ในหน้านี้
หนึ่ง อาร์คในเซอร์กิตเบรกเกอร์ คือการปล่อยประจุไฟฟ้าที่มีแสงสว่างเกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสที่แยกออกจากกันเมื่อเบรกเกอร์ตัดวงจรที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน อาร์คจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านอากาศหรือก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนได้ชั่วขณะ จนกว่าเบรกเกอร์จะบังคับให้อาร์คเย็นตัวลง ยืดออก แยกส่วน และดับลงในที่สุด.
เซอร์กิตเบรกเกอร์จะไม่หยุดกระแสไฟฟ้าทันทีที่หน้าสัมผัสแยกออกจากกัน แต่จะต้องควบคุมอาร์คที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดวงจรเสียก่อน จากนั้นจึงดับอาร์คนั้นเพื่อให้วงจรเปิดออกได้อย่างปลอดภัย.
นี่คือเหตุผลว่าทำไมการควบคุมอาร์คจึงเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดส่วนหนึ่งของการออกแบบเซอร์กิตเบรกเกอร์ เบรกเกอร์ที่มีประสิทธิภาพในการดับอาร์คต่ำอาจประสบปัญหาหน้าสัมผัสสึกกร่อน ความร้อนสูงเกินไป ฉนวนเสียหาย หรือไม่สามารถตัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้อย่างปลอดภัย.
สรุปคำศัพท์สำคัญเกี่ยวกับอาร์ค
| ระยะ | ความหมาย | บทบาทในเซอร์กิตเบรกเกอร์ |
|---|---|---|
| อาร์ก | การปล่อยประจุไฟฟ้าที่มีแสงสว่างและนำไฟฟ้าผ่านช่องว่างระหว่างหน้าสัมผัสที่กำลังแยกออกจากกัน | ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ชั่วขณะหลังจากหน้าสัมผัสแยกออกจากกัน |
| การเกิดอาร์ค | กระบวนการที่ก๊าซแตกตัวเป็นไอออนก่อตัวขึ้นระหว่างหน้าสัมผัส | เกิดขึ้นในระหว่างการสับสวิตช์หรือการตัดกระแสไฟฟ้าเมื่อเกิดความผิดปกติ |
| แรงดันไฟฟ้าอาร์ก | แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมช่วงอาร์คในระหว่างการตัดกระแสไฟฟ้า | ช่วยต้านทานกระแสไฟฟ้าในวงจรและสนับสนุนการดับอาร์ค |
| แผ่นนำอาร์ค (Arc runner) | เส้นทางนำไฟฟ้าที่นำอาร์คให้ออกห่างจากหน้าสัมผัส | เคลื่อนย้ายอาร์คเข้าไปในช่องดับอาร์ค |
| รางโค้ง | ชุดประกอบที่ทำหน้าที่แยกและระบายความร้อนของอาร์ค | ช่วยดับอาร์คได้อย่างปลอดภัย |
| แผ่นแยกอาร์ค | แผ่นโลหะที่อยู่ภายในช่องดับอาร์ค | แบ่งอาร์คออกเป็นส่วนย่อยๆ |
| ห้องดับอาร์ค | พื้นที่หรือโครงสร้างที่เกิดการดับอาร์ค | กักเก็บและควบคุมพลังงานจากอาร์ค |
| การดับอาร์ค | กระบวนการดับอาร์ค | จำเป็นสำหรับการตัดวงจรอย่างปลอดภัย |
การเกิดอาร์คในเซอร์กิตเบรกเกอร์เกิดขึ้นได้อย่างไร
การเกิดอาร์คเริ่มต้นขึ้นเมื่อหน้าสัมผัสของเบรกเกอร์แยกออกจากกันในขณะที่กระแสไฟฟ้ายังคงไหลอยู่.
ลำดับการตัดวงจรโดยปกติจะเป็นดังนี้:
- เบรกเกอร์ตรวจพบสภาวะกระแสเกิน ไฟฟ้าลัดวงจร หรือการสับสวิตช์ด้วยมือ.
- กลไกการทำงานจะแยกหน้าสัมผัสออกจากกัน.
- กระแสไฟฟ้าพยายามไหลต่อเนื่องข้ามช่องว่างขนาดเล็กระหว่างหน้าสัมผัส.
- อากาศหรือก๊าซระหว่างหน้าสัมผัสเกิดการแตกตัวเป็นไอออน.
- เกิดอาร์คไฟฟ้าที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าขึ้น.
- เบรกเกอร์จะผลักดันอาร์คเข้าไปในระบบควบคุมอาร์ค.
- อาร์คจะถูกยืดออก แบ่งส่วน ทำให้เย็นลง และดับไปในที่สุด.
อาร์คไม่ใช่ข้อบกพร่องในตัวมันเอง แต่เป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ปกติในระหว่างการตัดกระแสไฟฟ้า ความท้าทายทางวิศวกรรมคือการควบคุมอาร์คให้ได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย.
