在现代电气系统中，短路故障可在毫秒级时间内释放破坏性巨大的能量。预期50,000安培的故障电流会产生足以使母线弯曲的电磁力、足以汽化铜导体的热能以及危及人员的电弧闪络危害。然而，这些破坏大多是可预防的。.
限流断路器代表了电路保护技术的根本性进步。与传统断路器在交流波形自然过零点切断故障不同，限流断路器可在毫秒级时间内动作，在故障电流达到破坏峰值前将其扼制。这种快速干预显著降低了电气设备承受的机械应力与热应力，保护敏感电子设备免遭损坏，并大幅缓解电弧闪络危害。.
对于设计配电系统的电气工程师、选择保护设备的盘柜制造商，以及负责关键基础设施的设施管理人员而言，理解限流技术至关重要。本指南将阐述限流断路器的工作原理、定义其性能的关键技术规范，以及该技术在哪些场景下比标准电路保护方案更具关键优势。.
什么是限流断路器？
เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบจำกัดกระแสเป็นอุปกรณ์ป้องกันที่ออกแบบมาเพื่อขัดขวางกระแสไฟฟ้าลัดวงจรก่อนที่จะถึงค่าสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ ความสามารถนี้ทำให้แตกต่างจากเซอร์กิตเบรกเกอร์ทั่วไป ซึ่งโดยทั่วไปจะยอมให้กระแสไฟฟ้าผิดพร่องไปถึงจุดสูงสุดก่อนที่จะขัดขวางที่จุดตัดศูนย์ตามธรรมชาติ.
เมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจรในระบบไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะเริ่มสูงขึ้นในอัตราที่สูงมาก ซึ่งอาจสูงถึงหลายหมื่นแอมแปร์ภายในไม่กี่มิลลิวินาที เซอร์กิตเบรกเกอร์มาตรฐานจะตรวจจับสภาวะผิดพร่องนี้และเริ่มกลไกการตัดวงจร แต่กระบวนการขัดขวางต้องใช้เวลา ในช่วงเวลาสั้นๆ นี้ กระแสไฟฟ้าผิดพร่องอาจไปถึงจุดสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ทั้งหมด ปลดปล่อยพลังงานมหาศาลที่ส่งผลเสียต่อตัวนำ บัสบาร์ และอุปกรณ์ปลายทาง.
ในทางตรงกันข้าม เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบจำกัดกระแสจะทำงานด้วยความเร็วที่เหนือกว่า ตามมาตรฐาน UL 489 (มาตรฐานอเมริกาเหนือสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบเคส) เซอร์กิตเบรกเกอร์จะมีคุณสมบัติเป็น “จำกัดกระแส” หากสามารถตัดกระแสไฟฟ้าผิดพร่องได้ในเวลาน้อยกว่าครึ่งรอบ โดยทั่วไปคือต่ำกว่า 10 มิลลิวินาที การตอบสนองที่รวดเร็วนี้จะสร้างแรงดันอาร์คสูงที่ต้านทานแรงดันไฟฟ้าของระบบ ซึ่งจะจำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ และบังคับให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสูงสุดมีค่าน้อยกว่ากระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่คาดการณ์ไว้มาก.
ผลลัพธ์ที่ได้คือสิ่งที่น่าทึ่ง: ในขณะที่กระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่คาดการณ์ไว้อาจเป็น 50,000 แอมแปร์ RMS แบบสมมาตร เบรกเกอร์จำกัดกระแสอาจจำกัดกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เกิดขึ้นจริงไว้ที่ 15,000 แอมแปร์หรือน้อยกว่า การลดลงของกระแสไฟฟ้าสูงสุดและพลังงานผิดพร่องทั้งหมดนี้จะช่วยปกป้องอุปกรณ์ปลายทางจากแรงทางกล ความเสียหายจากความร้อน และอันตรายจากอาร์คแฟลชที่อาจเกิดขึ้น.
วิธีการทำงานของเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบจำกัดกระแส
ความสามารถในการจำกัดกระแสของเซอร์กิตเบรกเกอร์เหล่านี้เป็นผลมาจากการผสมผสานที่ได้รับการออกแบบมาอย่างพิถีพิถันระหว่างการออกแบบทางกล ฟิสิกส์แม่เหล็กไฟฟ้า และการจัดการอาร์ค กระบวนการนี้เกิดขึ้นในหน่วยมิลลิวินาทีผ่านกลไกที่ประสานงานกันหลายอย่าง.
การแยกหน้าสัมผัสแบบพลศาสตร์ไฟฟ้า
องค์ประกอบสำคัญแรกคือการแยกหน้าสัมผัสที่รวดเร็วเป็นพิเศษ เมื่อกระแสไฟฟ้าผิดพร่องสูงไหลผ่านหน้าสัมผัสของเบรกเกอร์ สนามแม่เหล็กมหาศาลที่เกิดจากกระแสไฟฟ้านี้จะสร้างแรงพลศาสตร์ไฟฟ้าที่ทรงพลัง เบรกเกอร์จำกัดกระแสได้รับการออกแบบด้วยการกำหนดค่าหน้าสัมผัสที่ควบคุมแรงเหล่านี้เพื่อช่วยในการแยก - หน้าสัมผัสจะถูกจัดเรียงเพื่อให้สนามแม่เหล็กสร้างแรงผลักที่ทำให้หน้าสัมผัสแยกออกจากกันอย่างแท้จริง.
