สวิทช์ตัดวงจรมาตรฐานตอบสนองต่อความผิดปกติทางไฟฟ้าอย่างไร

การทำงานของเบรกเกอร์เพื่อป้องกันความผิดปกติ

เบรกเกอร์มาตรฐานเป็นอุปกรณ์ความปลอดภัยที่สำคัญที่ออกแบบมาเพื่อตัดกระแสไฟฟ้าในกรณีที่เกิดความผิดปกติ เช่น การโหลดเกินหรือวงจรลัดวงจร ซึ่งช่วยป้องกันความเสียหายต่อระบบไฟฟ้า การร้อนเกินของสายไฟ และความเสี่ยงจากไฟไหม้ การป้องกันนี้จะช่วยให้วงจรทำงานอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้

การป้องกันวงจรลัดวงจร

• สิ่งที่เกิดขึ้น: วงจรลัดวงจรเกิดขึ้นเมื่อมีทางเดินที่มีความต้านทานต่ำ (เช่น การติดต่อโดยตรงระหว่างสายไฟสดและสายไฟกลาง) ทำให้เกิดการพุ่งของกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่าขีดจำกัดของวงจรอย่างมาก

• การตอบสนองของเบรกเกอร์: เบรกเกอร์ตรวจจับการพุ่งของกระแสไฟฟ้าอย่างรวดเร็วและทริปเกือบจะทันที (ภายในไม่กี่มิลลิวินาที) เพื่อตัดกระแสไฟฟ้าเพื่อ:

• ป้องกันการสะสมความร้อนที่อาจทำให้ชิ้นส่วนเสียหาย

• ลดความเสี่ยงจากไฟไหม้หรืออาร์คไฟฟ้า

การป้องกันการโหลดเกิน

• สิ่งที่เกิดขึ้น: การโหลดเกินเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้ารวมที่ใช้งานโดยอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ (เช่น อุปกรณ์หลายเครื่องหรืออุปกรณ์กำลังสูง) มากกว่าขีดจำกัดความปลอดภัยของวงจรในระยะเวลานาน

• การตอบสนองของเบรกเกอร์:

• ป้องกันการร้อนเกินของสายไฟและการเสื่อมสภาพของฉนวน

• หลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากไฟไหม้จากการใช้กระแสไฟฟ้าเกินนานๆ

• กลไกความร้อนภายในของเบรกเกอร์ตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เกินอย่างต่อเนื่อง

• เมื่อกระแสไฟฟ้าคงอยู่ องค์ประกอบความร้อนของเบรกเกอร์จะอุ่นขึ้น ทำให้แผ่นโลหะสองชนิดโค้งงออย่างค่อยเป็นค่อยไป

• เมื่อแผ่นโลหะโค้งงอเพียงพอ เบรกเกอร์จะทริป ตัดวงจรเพื่อ:

การทำงานของเบรกเกอร์มาตรฐานในกรณีที่เกิดความผิดปกติของไฟฟ้า?

เบรกเกอร์มาตรฐานทั่วไปไม่สามารถตรวจจับความผิดปกติของกราวน์หรือการขาดสายกลางได้ แต่จะให้การป้องกันเฉพาะสำหรับวงจรลัดวงจรและโหลดเกินเท่านั้น นี่คือเหตุผลที่รหัสไฟฟ้าแห่งชาติ (NEC) กำหนดให้ใช้ Ground Fault Circuit Interrupter (GFCI) เบรกเกอร์เพื่อให้การป้องกันที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์และบุคลากร

ต่อไปนี้คือตัวอย่างวงจรที่แสดงว่าเบรกเกอร์มาตรฐานทำงานอย่างไรภายใต้เงื่อนไขปกติและความผิดปกติ:

เงื่อนไขปกติ

ในแผนภาพด้านล่าง วงจรแสงสว่างถูกควบคุมและป้องกันโดยเบรกเกอร์ 15 แอมป์ โดยได้รับแรงดันไฟฟ้า 120V จากแผงควบคุมหลัก 120V/240V

เนื่องจากไม่มีความผิดปกติในวงจร องค์ประกอบทั้งหมดทำงานตามปกติ และหลอดไฟสว่างตามที่ต้องการ

