A Schaltung Ein Leistungsschalter ist ein Überstromschutzgerät (OCPD), das elektrische Geräte und Personen vor Überstrombedingungen schützen soll. Im Gegensatz zu den meisten Sicherungen Schaltung Leistungsschalter können zurückgesetzt werden, was sie zu einer beliebten Wahl für den Überstromschutz macht. Schaltung Leistungsschalter verwenden einen Elektromagneten und/oder einen Bimetallschalter, um einen Überstromzustand zu erkennen.
Typen und Eigenschaften von Leistungsschaltern
A Schaltung Der Leistungsschalter kann zurückgesetzt werden, indem der Griff des Auslösehebels vollständig in die AUS-Position gebracht und dann wieder in die EIN-Position gebracht wird. Einzelpersonen müssen sicherstellen, dass die Quelle einer Überlastung beseitigt ist, bevor sie versuchen, einen Leistungsschalter zurückzusetzen. Es gibt drei Arten von Schaltung Leistungsschalter, die sich durch ihre internen Auslösemechanismen unterscheiden:
- Magnetisch
- Thermische
- Thermomagnetisch
Unabhängig davon, welchen internen Mechanismus ein Leistungsschalter verwendet, sehen die meisten Leistungsschalter äußerlich gleich aus, mit Ausnahme von Schaltung Unterbrechersicherung. Eine Leistungsschaltersicherung ist eine einschraubbare OCPD, die die Betriebseigenschaften eines Leistungsschalters aufweist.
Der Vorteil einer Leistungsschaltersicherung besteht darin, dass die Sicherung nach einer Überlastung zurückgesetzt werden kann. Leistungsschalter sind in verschiedenen Stromstärken erhältlich, aber die Spannung wird normalerweise als 110 V für einpolige Wohnschalter oder 220 V für zweipolige Wohnschalter ausgelegt.
Abbildung 1. Leistungsschalter sind in verschiedenen Konfigurationen erhältlich, einschließlich einpoliger und zweipoliger Leistungsschalter.
Um Zugang zu den Leistungsschalteranschlüssen in einem Servicepanel zu erhalten, muss die Abdeckung des Panels entfernt werden.
Magnetisch
Ein magnetischer Leistungsschalter ist eine OCPD, bei der Miniatur-Elektromagnete zum Öffnen und Schließen von Kontakten verwendet werden. Die Grundidee ist unten dargestellt.
Abbildung 2. Elektromagnetische Magnetspulen sind ein Beispiel für die Verwendung von Elektromagnetismus bei der Arbeit.
Wie Sie sehen können, ist ein Eisenkolben von einer ummantelten Drahtspule umgeben, und eine Reihe von Kontakten ist am Eisenkolben angebracht. Wenn ein elektrischer Strom durch die Spule fließt, werden die am Eisenkern angebrachten Kontakte zur Spule gezogen. Auf diese Weise können wir die Magnetkontakte öffnen oder schließen. Beachten Sie, dass die Abbildung sowohl normal geöffnete als auch normalerweise geschlossene Kontakte zeigt.
Wie in 3 dargestellt, kann das erzeugte Magnetfeld durch Erhöhen des angelegten Stroms und der Anzahl der Windungen pro Längeneinheit sowie durch Einführen eines Eisenkerns durch die Spule verstärkt werden.
Abbildung 3. Ein Elektromagnet kann verstärkt werden, indem die Strommenge erhöht, die Anzahl der Windungen in der Spule erhöht und ein Eisenkern durch die Spule eingeführt wird.
Ein Magnet in einem magnetischen Leistungsschalter öffnet den Stromkreis basierend auf der Strombegrenzung des Leistungsschalters.
Wenn der Strom durch die Spule den Nennwert des Leistungsschalters überschreitet, wird die magnetische Anziehungskraft stark genug, um den Auslösehebelgriff zu aktivieren und den Stromkreis zu öffnen. Siehe Abbildung 4.
Abbildung 4. Bei einem Magnetschalter führt das Leiten eines elektrischen Stroms durch die Spule dazu, dass die am Eisenkern angebrachten Kontakte zur Spule gezogen werden. Der Magnet in einem Magnetschalter öffnet und schließt die Kontakte basierend auf dem Strompegel.
Sobald die Überlast entfernt ist, kann der Auslösehebelgriff in die ursprüngliche Position zurückgesetzt werden, wodurch der Stromkreis wieder aktiviert wird.
