A circuit stroomonderbreker is een overstroombeveiligingsapparaat (OCPD) dat is ontworpen om elektrische apparaten en personen te beschermen tegen overstroomomstandigheden. In tegenstelling tot de meeste zekeringen, circuit stroomonderbrekers kunnen worden gereset, waardoor ze een populaire keuze zijn voor overstroombeveiliging. circuit stroomonderbrekers gebruiken een elektromagneet en/of een bimetaalschakelaar om een overstroomconditie te detecteren.
Typen en kenmerken van stroomonderbrekers
A circuit stroomonderbreker kan worden gereset door de hendel van de uitschakelhendel in de volledige UIT-stand te zetten en vervolgens de hendel weer in de AAN-stand te zetten. Individuen moeten ervoor zorgen dat de bron van een overbelasting wordt gewist voordat ze proberen een stroomonderbreker te resetten. Er zijn drie soorten circuit stroomonderbrekers gedifferentieerd door hun interne mechanismen voor uitschakeling:
- magnetisch
- Warmte-
- Thermisch-magnetisch
Ongeacht welk intern mechanisme een stroomonderbreker gebruikt, de meeste stroomonderbrekers zien er extern hetzelfde uit, met uitzondering van de circuit onderbreker zekering. Een stroomonderbrekerzekering is een inschroefbare OCPD die de werkingskenmerken heeft van een stroomonderbreker.
Het voordeel van een stroomonderbrekerzekering is dat de zekering kan worden gereset na een overbelasting. Stroomonderbrekers zijn verkrijgbaar in verschillende stroomsterktes, maar de spanning wordt doorgaans geclassificeerd als 110 V voor eenpolige huishoudelijke stroomonderbrekers of 220 V voor tweepolige huishoudelijke stroomonderbrekers.
Figuur 1. Stroomonderbrekers zijn verkrijgbaar in een aantal configuraties, waaronder enkelpolige en dubbelpolige stroomonderbrekers.
Om toegang te krijgen tot de stroomonderbrekeraansluitingen in een servicepaneel, moet de kap van het paneel worden verwijderd.
magnetisch
Een magnetische stroomonderbreker is een OCPD die werkt met behulp van miniatuurelektromagneten om contacten te openen en te sluiten. Het basisidee wordt hieronder weergegeven.
Figuur 2. Elektromagnetische solenoïdes zijn een voorbeeld van het gebruik van elektromagnetisme om werk te doen.
Zoals u kunt zien, is een ijzeren plunjer omgeven door een omhulde draadspiraal en is een reeks contacten bevestigd aan de ijzeren plunjer. Met een elektrische stroom die door de spoel gaat, worden de contacten die aan de ijzeren kern zijn bevestigd naar de spoel getrokken. Op deze manier kunnen we de magneetcontacten openen of sluiten. Merk op dat de afbeelding zowel normaal geopende als normaal gesloten contacten toont.
Zoals geïllustreerd in figuur 3, kan het geproduceerde magnetische veld worden versterkt door de toegepaste stroom en het aantal windingen per lengte-eenheid te vergroten en door een ijzeren kern door de spoel te steken.
Figuur 3. Een elektromagneet kan worden versterkt door de hoeveelheid stroom te vergroten, het aantal windingen in de spoel te vergroten en een ijzeren kern door de spoel te steken.
Een solenoïde in een magnetische stroomonderbreker opent het circuit op basis van de stroomlimiet van de stroomonderbreker.
Wanneer de stroom door de spoel de nominale waarde van de stroomonderbreker overschrijdt, wordt de magnetische aantrekkingskracht sterk genoeg om de hendel van de uitschakelhendel te activeren en het circuit te openen. Zie afbeelding 4.
Figuur 4. In een magnetische stroomonderbreker zorgt het leiden van een elektrische stroom door de spoel ervoor dat de contacten die aan de ijzeren kern zijn bevestigd, naar de spoel worden getrokken. De solenoïde in een magnetische stroomonderbreker opent en sluit de contacten op basis van het huidige niveau.
Zodra de overbelasting is verwijderd, kan de hendel van de uitschakelhendel in de oorspronkelijke positie worden teruggezet, waardoor het circuit opnieuw wordt geactiveerd.
