تر کافی است.
تحمل حرارتی کابل در حالت خطا
باید انرژی عبوری خطا از کابل زیادتر از توان حرارتی آن نشود (قاعدهٔ $I^2 t \le k^2 S^2$ ؛ $k$ به جنس هادی/عایق وابسته است). کلیدهای MCB «جریان‌محدودکن» هستند، اما باز هم اندازهٔ کابل و زمان قطع کلید باید هم‌خوانی داشته باشند.
انتخاب آمپراژ و تیپ
اول آمپراژ کلید را بر اساس ظرفیت مجاز کابل (با لحاظ دما، نحوهٔ نصب، تجمیع در داکت، افت ولتاژ) تعیین کنید؛ سپس تیپ را مطابق ماهیت بار (B/C/D/…) برگزینید. این بخش مستقل از kA است ولی به همان کابل وابسته است.
مشخصات مسیر را جمع کنید: جنس هادی (مس/آلومینیوم)، عایق (PVC/XLPE)، سطح مقطع $S$ ، طول مسیر $L$ ، روش نصب و دمای محیط.
$Z_s$ را بسنجید یا محاسبه کنید (بهتر: اندازه‌گیری با Loop Tester).
Ik را برآورد کنید و قدرت قطع کلید را ≥ Ik بگیرید (معمولاً یک پله بالاتر/حاشیهٔ ایمنی منطقی).
بررسی حرارتی کابل: مطمئن شوید انرژی عبوری کلید (I²t از منحنی سازنده) از ظرفیت کابل بیشتر نشود؛ اگر شد، یا کابل را بزرگ‌تر کنید یا کلید سریع‌تر/محدودکننده‌تر و/یا kA بالاتر بگیرید.
هماهنگی حفاظتی (Selectivity): اگر چند کلید سری دارید، منحنی‌ها و kA را طوری بچینید که نزدیک‌ترین کلید به محل خطا زودتر عمل کند.

روشنایی ۲٫۵mm²، طول ۲۵متر، تک‌فاز: $Z_s$ نسبتاً بزرگ ⇒ Ik کوچک؛ غالباً MCB با ۶kA کفایت می‌کند (با تیپ B و آمپراژ متناسب با کابل).
فیدر ۱۶mm² مسی، طول ۸متر، نزدیک ترانس: $Z_s$ کم ⇒ Ik بزرگ؛ معمولاً ۱۰kA یا بالاتر لازم است (و تیپ C/D بسته به بار موتوری).

سوالات پرتکرار (FAQ)

قدرت قطع 6kA برای خانه کافی است؟
در اغلب واحدهای مسکونی شهری بله؛ ولی معیار قطعی، Ik واقعی محل نصب است. اندازه‌گیری کنید.

فرق Icn با Icu/Ics چیست؟
Icn برای MCB ساختمانی (IEC 60898-1) به‌کار می‌رود. در کلیدهای صنعتی (IEC 60947-2) Icu بیشینهٔ قطع و Ics توان قطع سرویس‌پذیر (معمولاً درصدی از Icu) است.

اگر kA کلید کمتر از Ik باشد چه می‌شود؟
در اتصال‌کوتاه واقعی ممکن است کلید قوس را مهار نکند، خسارت شدید به کلید/تابلو وارد شود و ریسک ایمنی بالا برود.

kA بیشتر همیشه بهتر است؟
امن‌تر است، اما هزینه و ابعاد را بالا می‌برد. انتخاب بهینه یعنی تناسب با Ik، نه صرفاً بیشینه‌کردن عدد.