Thermische
Thermische Leistungsschalter verwenden einen Bimetallstreifen, der an einem Verriegelungsmechanismus angebracht ist. Der Bimetallstreifen besteht aus zwei unterschiedlichen Metallen, die sich beim Erhitzen unterschiedlich schnell ausdehnen. Der Bimetallstreifen biegt sich beim Erhitzen und öffnet die Kontakte. Siehe Abbildung 5. Der Bimetallstreifen kann direkt durch den Stromkreis oder indirekt durch den Temperaturanstieg erwärmt werden, der durch einen Anstieg des Stromkreises verursacht wird.
Abbildung 5. Thermische Leistungsschalter verwenden einen Bimetallstreifen, der an einem Verriegelungsmechanismus angebracht ist, um den Stromkreis zu öffnen, wenn ein Kurzschluss oder eine Überlastung auftritt.
Thermische Leistungsschalter sind so ausgelegt, dass sich der Bimetallstreifen biegt, um den Kontakt unter Federspannung basierend auf der Menge des durch ihn fließenden Dauerstroms freizugeben. Der Bimetallstreifen muss abkühlen und bei Raumtemperatur in seinen normalen Zustand (Größe) zurückkehren, bevor der Leistungsschalter zurückgesetzt werden kann.
Der Wärmeschutz eines Stromkreises erfolgt nicht sofort. Es braucht Zeit, um den Streifen zu erwärmen und sich weit genug zu biegen, damit die Kontakte aufschnappen. Ein magnetischer Leistungsschalter wird in Anwendungen verwendet, bei denen diese Verzögerung einen Stromkreis beschädigen kann. Thermische Leistungsschalter können durch Drücken des Druckknopfs erst zurückgesetzt werden, nachdem der Bimetallstreifen abgekühlt ist.
Thermomagnetisch
Thermomagnetische Leistungsschalter umfassen sowohl eine Magnetauslösefunktion zum Kurzschlussschutz als auch eine Thermoauslösefunktion zum Überlastschutz, wie in Abbildung 6 dargestellt.
Abbildung 6. Thermomagnetischer Leistungsschalter.
Thermomagnetische Leistungsschalter werden auch als zeitumgekehrte Leistungsschalter bezeichnet. Wie der alternative Name inverse-time angibt, ist die Zeit, die der Leistungsschalter zum Öffnen benötigt, umso kürzer, je höher die Überlast ist.
Wenn ein Überlastungszustand auftritt, erzeugt der überschüssige Strom Wärme, die vom Bimetall-Wärmesensorelement erfasst wird. Nach kurzer Zeit löst der Leistungsschalter abhängig von der Nennleistung des Leistungsschalters und dem Ausmaß der Überlast aus und trennt die Spannungsquelle von der Last. Wenn ein Kurzschluss auftritt, reagiert der elektromagnetische Sensor sofort auf den Fehlerstrom und trennt den Stromkreis.
DC-Leistungsschalter
Ein DC-Leistungsschalter ist eine OCPD, die elektrische Geräte schützt, die mit DC betrieben werden, und zusätzliche Maßnahmen zum Löschen des Lichtbogens enthält.
DC-Leistungsschalter sind relativ neu Technologie Für die meisten Hausbesitzer, da die meisten in einem Haus verwendeten Geräte mit Wechselstrom- und Wechselstromschutzschaltern arbeiten. Allgemeine Wechselstromschutzschalter für Privathaushalte sind für Unterbrechungen über 6 kA ausgelegt. Einige Hersteller stellen Leistungsschalter her, die für AC / DC von 48 VDC bis 125 VDC doppelt ausgelegt sind. DC-Leistungsschalter werden mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) mit 24 VDC bis 48 VDC und in Windkraftanwendungen verwendet.
Obwohl AC- und DC-Leistungsschalter in Form und Funktion ähnlich aussehen, arbeiten sie intern sehr unterschiedlich. Während einer Überlastung trennen sich die internen Kontakte von AC- und DC-Leistungsschaltern, um den Stromkreis zu schützen. Wenn sich die Kontakte jedoch voneinander entfernen, bildet sich ein Lichtbogen, wenn der Strom über den erzeugten Luftspalt springt. Kontaktlichtbogen sind Lichtbögen, die beim Öffnen und Schließen von Leistungsschaltern auftreten. Siehe Abbildung 7. Während der Lichtbogen weiter über den Luftspalt springt, fließt der Strom weiter durch den Stromkreis. Diese Bögen müssen schnell gelöscht werden.
Abbildung 7. Kontaktlichtbogen ist ein Lichtbogen, der beim Öffnen und Schließen von Leistungsschaltern auftritt.
Die Art und Weise, wie AC- und DC-Leistungsschalter zum Löschen des Lichtbogens ausgelegt sind, ist sehr unterschiedlich, weshalb AC- und DC-Leistungsschalter nicht austauschbar sind. Für Gleichstromanwendungen sollten nur Leistungsschalter verwendet werden, die als DC-zertifiziert gekennzeichnet sind.
