Ορισμός διακόπτη κυκλώματος, Αρχή εργασίας, τύποι, συχνές ερωτήσεις.

Ένας ηλεκτρικός διακόπτης κυκλώματος είναι ένας μηχανισμός μεταγωγής για τη διαχείριση και τη διαφύλαξη ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται χειροκίνητα και αυτόματα. Ο διακόπτης κυκλώματος έχει σχεδιαστεί για να διακόπτει με ασφάλεια το τόξο που δημιουργείται κατά το κλείσιμο ενός διακόπτη κυκλώματος, καθώς το τρέχον σύστημα ισχύος αντιμετωπίζει εξαιρετικά υψηλά ρεύματα. Η βασική περιγραφή ενός διακόπτη κυκλώματος ήταν η εξής.

Το τεράστιο δίκτυο ηλεκτροδότησης και οι πολυάριθμες ηλεκτρικές συσκευές με τις οποίες συνδυάζεται συνθέτουν το τρέχον σύστημα ισχύος. Ένα ισχυρό ρεύμα σφάλματος θα περάσει από αυτόν τον εξοπλισμό και το δίκτυο τροφοδοσίας κατά τη διάρκεια βραχυκυκλώματος ή οποιουδήποτε άλλου ηλεκτρικού σφάλματος (όπως προβλήματα με το ηλεκτρικό καλώδιο). Τα δίκτυα και ο εξοπλισμός ενδέχεται να υποστούν μακροπρόθεσμη βλάβη από αυτό το υψηλό ρεύμα.

Το ρεύμα σφάλματος πρέπει να εξαλειφθεί το συντομότερο δυνατό από το σύστημα για την προστασία αυτών των μηχανημάτων και των δικτύων τροφοδοσίας για την αποστολή αξιόπιστης, υψηλής ποιότητας ισχύος στα άκρα λήψης. Το σύστημα πρέπει να επιστρέψει γρήγορα στην κανονική λειτουργία όταν επιδιορθωθεί το πρόβλημα. Επιπλέον, πρέπει να πραγματοποιηθούν πολλές δραστηριότητες μεταγωγής για να ελέγχεται επαρκώς το σύστημα ισχύος.

Επομένως, πρέπει να υπάρχει μια μοναδική συσκευή μεταγωγής που να μπορεί να λειτουργεί με ασφάλεια κάτω από τεράστιες συνθήκες μεταφοράς ρεύματος για γρήγορη αποσύνδεση και επανασύνδεση διαφόρων στοιχείων του δικτύου του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας για προστασία και διαχείριση.

Θα προέκυπτε σημαντικό τόξο μεταξύ των επαφών μεταγωγής κατά τη διακοπή ενός μεγάλου ρεύματος. Ως εκ τούτου, θα πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα για την ασφαλή κατάσβεση αυτών των τόξων στους διακόπτες κυκλώματος. Ο διακόπτης κυκλώματος είναι μια μοναδική συσκευή που εκτελεί όλες τις απαραίτητες δραστηριότητες μεταγωγής ενώ ρέει ηλεκτρικό ρεύμα.

Η λειτουργία ενός διακόπτη κυκλώματος

Οι σταθερές και οι κινητές επαφές αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του διακόπτη κυκλώματος. Αυτές οι δύο επαφές συνδέονται φυσικά μεταξύ τους, ενώ ο διακόπτης κυκλώματος βρίσκεται στην τυπική του κατάσταση «ON» λόγω της μηχανικής πίεσης που ασκείται στις κινούμενες επαφές. Όταν ένα σήμα μεταγωγής εφαρμόζεται σε έναν διακόπτη κυκλώματος, η δυναμική ενέργεια που συσσωρεύεται στον μηχανισμό λειτουργίας απελευθερώνεται.

Η δυναμική ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί στον διακόπτη κυκλώματος με διάφορες μεθόδους, μεταξύ άλλων μέσω υδραυλικής πίεσης, πεπιεσμένου αέρα ή παραμόρφωσης μεταλλικών ελατηρίων. Ωστόσο, η δυνητική ενέργεια πρέπει να απελευθερώνεται κατά τη λειτουργία, ανεξάρτητα από την πηγή. Η κινούμενη επαφή γλιστράει χάρη στην απελευθέρωση δυναμικής ενέργειας γρήγορα.

