Kan ik een AC-stroomonderbreker gebruiken in een DC-circuit?

Of het nu gaat om het ontwerpen van bedieningspanelen voor zware machines of microgrids voor hernieuwbare energie, veel industriële elektriciens hebben op een bepaald punt in hun carrière met deze vraag te maken gehad. Het gebruik van het verkeerde type beschermingsapparaat zal zeker niet goed aflopen, maar wat maakt AC en DC stroomonderbrekers anders? Laten we eens duiken in de technische details achter dit probleem dat vaak voorkomt in commerciële en industriële toepassingen.

De basisprincipes van AC versus DC

Ter opfrissing: wisselstroom (AC) verandert periodiek van polariteit en grootte in een sinusvormige golfvorm in de loop van de tijd, terwijl gelijkstroom (DC) continu in één richting stroomt. Dit fundamentele onderscheid heeft invloed op de manier waarop stroomonderbrekers en zekeringen werken om defecte circuits te onderbreken.

AC-stroomonderbrekers vertrouwen op elektromagnetisme: als de stroom fluctueert door nuldoorgangen in de sinusgolf, stort het magnetische veld in en gaan de contacten van de stroomonderbreker open. DC oscilleert echter niet door nul, dus het is niet voldoende om de stroomsterkte alleen te bewaken voor circuitbeveiliging. Er spelen ook andere technische overwegingen mee die gespecialiseerde DC-stroomonderbrekers vereisen.

Het gebruik van een AC-stroomonderbreker in een DC-circuit

Hier zijn een paar overwegingen om in gedachten te houden bij het gebruik van AC- versus DC-circuits:

Reismechanismen

Een belangrijk verschil zit in het interne tripmechanisme dat wordt gebruikt om het circuit te verbreken. Bij AC-onderbrekers is dit doorgaans een thermisch-magnetisch type dat warmte en magnetische krachten van AC-stroom detecteert. DC-stroomonderbrekers gebruiken daarentegen vaak smeltende legeringen of bimetalen strips om stroom om te zetten in warmte die een mechanisme fysiek uitzet.

Het ontbreken van een stroomnuldoorgang betekent dat DC-onderbrekers niet de elektromagnetische assistentie hebben om de boog betrouwbaar te doven wanneer contacten uit elkaar gaan. Een clearingmechanisme is noodzakelijk dat onafhankelijk van de stroomrichting werkt. Simpel gezegd, de trips van een AC-onderbreker zijn afhankelijk van eigenschappen die uniek zijn voor wisselstroom en die niet vertaald kunnen worden naar gelijkstroomtoepassingen.

Contact opnemen met Arcing

Een ander probleem is boogvorming als circuitcontacten opengaan. AC-bogen doven vanzelf twee keer per cyclus als de polariteit omslaat. Maar DC-bogen blijven constructief doorgaan totdat er een breuk wordt geforceerd, wat de boog opnieuw kan doen ontbranden als deze niet snel wordt geblust. Dit fenomeen onderstreept de noodzaak van geïntegreerde booggoten, ontluchting of gespecialiseerde contacten in DC-onderbrekers om ontladingen met hoge energie veilig te doven.

Beoordelingen en maatvoering

Verschillen hebben ook invloed op componentgrootte en tripinstellingen. In tegenstelling tot sinusvormig fluctuerende AC, blijft DC-stroom constant in grootte nadat deze is ingesteld. DC-onderbrekers moeten dus op de juiste stroom worden beoordeeld op basis van de werkelijke belastingsomstandigheden in plaats van rekening te houden met de piek-/RMS-variaties van AC. Onderschatting kan leiden tot vroegtijdig falen of gebrek aan bescherming.

Spanning heeft ook invloed op het ontwerp en de waarden van de schakelaar. Terwijl de netspanning van wisselstroom gestandaardiseerd is, variëren DC-niveaus sterk afhankelijk van de toepassing. Industriële systemen kunnen hogere spanningen gebruiken die versterkte isolatie en boogdoving in DC-schakelaarframes en -contacten vereisen. De juiste selectie van de spanningsklasse is cruciaal.

Goedkeuringsoverwegingen

Het is ook de moeite waard om op te merken dat regelgevende instanties zoals UL verschillende productveiligheidsnormen hanteren voor AC- en DC-stroomonderbrekers, gezien hun verschillende werkingsprincipes en faalmodi. Het verwisselen van onderbrekertypen maakt alle veiligheidscertificeringen of -vermeldingen ongeldig, wat nalevingsproblemen oplevert, afhankelijk van de eindgebruiksomgeving en de eisen van de klant.

Conclusie

Gezien de hier besproken technische factoren is het niet aan te raden om een AC-onderbreker op DC-stroom te gebruiken. Zonder rekening te houden met deze verschillen, biedt de stroomonderbreker mogelijk geen betrouwbare overbelastings- of kortsluitbeveiliging vanwege incompatibele tripmechanismen, boogprestaties en componentclassificaties. Voortijdig falen, gebrek aan boogcontrole, onnauwkeurige onderbreking of veiligheidsrisico's kunnen mogelijk het gevolg zijn.

Door een dieper technisch inzicht te krijgen in deze systemische verschillen, kunnen ingenieurs en vakmensen er zeker van zijn dat ze de juiste beveiligingsapparatuur kunnen specificeren voor elke commerciële of industriële installatie die wissel- of gelijkstroom verwerkt. 

Contact opnemen met TOSUNLux Bestel vandaag nog de industriële stroomonderbrekers voor elke toepassing.