چگونه یک برش استاندارد به خطا الکتریکی پاسخ می‌دهد

ساز و کار قطع کننده برای حفاظت در برابر خطا

قطع کننده استاندارد دستگاه ایمنی مهمی است که برای مسدود کردن جریان الکتریکی در زمان خطاهایی مانند بار زیاد یا کوتاه شدن مدار طراحی شده تا از آسیب به سیستم الکتریکی، گرم شدن ناخواسته سیم ها و خطرات آتش سوزی جلوگیری کند. عملکرد محافظتی آن اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان مدار را فراهم می کند.

حفاظت از کوتاه شدن مدار

• چه اتفاقی می افتد: کوتاه شدن مدار زمانی رخ می دهد که مسیری با مقاومت پایین (به عنوان مثال، تماس مستقیم بین سیم زنده و سیم متعادل) ایجاد می شود که باعث افزایش ناگهانی جریان به مراتب بالاتر از ظرفیت مدار می شود.

• پاسخ قطع کننده: قطع کننده افزایش ناگهانی جریان را تشخیص می دهد و تقریباً فوراً (در چند میلی ثانیه) قطع می کند تا:

• از گرم شدن بیش از حد و آسیب به اجزا جلوگیری کند.

• خطر آتش سوزی یا قوس الکتریکی را کاهش دهد.

حفاظت از بار زیاد

• چه اتفاقی می افتد: بار زیاد زمانی رخ می دهد که جریان کلی که توسط دستگاه های متصل شده (به عنوان مثال، چندین وسیله یا تجهیزات با توان بالا) در طول زمان از ظرفیت ایمن مدار فراتر رود.

• پاسخ قطع کننده:

• از گرم شدن سیم ها و تخریب عایق جلوگیری کند.

• از خطر آتش سوزی ناشی از جریان بیش از حد طولانی مدت جلوگیری کند.

• مکانیزم حرارتی داخلی قطع کننده جریان بیش از حد مداوم را تشخیص می دهد.

• با پایدار ماندن جریان، المان گرمایی قطع کننده گرم می شود و نوار دو فلزی به تدریج خم می شود.

• هر زمان که نوار به اندازه کافی خم شود، قطع کننده قطع می شود و مدار را از منبع تغذیه جدا می کند تا:

قطع کننده استاندارد چگونه در زمان خطاهای الکتریکی عمل می کند؟

یک قطع کننده معمولی استاندارد نمی تواند خطاهای زمینی یا فقدان سیم متعادل را تشخیص دهد. بلکه فقط محافظت در برابر کوتاه شدن مدار و بار زیاد را فراهم می کند. این دلیلی است که کد الکتریکی ملی (NEC) استفاده از قطع کننده های مدار مختل کننده خطا (GFCI) را برای اطمینان از محافظت صحیح هم برای دستگاه ها و هم برای افراد الزامی می کند.

در زیر نمونه هایی از مدارها آورده شده است که نشان می دهد چگونه یک قطع کننده استاندارد در شرایط عادی و خطا عمل می کند:

شرایط عادی

در نمودار زیر، یک مدار روشنایی توسط قطع کننده 15 آمپری کنترل و محافظت می شود که از پنل اصلی 120V/240V با ولتاژ 120V تغذیه می شود.

چون در مدار خطایی وجود ندارد، تمام اجزا به طور عادی عمل می کنند و نور به صورت مورد نظر روشن می شود.

شرایط کوتاه شدن مدار / بار زیاد

حال فرض کنید که یک کوتاه شدن مدار یا بار زیاد رخ می دهد - به عنوان مثال، اگر سیم زنده با بدنه فلزی یک دستگاه (مانند دستگاه نگهدارنده لامپ) تماس بگیرد. در این صورت، یک جریان خطا ایجاد می شود که از طریق سیم زمین به منبع تغذیه بازمی گردد. سیم زمین در پنل اصلی به سیم متعادل متصل می شود و مسیری با مقاومت پایین ایجاد می کند که مدار را تکمیل می کند.

به دلیل مقاومت بسیار پایین سیم زمین، جریان قابل توجهی (تا 600 آمپر) در زمان خطا از طریق مدار می گذرد و بار زیاد شدیدی ایجاد می کند. مکانیزم داخلی قطع کننده به طور فوری این جریان بیش از حد را تشخیص می دهد و عمل قطع را فعال می کند. قطع کننده 15 آمپری سپس مدار را به سرعت از منبع تغذیه اصلی جدا می کند و هم دستگاه الکتریکی و هم افراد را در برابر خطرات مانند گرم شدن بیش از حد، قوس الکتریکی یا شوک الکتریکی محافظت می کند.

تشخیص خطا و قطع

همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، قطع کننده 15 آمپری فوراً پس از تشخیص جریان خطا که ظرفیت اسمی آن را فراتر می رود، قطع می شود. این عمل مدار را از منبع تغذیه اصلی جدا می کند و محافظت قوی در برابر هم بار زیاد و هم کوتاه شدن مدار فراهم می کند.

قطع کننده های استاندارد و خطاهای زمینی

همانطور که قبلا بحث شد، قطع کننده های استاندارد محافظت در برابر خطاهای زمینی - وضعیتی که در آن الکتریسیته به طور غیر مقصودی به زمین می رود - یا شرایط نامعتبر متعادل را فراهم نمی کنند، هر دوی آنها خطرات ایمنی قابل توجهی ایجاد می کنند. در چنین سناریوهایی:

• خطای زمینی: جریان از مسیر مدار مورد نظر انحراف پیدا می کند و به زمین (به عنوان مثال، از طریق یک فرد یا دستگاه معیوب) می رود و خطر شوک خطرناک را ایجاد می کند.

• متعادل نامعتبر: سیم متعادلی که قطع شده است می تواند باعث اختلاف ولتاژ شود و جریان را مجبور به یافتن مسیرهای جایگزین (مانند از طریق پوشش تجهیزات یا سیم های زمین) کند که ممکن است باعث گرم شدن یا شوک الکتریکی شود.

در هر دو حالت، جریان خطا می تواند مدار را از طریق مسیرهای غیر مقصودی تکمیل کند و مکانیزم محافظت بار زیاد / کوتاه شدن مدار قطع کننده استاندارد را دور بزند. این دلیلی است که دستگاه های تخصصی مانند مدار مختل کننده خطا (GFCIs) یا مدار مختل کننده خطا قوسی (AFCIs) برای این خطرات خاص الزامی هستند.

این می تواند باعث جریان از طریق مسیرهای غیر مقصودی، شامل رسانه های متعادل و زمین شود. علاوه بر این، هر مولفه فلزی که در مدار به دسترسی عمومی باشد ممکن است با ولتاژ خطرناک 72V یا 120V بارگذاری شود - که خطر شدیدی از شوک الکتریکی یا آتش سوزی ایجاد می کند.

برای حل این مشکل، باید از قطع کننده GFCI به جای قطع کننده استاندارد استفاده شود تا ایمنی در زمان خطاهای زمینی فراهم شود.