เหตุใดจึงเกิดอาร์คเมื่อหน้าสัมผัสแยกออกจากกัน
เมื่อหน้าสัมผัสปิดอยู่ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านเส้นทางที่เป็นโลหะ เมื่อหน้าสัมผัสเริ่มแยกออกจากกัน พื้นที่หน้าสัมผัสจะเล็กลง ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น และความร้อนจะสูงขึ้น ในขณะเดียวกัน สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างช่องว่างที่แยกออกจากกันสามารถทำให้ตัวกลางโดยรอบเกิดการแตกตัวเป็นไอออนได้.
เมื่อตัวกลางกลายเป็นตัวนำไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะยังคงไหลผ่านพลาสมาของอาร์คได้แม้ว่าหน้าสัมผัสที่เป็นโลหะจะไม่ได้สัมผัสกันแล้วก็ตาม.
นี่คือเหตุผลที่เซอร์กิตเบรกเกอร์ต้องการมากกว่าแค่สวิตช์กลไกธรรมดา แต่จำเป็นต้องมีโครงสร้างควบคุมอาร์คที่สามารถจัดการกับพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาในระหว่างการตัดวงจรได้.
หน้าสัมผัสหลัก (Main Contacts) เทียบกับ หน้าสัมผัสช่วยดับอาร์ค (Arcing Contacts)
ในเบรกเกอร์แรงดันต่ำขนาดใหญ่ โดยเฉพาะ MCCB และ ACB หลายรุ่น เส้นทางเดินกระแสไฟฟ้าอาจประกอบด้วย หน้าสัมผัสหลัก แล้ว หน้าสัมผัสอาร์ก.
| ติดต่อประเภท | บทบาทหลัก | ทำไมมันจึงสำคัญ |
|---|---|---|
| หน้าสัมผัสหลัก | นำกระแสไฟฟ้าโดยมีความต้านทานต่ำในระหว่างการทำงานปกติ | ออกแบบมาเพื่อการนำไฟฟ้าและความร้อนต่ำ |
| หน้าสัมผัสอาร์ค | รับกระแสอาร์คในระหว่างการเปิดและปิดวงจร | ป้องกันหน้าสัมผัสหลักจากการกัดเซาะอย่างรุนแรงของอาร์ค |
ลำดับการทำงานทั่วไปคือ ตัดก่อน / ต่อทีหลัง สำหรับหน้าสัมผัสอาร์คเมื่อเทียบกับระบบหน้าสัมผัสหลัก ขึ้นอยู่กับการออกแบบของเซอร์กิตเบรกเกอร์ ในระหว่างการเปิดวงจร หน้าสัมผัสหลักจะแยกตัวออกก่อน ทำให้อาร์คถ่ายโอนไปยังหน้าสัมผัสอาร์ค ในระหว่างการปิดวงจร หน้าสัมผัสอาร์คจะแตะกันก่อน เพื่อไม่ให้หน้าสัมผัสหลักได้รับความเสียหายจากความเค้นทางไฟฟ้าในขณะเริ่มต้น.
การตั้งเวลาหน้าสัมผัสนี้เป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เซอร์กิตเบรกเกอร์มีความซับซ้อนกว่าสวิตช์ทั่วไป โดยจะต้องสามารถนำกระแสได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการใช้งานปกติ และทนต่อเหตุการณ์การตัดกระแสซ้ำๆ ในระหว่างเกิดความผิดปกติได้.
รางนำอาร์ค (Arc Runner) ในเซอร์กิตเบรกเกอร์
หนึ่ง รางนำอาร์ค คือส่วนประกอบที่เป็นตัวนำไฟฟ้าซึ่งช่วยเคลื่อนย้ายอาร์คออกจากหน้าสัมผัสหลักไปยังชุดดับอาร์ค (arc chute).
หน้าที่ของมันมีความสำคัญในทางปฏิบัติ ดังนี้:
- ลดความเสียหายของหน้าสัมผัส;
- นำทางอาร์คให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ถูกต้อง;
- ช่วยถ่ายโอนอาร์คจากบริเวณหน้าสัมผัสไปยังห้องดับอาร์ค;
- ช่วยให้การดับอาร์คทำได้รวดเร็วและมีการควบคุมที่ดีขึ้น.
ในการออกแบบเบรกเกอร์หลายรุ่น อาร์ครันเนอร์จะทำงานร่วมกับแรงแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าลัดวงจร วิธีที่ง่ายที่สุดในการอธิบายแรงขับเคลื่อนนี้คือ F = I × L × B, ที่ไหน เอฟ คือแรงที่กระทำต่ออาร์ค, ฉัน คือกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอาร์ค, ล คือความยาวประสิทธิผลของอาร์คในสนามแม่เหล็ก และ บี คือความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก ในการออกแบบเซอร์กิตเบรกเกอร์จริง กระแสลัดวงจรที่สูงขึ้นจะสร้างแรงขับเคลื่อนทางแม่เหล็กที่แข็งแกร่งขึ้น ซึ่งช่วยผลักดันให้อาร์คเคลื่อนที่ไปตามแผ่นนำอาร์ค (Arc Runner) เข้าสู่ห้องดับอาร์ค (Arc Chute) เพื่อทำการแบ่งและลดอุณหภูมิของอาร์ค.