เงื่อนไขวงจรลัดวงจร / โหลดเกิน

ตอนนี้ ลองพิจารณาสถานการณ์ที่เกิดวงจรลัดวงจรหรือโหลดเกิน เช่น สายไฟสดมาติดต่อกับโครงสร้างโลหะของอุปกรณ์ (เช่น ที่ใส่หลอดไฟ) ในกรณีนี้ จะเกิดกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติ ไหลกลับไปยังแหล่งพลังงานผ่านสายกราวน์ สายกราวน์เชื่อมต่อกับสายกลางที่แผงควบคุมหลัก ทำให้เกิดทางเดินที่มีความต้านทานต่ำที่ทำให้วงจรสมบูรณ์

เนื่องจากความต้านทานของสายกราวน์ต่ำมาก กระแสไฟฟ้าที่สูง (สูงถึง 600 แอมป์) จะพุ่งผ่านวงจรในขณะที่เกิดความผิดปกติ ทำให้เกิดโหลดเกินอย่างรุนแรง กลไกภายในของเบรกเกอร์จะตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เกินอย่างทันท่วงทีและทริป เบรกเกอร์ 15 แอมป์จะตัดวงจรออกจากแหล่งพลังงานหลักอย่างรวดเร็ว เพื่อป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าและบุคลากรจากความเสี่ยง เช่น การร้อนเกิน อาร์คไฟฟ้า หรือการช็อตไฟฟ้า

การตรวจจับความผิดปกติและการทริป

ตามที่แสดงในแผนภาพด้านล่าง เบรกเกอร์ 15 แอมป์จะทริปทันทีเมื่อตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติที่เกินขีดจำกัดของมัน การกระทำนี้จะตัดวงจรออกจากแหล่งพลังงานหลัก ให้การป้องกันที่แข็งแกร่งต่อโหลดเกินและวงจรลัดวงจร

เบรกเกอร์มาตรฐานและความผิดปกติของกราวน์

อย่างที่กล่าวไว้แล้ว เบรกเกอร์มาตรฐานไม่สามารถป้องกันความผิดปกติของกราวน์ หรือกรณีที่สายกลางขาด ซึ่งทั้งสองกรณีนี้เป็นอันตรายต่อความปลอดภัยอย่างมาก ในกรณีเหล่านี้:

• ความผิดปกติของกราวน์: กระแสไฟฟ้าหลุดออกจากทางเดินวงจรที่ตั้งใจไว้และไหลไปยังกราวน์ (เช่น ผ่านคนหรืออุปกรณ์ที่เสียหาย) ทำให้เกิดความเสี่ยงจากการช็อตไฟฟ้า

• สายกลางขาด: สายกลางที่ขาดสามารถทำให้เกิดความไม่สมดุลของแรงดัน ทำให้กระแสไฟฟ้าหาทางเดินใหม่ (เช่น ผ่านโครงสร้างอุปกรณ์หรือสายกราวน์) ซึ่งอาจนำไปสู่การร้อนเกินหรือการช็อตไฟฟ้า

ในทั้งสองกรณี กระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติอาจทำให้วงจรสมบูรณ์ผ่านทางเดินที่ไม่ได้ตั้งใจ หลีกเลี่ยงกลไกป้องกันโหลดเกิน/วงจรลัดวงจรของเบรกเกอร์มาตรฐาน นี่คือเหตุผลที่ต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะเจาะจง เช่น Ground Fault Circuit Interrupters (GFCIs) หรือ Arc Fault Circuit Interrupters (AFCIs) สำหรับความเสี่ยงเหล่านี้

สิ่งนี้อาจทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านทางเดินที่ไม่ได้ตั้งใจ รวมถึงสายกลางและสายกราวน์ นอกจากนี้ องค์ประกอบโลหะที่เปิดเผยในวงจรอาจกลายเป็นชิ้นส่วนที่มีแรงดันไฟฟ้าอันตราย 72V หรือ 120V ซึ่งสร้างความเสี่ยงจากการช็อตไฟฟ้าหรือไฟไหม้

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ควรใช้ GFCI เบรกเกอร์แทนเบรกเกอร์มาตรฐานเพื่อให้ความปลอดภัยในกรณีที่เกิดความผิดปกติของกราวน์