Όταν ένας παλμός μεταγωγής ενεργοποιεί τα πηνία λειτουργίας ενός διακόπτη (πηνία ενεργοποίησης και πηνία κλεισίματος) και μετατοπίζει το έμβολο μέσα, ο διακόπτης κυκλώματος ενεργοποιείται, αυτό το έμβολο πηνίου λειτουργίας συνδέεται συνήθως με τον μηχανισμό λειτουργίας του διακόπτη. Ως αποτέλεσμα, η μηχανικά αποθηκευμένη δυναμική ενέργεια στον μηχανισμό του διακόπτη απελευθερώνεται ως κινητική.

Η ενέργεια προκαλεί την κίνηση των κινούμενων επαφών επειδή συνδέονται μηχανικά με τον μηχανισμό λειτουργίας μέσω διάταξης μοχλού μετάδοσης.

Μετά από έναν κύκλο διακόπτη κυκλώματος, όλη η εξοικονομούμενη ενέργεια απελευθερώνεται και η δυναμική ενέργεια αποθηκεύεται ξανά στον μηχανισμό λειτουργίας του διακόπτη κυκλώματος χρησιμοποιώντας έναν κινητήρα φόρτισης ελατηρίου, έναν αεροσυμπιεστή ή οποιαδήποτε άλλη μέθοδο.

Έχουμε μιλήσει μέχρι τώρα για τη μηχανική λειτουργία ενός διακόπτη κυκλώματος. Ωστόσο, ενώ συζητάμε πώς λειτουργεί ένας διακόπτης κυκλώματος, είναι επίσης σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι ηλεκτρικές του ιδιότητες. Ας μιλήσουμε για την ηλεκτρική θεωρία πίσω από τους διακόπτες κυκλώματος.

Ο διακόπτης κυκλώματος πρέπει να χειριστεί τεράστια ονομαστική ισχύ ή να παρουσιάσει βλάβη. Λόγω αυτής της σημαντικής ισχύος, το τόξο μεταξύ της κίνησης του διακόπτη κυκλώματος και των σταθερών επαφών είναι σε επικίνδυνα υψηλά επίπεδα. Όπως εξηγήσαμε προηγουμένως, εάν η διηλεκτρική ισχύς μεταξύ των επαφών που μεταφέρουν ρεύμα του διακόπτη κυκλώματος πολλαπλασιάζεται κατά τη διάρκεια κάθε μηδενικής διέλευσης εναλλασσόμενου ρεύματος, το τόξο στον διακόπτη κυκλώματος μπορεί να σβήσει με ασφάλεια.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να αυξήσετε τη διηλεκτρική αντοχή των μέσων μεταξύ των επαφών, συμπεριλαμβανομένης της συμπίεσης του ιονισμένου μέσου τόξου επειδή επιταχύνετε τη διαδικασία απιονισμού της πρέσας, ψύξτε τα μέσα τόξου επειδή αυξάνετε την αντίσταση της διαδρομής τόξου ή αντικαθιστώντας τα ιονισμένα μέσα τόξου με νέα αέρια. Επομένως, η λειτουργία του διακόπτη κυκλώματος θα πρέπει να περιλαμβάνει ορισμένες λειτουργίες σβέσης τόξου.

Παρόλο που λειτουργούν αυτόνομα και χωρίς επίβλεψη, οι απομακρυσμένοι διακόπτες κυκλώματος επιτρέπουν τη λειτουργία τηλεχειρισμού κατ' απαίτηση.

Διακόπτες κυκλώματος διαμορφωμένης θήκης

Είναι σημαντικό για τους σχεδιαστές και τους εγκαταστάτες συστημάτων να κατανοήσουν τη λειτουργία των διακοπτών κυκλώματος διαμορφωμένης θήκης και τη σημασία των αξιολογήσεών τους καθώς η εγκατεστημένη χωρητικότητα του συστήματος στην αυστραλιανή αγορά φωτοβολταϊκών συνεχίζει να αυξάνεται.

Μια ηλεκτρική διάταξη προστασίας γνωστή ως διακόπτης κυκλώματος διαμορφωμένης θήκης (MCCB) χρησιμοποιείται για την προστασία ενός ηλεκτρικού κυκλώματος από υπερβολικό ρεύμα, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε υπερφόρτωση ή βραχυκύκλωμα. Τα MCCB έχουν μεταβλητές ρυθμίσεις διαδρομής και ονομαστική ένταση ρεύματος έως και 2500A, καθιστώντας τα κατάλληλα για μια ποικιλία τάσεων και συχνοτήτων. Για την απομόνωση και την προστασία του συστήματος, αυτοί οι διακόπτες χρησιμοποιούνται στη θέση των μικροσκοπικών διακοπτών κυκλώματος (MCB) σε μεγάλης κλίμακας φωτοβολταϊκά συστήματα.