F = I × L × Bแรงแม่เหล็กเคลื่อนย้ายอาร์คเข้าสู่ห้องดับอาร์คได้อย่างไร
เมื่อมีกระแสไฟฟ้าสูงไหลผ่านเซอร์กิตเบรกเกอร์ เส้นทางเดินของกระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมา ตัวอาร์คเองก็มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเช่นกัน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอาร์คที่มีกระแสไหลผ่านกับสนามแม่เหล็กจะสร้างแรงที่สามารถผลักอาร์คให้ออกจากหน้าสัมผัสได้.
การเคลื่อนที่ด้วยแรงแม่เหล็กนี้มีประโยชน์เนื่องจาก:
- ดึงส่วนโค้งไฟฟ้า (arc) ออกจากพื้นผิวหน้าสัมผัส;
- ถ่ายโอนส่วนโค้งไฟฟ้าไปยังรางนำส่วนโค้ง (arc runner);
- ขับเคลื่อนส่วนโค้งไฟฟ้าเข้าไปในแผ่นแยกส่วนโค้ง (splitter plates);
- ลดระยะเวลาที่ส่วนโค้งไฟฟ้าคงอยู่บริเวณหน้าสัมผัสหลัก.
ในเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC breakers) การควบคุมส่วนโค้งไฟฟ้าด้วยแม่เหล็กมีความสำคัญยิ่งขึ้น เนื่องจากไม่มีจุดตัดศูนย์ของกระแสไฟฟ้าตามธรรมชาติ นี่คือเหตุผลว่าทำไมขั้วไฟฟ้าจึงมีความสำคัญในการออกแบบเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสตรงบางประเภท.
ในมุมมองของการออกแบบผลิตภัณฑ์ การมีเพียงชุดดับอาร์ค (arc chute) นั้นไม่เพียงพอ รูปร่างของรางนำส่วนโค้ง ความเร็วในการเปิดหน้าสัมผัส การจัดวางแผ่นแยกส่วนโค้ง เส้นทางการระบายอากาศ และวัสดุฉนวนรอบห้องดับอาร์ค ล้วนส่งผลต่อการที่ส่วนโค้งไฟฟ้าจะเคลื่อนที่เข้าสู่โซนดับอาร์คได้อย่างหมดจด แทนที่จะค้างอยู่ใกล้กับหน้าสัมผัส.
ชุดดับอาร์คและห้องดับอาร์ค
หนึ่ง รางอาร์ค คือโครงสร้างที่ช่วยดับส่วนโค้งไฟฟ้าหลังจากที่มันเคลื่อนออกจากบริเวณหน้าสัมผัส มักประกอบด้วยแผ่นแยกส่วนโค้งหรือแผ่นอาร์คหลายแผ่นที่จัดเรียงอยู่ภายในห้องที่เป็นฉนวน.
อาร์คชูท (Arc chute) ทำงานโดย:
- การยืดเส้นทางของอาร์คให้ยาวขึ้น;
- การแบ่งอาร์คขนาดใหญ่ให้เป็นส่วนย่อยๆ;
- การระบายความร้อนให้กับก๊าซไอออนไนซ์ที่ร้อนจัด;
- การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของอาร์ค;
- การช่วยลดความเป็นไอออนในเส้นทางของอาร์ค;
- การกักเก็บก๊าซร้อนและอนุภาคไว้ภายในโครงสร้างของเบรกเกอร์.
วลี ห้องดับอาร์ค (Arc extinguishing chamber) โดยทั่วไปหมายถึงพื้นที่หรือชุดประกอบที่เกิดการควบคุมอาร์คนี้ขึ้น.
วัสดุหน้าสัมผัส: เหตุผลที่ใช้โลหะผสมทังสเตน-ทองแดงและเงิน
หน้าสัมผัสของเซอร์กิตเบรกเกอร์ต้องสามารถนำกระแสได้ในระหว่างการทำงานปกติ และทนต่อความร้อนจากอาร์คในระหว่างการตัดวงจร ซึ่งทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุ.
กลยุทธ์ทั่วไปสำหรับวัสดุหน้าสัมผัส ได้แก่ โลหะผสมที่มีส่วนประกอบของเงินเพื่อการนำไฟฟ้าและความต้านทานต่ออาร์ค และวัสดุประเภททังสเตน-ทองแดงในกรณีที่ต้องการความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากอาร์คที่สูงขึ้น วัสดุที่ใช้จริงจะขึ้นอยู่กับประเภทของเบรกเกอร์ พิกัดกระแส การใช้งาน และการออกแบบของผู้ผลิต.
