Circuit Breaker- Ανάγκη και ορισμός
Η ηλεκτρική ενέργεια που έρχεται στο σπίτι μας ή σε οποιοδήποτε άλλο μέρος από τα δίκτυα διανομής ισχύος σχηματίζει ένα μεγάλο κύκλωμα με τις γραμμές που συνδέονται με την μονάδα παραγωγής ενέργειας να σχηματίζουν ένα άκρο που ονομάζεται θερμό καλώδιο και οι γραμμές που συνδέονται με τη γείωση να σχηματίζουν ένα άλλο άκρο. Το ηλεκτρικό φορτίο ρέει μεταξύ αυτών των δύο γραμμών και το δυναμικό αναπτύσσεται μεταξύ τους. Η σύνδεση φορτίων (συσκευών) που προσφέρει αντίσταση σε αυτή τη ροή φόρτισης ολοκληρώνει το πλήρες κύκλωμα και ολόκληρο το ηλεκτρικό σύστημα μέσα στο σπίτι λειτουργεί ομαλά αρκεί οι συσκευές να έχουν επαρκή αντίσταση και να μην προκαλούν υπερβολικό ρεύμα. Βραχυκύκλωμα ή υπερβολική φόρτιση που ρέει μέσω του κυκλώματος ή ξαφνική σύνδεση του καλωδίου θερμού άκρου στο καλώδιο γείωσης θα θερμαίνει τα καλώδια, προκαλώντας πυρκαγιά. Για την αποφυγή τέτοιων καταστάσεων χρησιμοποιείται προστασία κυκλώματος που απλώς διακόπτει το υπόλοιπο κύκλωμα σε τέτοιες συνθήκες.
Γενικά, υπάρχουν δύο τρόποι επίλυσης αυτού του παραπάνω προβλήματος:
Ασφάλεια ηλεκτρική . : Αποτελείται από ένα λεπτό σύρμα που περικλείεται μέσα σε ένα περίβλημα. Σε περίπτωση υπερβολικού ρεύματος, το καλώδιο της ασφάλειας απλώς καίγεται ή αποσυντίθεται προκαλώντας τη διακοπή του κυκλώματος. Ωστόσο, δεν είναι αξιόπιστα και το καλώδιο ασφάλειας πρέπει να αλλάξει χειροκίνητα μόλις καεί. Κατά συνέπεια δεν προτιμώνται ως επί το πλείστον.
Διακόπτες : Ένας άλλος τρόπος προστασίας κυκλώματος είναι να διασφαλιστεί ότι η ροή ρεύματος έχει σταματήσει ή ότι η παροχή τάσης σταματά στη γραμμή, σε περίπτωση υπερβολικού ρεύματος. Αυτό γίνεται με την αυτόματη λειτουργία του διακόπτη που ενεργοποιεί την ανίχνευση υπερέντασης ή οποιουδήποτε σφάλματος, απομονώνοντας έτσι τη γραμμή σφάλματος από ολόκληρο το κύκλωμα και μπορεί πάλι να ενεργοποιηθεί για να αποκατασταθεί η λειτουργία. Είναι πιο πλεονεκτικό καθώς επιτρέπει γρήγορη αναγνώριση της ζώνης βλάβης και γρήγορη αποκατάσταση. Είναι επίσης ηλεκτρικά ασφαλές σε σύγκριση με μια ασφάλεια.
Ηλεκτρονική ασφάλεια
Πριν αναφερθούμε σε λεπτομέρειες σχετικά με τον ηλεκτρονικό διακόπτη κυκλώματος, ας ρίξουμε μια ματιά σε μια ηλεκτρονική ασφάλεια.
Η ονομαστική τάση ενός ρελέ πρέπει να είναι ίση με την εφαρμοζόμενη τάση και ο πυκνωτής 100uF θα πρέπει να χρησιμοποιείται και το ρεύμα που διέρχεται από το κύκλωμα μπορεί να ρυθμιστεί χρησιμοποιώντας ποτενσιόμετρο 100Κ. Εάν χρησιμοποιείται ασφάλεια, η τιμή R2 πρέπει να μειωθεί. Ενώ το SW1 είναι κατασκευασμένο που φέρνει το L2 στο κύκλωμα, ως εκ τούτου το ρεύμα απέναντι στην αντίσταση R2 αυξάνει προκαλώντας υψηλότερη πτώση τάσης στο R2.
Ηλεκτρονική ασφάλεια με δυνατότητα επαναφοράς - Διάγραμμα κυκλώματος:
Μέσω των προκαθορισμένων 100K και R1, αυτή η τάση ενεργοποιεί το SCR U1 που λειτουργεί το ρελέ RL1. Αυτό αποσυνδέει την παροχή στο φορτίο και ταυτόχρονα αφαιρεί την παροχή στο SCR. Η υπερφόρτωση πρέπει να αφαιρεθεί και το sw2 θα πρέπει να απενεργοποιηθεί και να ενεργοποιηθεί ξανά για επαναφορά. Οποιοδήποτε SCR μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κάλυψη των απαιτήσεων ενεργοποίησης τάσης και πύλης.
