مدارشکن چگونه کار می کند؟

در مورد اینکه مدار شکن چگونه کار می کند؟ چیست و چرا به آنها نیاز است صحبت خواهیم کرد.

آیا تا به حال یک سشوار را به برق وصل کرده اید و ناگهان صدای بوم را بشنوید. نیمی از خانه شما در حال حاضر در تاریکی بدون هیچ برقی است؟! سپس به سراغ کشویی که در آن چراغ قوه‌های خود را نگه می‌دارید می‌روید و تابلوی توزیع برق را پیدا می‌کنید که معمولاً در جایی پشت در یا در آشپزخانه قرار گرفته است، و یکی از سوئیچ‌ها را که متفاوت از بقیه به نظر می‌رسد را پیدا می‌کنید و آن را می‌چرخانید و به طرزی جادویی… شما دوباره نور دارید! بعد از آن، شما بهتر می دانید که آن سشوار سوخته را دیگر به پریز وصل نکنید… اما چرا؟ در واقع چه چیزی باعث شد که این اتفاق بیفتد؟ خب مدار توسط قطع کننده مدار قطع شد!

امروز می خواهیم ببینیم که کلید قطع کننده یا مدارشکن چیست، چرا به آنها نیاز داریم و چگونه کار می کنند!

مدار الکتریکی ابتدایی

دستگاه‌های الکتریکی، ماشین‌ها و وسایل برقی متعددی در اطراف ما هستند. یک چیز مشترک همه آنها این است که برای کار کردن به برق نیاز دارند. به روشی بسیار ساده، می توان یک مدار الکتریکی را به این صورت ترسیم کرد: جریان الکتریکی از منبع برق، از طریق سیم های رسانا، به تجهیزی که به برق نیاز دارد، مانند موتور سشوار شما، می رود و به منبع برق باز می گردد.

کلید مدارشکن ابتدایی

مدار شکن یک دستگاه الکترومکانیکی است که وظیفه آن محافظت از تاسیسات الکتریکی است که در تابلوهای توزیع برق مورد استفاده قرار می گیرد.

هنگامی که جریان الکتریکی از محدودیت‌های طراحی خود فراتر می‌رود، جریان الکتریکی را قطع می‌کند، بنابراین از تامین انرژی به بارها و آسیب به مدار جلوگیری می‌کند.

به عبارت دیگر، اگر جریان الکتریکی تامین شده از منبع تغذیه به سشوار شما بیشتر از یک عدد از پیش تعیین شده برای قطع کننده مدار شما باشد، دستگاه قطع می شود و اجازه نمی دهد جریان بیشتری از منبع کشیده شود.

اصول کاری کلید مدارشکن

به عبارت ساده تر، کلید مدارشکن اساساً مانند یک کلید اتوماتیک کار می کند که دارای مقدار جریان پایه است و هر زمان که از این مقدار فراتر رفت مداری را که در آن نصب شده است، را خاموش می کند!

توجه به این نکته ضروری است که برای عملکرد صحیح کلیدهای مدارشکن، انتخاب درست (سایز کردن) صحیح مدار و اجزای سازنده آن ضروری است!

اختراع فیوز

اولین اشاره به دستگاهی که به دلیل مشکلی جریان را قطع کرده است، بیش از 100 سال قدمت دارد و توسط توماس ادیسون، مخترع لامپ رشته ای، ثبت شده است.

در آن زمان، ادیسون به راهی برای محافظت از سیستم روشنایی که به شهرهای بزرگ فروخته بود نیاز داشت. او برای این کار دستگاهی را پیشنهاد کرد که از شبکه در برابر اتصال کوتاه و اضافه بارهای احتمالی محافظت کند و آن را فیوز نامید!

فیوز یک وسیله ایمنی است که برای محافظت در برابر جریان اضافه، اتصال کوتاه و اضافه بار استفاده می شود. این وسیله از یک لوله با یک آلیاژ فلزی در داخل آن تشکیل شده است که معمولاً سرب دارد که هنگام بارگذاری بیش از حد گرم می شود و ذوب شده و از اتصال کوتاه جلوگیری می کند!

هنگامی که این گرمایش رخ می دهد، آلیاژ فلز داخل فیوز ذوب می شود و باعث قطع شدن برق مدار می شود. برای کار دوباره، فیوز باید تعویض شود، کار غیر ضروری، که هزینه و وقفه در کار ایجاد می کند!

این بن بست تنها بیش از 40 سال بعد توسط مخترعی به نام هوگو استوتز حل شد.

اختراع مدارشکن

در سال 1923، استوتز اولین دستگاه فشرده ای را که عملکردهای حفاظت حرارتی و مغناطیسی را با هم ترکیب می کرد، در مانهایم آلمان تولید کرد. این اولین مدار شکن تجاری بود!

او و تیمش که به دنبال ایده ای برای جایگزینی فیوز بودند، اختراع درخشانی را انجام دادند: دستگاهی که دارای قطعه ای بود که اگر گرم شود، منقبض می شود و مکانیزم قطع را فعال می کند، اما وقتی خنک می شود، می تواند دوباره روشن شود.