แนวคิดทางวิศวกรรมที่สำคัญมีดังนี้: ทังสเตนให้ความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากอาร์คด้วยจุดหลอมเหลวที่สูง ในขณะที่ทองแดงช่วยปรับปรุงการนำไฟฟ้าและการถ่ายเทความร้อน. เป้าหมายคือการรักษาโครงสร้างหน้าสัมผัสให้คงที่ภายใต้ความร้อนจากอาร์คที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในขณะที่ยังคงรักษาความต้านทานหน้าสัมผัสให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้.
สิ่งนี้มีความถูกต้องมากกว่าการกล่าวว่าทังสเตน-ทองแดงถูกใช้เพื่อลดการปล่อยอิเล็กตรอนเพียงอย่างเดียว ในหน้าสัมผัสของเบรกเกอร์ จุดหลอมเหลว ความต้านทานต่อการกัดกร่อน พฤติกรรมทางความร้อน การนำไฟฟ้า และความสมบูรณ์ทางกลล้วนมีความสำคัญทั้งสิ้น.
การดับอาร์คคืออะไร?
การดับอาร์ค คือกระบวนการดับประกายไฟเพื่อให้กระแสไฟฟ้าหยุดไหล.
เซอร์กิตเบรกเกอร์อาจใช้วิธีการดับอาร์คที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับประเภทและระดับแรงดันไฟฟ้า:
| Breaker ประเภท | วิธีการดับอาร์คทั่วไป |
|---|---|
| MCB | อาร์คชูทพร้อมแผ่นแยกกระแส (Splitter plates) |
| MCCB | ห้องดับอาร์ค, รางนำอาร์ค (Arc runners), แผ่นแยกกระแส, ฉนวนหล่อขึ้นรูป |
| เอซีบี | การตัดวงจรด้วยอากาศในห้องดับอาร์คขนาดใหญ่ |
| เบรกเกอร์ DC | อาร์คชูทเสริมด้วยแม่เหล็กเป่าดับอาร์ค (Magnetic blowout) หรือการออกแบบแบบหลายขั้วต่ออนุกรม |
| เซอร์กิตเบรกเกอร์แรงดันสูง | วิธีการตัดกระแสไฟฟ้าแบบสุญญากาศ, ก๊าซ SF6, แรงอัดอากาศ หรือวิธีเฉพาะทางอื่นๆ |
สำหรับ MCB และ MCCB แรงดันต่ำ อาร์คชูท (Arc chutes) และแผ่นแยกกระแส (Splitter plates) เป็นส่วนประกอบที่คุ้นเคยที่สุด.
แรงดันไฟฟ้าอาร์ค (Arc Voltage) คืออะไร?
แรงดันไฟฟ้าอาร์ก คือแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมช่วงอาร์คในระหว่างการตัดกระแสไฟฟ้า เมื่อเบรกเกอร์ยืด แยก และระบายความร้อนให้กับอาร์ค แรงดันไฟฟ้าอาร์คจะสูงขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าอาร์คสูงเพียงพอเมื่อเทียบกับสภาวะของวงจร กระแสไฟฟ้าจะถูกบังคับให้ลดลงและอาร์คจะดับลง.
ในทางปฏิบัติ ระบบควบคุมอาร์คที่ดีจะช่วยเพิ่มความต้านทานและการระบายความร้อนให้กับอาร์ค เพื่อไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นทางที่แตกตัวเป็นไอออนได้อีกต่อไป.
แรงดันไฟฟ้าอาร์คไม่ใช่ค่าคงที่ในแคตตาล็อก แต่ประกอบด้วยแรงดันตกคร่อมบริเวณใกล้ขั้วแคโทดและแอโนด รวมถึงความต่างศักย์ตามแนวลำอาร์ค ในการออกแบบเบรกเกอร์แรงดันต่ำ คำถามสำคัญคือรูปทรงของหน้าสัมผัส, รางนำอาร์ค (Arc runner), ชุดแผ่นแยกกระแส, การไหลของก๊าซ และฉนวนของห้องดับอาร์ค สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอาร์คได้เร็วพอภายใต้สภาวะลัดวงจรที่ทดสอบหรือไม่.
นี่คือเหตุผลหนึ่งที่รูปทรงของหน้าสัมผัส, รางนำอาร์ค, แผ่นแยกกระแส, รูปร่างของห้องดับอาร์ค และการไหลของก๊าซ มีความสำคัญในการออกแบบเบรกเกอร์.