“การผลักด้วยไฟฟ้า” นี้หมายความว่ากระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่สูงขึ้นจะเร่งการแยกหน้าสัมผัส เบรกเกอร์ไม่ได้อาศัยแรงทางกลของกลไกการตัดวงจรเพียงอย่างเดียว กระแสไฟฟ้าผิดพร่องเองก็มีส่วนช่วยในการเปิดหน้าสัมผัสได้เร็วขึ้น สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงการแยกหน้าสัมผัสที่รวดเร็วเป็นพิเศษ ซึ่งมักจะเกิดขึ้นภายใน 1-2 มิลลิวินาทีหลังจากเริ่มเกิดความผิดพร่อง.
การก่อตัวและการยืดตัวของอาร์ค
เมื่อหน้าสัมผัสแยกออกจากกันด้วยความเร็วสูง อาร์คไฟฟ้าจะก่อตัวขึ้นในช่องว่าง แทนที่จะเป็นปัญหาในการระงับ อาร์คนี้จะกลายเป็นเครื่องมือหลักในการจำกัดกระแส เรขาคณิตภายในของเบรกเกอร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อบังคับให้อาร์คนี้เคลื่อนที่ออกจากหน้าสัมผัสอย่างรวดเร็วและเข้าไปในห้องอาร์คที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งเรียกว่ารางอาร์ค.
สนามแม่เหล็กที่เกิดจากการไหลของกระแสไฟฟ้าและรูปร่างทางกายภาพของตัวนำอาร์คจะนำทางอาร์คขึ้นไปในรางอาร์ค เมื่ออาร์คเคลื่อนที่และยืดออก ความยาวของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก อาร์คที่ยาวขึ้นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นเพื่อรักษามันไว้ และแรงดันอาร์คนี้จะต้านทานแรงดันไฟฟ้าของระบบที่ขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าผิดพร่อง.
การสับเปลี่ยนและการแยกอาร์ค
รางอาร์คประกอบด้วยแผ่นโลหะชุดหนึ่งที่จัดเรียงในรูปแบบเฉพาะ (มักเป็นรูปตัววี) เรียกว่าตัวแยกอาร์คหรือตัวแบ่งอาร์ค เมื่ออาร์คถูกขับเข้าไปในราง มันจะสัมผัสกับแผ่นเหล่านี้และ “สับเปลี่ยน” - ถ่ายโอนจากเส้นทางอาร์คหลักไปยังแผ่นตัวแยก.
กระบวนการนี้จะแยกอาร์คพลังงานสูงเดี่ยวออกเป็นอาร์คขนาดเล็กหลายชุดที่ต่ออนุกรมกันอย่างมีประสิทธิภาพ อาร์คขนาดเล็กแต่ละอันจะพัฒนาแรงดันไฟฟ้าตกของตัวเอง หากรางอาร์คมีแผ่นตัวแยก 20 แผ่น ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้ารวมของอาร์คสามารถสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของระบบได้หลายเท่า เมื่อแรงดันไฟฟ้ารวมของอาร์คเกินแรงดันไฟฟ้าของระบบ กระแสไฟฟ้าจะถูกบังคับให้ลดลงอย่างรวดเร็ว.
การระบายความร้อนและการดับอาร์ค
แผ่นตัวแยกโลหะยังทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อน ระบายความร้อนอาร์คอย่างรวดเร็ว แผ่นเหล่านี้เพิ่มพื้นที่ผิวของอาร์คและนำความร้อนออกไป เมื่อรวมกับอากาศโดยรอบหรือก๊าซดับอาร์ค การระบายความร้อนนี้จะช่วยลดการนำไฟฟ้าของอาร์ค.
การทำงานร่วมกันของแรงดันอาร์คสูง (ต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้า) และการระบายความร้อนของอาร์ค (ลดการนำไฟฟ้า) จะบังคับให้กระแสไฟฟ้าเข้าใกล้ศูนย์ เบรกเกอร์จะดับอาร์คและตัดความผิดพร่อง ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นภายในเศษส่วนของรอบ ก่อนที่กระแสไฟฟ้าผิดพร่องจะถึงจุดสูงสุดที่คาดการณ์ไว้.
ลำดับทั้งหมดนี้ - ตั้งแต่การตรวจจับความผิดพร่องไปจนถึงการแยกหน้าสัมผัส การยืดตัว การแยก และการดับอาร์ค - เกิดขึ้นในเวลาน้อยกว่า 10 มิลลิวินาที กระแสไฟฟ้าถูกขัดจังหวะไม่ใช่ที่จุดตัดศูนย์ตามธรรมชาติ แต่โดยการสร้างสภาวะที่อาร์คไม่สามารถคงอยู่ได้.
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคที่สำคัญ
การทำความเข้าใจประสิทธิภาพการจำกัดกระแสต้องมีความคุ้นเคยกับข้อกำหนดที่สำคัญสามประการที่กำหนดว่าเบรกเกอร์จำกัดกระแสไฟฟ้าผิดพร่องและปกป้องอุปกรณ์ปลายทางได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด.
กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน (Ip)
การ กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน (Ip) คือกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ไหลผ่านเบรกเกอร์ระหว่างเกิดความผิดพร่อง วัดเป็นแอมแปร์ ค่านี้แสดงถึงประสิทธิภาพการจำกัดกระแสของเบรกเกอร์: Ip ที่ต่ำกว่าบ่งชี้ถึงการจำกัดกระแสที่ดีกว่า.
ผู้ผลิตให้ข้อมูลกระแสไฟฟ้าไหลผ่านในรูปแบบของเส้นโค้งลักษณะเฉพาะ กราฟเหล่านี้จะพล็อตกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสูงสุด (Ip) บนแกนตั้งเทียบกับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้ (แอมแปร์ RMS แบบสมมาตร) บนแกนนอน สำหรับระดับความผิดพร่องที่กำหนด ณ จุดติดตั้ง เส้นโค้งจะแสดงกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่จะไหลจริง.
ตัวอย่างเช่น หากกระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่แผงไฟฟ้าคือ 42,000 แอมแปร์ RMS แบบสมมาตร เบรกเกอร์จำกัดกระแสอาจจำกัดกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เกิดขึ้นจริงไว้ที่ 18,000 แอมแปร์ การลดลงจากกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่คาดการณ์ไว้เป็นกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เกิดขึ้นจริงนี้จะช่วยป้องกันบัสบาร์จากการงอ ป้องกันความร้อนสูงเกินไปของตัวนำ และลดความเค้นทางกลบนส่วนประกอบปลายทางทั้งหมด.
ความเค้นจากความร้อน (I²t)
การ ค่า I²t (ออกเสียงว่า “I-squared-t”) วัดเป็นแอมแปร์กำลังสองวินาที (A²s) กำหนดปริมาณพลังงานความร้อนที่เบรกเกอร์ปล่อยออกมาในระหว่างการตัดความผิดพร่อง แสดงถึงอินทิกรัลของกระแสไฟฟ้ายกกำลังสองในช่วงเวลาการตัดทั้งหมด.
ข้อกำหนดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการปกป้องสายเคเบิลและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน ฉนวนของสายเคเบิลมีพิกัดความทนทานต่อความร้อนที่ระบุเป็น I²t หากอุปกรณ์ป้องกันปล่อยพลังงานความร้อนมากกว่าที่สายเคเบิลสามารถทนได้ ฉนวนจะเสียหายแม้ว่าสายเคเบิลจะไม่ละลายทางกายภาพก็ตาม.
เบรกเกอร์จำกัดกระแสจะลด I²t อย่างมากเมื่อเทียบกับเบรกเกอร์มาตรฐาน สำหรับกระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่คาดการณ์ไว้เท่ากัน อุปกรณ์จำกัดกระแสอาจมีค่า I²t ต่ำกว่าเบรกเกอร์ทั่วไป 50-80% ความเค้นจากความร้อนที่ลดลงนี้จะป้องกันความเสียหายของตัวนำ ป้องกันฉนวนของสายเคเบิล และยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์.
ผู้ผลิตให้เส้นโค้ง I²t ที่คล้ายกับเส้นโค้งกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน โดยแสดงพลังงานความร้อนสูงสุดเป็นฟังก์ชันของกระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่คาดการณ์ไว้ มาตรฐานบางอย่างกำหนดคลาสการจำกัดพลังงานสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์ตามประสิทธิภาพ I²t.
ความสามารถในการตัด (Icu และ Ics)
การ ทำลายคืน กำหนดกระแสไฟฟ้าผิดพร่องสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถขัดขวางได้อย่างปลอดภัย มีพิกัดสองแบบที่เกี่ยวข้องภายใต้ IEC 60947-2 (มาตรฐานสากลสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์แรงดันต่ำ):
- ความสามารถในการทำลายขีดจำกัด (ICU): กระแสไฟฟ้าผิดพร่องสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถขัดขวางได้โดยไม่ถูกทำลาย หลังจากขัดขวางความผิดพร่องที่ระดับ Icu แล้ว เบรกเกอร์อาจไม่เหมาะสำหรับการใช้งานต่อเนื่องและอาจต้องเปลี่ยนใหม่ นี่แสดงถึงขีดจำกัดสูงสุดของเบรกเกอร์.
- ความสามารถในการตัดกำลังการให้บริการ (Ics): กระแสไฟฟ้าผิดพร่องสูงสุดที่เบรกเกอร์สามารถขัดขวางได้หลายครั้งในขณะที่ยังคงทำงานได้อย่างสมบูรณ์และเชื่อถือได้สำหรับการใช้งานต่อเนื่อง Ics แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของ Icu (โดยทั่วไปคือ 50%, 75% หรือ 100%) สำหรับการใช้งานที่สำคัญที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง ควรเลือกเบรกเกอร์ที่มี Ics = 100% Icu.
กฎการเลือกพื้นฐานนั้นตรงไปตรงมา: Icu ของเบรกเกอร์ต้องเท่ากับหรือมากกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้ ณ จุดติดตั้ง เบรกเกอร์จำกัดกระแสสามารถบรรลุความสามารถในการตัดสูง (50kA, 85kA หรือสูงกว่า) ในรูปแบบที่กะทัดรัด เนื่องจากลักษณะการจำกัดกระแสเองจะช่วยลดพลังงานที่เบรกเกอร์ต้องจัดการ.