Ανάγκη για ηλεκτρονικό διακόπτη κυκλώματος
Ένας παραδοσιακός διακόπτης μικρογραφίας αποτελείται από μια διμεταλλική ταινία για προστασία από το ρεύμα φορτίου και έναν ηλεκτρομαγνήτη για προστασία από το ρεύμα βραχυκυκλώματος. Σε περίπτωση υπερφόρτωσης, η διμεταλλική λωρίδα κάμπτει προκαλώντας την απελευθέρωση του ελατηρίου με την κίνηση του σημείου μανδάλωσης και τελικά το άνοιγμα των επαφών MCB. Το ηλεκτρομαγνητικό πηνίο αναπτύσσει μια μαγνητοκινητική δύναμη κατά μήκος του όταν ένα μεγάλο ρεύμα ρέει μέσα από αυτό, το οποίο προκαλεί το σημείο ασφάλισης να μετατοπιστεί και αυτό ανοίγει ξανά τις επαφές MCB. Έτσι, σε περίπτωση υπερφόρτωσης και βραχυκυκλώματος, το MCB μεταβαίνει στη θέση εκτός λειτουργίας.
Ωστόσο, υπάρχουν πολλά μειονεκτήματα σε αυτόν τον συμβατικό διακόπτη μικρογραφίας:
- Είναι αρκετά ακριβά και περισσότερο είναι το ρεύμα βραχυκυκλώματος, περισσότερο είναι το κόστος του MCB.
- Η διμεταλλική λωρίδα τείνει να παραμορφώνεται εύκολα λόγω θερμότητας ή αύξησης της θερμοκρασίας από το περιβάλλον προκαλώντας μείωση της τρέχουσας χωρητικότητας του διακόπτη.
- Λόγω της χρήσης μηχανικών εξαρτημάτων, είναι πιο επιρρεπή σε φθορά.
- Ο χρόνος ενεργοποίησης είναι πιο αργός.
Για να ξεπεραστούν όλα αυτά τα προβλήματα, η πιο βολική λύση είναι η χρήση ενός Ηλεκτρονικού Διακόπτη Κυκλώματος ή ενός διακόπτη που περιλαμβάνει έναν ηλεκτρονικά ελεγχόμενο αυτόματο διακόπτη. Δεν περιλαμβάνει ηλεκτρομαγνητικό πηνίο ή θερμική ταινία ή μηχανικό εξάρτημα.
Ορισμός ενός ηλεκτρονικού διακόπτη κυκλώματος
Ενα ηλεκτρονικός διακόπτης κυκλώματος αποτελείται από τον αυτόματο διακόπτη που ελέγχεται από την ανατροφοδότηση από το φορτίο. Βασίζεται στο γεγονός ότι τη στιγμή που το ρεύμα τραβιέται πάρα πολύ από τα φορτία ή όταν ρέει πάρα πολύ στη γραμμή, ο διακόπτης κλείνει αυτόματα για λίγο και ο διακόπτης ενεργοποιείται αυτόματα μετά από αυτό το συγκεκριμένο χρονικό διάστημα . Ο διακόπτης μπορεί να είναι ένας ηλεκτρονικός διακόπτης ισχύος όπως ένας SCR ή ένας ηλεκτρομηχανικός διακόπτης όπως ένα ρελέ, ο οποίος ελέγχεται από οποιοδήποτε τρέχον στοιχείο ανίχνευσης όπως μια αντίσταση. Αυτή η εξαιρετικά γρήγορη συσκευή διακοπής κυκλώματος χρησιμοποιεί μια αντίσταση σειράς για να ανιχνεύσει το ρεύμα και ενώ υπερβαίνει την καθορισμένη τιμή, αυξάνεται επίσης η αντίστοιχη πτώση τάσης (σε όλη την αντίσταση της σειράς). Αυτή η τάση ανιχνεύεται, διορθώνεται σε DC και στη συνέχεια συγκρίνεται με μια προκαθορισμένη τάση από έναν συγκριτή για να δημιουργήσει μια έξοδο που οδηγεί ένα ρελέ μέσω ενός MOSFET για να μετακινήσει το φορτίο αμέσως. Ο μηχανισμός ενεργοποίησης είναι πολύ γρήγορος καθώς βασίζεται σε τρέχουσες αρχές ανίχνευσης και όχι σε μηχανισμούς ταξιδιού με βάση τη θερμότητα όπως το MCB. Ένας μικροελεγκτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για λήψη οθόνης σε οθόνη LCD κατά την κατάσταση του διακόπτη.
Έτσι, με τη χρήση αυτής της συσκευής, μπορεί να επιτευχθεί εξαιρετικά γρήγορη διακοπή κυκλώματος για εξοικονόμηση ακριβού εξοπλισμού από πιθανές ζημιές. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μοναδική ιδέα, ένα πρωτότυπο μπορεί να αναπτυχθεί ως έργο έργου για φοιτητές ηλεκτρολογίας.