Warmte-
Thermische stroomonderbrekers gebruiken een bimetalen strip die is bevestigd aan een vergrendelingsmechanisme. De bimetalen strip is gemaakt van twee ongelijke metalen die bij verhitting met verschillende snelheden uitzetten. De bimetalen strip buigt bij verwarming en opent de contacten. Zie figuur 5. De bimetalen strip kan direct worden verwarmd door circuitstroom of indirect door de temperatuurstijging veroorzaakt door een toename van de circuitstroom.
Figuur 5. Thermische stroomonderbrekers gebruiken een bimetalen strip die is bevestigd aan een vergrendelingsmechanisme om het circuit te openen wanneer er kortsluiting of overbelasting optreedt.
Thermische stroomonderbrekers zijn zo ontworpen dat de bimetalen strip buigt om het contact onder veerspanning vrij te geven op basis van de hoeveelheid continue stroom die er doorheen stroomt. De bimetalen strip moet afkoelen en terugkeren naar zijn normale toestand (grootte) bij kamertemperatuur voordat de stroomonderbreker kan worden gereset.
Thermische bescherming van een circuit is niet onmiddellijk. Het kost tijd om de strip te verwarmen en de strip ver genoeg te buigen om ervoor te zorgen dat de contacten openklappen. Een magnetische stroomonderbreker wordt gebruikt in toepassingen waar deze vertraging schade aan een circuit kan veroorzaken. Thermische stroomonderbrekers kunnen pas worden gereset door op de drukknop te drukken nadat de bimetalen strip is afgekoeld.
Thermisch-magnetisch
Thermisch-magnetische stroomonderbrekers bevatten zowel een magnetische uitschakelfunctie voor bescherming tegen kortsluiting als een thermische uitschakelfunctie voor bescherming tegen overbelasting, zoals geïllustreerd in afbeelding 6.
Figuur 6. Thermisch-magnetische stroomonderbreker.
Thermisch-magnetische stroomonderbrekers worden ook wel inverse-tijdstroomonderbrekers genoemd. Zoals de alternatieve naam inverse-time aangeeft, hoe hoger de overbelasting, hoe korter de tijd die de stroomonderbreker nodig heeft om te openen.
Wanneer zich een overbelastingsconditie voordoet, genereert de overtollige stroom warmte, die wordt waargenomen door het bimetalen warmtedetectie-element. Na een korte periode, afhankelijk van het vermogen van de stroomonderbreker en de hoeveelheid overbelasting, zal de stroomonderbreker uitschakelen, waardoor de spanningsbron wordt losgekoppeld van de belasting. Als er kortsluiting optreedt, reageert de elektromagnetische sensor onmiddellijk op de foutstroom en schakelt hij de stroomkring uit.
DC-stroomonderbrekers
Een DC-stroomonderbreker is een OCPD die elektrische apparaten beschermt die werken op gelijkstroom en die aanvullende boogdovende maatregelen bevat.
DC-stroomonderbrekers zijn relatief nieuw technologie voor de meeste huiseigenaren, aangezien de meeste apparaten die in een huis worden gebruikt, werken met AC- en AC-stroomonderbrekers. Algemene AC-stroomonderbrekers voor thuis zijn geclassificeerd om te onderbreken boven 6 kA. Sommige fabrikanten produceren stroomonderbrekers met een dubbele classificatie voor zowel AC / DC van 48 VDC tot 125 VDC. DC-stroomonderbrekers worden gebruikt met 24 VDC tot 48 VDC programmeerbare logische controllers (PLC's) en in windenergietoepassingen.
Hoewel AC- en DC-onderbrekers qua vorm en functie vergelijkbaar lijken, werken ze intern heel anders. Tijdens een overbelasting worden de interne contacten van zowel AC- als DC-stroomonderbrekers gescheiden om het circuit te beschermen. Als de contacten echter uit elkaar worden getrokken, vormt zich een boog terwijl de stroom over de gecreëerde luchtspleet springt. Contactboogvorming is een elektrische boog die optreedt bij het openen en sluiten van stroomonderbrekers. Zie afbeelding 7. Terwijl de boog over de luchtspleet blijft springen, zal de stroom door het circuit blijven stromen. Deze bogen moeten snel worden gedoofd.
Figuur 7. Contactboogvorming is een elektrische boog die optreedt bij het openen en sluiten van stroomonderbrekers.
