Czy mogę zastosować wyłącznik obwodu prądu przemiennego w obwodzie prądu stałego?

Niezależnie od tego, czy projektują panele sterowania dla ciężkich maszyn, czy mikrosieci energii odnawialnej, wielu elektryków przemysłowych w pewnym momencie swojej kariery stanęło przed tym pytaniem. Użycie niewłaściwego typu urządzenia ochronnego z pewnością nie skończy się dobrze, ale to, co sprawia, że AC i DC wyłączniki inny? Zanurzmy się w technicznych szczegółach tego problemu, który często pojawia się w zastosowaniach komercyjnych i przemysłowych.

Podstawy AC vs DC

Przypomnijmy, że prąd przemienny (AC) okresowo zmienia biegunowość i amplitudę w sinusoidalnym kształcie fali w czasie, podczas gdy prąd stały (DC) płynie nieprzerwanie w jednym kierunku. To podstawowe rozróżnienie wpływa na sposób działania wyłączników i bezpieczników w celu przerwania wadliwych obwodów.

Wyłączniki prądu przemiennego opierają się na elektromagnetyzmie – gdy prąd zmienia się przez przejścia przez zero w swojej fali sinusoidalnej, pole magnetyczne zanika, a styki wyłącznika otwierają się. Jednak prąd stały nie oscyluje przez zero, więc samo monitorowanie wielkości prądu nie wystarczy do ochrony obwodu. W grę wchodzą inne względy techniczne wymagające specjalistycznych wyłączników prądu stałego.

Używanie wyłącznika obwodu prądu przemiennego w obwodzie prądu stałego

Oto kilka kwestii, które należy mieć na uwadze podczas korzystania z obwodów prądu przemiennego i stałego:

Mechanizmy wyzwalające

Kluczowa różnica leży w wewnętrznym mechanizmie wyzwalającym używanym do przerwania obwodu. W wyłącznikach prądu przemiennego jest to zazwyczaj typ termiczno-magnetyczny, który wyczuwa ciepło i siły magnetyczne z przepływu prądu przemiennego. Natomiast wyłączniki prądu stałego często wykorzystują stopy topiące lub paski bimetaliczne do przekształcania prądu w ciepło, które fizycznie rozszerza mechanizm.

Brak przejścia prądu przez zero oznacza, że wyłączniki prądu stałego nie mają elektromagnetycznego wspomagania, aby niezawodnie gasić łuk, gdy styki się rozdzielają. Niezbędny jest mechanizm czyszczący, który działa niezależnie od kierunku przepływu prądu. Mówiąc prościej, wyzwalanie wyłączników prądu przemiennego opiera się na właściwościach charakterystycznych dla prądu przemiennego, które nie przekładają się na zastosowania prądu stałego.

Łuk kontaktowy

Innym problemem jest łukowanie, gdy styki obwodu się otwierają. Łuki prądu przemiennego wygasają naturalnie dwa razy na cykl, gdy zmienia się biegunowość. Natomiast łuki prądu stałego trwają konstruktywnie, dopóki nie zostanie wymuszone przerwanie, co może ponownie zapalić łuk, jeśli nie zostanie szybko ugaszony. Zjawisko to podkreśla potrzebę zintegrowanych kanałów łukowych, odpowietrzania lub specjalistycznych styków w wyłącznikach prądu stałego, aby bezpiecznie gasić wyładowania o wysokiej energii.

Oceny i rozmiary

Różnice wpływają również na rozmiary komponentów i ustawienia wyzwalania. W przeciwieństwie do sinusoidalnie fluktuującego prądu przemiennego, prąd stały pozostaje stały co do wielkości po ustaleniu. Dlatego wyłączniki prądu stałego muszą być odpowiednio znamionowane prądowo w oparciu o rzeczywiste warunki obciążenia, a nie uwzględniane w przypadku wahań szczytowych/RMS prądu przemiennego. Niedoszacowanie może prowadzić do wczesnej awarii lub braku ochrony.

Napięcie ma również wpływ na konstrukcję i parametry wyłącznika. Podczas gdy napięcie sieciowe AC jest standaryzowane, poziomy DC różnią się znacznie w zależności od zastosowania. Systemy przemysłowe mogą wykorzystywać wyższe napięcia, które wymagają wzmocnionej izolacji i gaszenia łuku w ramach i stykach wyłączników DC. Prawidłowy wybór klasy napięcia ma kluczowe znaczenie.

Rozważania dotyczące zatwierdzenia

Warto również zauważyć, że organy regulacyjne, takie jak UL, oferują różne standardy bezpieczeństwa produktów dla wyłączników obwodów prądu przemiennego i stałego, biorąc pod uwagę ich odmienne zasady działania i tryby awarii. Zamiana typów wyłączników unieważnia wszelkie certyfikaty bezpieczeństwa lub listy, co powoduje problemy ze zgodnością w zależności od środowiska końcowego i wymagań klienta.

Wniosek

W świetle czynników technicznych omówionych w niniejszym dokumencie, stosowanie wyłącznika prądu przemiennego przy zasilaniu prądem stałym nie jest zalecaną praktyką. Bez uwzględnienia tych rozróżnień wyłącznik obwodu może nie zapewniać niezawodnej ochrony przed przeciążeniem lub zwarciem z powodu niekompatybilnych mechanizmów wyzwalających, wydajności łuku elektrycznego i parametrów znamionowych podzespołów. Potencjalnie może to skutkować przedwczesną awarią, brakiem kontroli łuku elektrycznego, niedokładnym przerwaniem lub zagrożeniami bezpieczeństwa.

Dzięki głębszemu zrozumieniu technicznemu tych systemowych różnic, inżynierowie i rzemieślnicy mogą z pewnością określić właściwe urządzenia ochronne dla każdej instalacji komercyjnej lub przemysłowej, w której występuje prąd przemienny lub stały. 

Kontakt z TOSUNLux już dziś, aby otrzymać wyłączniki przemysłowe do każdego zastosowania.