ความสัมพันธ์ระหว่างข้อกำหนด
ข้อกำหนดเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดประสิทธิภาพการป้องกัน เมื่อเกิดความผิดพร่องจนถึงพิกัด Icu ของเบรกเกอร์ การจำกัดกระแสจะลดทั้งกระแสไฟฟ้าสูงสุด (Ip) และพลังงานความร้อนทั้งหมด (I²t) ให้อยู่ในค่าที่ต่ำกว่าสิ่งที่ความผิดพร่องที่คาดการณ์ไว้จะสร้างขึ้นมาก การลดลงที่ประสานงานกันของความเค้นทางกลสูงสุดและความเสียหายจากความร้อนนี้คือสิ่งที่ทำให้เบรกเกอร์จำกัดกระแสมีความจำเป็นสำหรับการปกป้องระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ที่มีกระแสไฟฟ้าผิดพร่องสูง.
มาตรฐานและการปฏิบัติตามข้อกำหนด
เซอร์กิตเบรกเกอร์แบบจำกัดกระแสอยู่ภายใต้มาตรฐานสากลและระดับภูมิภาคที่เข้มงวด ซึ่งกำหนดข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ ขั้นตอนการทดสอบ และเกณฑ์ด้านความปลอดภัย.
IEC 60947-2: มาตรฐานสากล
มอก. 60947-2 เป็นมาตรฐานสากลสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์แรงดันต่ำที่ใช้ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ มาตรฐานที่ครอบคลุมนี้กำหนด:
- หมวดหมู่ประสิทธิภาพ: มาตรฐานนี้แยกความแตกต่างระหว่างเบรกเกอร์ประเภท A (ไม่มีการหน่วงเวลาไฟฟ้าลัดวงจรโดยเจตนา) และเบรกเกอร์ประเภท B (มีความสามารถในการทนต่อเวลาสั้นๆ) MCCB จำกัดกระแสส่วนใหญ่ในปัจจุบันเป็นอุปกรณ์ประเภท A.
- การตรวจสอบความสามารถในการตัด: IEC 60947-2 ระบุลำดับการทดสอบที่เข้มงวดเพื่อตรวจสอบทั้งความสามารถในการตัดสูงสุด (Icu) และความสามารถในการตัดบริการ (Ics) การทดสอบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการดำเนินการสร้างและตัดหลายครั้งภายใต้สภาวะความผิดพร่องที่ระบุ.
- ประสิทธิภาพการจำกัดกระแส: แม้ว่ามาตรฐานจะไม่ได้กำหนดให้มีการจำกัดกระแส แต่ก็มีขั้นตอนการทดสอบเพื่อตรวจสอบและจัดทำเอกสารกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและประสิทธิภาพ I²t สำหรับเบรกเกอร์ที่อ้างว่ามีความสามารถในการจำกัดกระแส.
- การประสานงานและการเลือก: มาตรฐานนี้กำหนดข้อกำหนดสำหรับการป้องกันสำรอง (การเรียงซ้อน) โดยที่เบรกเกอร์จำกัดกระแสต้นทางจะปกป้องเบรกเกอร์ปลายทางที่มีความสามารถในการตัดต่ำกว่ากระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่คาดการณ์ไว้ ณ ตำแหน่งนั้น.
UL 489: มาตรฐานอเมริกาเหนือ
UL 489 เป็นมาตรฐาน Underwriters Laboratories สำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบเคสในอเมริกาเหนือ ข้อกำหนดที่สำคัญ ได้แก่:
- คำจำกัดความของการจำกัดกระแส: UL 489 ระบุว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์จะมีคุณสมบัติเป็น “จำกัดกระแส” หากสามารถตัดความผิดพร่องได้ในเวลาน้อยกว่าครึ่งรอบ (โดยทั่วไปคือต่ำกว่า 10 มิลลิวินาทีสำหรับระบบ 60 Hz).
- การทดสอบการไหลผ่าน: มาตรฐานนี้กำหนดให้มีการทดสอบอย่างละเอียดเพื่อสร้างเส้นโค้งกระแสไฟฟ้าไหลผ่านที่แสดงกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่เกิดขึ้นจริงเป็นฟังก์ชันของกระแสไฟฟ้าผิดพร่องที่คาดการณ์ไว้.
- พิกัดไฟฟ้าลัดวงจร: UL 489 กำหนดพิกัดการขัดขวาง (IR) และกำหนดขั้นตอนการทดสอบเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของเบรกเกอร์ที่แรงดันไฟฟ้าและระดับกระแสไฟฟ้าที่กำหนด.
การปฏิบัติตามและการรับรอง
สำหรับนักออกแบบและผู้กำหนดคุณลักษณะของระบบไฟฟ้า การปฏิบัติตามมาตรฐานทำให้มั่นใจได้ถึง:
- ประสิทธิภาพที่ได้รับการยืนยัน: เบรกเกอร์ที่ได้รับการรับรองได้ผ่านการทดสอบโดยบุคคลที่สามอย่างเข้มงวดเพื่อยืนยันความสามารถในการจำกัดกระแสและความสามารถในการตัด.
