A mạch cầu dao là một thiết bị bảo vệ quá dòng (OCPD) được thiết kế để bảo vệ các thiết bị điện và cá nhân khỏi tình trạng quá dòng. Không giống như hầu hết các cầu chì, mạch bộ ngắt có thể được đặt lại, điều này khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến để bảo vệ quá dòng. mạch cầu dao sử dụng nam châm điện và/hoặc công tắc lưỡng kim để phát hiện tình trạng quá dòng.
Các loại và đặc điểm của bộ ngắt mạch
A mạch có thể đặt lại cầu dao bằng cách di chuyển tay cầm cần gạt đến vị trí TẮT hoàn toàn và sau đó đưa tay cầm về vị trí BẬT. Các cá nhân phải đảm bảo nguồn quá tải đã được loại bỏ trước khi cố gắng đặt lại cầu dao. Có ba loại mạch cầu dao được phân biệt bởi các cơ chế bên trong của chúng để ngắt:
- có từ tính
- Nhiệt
- Nhiệt từ
Bất kể cầu dao sử dụng cơ chế bên trong nào, hầu hết các cầu dao đều trông giống nhau ở bên ngoài, ngoại trừ mạch cầu chì cầu dao. Cầu chì cầu dao ngắt mạch là một OCPD bắt vít có các đặc tính vận hành của cầu dao ngắt mạch.
Ưu điểm của cầu chì ngắt mạch là cầu chì có thể được đặt lại sau khi quá tải. Bộ ngắt mạch có sẵn trong nhiều loại phân cấp, nhưng Vôn thường được đánh giá là 110 V đối với cầu dao dân dụng một cực hoặc 220 V đối với cầu dao dân dụng hai cực.
Hình 1. Cầu dao có sẵn trong một số cấu hình, bao gồm cầu dao một cực và hai cực.
Để có quyền truy cập vào các kết nối bộ ngắt mạch trong bảng bảo dưỡng, phải tháo nắp của bảng.
có từ tính
Cầu dao từ là một OCPD hoạt động bằng cách sử dụng nam châm điện thu nhỏ để mở và đóng các tiếp điểm. Ý tưởng cơ bản được hiển thị bên dưới.
Hình 2. Các solenoit điện từ là một ví dụ về việc sử dụng điện từ học để thực hiện công việc.
Như bạn có thể thấy, một pít tông sắt được bao quanh bởi một cuộn dây bọc và một bộ tiếp điểm được gắn vào pít tông sắt. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, các tiếp điểm gắn với lõi sắt bị kéo về phía cuộn dây. Bằng cách này, chúng ta có thể mở hoặc đóng các tiếp điểm điện từ. Lưu ý rằng hình vẽ cho thấy cả tiếp điểm thường mở và thường đóng.
Như minh họa trong Hình 3, từ trường được tạo ra có thể được tăng cường bằng cách tăng cường độ dòng điện đặt vào và số vòng dây trên một đơn vị chiều dài cũng như chèn một lõi sắt qua cuộn dây.
Hình 3. Có thể tăng cường một nam châm điện bằng cách tăng cường độ dòng điện, tăng số vòng dây trong cuộn dây và luồn một lõi sắt qua cuộn dây.
Một điện từ trong bộ ngắt mạch từ tính mở mạch dựa trên giới hạn dòng điện của bộ ngắt.
Khi dòng điện qua cuộn dây vượt quá giá trị định mức của bộ ngắt, lực hút từ trường trở nên đủ mạnh để kích hoạt tay đòn bẩy và mở mạch. Xem Hình 4.
Hình 4. Trong máy cắt kích từ, cho dòng điện chạy qua cuộn dây làm cho các tiếp điểm gắn với lõi sắt bị kéo về phía cuộn dây. Điện từ trong bộ ngắt mạch từ tính mở và đóng các tiếp điểm dựa trên mức dòng điện.
Khi tình trạng quá tải được loại bỏ, tay cầm cần gạt có thể được đặt lại về vị trí ban đầu, kích hoạt lại mạch.
Nhiệt
Bộ ngắt mạch nhiệt sử dụng một dải lưỡng kim gắn với cơ chế chốt. Dải lưỡng kim được làm bằng hai kim loại khác nhau sẽ nở ra với tốc độ khác nhau khi được nung nóng. Dải lưỡng kim uốn cong khi được làm nóng và mở các tiếp điểm. Xem Hình 5. Dải lưỡng kim có thể được đốt nóng trực tiếp bởi dòng điện mạch hoặc gián tiếp do sự tăng nhiệt độ gây ra bởi sự tăng dòng điện trong mạch.
