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.
Mistake 2: Thinking an arc chute prevents all breaker damage
The arc chute reduces and controls arc energy, but repeated high-fault interruptions can still stress contacts and internal parts.
Mistake 3: Confusing breaker arcing with arc fault protection
Internal breaker arc control and AFCI arc-fault detection are different topics.
Mistake 4: Using AC arc assumptions for DC breakers
DC arcs are harder to extinguish because there is no natural zero crossing. Use DC-rated breakers for DC circuits.
Mistake 5: Ignoring terminal condition
Loose terminals can cause external heating and arcing. That is different from the normal internal arc formed during breaker interruption.
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.