- ความมั่นใจในการออกแบบ: วิศวกรสามารถอ้างอิงเส้นโค้ง Let-Through และข้อมูล I²t ที่เผยแพร่เพื่อการวิเคราะห์การป้องกันอุปกรณ์และการคำนวณ Arc Flash ได้.
- การยอมรับตามกฎระเบียบ: เบรกเกอร์ที่ได้มาตรฐานเป็นไปตามข้อกำหนดของรหัสไฟฟ้าในตลาดที่เกี่ยวข้อง (เขต IEC หรือการติดตั้งในอเมริกาเหนือ).
เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแส VIOX ได้รับการออกแบบและทดสอบเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด IEC 60947-2 และ UL 489 ซึ่งรับประกันการใช้งานทั่วโลกและประสิทธิภาพการป้องกันที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว.
โปรแกรมและใช้คดี
เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสให้ประโยชน์ที่สำคัญในระบบไฟฟ้าที่กระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงที่เป็นอันตรายต่อความสมบูรณ์ของอุปกรณ์และความปลอดภัยของบุคลากร.
ศูนย์ข้อมูลและโครงสร้างพื้นฐานด้านไอทีที่สำคัญ
ศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่เผชิญกับความท้าทายด้านกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ไม่ธรรมดา ชั้นวางเซิร์ฟเวอร์ที่มีความหนาแน่นสูง ระบบ UPS ที่มีประสิทธิภาพ และแหล่งจ่ายไฟจากสาธารณูปโภคหลายแหล่งสร้างกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่อาจเกิน 65kA หรือมากกว่า เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสเป็นสิ่งจำเป็นในสภาพแวดล้อมเหล่านี้:
- การป้องกันอุปกรณ์ไอที: เซิร์ฟเวอร์ อาร์เรย์จัดเก็บข้อมูล และอุปกรณ์เครือข่ายมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนซึ่งเสี่ยงต่อเหตุการณ์กระแสเกินแม้เพียงช่วงสั้นๆ เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสจะลดพลังงานไฟฟ้าลัดวงจรให้อยู่ในระดับที่ป้องกันความเสียหายของส่วนประกอบ.
- การประสานงานแบบเลือก: ความน่าเชื่อถือของศูนย์ข้อมูลขึ้นอยู่กับการแยกข้อผิดพลาดโดยไม่ทำให้เกิดการหยุดทำงานแบบต่อเนื่อง เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสช่วยอำนวยความสะดวกในการประสานงานระหว่างการป้องกันต้นน้ำและปลายน้ำ ทำให้มั่นใจได้ว่าเฉพาะวงจรที่ได้รับผลกระทบเท่านั้นที่จะตัดวงจร.
- การลด Arc Flash: เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงทำงานกับอุปกรณ์ที่มีกระแสไฟฟ้าเป็นประจำ การลดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงสุดและเวลาในการเคลียร์ เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสจะลดพลังงานที่เกิดจาก Arc Flash ลงอย่างมาก ปรับปรุงความปลอดภัยของคนงาน และอาจลดข้อกำหนด PPE.
- การติดตั้งขนาดกะทัดรัด: เทคโนโลยีจำกัดกระแสช่วยให้สามารถทำลายความสามารถในการทำลายสูง (50kA-100kA) ใน MCCB ขนาดกะทัดรัด รองรับการกระจายพลังงานที่หนาแน่นโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ขนาดใหญ่เกินไป.
โรงงานผลิตอุตสาหกรรม
โรงงานอุตสาหกรรมที่มีมอเตอร์ขนาดใหญ่ หม้อแปลงไฟฟ้า และเครือข่ายการกระจายไฟฟ้าที่กว้างขวาง เผชิญกับกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่อาจทำให้อุปกรณ์การผลิตเสียหายได้:
- ศูนย์ควบคุมมอเตอร์: การป้องกันสตาร์ทเตอร์มอเตอร์ ไดรฟ์ความถี่แปรผัน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมจากความเค้นกระแสไฟฟ้าลัดวงจร เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไดรฟ์ราคาแพง และรับประกันความต่อเนื่องในการผลิต.
- ฟีดเดอร์ความจุสูง: ในกรณีที่แหล่งพลังงานหลายแหล่งหรือหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่สร้างกระแสไฟฟ้าลัดวงจรเกิน 50kA เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสจะให้การป้องกันโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ที่มีความสามารถในการขัดจังหวะสูงราคาแพงทั่วทั้งระบบ.
- อุปกรณ์ป้องกัน: บัสบาร์ รางสายเคเบิล และส่วนประกอบแผงมีขีดจำกัดความแข็งแรงทางกล เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสจะลดแรงแม่เหล็กระหว่างเกิดข้อผิดพลาด ป้องกันความเสียหายทางกายภาพต่อโครงสร้างพื้นฐานการกระจาย.
อาคารพาณิชย์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง
อาคารสำนักงาน โรงพยาบาล และศูนย์ค้าปลีกมีการใช้งานระบบไฟฟ้ากำลังสูงมากขึ้น:
- การกระจายหลักและย่อย: เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสที่ทางเข้าบริการหลักและแผงจ่ายไฟช่วยป้องกันกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่มาจากสาธารณูปโภค ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การประสานงานปลายน้ำมีประสิทธิภาพ.