Πώς λειτουργεί το MCCB

Για να προσφέρει τον μηχανισμό απενεργοποίησης για απομόνωση και προστασία, το MCCB συνδυάζει ένα θερμικό στοιχείο, το οποίο είναι ευαίσθητο στη θερμοκρασία, με ένα μαγνητικό στοιχείο, το οποίο είναι ευαίσθητο στο ρεύμα. Ως αποτέλεσμα, το MCCB μπορεί να προσφέρει:

• Προστασία από υπερφόρτωση
• ηλεκτρική προστασία από βραχυκύκλωμα 
• ηλεκτρικός διακόπτης για αποσύνδεση.

Προστασία από υπερφόρτωση

Το ευαίσθητο στη θερμοκρασία εξάρτημα του MCCB χρησιμοποιεί προστασία υπερφόρτωσης. Αυτό το τμήμα είναι βασικά μια διμεταλλική επαφή, η οποία είναι μια επαφή κατασκευασμένη από δύο μέταλλα που διαστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς όταν θερμαίνονται. Η διμεταλλική επαφή θα επιτρέψει στο ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει μέσα από το MCCB υπό τυπικές συνθήκες εργασίας. Λόγω των διαφόρων θερμικών ρυθμών διαστολής της θερμότητας εντός της επαφής, η διμεταλλική επαφή θα αρχίσει να θερμαίνεται και να λυγίζει όταν το ρεύμα φτάσει στο κατώφλι διακοπής. Η επαφή τελικά θα λυγίσει μέχρι το σημείο όπου πιέζει φυσικά τη ράβδο αποσύνδεσης και απασφαλίζει τις επαφές, διακόπτοντας το κύκλωμα.

Προκειμένου να αντιμετωπιστεί μια σύντομη περίοδος υπερέντασης που παρατηρείται συχνά κατά τη λειτουργία συγκεκριμένων συσκευών, όπως τα ρεύματα εισόδου κατά την εκκίνηση των κινητήρων, η θερμική προστασία του MCCB θα ενσωματώνει γενικά μια χρονική καθυστέρηση. Λόγω της χρονικής καθυστέρησης, το κύκλωμα μπορεί να λειτουργήσει κανονικά υπό αυτές τις συνθήκες χωρίς να απενεργοποιηθεί το MCCB.

Ποσό του MCCB

Το προβλεπόμενο ρεύμα λειτουργίας ενός ηλεκτρικού κυκλώματος και τα πιθανά ρεύματα σφάλματος θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για το μέγεθος των MCCB. Κατά την επιλογή MCCB, υπάρχουν τρεις βασικοί παράγοντες:

• Η τάση του συστήματος θα πρέπει να είναι συγκρίσιμη με την ονομαστική τάση λειτουργίας του MCCB.
• Η τιμή ταξιδιού του MCCB πρέπει να τροποποιηθεί για να ληφθεί υπόψη η τρέχουσα έλξη του φορτίου.
• Τα θεωρητικά πιθανά ρεύματα σφάλματος πρέπει να είναι μεγαλύτερα από την ικανότητα θραύσης του MCCB.

Τύποι διακόπτη κυκλώματος

Υπάρχουν διάφοροι τύποι διακοπτών κυκλώματος με βάση διάφορες παραμέτρους. Ο διακόπτης κυκλώματος μπορεί να ταξινομηθεί στις ακόλουθες ομάδες με βάση τα μέσα απόσβεσης τόξου.

• Διακόπτης κυκλώματος για λάδι.
• Διακόπτης κυκλώματος για αέρα.
• Διακόπτης κυκλώματος για SF6.
• Διακόπτης κυκλώματος για ηλεκτρική σκούπα.

Οι διακόπτες κυκλώματος μπορούν να ομαδοποιηθούν στις ακόλουθες κατηγορίες με βάση τις υπηρεσίες τους:

• Διακόπτης κυκλώματος έξω.
• Διακόπτης εσωτερικού χώρου.