در آنجا، مدار شکن متولد شد!

از آن زمان تاکنون شرکت ها به طور مستمر این فناوری را توسعه داده اند و امروزه مدل های مختلفی از کلیدهای مدار وجود دارد، مانند کلیدهای تک قطبی، دو قطبی، سه قطبی و حتی چهار قطبی!

آنها در انواع و اندازه های متفاوت در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند از کاربردهای مسکونی تا سیستم های صنعتی بزرگ

طراحی مدار شکن

حال، برای درک نحوه عملکرد یک مدارشکن، اجازه دهید ابتدا نگاهی به مقطعی از دستگاه بیندازیم که قطعات اصلی و طراحی یک کلید مدارشکن را نشان می‌دهد.

یک کلید مدارشکن ابتدایی متشکل از اجزای زیر است:

1. ترمینال
2. کنتاکت ثابت
3. یک گیره
4. یک کلید ساده
5. یک الکترومغناطیس (پیچک مسی)
6. و یا یک نوار دو فلزی (بی متال)
7. یک ترمینال دیگر

اصول حفاظتی مدار شکن

این قطع کننده مدار شامل دو اصل مختلف برای محافظت از مدار است:

– طراحی حفاظت حرارتی، که منجر به قطع شدن مدار در صورت گرم شدن بیش از حد می شود (مانند مورد استفاده شده توسط توماس ادیسون!)

– طراحی حفاظتی از طریق عملکرد یک آهنربای الکتریکی، به دلیل اتصال کوتاه

بیایید نگاهی بیاندازیم به اینکه آنها چگونه کار می کنند؟

هنگامی که کلید مدار شکن در موقعیت روشن خود قرار می گیرد، جریان می تواند از ترمینال پایینی در سراسر نوار دو فلزی عبور کرده وارد سیم پیچ آهنربای الکتریکی سپس به کنتاکت متحرک، در سراسر کنتاکت ثابت، و در نهایت از پایانه بالایی خارج شود.

1) حفاظت حرارتی

در این مدار شکن حرارتی مغناطیسی، هر دو حفاظت حرارتی و الکترومغناطیسی به موازات یک اصل مشابه برای جابجایی اتصال سوئیچینگ عمل می کنند.

نگاهی به حفاظت حرارتی: نوار دو فلزی با جریان گرم می شود.

اگر جریان مدار بیش از حد معینی افزایش یابد، نوار خم می شود و اتصال کلید و در نتیجه کنتاکت متحرک حرکت می کند و اتصال آن به کنتاکت ثابت قطع می شود و باعث قطع شدن مدار می شود.

2) حفاظت اتصال کوتاه

به موازات آن، حفاظت الکترومغناطیسی با سیم پیچ مسی ایجاد می شود.

هنگامی که الکتریسیته از طریق پایانه ها جریان می یابد، آهنربای الکتریکی مغناطیس می شود. هر چه جریان بزرگتر باشد، نیروی الکترومغناطیسی بزرگتر خواهد بود.

هنگامی که جریان در حین حرکت از طریق این سیم پیچ به سطوح ناامن می رسد، آهنربای الکتریکی به اندازه کافی قوی می شود که یک قرقره کوچک را در داخل آن حرکت دهد. که در ادامه اتصال سوئیچ، کنتاکت متحرک را حرکت می دهد، و در نهایت مدار را قطع می کند.

بر خلاف فیوزها، در مدارشکن پس از رفع مشکلاتی که باعث قطع کلید مدار شده بود. می توانید آن را ریست کرده به حالت وصل برگردانید و مدار شما یک بار دیگر محافظت می شود.

کلیدهای مدار شکن پیشرفته متعددی در بازار موجود است. آن‌ها می‌توانند بسیار دقیق‌تر باشند و می‌توانند با سرعت‌های بسیار سریع‌تری عمل کنند، با این حال، بسیار گران‌تر نیز هستند!

خلاصه

خلاصه آنچه امروز آموختیم:

– مدار شکن یک وسیله حفاظتی است. عملکرد اصلی آن قطع جریان در شرایط خطا یا موقعیت های اضافه بار است که از آسیب های گسترده جلوگیری می کند.

– مدارشکن های مورد استفاده در سیستم های قدرت در انواع و اندازه های متعدد برای استفاده در کاربردهای مختلف، از مسکونی گرفته تا سیستم های بزرگ شهری و صنعتی وجود دارند.

– مدار شکن مینیاتوری دارای حفاظت حرارتی می باشد که در صورت گرم شدن بیش از حد باعث قطع شدن مدار و حفاظت از آهنربای الکتریکی در اثر اتصال کوتاه می شود.

– مدارشکن ها دستگاه های ضروری در دنیای مدرن هستند و یک ویژگی ایمنی حیاتی برای خانه شما و بسیاری از کاربری ها شبکه توزیع و کاربردهای صنعتی می باشند.

مرجع:

Circuit Breaker Explained | Working Principle

www.realpars.com