De manieren waarop AC- en DC-onderbrekers zijn ontworpen om de boog te doven, zijn heel verschillend en daarom zijn AC- en DC-onderbrekers niet uitwisselbaar. Alleen stroomonderbrekers die zijn gelabeld als DC-geclassificeerd, mogen voor DC-toepassingen worden gebruikt.
Een wisselstroomonderbreker mag nooit worden gebruikt in een gelijkstroomcircuit. AC-stroomonderbrekers zijn niet ontworpen om de problemen van boogvorming in verband met DC aan te pakken. DC-stroomonderbrekers bevatten aanvullende boogdovende maatregelen om de elektrische boog bij het openen en sluiten te verdrijven en de levensduur van het apparaat te verlengen.
DC-boogonderdrukking
DC-bogen worden als het moeilijkst te blussen beschouwd omdat de continue DC-voeding ervoor zorgt dat de stroom constant en met grote stabiliteit over een veel bredere opening stroomt dan een AC-voeding met gelijke spanning, vaak weergegeven in statistieken zoals piekwaarde en RMS.
Om boogvorming in gelijkstroomcircuits te verminderen, moet het schakelmechanisme zodanig zijn dat de contacten snel scheiden en voldoende luchtspleet hebben om de boog bij het openen zo snel mogelijk te doven. Wanneer DC-contacten worden gesloten, is het noodzakelijk dat de contacten zo snel mogelijk naar elkaar toe bewegen om enkele van dezelfde problemen te voorkomen die optreden bij het openen ervan. Als een stroomonderbreker een DC-classificatie heeft, wordt dit door de fabrikant op de stroomonderbreker aangegeven.
Afbeelding 8. Sommige stroomonderbrekers hebben de classificatie AC / DC. Deze informatie wordt duidelijk gemaakt op het etiket van de fabrikant.
Het is de moeite waard om te vermelden dat wanneer er een kortsluiting optreedt tussen de klemmen van een DC-circuit, de stroom toeneemt van de bedrijfsstroom naar de kortsluitstroom, afhankelijk van de weerstand en de inductantie van de kortgesloten lus.
Sommige soorten stroomonderbrekers hebben een AC / DC-classificatie voor gebruik met beide soorten toepassingen. Deze informatie wordt vermeld op het etiket van de fabrikant.
AC-boogonderdrukking
Een AC-boog dooft automatisch wanneer de set contacten wordt geopend. Een AC-voeding heeft een spanning die 120 keer per seconde de polariteit omkeert wanneer deze wordt gebruikt op een lijnfrequentie van 60 Hz. Door de afwisseling kan de boog een maximale duur hebben van niet meer dan een halve cyclus.
De wisselstroom bereikt 60 keer per seconde nul. Zie afbeelding 8. Wanneer AC nul bereikt, vloeit er geen stroom en daarom wordt de boog gedoofd.
Afbeelding 9. Wanneer de wisselstroom nul bereikt, vloeit er geen stroom en daarom wordt de boog gedoofd.
Stroomonderbrekers als OCPD's
Een stroomonderbreker is een overstroombeveiliging met een mechanisch mechanisme dat automatisch een circuit kan openen bij kortsluiting of overbelasting. Stroomonderbrekers gebruiken twee werkingsprincipes om het circuit te beschermen: thermisch en magnetisch.
Thermische stroomonderbrekers bestaan uit een verwarmingselement en een mechanisch vergrendelingsmechanisme. Het verwarmingselement is meestal een bimetalen strip die opwarmt als er stroom doorheen stroomt.
Magnetische stroomonderbrekers gebruiken een elektromagneet om een overstroomtoestand te detecteren. De meeste magnetische stroomonderbrekers bevatten zowel thermische als magnetische componenten. Terwijl de magnetische componenten het circuit beschermen tegen hoge overbelastingsstromen of kortsluitstromen, beschermen de thermische componenten het circuit tegen een constante overbelastingsstroom die niet voldoende is om de magnetische componenten te activeren.
Een DC-stroomonderbreker wordt gebruikt om elektrische apparaten te beschermen die werken met gelijkstroom (DC) en bevat aanvullende boogdovende maatregelen. DC-stroomonderbrekers zijn een relatief nieuwe technologie en worden gebruikt in EV-laadstations, fotovoltaïsche systemen en batterijopslagsystemen, evenals in industriële DC-distributienetwerken.