- ระบบไฟฟ้าฉุกเฉิน: การป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสวิตช์ถ่ายโอนในกรณีที่แหล่งพลังงานหลายแหล่งเพิ่มกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่มีอยู่.
- การปรับปรุงและขยาย: การเพิ่มความจุให้กับอาคารที่มีอยู่มักจะเพิ่มระดับกระแสไฟฟ้าลัดวงจร เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสบางครั้งสามารถขจัดความจำเป็นในการอัพเกรดระบบทั้งหมดได้โดยการให้การป้องกันที่เพียงพอภายในพิกัดโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่.
การป้องกันแบบ Cascading (การป้องกันสำรอง)
หนึ่งในการใช้งานที่มีค่าที่สุดคือการเปิดใช้งาน Cascading หรือ Series Rating เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสที่ติดตั้งต้นน้ำสามารถป้องกันเบรกเกอร์ปลายน้ำที่มีความสามารถในการทำลายต่ำกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่อาจเกิดขึ้น ณ ตำแหน่งของเบรกเกอร์เหล่านั้นได้ ซึ่งจะช่วยให้:
- การเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุน: การใช้เบรกเกอร์ปลายน้ำที่มีราคาถูกกว่าและมีพิกัดต่ำกว่า ในขณะที่ยังคงรักษาการป้องกันอย่างเต็มที่.
- ข้อกำหนดที่ง่ายขึ้น: การกำหนดมาตรฐานประเภทเบรกเกอร์ทั่วไปทั่วทั้งโรงงาน ในขณะที่เบรกเกอร์หลักจำกัดกระแสให้การป้องกันทั่วทั้งระบบ.
- ความยืดหยุ่นของระบบ: การเพิ่มวงจรหรือโหลดโดยไม่จำเป็นต้องอัพเกรดอุปกรณ์ป้องกันปลายน้ำทั้งหมด.
การจำกัดกระแสเทียบกับเซอร์กิตเบรกเกอร์มาตรฐาน
การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างเซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสและเซอร์กิตเบรกเกอร์มาตรฐานจะช่วยให้ทราบว่าเทคโนโลยีแต่ละประเภทเหมาะสมเมื่อใด.
วิธีการขัดจังหวะ
เบรกเกอร์มาตรฐาน: เซอร์กิตเบรกเกอร์ทั่วไปจะตรวจจับข้อผิดพลาดและเริ่มกลไกการตัดวงจร แต่ยอมให้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรเพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ การขัดจังหวะเกิดขึ้นที่หรือใกล้เคียงกับการตัดข้ามศูนย์กระแสไฟฟ้าตามธรรมชาติ โดยทั่วไปหลังจาก 0.5 ถึง 1.5 รอบ (8-25 มิลลิวินาทีที่ 60 Hz) ในช่วงเวลานี้ กระแสไฟฟ้าลัดวงจรเต็มที่จะทำให้ระบบเกิดความเค้น.
เบรกเกอร์จำกัดกระแส: อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานภายในไม่กี่มิลลิวินาทีเพื่อขัดจังหวะกระแสไฟฟ้าอย่างรวดเร็วก่อนที่จะถึงค่าสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ ด้วยการแยกหน้าสัมผัสแบบไดนามิกไฟฟ้าและการสร้างแรงดันไฟฟ้าอาร์ค พวกเขาจะเคลียร์ข้อผิดพลาดในเวลาน้อยกว่าครึ่งรอบ (ต่ำกว่า 10 มิลลิวินาที) ซึ่งจะช่วยลดทั้งกระแสสูงสุดและพลังงานไฟฟ้าลัดวงจรทั้งหมดลงอย่างมาก.
กระแสสูงสุดและความเค้นทางกล
เบรกเกอร์มาตรฐาน: กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่คาดการณ์ไว้เต็มที่จะไหล ทำให้เกิดแรงแม่เหล็กสูงสุด สำหรับข้อผิดพลาดที่คาดการณ์ไว้ 50kA กระแสไฟฟ้า 50kA เต็ม (70kA พีคแบบอสมมาตร) จะสร้างความเค้นทางกลอย่างมากบนบัสบาร์ ขั้วต่อ และการเชื่อมต่อ.
เบรกเกอร์จำกัดกระแส: กระแส Let-Through จะลดลงอย่างมาก สำหรับข้อผิดพลาดที่คาดการณ์ไว้ 50kA เดียวกัน เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสอาจจำกัดค่าสูงสุดที่แท้จริงไว้ที่ 15-20kA ซึ่งจะช่วยลดแรงแม่เหล็กลง 60-70%.
พลังงานความร้อน (I²t)
เบรกเกอร์มาตรฐาน: เวลาในการเคลียร์ที่นานขึ้นและกระแสสูงสุดที่สูงขึ้นส่งผลให้เกิดการปล่อยพลังงานความร้อนจำนวนมาก สายเคเบิล บัสบาร์ และการเชื่อมต่อดูดซับความร้อนจำนวนมาก ซึ่งอาจทำให้ฉนวนเสียหายได้.