Hình 5. Máy cắt nhiệt sử dụng một dải lưỡng kim gắn với cơ cấu chốt để mở mạch khi xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải.
Bộ ngắt mạch nhiệt được thiết kế để dải lưỡng kim uốn cong để giải phóng tiếp điểm dưới sức căng của lò xo dựa trên lượng dòng điện liên tục chạy qua nó. Dải lưỡng kim phải nguội và trở về trạng thái (kích thước) bình thường ở nhiệt độ phòng trước khi có thể đặt lại bộ ngắt mạch.
Bảo vệ nhiệt của một mạch không phải là tức thời. Cần có thời gian để làm nóng dải và để dải uốn cong đủ xa để làm cho các tiếp điểm mở ra. Bộ ngắt mạch từ được sử dụng trong các ứng dụng mà sự chậm trễ này có thể gây ra hư hỏng cho mạch điện. Bộ ngắt mạch nhiệt có thể được đặt lại bằng cách nhấn nút chỉ sau khi dải lưỡng kim đã nguội.
Nhiệt-từ
Máy cắt nhiệt từ bao gồm cả chức năng ngắt từ để bảo vệ ngắn mạch và chức năng ngắt nhiệt để bảo vệ quá tải, như được minh họa trong Hình 6.
Hình 6. Máy cắt nhiệt-từ.
Máy cắt nhiệt-từ còn được gọi là máy cắt thời gian nghịch đảo. Như tên thay thế thời gian nghịch đảo chỉ ra, mức quá tải càng cao, thời gian để bộ ngắt mạch mở càng ngắn.
Khi tình trạng quá tải xảy ra, dòng điện dư sẽ tạo ra nhiệt, được cảm nhận bởi bộ phận cảm ứng nhiệt lưỡng kim. Sau một thời gian ngắn, tùy thuộc vào định mức của cầu dao và mức độ quá tải, cầu dao sẽ ngắt, ngắt nguồn điện áp ra khỏi tải. Nếu xảy ra đoản mạch, cảm biến điện từ phản ứng ngay lập tức với dòng điện sự cố và ngắt mạch điện.
Bộ ngắt mạch DC
Bộ ngắt mạch DC là một OCPD bảo vệ các thiết bị điện hoạt động với DC và chứa các biện pháp dập tắt hồ quang bổ sung.
Bộ ngắt mạch DC là một thiết bị tương đối mới công nghệ cho hầu hết các chủ nhà vì hầu hết các thiết bị được sử dụng trong nhà đều hoạt động với bộ ngắt mạch AC và AC. Bộ ngắt mạch AC chung cho gia đình được đánh giá là ngắt trên 6 kA. Một số nhà sản xuất sản xuất bộ ngắt mạch được xếp hạng kép cho cả AC / DC từ 48 VDC đến 125 VDC. Bộ ngắt mạch DC được sử dụng với bộ điều khiển logic lập trình (PLC) 24 VDC đến 48 VDC và trong các ứng dụng năng lượng gió.
Mặc dù bộ ngắt AC và DC có vẻ ngoài giống nhau về hình thức và chức năng, nhưng bên trong chúng hoạt động rất khác nhau. Trong thời gian quá tải, các tiếp điểm bên trong của cả bộ ngắt mạch AC và DC sẽ tách rời nhau để bảo vệ mạch. Tuy nhiên, khi các tiếp điểm tách ra khỏi nhau, một vòng cung sẽ hình thành khi dòng điện nhảy qua khe hở không khí được tạo ra. Hồ quang tiếp xúc là hồ quang điện xảy ra khi đóng mở cầu dao. Xem Hình 7. Khi hồ quang tiếp tục nhảy qua khe hở không khí, dòng điện sẽ tiếp tục chạy qua mạch. Các vòng cung này phải được dập tắt nhanh chóng.
Hình 7. Hồ quang tiếp điểm là hồ quang điện xảy ra khi đóng mở các cầu dao.