Ein AC-Schutzschalter sollte niemals in einem Gleichstromkreis verwendet werden. Wechselstrom-Leistungsschalter sind nicht für die mit Gleichstrom verbundenen Lichtbogenprobleme ausgelegt. Gleichstromschutzschalter enthalten zusätzliche Maßnahmen zum Löschen des Lichtbogens, um den Lichtbogen beim Öffnen und Schließen abzuleiten und die Lebensdauer des Geräts zu verlängern.
DC-Lichtbogenunterdrückung
Gleichstromlichtbögen gelten als am schwierigsten zu löschen, da durch die kontinuierliche Gleichstromversorgung ein Strom konstant und mit großer Stabilität über einen viel größeren Spalt fließt als bei einer Wechselstromversorgung mit gleicher Spannung, was häufig in Metriken wie Spitzenwert und Effektivwert angegeben wird.
Um Lichtbögen in Gleichstromkreisen zu reduzieren, muss der Schaltmechanismus so beschaffen sein, dass sich die Kontakte schnell und mit einem ausreichenden Luftspalt trennen, um den Lichtbogen beim Öffnen so schnell wie möglich zu löschen. Wenn Gleichstromkontakte geschlossen werden, müssen sich die Kontakte so schnell wie möglich zusammen bewegen, um zu verhindern, dass dieselben Probleme beim Öffnen auftreten. Wenn ein Leistungsschalter für Gleichstrom ausgelegt ist, wird dies vom Hersteller auf dem Leistungsschalter angezeigt.
Abbildung 8. Einige Leistungsschalter sind für AC / DC ausgelegt. Diese Informationen werden auf dem Etikett des Herstellers vermerkt.
Es ist erwähnenswert, dass, wenn ein Kurzschluss an den Anschlüssen eines Gleichstromkreises auftritt, der Strom vom Betriebsstrom zum Kurzschlussstrom in Abhängigkeit vom Widerstand und der Induktivität der kurzgeschlossenen Schleife ansteigt.
Einige Arten von Leistungsschaltern sind für die Verwendung mit beiden Anwendungstypen mit AC / DC bewertet. Diese Informationen werden auf dem Etikett des Herstellers angegeben.
AC-Lichtbogenunterdrückung
Ein Wechselstromlichtbogen erlischt von selbst, wenn der Kontaktsatz geöffnet wird. Eine Wechselstromversorgung hat eine Spannung, die ihre Polarität 120 Mal pro Sekunde umkehrt, wenn sie mit einer Netzfrequenz von 60 Hz betrieben wird. Der Wechsel ermöglicht, dass der Lichtbogen eine maximale Dauer von nicht mehr als einem halben Zyklus hat.
Der Wechselstrom erreicht 60 Mal pro Sekunde Null. Siehe Abbildung 8. Wenn Wechselstrom Null erreicht, fließt kein Strom und daher wird der Lichtbogen gelöscht.
Abbildung 9. Wenn der Wechselstrom Null erreicht, fließt kein Strom und daher wird der Lichtbogen gelöscht.
Leistungsschalter als OCPDs
Ein Leistungsschalter ist eine Überstromschutzvorrichtung mit einem mechanischen Mechanismus, der einen Stromkreis automatisch öffnen kann, wenn ein Kurzschluss oder eine Überlastung auftritt. Leistungsschalter verwenden zwei Funktionsprinzipien, um den Stromkreis zu schützen: thermisch und magnetisch.
Wärmeschutzschalter bestehen aus einem Heizelement und einem mechanischen Verriegelungsmechanismus. Das Heizelement ist normalerweise ein Bimetallstreifen, der sich erwärmt, wenn Strom durch ihn fließt.
Magnetische Schutzschalter verwenden einen Elektromagneten, um einen Überstromzustand zu erkennen. Die meisten magnetischen Schutzschalter enthalten sowohl thermische als auch magnetische Komponenten. Während die magnetischen Komponenten den Stromkreis vor hohen Überlastströmen oder Kurzschlussströmen schützen, schützen die thermischen Komponenten den Stromkreis vor einem konstanten Überlaststrom, der nicht ausreicht, um die magnetischen Komponenten zu aktivieren.
Ein Gleichstromschutzschalter schützt elektrische Geräte, die mit Gleichstrom betrieben werden, und enthält zusätzliche Maßnahmen zum Löschen des Lichtbogens. DC-Leistungsschalter sind eine relativ neue Technologie und werden in EV-Ladestationen, Photovoltaik- und Batteriespeichersystemen sowie in industriellen DC-Verteilungsnetzen eingesetzt.