เบรกเกอร์จำกัดกระแส: กระแสสูงสุดที่ลดลงและการเคลียร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษจะช่วยลดค่า I²t ลงอย่างมาก โดยมักจะลดลง 50-80% สิ่งนี้จะช่วยปกป้องฉนวนสายเคเบิล ป้องกันการอบอ่อนตัวนำ และปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนจากความเค้นจากความร้อน.
พลังงานที่เกิดจาก Arc Flash
เบรกเกอร์มาตรฐาน: กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่สูงขึ้นและเวลาในการเคลียร์ที่นานขึ้นจะเพิ่มพลังงานที่เกิดจาก Arc Flash ซึ่งต้องใช้ PPE ระดับที่สูงขึ้นและสร้างอันตรายด้านความปลอดภัยมากขึ้นสำหรับเจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุง.
เบรกเกอร์จำกัดกระแส: ขนาดและระยะเวลาของกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ลดลงจะช่วยลดพลังงาน Arc Flash ลงอย่างมาก สิ่งนี้สามารถลดขอบเขต Arc Flash ลดข้อกำหนด PPE และปรับปรุงความปลอดภัยทางไฟฟ้าโดยรวม.
ข้อดีข้อเสียด้านต้นทุนและความซับซ้อน
เบรกเกอร์มาตรฐาน: โดยทั่วไปแล้วราคาต่อหน่วยจะถูกกว่า เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่กระแสไฟฟ้าลัดวงจรอยู่ในระดับปานกลาง และพิกัดอุปกรณ์เกินระดับข้อผิดพลาดที่มีอยู่เพียงพอ.
เบรกเกอร์จำกัดกระแส: ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น แต่สามารถลดต้นทุนระบบทั้งหมดได้โดย:
- การอนุญาตให้ใช้ส่วนประกอบปลายน้ำที่มีน้ำหนักเบากว่า
- การเปิดใช้งานการป้องกันแบบ Cascading ด้วยเบรกเกอร์ที่มีพิกัดต่ำกว่า
- การลดข้อกำหนดในการเสริมความแข็งแรงของแผง
- การปกป้องอุปกรณ์ราคาแพงจากความเสียหาย
- การลดต้นทุนการลด Arc Flash
เมื่อใดจึงควรเลือกแต่ละประเภท
เลือกเบรกเกอร์มาตรฐานเมื่อ:
- กระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่มีอยู่ต่ำกว่าพิกัดการลัดวงจรของระบบมาก
- ข้อจำกัดด้านงบประมาณมีความสำคัญสูงสุด และระดับข้อผิดพลาดไม่สมเหตุสมผลกับการป้องกันการจำกัดกระแส
- สามารถบรรลุการประสานงานได้โดยไม่ต้องจำกัดกระแส
เลือกใช้เบรกเกอร์จำกัดกระแสเมื่อ:
- กระแสลัดวงจรที่ใช้งานได้เกิน 20-25kA
- ป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน (ศูนย์ข้อมูล, ระบบควบคุม)
- ต้องการลดอันตรายจากอาร์คแฟลช
- เปิดใช้งานการป้องกันแบบ Cascading เพื่อลดต้นทุน
- การขยายโรงงานทำให้ระดับกระแสลัดวงจรเกินกว่าพิกัดของอุปกรณ์เดิม
เกณฑ์การคัดเลือก
การเลือกเซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสที่เหมาะสมต้องประเมินปัจจัยทางเทคนิคและการใช้งานหลายประการ.
คำนวณกระแสลัดวงจรที่ใช้งานได้
ขั้นตอนแรกคือการกำหนดกระแสลัดวงจรที่คาดว่าจะเกิดขึ้น ณ จุดติดตั้ง ซึ่งต้องใช้:
- ความจุและอิมพีแดนซ์ของหม้อแปลงไฟฟ้าของการไฟฟ้า
- ความยาวและขนาดของตัวนำ
- อิมพีแดนซ์ของส่วนประกอบการจ่ายไฟ
- การมีส่วนร่วมจากมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การไฟฟ้าหลายแห่งให้ข้อมูลกระแสลัดวงจร หรือวิศวกรไฟฟ้าที่ผ่านการรับรองสามารถทำการคำนวณการลัดวงจรโดยใช้วิธีการที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม (IEC 60909 หรือมาตรฐาน IEEE) ค่า ultimate breaking capacity (Icu) ของเบรกเกอร์ต้องเท่ากับหรือมากกว่ากระแสลัดวงจรที่คำนวณได้นี้.
ประเมินข้อกำหนดการป้องกันอุปกรณ์
พิจารณาว่าอะไรที่ต้องการการป้องกัน:
- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน: ศูนย์ข้อมูล, ระบบควบคุม และอุปกรณ์โทรคมนาคมได้รับประโยชน์อย่างมากจากการลดกระแส let-through และ I²t.
- พิกัดของบัสบาร์และตัวนำ: หากกระแสลัดวงจรเข้าใกล้หรือเกินพิกัดการทนต่อการลัดวงจรของบัสบาร์, สายเคเบิล หรือส่วนประกอบแผง การจำกัดกระแสจึงเป็นสิ่งจำเป็น.