การอาร์กของไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Arc) เทียบกับไฟฟ้ากระแสตรง (DC Arc) ในเซอร์กิตเบรกเกอร์
การอาร์กของไฟฟ้ากระแสสลับและไฟฟ้ากระแสตรงมีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน.
| คุณสมบัติ | การอาร์กของไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Arc) | อาร์ค DC |
|---|---|---|
| การข้ามจุดศูนย์ของกระแสไฟฟ้า (Current zero crossing) | การตัดข้ามศูนย์ตามธรรมชาติทุกครึ่งรอบ | ไม่มีการข้ามจุดศูนย์ตามธรรมชาติ |
| การสูญพันธุ์ของอาร์ค | ได้รับการช่วยเหลือจากการข้ามจุดศูนย์ของกระแสไฟฟ้า | ต้องบังคับให้ดับโดยการออกแบบตัวเบรกเกอร์ |
| การออกแบบเบรกเกอร์ | อาร์กชูท (Arc chute) ที่ออกแบบมาสำหรับไฟฟ้ากระแสสลับอาจเพียงพอสำหรับพิกัดของมัน | ต้องการการออกแบบการดับอาร์คที่รองรับไฟฟ้ากระแสตรง (DC) |
| ข้อควรพิจารณาเรื่องขั้วไฟฟ้า | โดยปกติจะมีความสำคัญน้อยกว่าในเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) แรงดันต่ำ | มีความสำคัญในเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบมีขั้ว (Polarized DC breakers) หลายประเภท |
นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงไม่ควรนำเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสสลับมาใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงโดยอัตโนมัติ อาร์คไฟฟ้ากระแสตรงสามารถคงอยู่ได้หากเบรกเกอร์ไม่ได้ถูกออกแบบและกำหนดพิกัดมาเพื่อการตัดวงจรไฟฟ้ากระแสตรงโดยเฉพาะ.
สำหรับรายละเอียดของเบรกเกอร์ไฟฟ้ากระแสตรง โปรดดูที่ DC Circuit Breaker คืออะไร?.
การเกิดอาร์คใน MCB เทียบกับ MCCB เทียบกับ ACB
| Breaker ประเภท | จุดที่เกิดการควบคุมอาร์ค | ความแตกต่างในทางปฏิบัติ |
|---|---|---|
| MCB | ช่องดับอาร์คขนาดกะทัดรัดใกล้กับระบบหน้าสัมผัส | ใช้พื้นที่น้อย ดับอาร์คได้รวดเร็ว และมีขนาดโครงสร้างที่จำกัด |
| MCCB | ห้องดับอาร์คแบบหล่อและแผ่นนำอาร์คที่มีขนาดใหญ่ขึ้น | ขนาดเฟรมที่ใหญ่ขึ้นและโครงสร้างการตัดกระแสที่แข็งแกร่งขึ้น |
| เอซีบี | ห้องดับอาร์คแบบอากาศที่มีขนาดใหญ่ขึ้น | ใช้ในสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำที่มีกระแสไฟฟ้าสูง |
หลักการพื้นฐานมีความคล้ายคลึงกัน คือเบรกเกอร์จะแยกหน้าสัมผัสออก ทำให้เกิดอาร์ค จากนั้นจะผลักอาร์คเข้าไปในห้องดับอาร์คเพื่อแบ่งและลดอุณหภูมิลงจนกระแสไฟฟ้าถูกตัดขาด โดยขนาดทางกายภาพและความสามารถในการตัดกระแสจะเปลี่ยนไปตามประเภทของเบรกเกอร์.
สำหรับชิ้นส่วนภายในของ MCCB โปรดดูที่ โครงสร้างภายในและส่วนประกอบของ MCCB.
มาตรฐาน IEC 60947-2, UL 489 และพิกัดการตัดกระแสลัดวงจร (Arc Interruption Ratings)
การตัดกระแสลัดวงจรไม่ได้ประเมินจากเพียงแค่การออกแบบทางกายภาพเท่านั้น เซอร์กิตเบรกเกอร์จะต้องผ่านการทดสอบภายใต้กรอบมาตรฐานที่กำหนดวิธีการตรวจสอบประสิทธิภาพการตัดกระแสไว้อย่างชัดเจน.
สำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์แรงดันต่ำในงานอุตสาหกรรม, มอก. 60947-2 เป็นบริบทมาตรฐานที่สำคัญ ในตลาดเซอร์กิตเบรกเกอร์สำหรับวงจรย่อยและแบบหล่อขึ้นรูป (Molded-case) ในอเมริกาเหนือ, UL 489 เป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญ มาตรฐานที่นำมาใช้จะขึ้นอยู่กับประเภทผลิตภัณฑ์ ตลาด และการติดตั้ง.
พิกัดที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการตัดกระแสลัดวงจร ได้แก่:
| การจัดอันดับ | ความหมาย | เหตุใดจึงเกี่ยวข้องกับการควบคุมอาร์ค |
|---|---|---|
| Icu | พิกัดกระแสลัดวงจรสูงสุด (Ultimate short-circuit breaking capacity) | ยืนยันว่าเบรกเกอร์สามารถตัดกระแสลัดวงจรที่รุนแรงได้ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่กำหนด |
| Ics | พิกัดกระแสลัดวงจรขณะใช้งาน (Service short-circuit breaking capacity) | บ่งบอกถึงประสิทธิภาพหลังการตัดกระแสไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานจริง |
| Icw | กระแสไฟฟ้าทนทานระยะสั้น | มีความสำคัญต่อการเลือกใช้และการทนกระแสลัดวงจรในเบรกเกอร์บางประเภท |
| แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด | แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในการทดสอบการตัดกระแสไฟฟ้า | แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นมักทำให้การดับอาร์คมีความยากลำบากมากขึ้น |
ค่าพิกัดเหล่านี้ควรตรวจสอบจากเอกสารข้อมูลทางเทคนิคและบริบทของมาตรฐาน เบรกเกอร์ที่มีชุดดับอาร์ค (arc chute) ที่ดูแข็งแรงยังคงต้องมีค่าพิกัดการตัดกระแสลัดวงจรที่ผ่านการทดสอบและเหมาะสมกับวงจรไฟฟ้าจริง.