Ένας ηλεκτρονικός διακόπτης λειτουργεί σύμφωνα με την αρχή του τρέχοντος μηχανισμού ανίχνευσης. Παρέχει προστασία υπερφόρτωσης και βραχυκυκλώματος, όπως σε κάθε περίπτωση παρακολουθείται το ρεύμα μέσω της γραμμής και ο διακόπτης ενεργοποιείται σε περίπτωση ροής υπερέντασης.
Παράδειγμα εργασίας ενός απλού διακόπτη ηλεκτρονικών κυκλωμάτων
Ένα στοιχείο ανίχνευσης ρεύματος ή μια αντίσταση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της ποσότητας ρεύματος που ρέει μέσω του φορτίου. Η πτώση τάσης από την αντίσταση δίνεται στη μη αναστρέψιμη είσοδο του συγκριτή και μια σταθερή τάση δίνεται στον ακροδέκτη αντιστροφής του συγκριτή. Στην περίπτωση κανονικής λειτουργίας, (ρεύμα που ρέει με επαρκή αριθμό φορτίων), η πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης είναι μικρότερη από την σταθερή τάση και η είσοδος σύγκρισης είναι αρκετά χαμηλή για να προκαλέσει το MOSFET σε κατάσταση απενεργοποίησης. Η κοινή επαφή του ρελέ συνδέεται με την κανονικά κλειστή επαφή και το κύκλωμα ολοκληρώνεται με το φορτίο να λαμβάνει ρεύμα από το δίκτυο.
Ωστόσο, όταν συνδέεται οποιοδήποτε επιπλέον φορτίο, αυξάνεται το ρεύμα μέσω του στοιχείου ανίχνευσης ρεύματος, το οποίο με τη σειρά του αυξάνει την πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης. Σε κάποια χρονική στιγμή, αυτή η πτώση τάσης είναι μεγαλύτερη από την σταθερή τάση, δηλαδή η είσοδος στο μη αναστρέψιμο τερματικό είναι μεγαλύτερη από την είσοδο στον ακροδέκτη αναστροφής του συγκριτή. Αυτό προκαλεί υψηλή λογική έξοδο στο συγκριτή, με τάση αρκετά ώστε να ενεργοποιήσει το MOSFET σε κατάσταση. Καθώς το MOSFET διεξάγει, το πηνίο ρελέ ενεργοποιείται και η κοινή επαφή συνδέεται τώρα με κανονικά ανοιχτή επαφή. Αυτό προκαλεί εμπόδιο στη ροή του ρεύματος καθώς το κύκλωμα είναι πλέον σπασμένο και τα φορτία αλλάζουν λόγω έλλειψης τροφοδοσίας.
Πλεονεκτήματα του Ηλεκτρονικού Διακόπτη
- Οι ηλεκτρονικοί διακόπτες κυκλώματος μπορούν να σχεδιαστούν για να ταξιδεύουν σε μικρές υπερφορτώσεις και δεν αντιδρούν σε ρεύματα εισόδου.
- Έχουν ταχύτερο χρόνο απόκρισης, καθώς τα χαρακτηριστικά απόκρισης εξαρτώνται μόνο από το χρόνο που απαιτείται για να μηδενιστεί το ρεύμα που διέρχεται από την αγώγιμη σύνδεση ημιαγωγών.
- Δεν υποφέρουν από προβλήματα φθοράς των συμβατικών συστημάτων καθώς τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται είναι ηλεκτρονικά.
- Είναι λιγότερο ακριβά καθώς τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται είναι ελαφρύτερα και λιγότερο δαπανηρά και εύκολα στη συντήρηση.
Πρακτικοί ηλεκτρονικοί διακόπτες κυκλώματος
Ηλεκτρονικός διακόπτης προστασίας από το Phoneix
Λειτουργεί με τροφοδοσία 24 V DC και έρχεται με μια έννοια παρακολούθησης και απομακρυσμένης σηματοδότησης. Αποτελείται από επαναφορά με τηλεχειρισμό. Χρησιμοποιείται για την προστασία ρελέ, προγραμματιζόμενων ελεγκτών, κινητήρων, αισθητήρων, ενεργοποιητών, βαλβίδων κ.λπ.
HFDE308032
Έρχεται με 15-80 A ρυθμιζόμενα τρέχοντα χαρακτηριστικά και αποτελείται από ρυθμιζόμενη ρύθμιση μεγάλης διάρκειας, σύντομη ρύθμιση χρόνου και στιγμιαία ρύθμιση με ενσωματωμένο σήμα κατάστασης και συναγερμό.
Δικαιώματα φωτογραφίας:
- Ηλεκτρική ασφάλεια από Πωλήσεις Pragati
- NC100H Circuit Breaker από CIRTG