Các cách mà bộ ngắt AC và DC được thiết kế để dập tắt hồ quang rất khác nhau và đây là lý do tại sao bộ ngắt AC và DC không thể thay thế cho nhau. Chỉ những cầu dao được dán nhãn định mức DC mới được sử dụng cho các ứng dụng DC.
Không được sử dụng cầu dao AC định mức trong mạch điện một chiều. Bộ ngắt mạch AC không được thiết kế để xử lý các vấn đề về phóng điện hồ quang liên quan đến DC. Bộ ngắt mạch DC bao gồm các biện pháp dập tắt hồ quang bổ sung để làm tiêu tan hồ quang điện khi đóng mở và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Triệt tiêu hồ quang DC
Vòng cung DC được coi là khó dập tắt nhất vì nguồn điện một chiều liên tục làm cho dòng điện chạy liên tục và có độ ổn định lớn qua một khoảng cách rộng hơn nhiều so với nguồn điện xoay chiều có điện áp bằng nhau, thường được hiển thị trong các số liệu như giá trị đỉnh và RMS.
Để giảm phóng hồ quang trong mạch điện một chiều, cơ cấu đóng cắt phải sao cho các tiếp điểm tách ra nhanh chóng và có đủ khe hở không khí để dập tắt hồ quang càng sớm càng tốt khi mở. Khi các tiếp điểm DC đang được đóng, điều cần thiết là các tiếp điểm di chuyển cùng nhau càng nhanh càng tốt để ngăn ngừa một số vấn đề tương tự gặp phải khi mở chúng. Nếu cầu dao được xếp hạng DC, nó sẽ được nhà sản xuất chỉ định trên cầu dao.
Hình 8. Một số bộ ngắt mạch được định mức AC / DC. Thông tin này sẽ được ghi rõ ràng trên nhãn của nhà sản xuất.
Điều đáng nói là khi xảy ra ngắn mạch trên các cực của mạch điện một chiều, dòng điện tăng từ dòng hoạt động thành dòng ngắn mạch phụ thuộc vào điện trở và độ tự cảm của vòng ngắn mạch.
Một số loại cầu dao được xếp hạng AC / DC để sử dụng cho một trong hai loại ứng dụng. Thông tin này sẽ được ghi trên nhãn của nhà sản xuất.
AC Arc triệt tiêu
Hồ quang AC tự ngắt khi bộ tiếp điểm mở. Một nguồn điện xoay chiều có điện áp đảo cực 120 lần trong một giây khi hoạt động ở tần số dòng 60 Hz. Sự luân phiên cho phép cung có thời gian tối đa không quá nửa chu kỳ.
Dòng điện xoay chiều đạt 60 8 lần mỗi giây. Xem Hình XNUMX. Khi AC đạt đến XNUMX, không có dòng điện chạy qua, và do đó hồ quang bị dập tắt.
Hình 9. Khi dòng điện xoay chiều bằng không, không có dòng điện nào chạy qua, và do đó hồ quang bị dập tắt.
Bộ ngắt mạch dưới dạng OCPD
Cầu dao là một thiết bị bảo vệ quá dòng có cơ chế hoạt động cơ học, nó có thể tự động mở mạch khi xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải. Cầu dao sử dụng hai nguyên lý hoạt động để bảo vệ mạch: nhiệt và từ.
Bộ ngắt mạch nhiệt bao gồm một bộ phận làm nóng và một cơ cấu chốt cơ học. Phần tử gia nhiệt thường là một dải lưỡng kim loại nóng lên khi có dòng điện chạy qua nó.
Bộ ngắt mạch từ sử dụng nam châm điện để phát hiện tình trạng quá dòng. Hầu hết các bộ phận ngắt mạch từ đều chứa cả thành phần nhiệt và từ tính. Trong khi các thành phần từ tính bảo vệ mạch khỏi dòng điện quá tải cao hoặc dòng điện ngắn mạch thì các thành phần nhiệt bảo vệ mạch khỏi dòng điện quá tải liên tục không đủ mức để kích hoạt các thành phần từ tính.
Bộ ngắt mạch DC được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện hoạt động với dòng điện một chiều (DC) và chứa các biện pháp dập tắt hồ quang bổ sung. Bộ ngắt mạch DC là một công nghệ tương đối mới và được sử dụng trong các trạm sạc EV, quang điện và hệ thống lưu trữ pin, cũng như các mạng phân phối DC công nghiệp.