สำหรับคำแนะนำในการเลือกผลิตภัณฑ์ VIOX คำถามในทางปฏิบัติไม่ใช่ว่าเบรกเกอร์มีห้องดับอาร์คที่มองเห็นได้หรือไม่ เบรกเกอร์แรงดันต่ำเกือบทุกชนิดมีโครงสร้างควบคุมอาร์คในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง คำถามที่มีประโยชน์มากกว่าคือระบบหน้าสัมผัส, แผ่นนำอาร์ค (arc runner), ชุดแผ่นเหล็กดับอาร์ค (splitter stack), ฉนวนหล่อขึ้นรูป, ช่องระบายอากาศ และโครงสร้างขั้วต่อ ได้รับการตรวจสอบร่วมกันภายใต้เงื่อนไขการทดสอบพิกัดการตัดกระแสลัดวงจรที่กำหนดหรือไม่ ซึ่งในจุดนี้ค่า Icu, Ics, แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด และมาตรฐานที่เกี่ยวข้องมีความสำคัญมากกว่ารูปลักษณ์ภายนอกที่มองเห็นได้.
อาร์คในเซอร์กิตเบรกเกอร์เทียบกับอาร์คฟอลต์เซอร์กิตเบรกเกอร์
คำว่า “อาร์ค” ปรากฏอยู่ในหัวข้อเบรกเกอร์สองประเภทที่แตกต่างกัน แต่มีความหมายที่ไม่เหมือนกัน.
| ระยะ | ความหมาย |
|---|---|
| อาร์คในเซอร์กิตเบรกเกอร์ | อาร์คภายในที่เกิดขึ้นเมื่อหน้าสัมผัสของเบรกเกอร์แยกตัวออกจากกันในระหว่างการตัดกระแสไฟฟ้า |
| การเกิดอาร์ค (Arc fault) | การเกิดอาร์คที่ไม่พึงประสงค์ในสายไฟ สายพ่วง จุดต่อสาย หรืออุปกรณ์ไฟฟ้า |
| อาร์คฟอลต์เซอร์กิตเบรกเกอร์ / AFCI | เบรกเกอร์ที่ออกแบบมาเพื่อตรวจจับลักษณะเฉพาะของการเกิดอาร์คฟอลต์ที่เป็นอันตรายในวงจร |
อาร์คปกติของเบรกเกอร์จะเกิดขึ้นภายในตัวเบรกเกอร์ในระหว่างการสับสวิตช์หรือการตัดกระแสไฟฟ้าเมื่อเกิดฟอลต์ แต่อาร์คฟอลต์จะเกิดขึ้นภายนอกระบบหน้าสัมผัสปกติ ซึ่งอาจบ่งชี้ถึงสายไฟที่ชำรุด การเชื่อมต่อที่หลวม หรือฉนวนที่เสื่อมสภาพ.
สัญญาณที่บ่งบอกถึงปัญหาการเกิดอาร์คในเบรกเกอร์
การเกิดอาร์คภายในอุปกรณ์เบรกเกอร์เป็นเรื่องปกติในขณะตัดวงจร แต่ไม่ควรละเลยอาการผิดปกติที่เกิดขึ้นภายนอก.
โปรดติดต่อช่างไฟฟ้าหรือช่างเทคนิคที่มีความเชี่ยวชาญหากคุณพบสิ่งต่อไปนี้:
- กลิ่นไหม้ใกล้ตู้ควบคุมไฟฟ้า;
- เสียงหึ่ง เสียงซ่า หรือเสียงเปรี๊ยะๆ จากเบรกเกอร์;
- ความเสียหายจากความร้อนหรือการเปลี่ยนสี;
- ฉนวนละลายใกล้จุดต่อสายไฟ;
- เบรกเกอร์ทริปซ้ำๆ;
- มีแสงวาบปรากฏให้เห็นภายนอกเบรกเกอร์;
- ขั้วต่อสายหลวมหรือชำรุด.
ห้ามเปิดหรือตรวจสอบภายในเบรกเกอร์ขณะที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เซอร์กิตเบรกเกอร์เป็นอุปกรณ์นิรภัยที่ถูกปิดผนึกหรือประกอบสำเร็จรูป ไม่ใช่อุปกรณ์ที่สามารถซ่อมแซมห้องดับอาร์คได้ในหน้างาน.
