قطعات یک مدارشکن: چگونه کار می کنند؟

الف مدار شکن یک وسیله ایمنی ضروری است که به طور خودکار جریان الکتریکی را در صورت بروز اضافه بار، اتصال کوتاه یا خطا متوقف می کند. 

از آتش سوزی الکتریکی، آسیب تجهیزات و برق گرفتگی جلوگیری می کند. 

بخش‌های کلیدی یک مدارشکن - مانند کنتاکت‌ها، یونیت تریپ و خاموش‌کننده قوس الکتریکی - با هم کار می‌کنند تا عیب‌ها را شناسایی کرده و جریان را به طور ایمن قطع کنند.

در این مقاله، اجزای قطع کننده مدار را تجزیه می کنیم، عملکرد آنها را توضیح می دهیم و هدف از قطع کننده مدار در کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی را بررسی می کنیم.

تعریف مدار شکن در فیزیک

در فیزیک و مهندسی برق، قطع کننده مدار یک وسیله سوئیچینگ است که می تواند مدار را به صورت دستی یا خودکار در شرایط عادی و غیرعادی باز و بسته کند. 

بر خلاف فیوزها که پس از خاموش شدن باید تعویض شوند، کلیدهای مدار را می توان چندین بار تنظیم مجدد و استفاده مجدد کرد.

کلیدهای مدار به طور گسترده در سیستم های قدرت، نیروگاه های صنعتی و تابلوهای برق خانگی برای اطمینان از ایمنی الکتریکی و قابلیت اطمینان سیستم استفاده می شوند.

اجزای اصلی یک مدار شکن

یک مدارشکن از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است که هر کدام نقش مهمی در تشخیص و قطع جریان های معیوب دارند.

#1. قاب (بدنه/محفظه)

قاب یا محفظه، پوسته بیرونی شکن است که پشتیبانی مکانیکی و عایق را فراهم می کند. آن:

• از اجزای داخلی در برابر گرد و غبار، رطوبت و آسیب فیزیکی محافظت می کند.
• عایق دی الکتریک را برای جلوگیری از نشت الکتریکی فراهم می کند.
• قسمت های مختلفی مانند مکانیزم عملیاتی و واحد سفر را در خود جای داده است.

فریم‌ها معمولاً از پلاستیک با مقاومت بالا یا مواد قالب‌گیری شده در قطع کننده‌های ولتاژ پایین ساخته می‌شوند، در حالی که مدار شکن‌های صنعتی برای دوام بیشتر از محفظه‌هایی با روکش فلزی استفاده می‌کنند.

#2. مخاطبین (مخاطبین ثابت و متحرک)

کنتاکت ها قطعات اصلی جریان شکن هستند. 

آنها عبارتند از:

• کنتاکت های ثابت: قطعات فلزی ثابت که در آن جریان تحت عملکرد عادی جریان دارد.
• مخاطبین متحرک: برای اجازه دادن یا قطع شدن جریان جریان، مخاطبین ثابت را وصل و قطع کنید.

در طول کار معمولی، کنتاکت ها بسته می مانند و اجازه عبور برق را می دهند. 

هنگامی که یک خطا رخ می دهد، کنتاکت متحرک از کنتاکت ثابت جدا می شود و مدار قطع می شود و جریان قطع می شود.

#3. مکانیزم عملیاتی

مکانیسم عملیاتی وظیفه روشن و خاموش کردن خودکار یا دستی بریکر را بر عهده دارد. 

شامل:

• سوئیچ دسته یا جابجایی: برای عملکرد دستی استفاده می شود.
• مکانیسم فنر: انرژی را برای قطع سریع در هنگام خطا ذخیره می کند.
• سیستم قفل: شکن را در وضعیت روشن نگه می دارد تا زمانی که یک حرکت رخ دهد.

مکانیزم باید سریع و قابل اطمینان عمل کند تا از آسیب بیش از حد به مدارهای الکتریکی جلوگیری کند.

#4. واحد سفر (مکانیسم سنجش)

یونیت تریپ مغز قطع کننده مدار است. خطاهای الکتریکی را تشخیص می دهد و به شکن سیگنال می دهد که باز شود. 

سه نوع اصلی از واحدهای سفر وجود دارد:

• تریپ حرارتی (نوار دو فلزی): به جریان اضافه طولانی مدت با خم شدن در اثر گرما پاسخ می دهد و باعث فعال شدن بریکر می شود.
• تریپ مغناطیسی (کویل الکترومغناطیسی): به نوسانات ناگهانی مانند اتصال کوتاه، با کشیدن فورا یک چفت برای قطع کردن شکن واکنش نشان می دهد.
• Electronic Trip Unit: از حسگرها و ریزپردازنده‌ها برای ارائه کنترل قطعی دقیق استفاده می‌کند.