- อุปกรณ์ที่มีอยู่: เมื่อขยายโรงงาน เบรกเกอร์จำกัดกระแสบางครั้งสามารถปกป้องโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนใหม่ทั้งหมด.
ประเมินความต้องการในการลดอันตรายจากอาร์คแฟลช
หากการศึกษาอาร์คแฟลชบ่งชี้ถึงระดับพลังงานที่สูงซึ่งต้องใช้ PPE จำนวนมาก หรือสร้างอันตรายต่อคนงานที่ไม่สามารถยอมรับได้ เบรกเกอร์จำกัดกระแสสามารถลดพลังงานอาร์คแฟลชได้อย่างมาก ตรวจสอบการคำนวณอาร์คแฟลชเพื่อพิจารณาว่าการจำกัดกระแสจะลดหมวดหมู่อันตรายและปรับปรุงความปลอดภัยหรือไม่.
พิจารณาข้อกำหนดด้านการประสานงาน
การประสานงานแบบเลือกสรร—เพื่อให้แน่ใจว่าเฉพาะเบรกเกอร์ที่อยู่ใกล้กับจุดที่เกิดข้อผิดพลาดเท่านั้นที่จะทริป—เป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานหลายประเภท:
- การป้องกันแบบ Cascading: หากเบรกเกอร์ดาวน์สตรีมมีความสามารถในการตัดกระแสต่ำกว่ากระแสลัดวงจรที่ใช้งานได้ เบรกเกอร์จำกัดกระแสอัพสตรีมสามารถให้การป้องกันสำรองได้.
- โหลดที่สำคัญ: ศูนย์ข้อมูล, โรงพยาบาล และกระบวนการทางอุตสาหกรรมต้องการการแยกข้อผิดพลาดโดยไม่มีการหยุดทำงานที่ไม่จำเป็น เบรกเกอร์จำกัดกระแสช่วยอำนวยความสะดวกในการประสานงานโดยการลดพลังงาน let-through.
ตรวจสอบเส้นโค้งกระแส Let-Through
ผู้ผลิตจัดทำเส้นโค้งกระแส let-through (Ip) และ I²t สำหรับเบรกเกอร์จำกัดกระแสของตน เปรียบเทียบเส้นโค้งเหล่านี้กับ:
- พิกัดการทนต่อของอุปกรณ์
- ขีดจำกัด I²t ของสายเคเบิล
- เป้าหมายการลดพลังงานอาร์คแฟลช
- ข้อกำหนดการประสานงานกับอุปกรณ์ดาวน์สตรีม
ตรวจสอบการปฏิบัติตามมาตรฐาน
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเบรกเกอร์เป็นไปตามมาตรฐานที่บังคับใช้:
- มอก. 60947-2 สำหรับการใช้งานระหว่างประเทศ/อุตสาหกรรม
- UL 489 สำหรับการติดตั้งในอเมริกาเหนือ
- รหัสไฟฟ้าในท้องถิ่นและข้อกำหนดการรับรอง
สรุป
เซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสแสดงถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการป้องกันทางไฟฟ้า ซึ่งแก้ไขปัญหาพื้นฐานของกระแสลัดวงจรสูงในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ ด้วยการขัดขวางข้อผิดพลาดในหน่วยมิลลิวินาที และลดกระแส let-through สูงสุดและความเค้นจากความร้อนอย่างมาก อุปกรณ์เหล่านี้จึงปกป้องอุปกรณ์ราคาแพง ปรับปรุงความปลอดภัยของบุคลากร และช่วยให้การออกแบบระบบมีความยืดหยุ่นมากขึ้น.
สำหรับวิศวกรไฟฟ้าและผู้จัดการโรงงานที่ทำงานกับระบบจ่ายไฟกำลังสูง—โดยเฉพาะศูนย์ข้อมูล โรงงานอุตสาหกรรม และอาคารพาณิชย์ที่มีกระแสลัดวงจรเกิน 25kA—เทคโนโลยีจำกัดกระแสให้ประโยชน์ที่วัดได้ในการป้องกันอุปกรณ์ การลดอาร์คแฟลช และความยืดหยุ่นในการประสานงาน ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญ (กระแส let-through Ip, ความเค้นจากความร้อน I²t และความสามารถในการตัดกระแส Icu) ให้ข้อมูลทางวิศวกรรมที่จำเป็นในการตรวจสอบประสิทธิภาพการป้องกันและรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้.
VIOX Electric ผลิตเซอร์กิตเบรกเกอร์จำกัดกระแสที่ได้รับการออกแบบตามมาตรฐาน IEC 60947-2 และ UL 489 โดยมีความสามารถในการตัดกระแสตั้งแต่ 35kA ถึง 100kA และเส้นโค้งประสิทธิภาพ let-through ที่ครอบคลุม สำหรับข้อกำหนดทางเทคนิค คำแนะนำในการใช้งาน หรือเพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดการป้องกันเฉพาะของคุณ โปรดติดต่อทีมวิศวกรรมของ VIOX.
ปกป้องโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญของคุณด้วยเทคโนโลยีจำกัดกระแสที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว. ติดต่อ VIOX Electric เพื่อหารือเกี่ยวกับความต้องการในการป้องกันวงจรของคุณ.