การกัดกร่อนจากอาร์ค, รอยหลุมที่หน้าสัมผัส และเมื่อใดที่การเกิดอาร์คของเบรกเกอร์กลายเป็นปัญหา
การตัดกระแสไฟฟ้าแต่ละครั้งอาจทำให้หน้าสัมผัสของเบรกเกอร์เกิดความเครียด ในการใช้งานปกติถือเป็นเรื่องที่คาดการณ์ได้ แต่การเกิดฟอลต์รุนแรงซ้ำๆ หรือสภาพขั้วต่อสายที่ไม่ดีอาจเร่งการสึกหรอให้เร็วขึ้น.
สัญญาณที่อาจบ่งบอกถึงความเครียดจากอาร์คที่มากเกินไป ได้แก่:
- หน้าสัมผัสเป็นหลุมหรือถูกกัดกร่อนในอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ยังสามารถซ่อมบำรุงได้;
- การเปลี่ยนสีบริเวณขั้วต่อสายหรือช่องระบายอากาศ;
- มีกลิ่นผิดปกติหลังการใช้งาน;
- ตัวถังของเบรกเกอร์เสียหาย;
- ทริปซ้ำๆ ภายใต้สภาวะโหลดที่ใกล้เคียงกัน;
- ค่าความต้านทานหน้าสัมผัสเพิ่มสูงขึ้นในอุปกรณ์ที่มีการวัดค่าเป็นส่วนหนึ่งของขั้นตอนการบำรุงรักษา.
สำหรับเบรกเกอร์ขนาดเล็กแบบปิดผนึก การตรวจสอบหน้าสัมผัสภายในมักไม่สามารถทำได้จริง สำหรับสวิตช์เกียร์ขนาดใหญ่ที่สามารถซ่อมบำรุงได้ การตรวจสอบและบำรุงรักษาควรปฏิบัติตามคำแนะนำของผู้ผลิตและขั้นตอนความปลอดภัยของสถานที่ปฏิบัติงาน.
ความเข้าใจผิดทั่วไปเกี่ยวกับอาร์คของเซอร์กิตเบรกเกอร์
ความเข้าใจผิดที่ 1: คิดว่าการเกิดอาร์คหมายถึงเบรกเกอร์ชำรุด
การเกิดอาร์คภายในระหว่างการตัดวงจรเป็นเรื่องปกติ เบรกเกอร์ถูกออกแบบมาเพื่อควบคุมอาร์คดังกล่าว.
ข้อผิดพลาดที่ 2: การคิดว่าอาร์คชูทสามารถป้องกันความเสียหายของเซอร์กิตเบรกเกอร์ได้ทั้งหมด
อาร์คชูทช่วยลดและควบคุมพลังงานอาร์ค แต่การตัดกระแสลัดวงจรสูงซ้ำๆ ยังคงสร้างความเครียดให้กับหน้าสัมผัสและชิ้นส่วนภายในได้.
ข้อผิดพลาดที่ 3: การสับสนระหว่างการเกิดอาร์คในเซอร์กิตเบรกเกอร์กับการป้องกันอาร์คฟอลต์
การควบคุมอาร์คภายในเซอร์กิตเบรกเกอร์และการตรวจจับอาร์คฟอลต์ของ AFCI เป็นคนละเรื่องกัน.
ข้อผิดพลาดที่ 4: การใช้สมมติฐานของอาร์ค AC กับเซอร์กิตเบรกเกอร์ DC
อาร์ค DC ดับได้ยากกว่าเนื่องจากไม่มีจุดตัดศูนย์ตามธรรมชาติ ควรใช้เซอร์กิตเบรกเกอร์ที่ระบุพิกัดสำหรับ DC ในวงจร DC.
ข้อผิดพลาดที่ 5: การละเลยสภาพของขั้วต่อ
ขั้วต่อที่หลวมอาจทำให้เกิดความร้อนและอาร์คภายนอกได้ ซึ่งแตกต่างจากอาร์คภายในปกติที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดวงจรของเซอร์กิตเบรกเกอร์.
คำถามที่พบบ่อย
อาร์คชูท (Arc chute) ของไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) สามารถดับอาร์คของไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ได้หรือไม่?
ไม่สามารถทำได้โดยอัตโนมัติ การตัดวงจรไฟฟ้ากระแสสลับอาศัยจังหวะที่กระแสไฟฟ้าผ่านจุดศูนย์ตามธรรมชาติ แต่การตัดวงจรไฟฟ้ากระแสตรงจำเป็นต้องบังคับให้อาร์คยืดตัว เย็นลง และดับลงโดยปราศจากตัวช่วยดังกล่าว เบรกเกอร์ที่ใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงควรได้รับการจัดระดับสำหรับแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า สภาวะขั้ว และการใช้งานเฉพาะสำหรับไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น.
หน้าสัมผัสอาร์ค (Arcing contacts) และหน้าสัมผัสหลัก (Main contacts) มีความแตกต่างกันอย่างไร?