کلیدهای مدار مدرن اغلب از ترکیبی از واحدهای حرارتی و مغناطیسی برای حفاظت بیشتر استفاده می کنند.

#5. خاموش کننده قوس (آرک)

هنگامی که یک قطع کننده مدار تحت بار باز می شود، یک قوس الکتریکی بین کنتاکت های جداکننده تشکیل می شود. این قوس باید به سرعت خاموش شود تا از آسیب جلوگیری شود. 

خاموش کننده قوس به موارد زیر کمک می کند:

• تقسیم قوس به بخش های کوچکتر.
• خنک کردن و پراکندگی قوس با استفاده از صفحات قوس.
• تغییر جهت دادن قوس به دور از مخاطبین.

ناودان های قوسی از مواد عایق مقاوم در برابر حرارت مانند سرامیک یا پلاستیک تقویت شده با الیاف ساخته شده اند تا در برابر دمای شدید مقاومت کنند.

#6. اتصالات ترمینال

اتصالات ترمینال جایی است که سیم های برق ورودی و خروجی به مدارشکن متصل می شوند. 

این پایانه ها باید:

• برای جلوگیری از شل شدن اتصالات، که می تواند باعث گرم شدن بیش از حد شود، محکم محکم ببندید.
• بسته به درجه آمپر بریکر از سیم سنج های مختلف پشتیبانی کنید.
• برای هدایت کارآمد از مس یا آلومینیوم ساخته شده باشد.

سیم کشی مناسب پانل قطع کننده مدار برای عملکرد و ایمنی سیستم بسیار مهم است.

کلیدهای مدار بر اساس طبقه بندی می شوند

کلیدهای مدار بر اساس عملکرد، سطح ولتاژ و مکانیسم عملکردشان در انواع مختلفی وجود دارند.

1. طبقه بندی بر اساس سطح ولتاژ

کلیدهای مدار خانگی ولتاژ پایینی دارند، در حالی که سیستم های صنعتی از کلیدهای ولتاژ متوسط تا بالا استفاده می کنند.

2. طبقه بندی بر اساس مکانیسم وقفه

هر نوع بسته به کاربرد، مزایای منحصر به فردی را ارائه می دهد.

عملکرد مدار شکن چیست؟

هدف اصلی قطع کننده مدار محافظت از سیستم های الکتریکی در برابر آسیب ناشی از موارد زیر است:

1. اضافه بارها: هنگامی که تقاضای برق از ظرفیت سیم بیشتر شود، برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد، قطع کننده خاموش می شود.
2. مدارهای کوتاه: اگر یک اتصال مستقیم بین سیم های برق و نول ایجاد شود، قطع کننده فورا برق را قطع می کند تا از آتش سوزی جلوگیری کند.
3. گسل های زمینی: اگر برق به زمین نشت کند، یک قطع کننده GFCI برای محافظت در برابر شوک الکتریکی خاموش می شود.

کلیدهای مدار نقش مهمی در ایمنی و قابلیت اطمینان الکتریکی دارند.

حفاظت از مدار شکن در کاربردهای مختلف

کلیدهای مدار در تنظیمات مختلف برای ایجاد حفاظت و ایمنی استفاده می شوند.

#1. کاربری مسکونی

• از چراغ ها، پریزها و وسایل برقی در برابر جریان بیش از حد محافظت کنید.
• قطع کننده های GFCI از شوک در حمام و آشپزخانه جلوگیری می کند.
• قطع کننده های AFCI آتش سوزی های الکتریکی ناشی از سیم کشی معیوب را متوقف می کنند.

#2. مصارف تجاری و صنعتی

• از ماشین های بزرگ و تابلوهای برق در کارخانه ها محافظت کنید.
• جلوگیری از نقص در بیمارستان ها، مراکز داده و دفاتر.
• سیستم های توزیع برق را برای عملیات با انرژی بالا حفظ کنید.

#3. شبکه های برق و پست ها

• کلیدهای ولتاژ بالا جریان برق را در شبکه های انتقال کنترل می کنند.
• آنها از قطع برق در مقیاس بزرگ و خرابی شبکه جلوگیری می کنند.

قطعات مدار شکن: افکار نهایی

قطع کننده مدار یک جزء حیاتی در ایمنی الکتریکی است که برای شناسایی، قطع و محافظت در برابر خطاهای الکتریکی طراحی شده است. 

بخش های کلیدی یک قطع کننده مدار، مانند کنتاکت ها، یونیت تریپ و خاموش کننده قوس الکتریکی، با هم کار می کنند تا از توزیع ایمن و کارآمد برق اطمینان حاصل کنند.

شناخت اجزای قطع کننده مدار به انتخاب، نصب و نگهداری این دستگاه ها برای کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی کمک می کند.