Μπορεί να κατασκευαστούν οι ακόλουθες κατηγορίες αυτόματων διακοπτών με βάση τον τρόπο λειτουργίας τους:

• Διακόπτης κυκλώματος με μηχανισμό ελατηρίου.
• Διακόπτης κυκλώματος που λειτουργεί με αέρα.
• Ο διακόπτης κυκλώματος είναι υδραυλικός.

Οι τύποι διακοπτών κυκλώματος κατηγοριοποιούνται με βάση το επίπεδο τάσης της εγκατάστασης ως εξής:

• Διακόπτης κυκλώματος για υψηλή τάση.
• Διακόπτης κυκλώματος για μέση τάση.
• Διακόπτης κυκλώματος για χαμηλή τάση.

Συχνές ερωτήσεις

1. Ποια είναι η διαδικασία του ανιχνευτή διακόπτη κυκλώματος;

Ένας δέκτης και ένας πομπός χρησιμοποιούνται στη λειτουργία ενός ανιχνευτή διακόπτη κυκλώματος. Ένα σήμα από τον πομπό ταξιδεύει μέσω του καλωδίου και λαμβάνεται στον διακόπτη κυκλώματος. Στη συνέχεια, ο δέκτης θα λάβει αυτό το ακριβές σήμα μέσω ενός συγκεκριμένου ανιχνευτή διακόπτη κυκλώματος.

Συνήθως, ένας πομπός και ένας δέκτης προσφέρονται μαζί. Εάν χρησιμοποιείτε διαφορετική συσκευή που δεν περιλαμβανόταν στην αρχική συσκευασία, ειδικά από διαφορετικό κατασκευαστή, ενδέχεται να μην λειτουργεί.

Κατά τη συντήρηση μιας πρίζας ή ενός φωτιστικού, ειδικά εάν αντικαθιστάτε έναν διακόπτη κυκλώματος, ο πίνακας δεν διαθέτει ετικέτα, πρέπει να χρησιμοποιείτε αυτόν τον εξοπλισμό. Μπορείτε να απενεργοποιήσετε γρήγορα και με ασφάλεια την περιοχή στην οποία πρέπει να εργαστείτε, βρίσκοντας τον κατάλληλο διακόπτη για το κύκλωμα που επισκευάζετε.

2. Γιατί να αντικαταστήσετε έναν διακόπτη κυκλώματος;

Κατά την αντικατάσταση ενός διακόπτη, προσδιορίστε τη μάρκα, το είδος και το μέγεθος του διακόπτη, θα αντικατασταθείτε με πριν ξεκινήσετε την αντικατάσταση. Τα δικαιώματα για τους διακόπτες κυκλώματος ανήκουν στον κατασκευαστή του συγκεκριμένου πίνακα διακοπτών κυκλώματος που έχετε. Για παράδειγμα, το Square D QO και το Homeline είναι δύο πολύ δημοφιλή σχέδια πάνελ διακοπτών που δέχονται μόνο διακόπτες που έχουν κατασκευαστεί για τα πάνελ τους. Ένας διακόπτης λεπτής γραμμής που παράγεται από την GE είναι επίσης κατάλληλος μόνο για συγκεκριμένα πάνελ GE. Παρά το γεγονός ότι μια σειρά τύπων διακόπτη μπορεί να εγκατασταθεί σε πάνελ από διάφορους κατασκευαστές, δεν πρέπει να τα αναμειγνύετε και να τα ταιριάζετε εκτός εάν έχουν δοκιμαστεί και εγκριθεί για χρήση.

3. Πώς να αποτρέψετε τα ηλεκτρικά ρεύματα βραχυκυκλώματος;

Τα MCCB ανταποκρίνονται άμεσα σε ένα πρόβλημα βραχυκυκλώματος με βάση την ηλεκτρομαγνητική αρχή που βασίζεται στην ηλεκτρομαγνητική αρχή. Όταν η ηλεκτρική ενέργεια ρέει μέσω του MCCB, ένα πηνίο ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας μέσα στη συσκευή παράγει ένα μέτριο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παράγεται από το πηνίο της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας είναι ελάχιστα αντιληπτό όταν λειτουργεί κανονικά. Μια αστοχία βραχυκυκλώματος στο κύκλωμα, ωστόσο, προκαλεί ένα σημαντικό ρεύμα να αρχίσει να ρέει μέσω της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας. Ως αποτέλεσμα, δημιουργείται ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, σχεδιάζοντας τη γραμμή ταξιδιού και ανοίγοντας τις επαφές.