หน้าสัมผัสหลักได้รับการปรับปรุงให้มีความต้านทานต่ำเพื่อนำกระแสไฟฟ้าในระหว่างการทำงานปกติ ส่วนหน้าสัมผัสอาร์คถูกออกแบบมาเพื่อรับภาระทางไฟฟ้าในระหว่างการเปิดและปิดวงจร เพื่อป้องกันไม่ให้หน้าสัมผัสหลักได้รับความเสียหายจากการกัดกร่อนของอาร์คที่รุนแรง.
ควรตรวจสอบหน้าสัมผัสอาร์คในเบรกเกอร์อุตสาหกรรมบ่อยแค่ไหน?
ให้ปฏิบัติตามคำแนะนำในการบำรุงรักษาของผู้ผลิตเบรกเกอร์และขั้นตอนความปลอดภัยทางไฟฟ้าของสถานที่นั้นๆ ความถี่ในการตรวจสอบขึ้นอยู่กับประเภทของเบรกเกอร์ ประวัติการเกิดฟอลต์ ภาระการสับเปลี่ยน สภาพแวดล้อม และความสามารถในการซ่อมบำรุงของอุปกรณ์ โดยปกติแล้ว MCB แบบปิดผนึกและ MCCB หลายรุ่นจะใช้วิธีเปลี่ยนใหม่แทนการเปิดเพื่อตรวจสอบหน้าสัมผัส.
ทำไมเบรกเกอร์ถึงมีกลิ่นไหม้หลังจากทริป?
กลิ่นจางๆ หลังจากเกิดการตัดวงจรที่รุนแรงอาจมาจากก๊าซร้อนและผลพลอยได้จากการเกิดอาร์คภายในเบรกเกอร์ แต่หากมีกลิ่นไหม้ที่คงอยู่ สีที่เปลี่ยนไป ฉนวนละลาย ความร้อนที่ขั้วต่อ หรือการทริปซ้ำๆ ถือเป็นอาการผิดปกติและควรได้รับการตรวจสอบก่อนที่จะจ่ายไฟเข้าวงจรอีกครั้ง.
ค่า Icu ที่สูงกว่าหมายถึงชุดดับอาร์ค (arc chute) ที่ดีกว่าใช่หรือไม่
ไม่เสมอไป ค่า Icu คือค่าพิกัดการตัดกระแสลัดวงจรสูงสุดที่ผ่านการทดสอบภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด การออกแบบชุดดับอาร์คมีความสำคัญ แต่ความเร็วของหน้าสัมผัส รูปทรงของรางนำอาร์ค ฉนวนหล่อขึ้นรูป การออกแบบขั้วต่อ แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด และลำดับการทดสอบทั้งหมดก็มีความสำคัญเช่นกัน นอกจากนี้ค่า Ics ยังมีความสำคัญเนื่องจากบ่งบอกถึงประสิทธิภาพการตัดกระแสลัดวงจรขณะใช้งานจริงตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง.
การเกิดอาร์คในเซอร์กิตเบรกเกอร์สามารถซ่อมแซมได้หรือไม่
สำหรับ MCB แบบปิดผนึกและ MCCB หลายรุ่น ความเสียหายจากการเกิดอาร์คภายในไม่สามารถซ่อมแซมได้ที่หน้างาน ให้เปลี่ยนอุปกรณ์ใหม่หากการตรวจสอบหรือคำแนะนำของผู้ผลิตระบุว่ามีความเสียหาย สำหรับเบรกเกอร์ขนาดใหญ่ที่สามารถซ่อมบำรุงได้อาจมีขั้นตอนการบำรุงรักษาที่ได้รับการรับรองจากผู้ผลิต แต่การซ่อมแซมควรดำเนินการโดยบุคลากรที่มีคุณสมบัติเหมาะสมโดยใช้ชิ้นส่วนและวิธีการทดสอบที่ได้รับอนุมัติเท่านั้น.
แหล่งข้อมูล VIOX ที่เกี่ยวข้อง
สรุป
การเกิดอาร์คในเซอร์กิตเบรกเกอร์เป็นเหตุการณ์ทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตามปกติแต่มีความรุนแรง ซึ่งเกิดจากการที่หน้าสัมผัสแยกตัวออกจากกันขณะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เบรกเกอร์จะต้องเคลื่อนย้ายอาร์คนั้นเข้าสู่ระบบควบคุมอาร์ค ทำการแยกส่วน ระบายความร้อน เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของอาร์ค และดับอาร์คนั้นลง.
ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดที่ควรทำความเข้าใจคือ รางนำอาร์ค, รางอาร์ค, แผ่นแยกส่วนอาร์ค (arc splitter plates), และ ห้องดับอาร์ค (Arc extinguishing chamber). ส่วนประกอบเหล่านี้คือสิ่งที่ช่วยให้เซอร์กิตเบรกเกอร์สามารถตัดกระแสไฟฟ้าได้อย่างปลอดภัย แทนที่จะทำหน้าที่เป็นเพียงสวิตช์ธรรมดา.
