การป้องกันกระแสเกินสำหรับระบบ MCCB และ ACB: คู่มือปฏิบัติฉบับสมบูรณ์

เมื่อเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบขึ้นรูปขนาด 100 A สะดุดโดยไม่คาดคิดบนพื้นโรงงาน คำถามแรกมักจะเกิดขึ้นว่าทำไมมันถึงเกิดขึ้น คำตอบมักอยู่ที่การป้องกันกระแสไฟเกิน: ระบบที่ออกแบบมาเพื่อตรวจจับกระแสไฟเกินและตัดวงจรก่อนที่สายไฟจะร้อนเกินไปหรืออุปกรณ์เสียหาย การป้องกันกระแสไฟเกินไม่ใช่อุปกรณ์เสริม เป็นหัวใจสำคัญของความปลอดภัยทางไฟฟ้าในการจำหน่ายไฟฟ้าแรงต่ำ บทความนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของการป้องกันกระแสเกิน ประเภทของอุปกรณ์หลักในการเปรียบเทียบ และสิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกส่วนประกอบการป้องกันสำหรับเบรกเกอร์และชุดสวิตช์เกียร์

การป้องกันกระแสเกินคืออะไร?

การป้องกันกระแสเกิน (OCP) คืออุปกรณ์หรือวิธีการใดๆ ที่จะขัดขวางการไหลของกระแสโดยอัตโนมัติเมื่อกระแสเกินพิกัดของวงจรหรืออุปกรณ์ คำนี้ครอบคลุมปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันสองประการ: โอเวอร์โหลดและไฟฟ้าลัดวงจร โอเวอร์โหลดคือกระแสไฟฟ้าที่คงอยู่สูงกว่าค่าพิกัดเล็กน้อย ซึ่งมักเกิดจากโหลดมากเกินไปหรือมอเตอร์หยุดทำงาน การลัดวงจรเป็นเหตุการณ์ที่รุนแรงกว่ามาก โดยที่กระแสจะข้ามเส้นทางโหลดปกติและสามารถเข้าถึงแอมแปร์นับพันได้ในเวลาเสี้ยววินาที ตาม IEC 60947-2 และ NEC มาตรา 240 อุปกรณ์ป้องกันจะต้องสามารถผ่านทั้งสองเงื่อนไขได้ แต่แต่ละเงื่อนไขต้องใช้เวลาตอบสนองและระดับข้อผิดพลาดที่แตกต่างกัน

เส้นโค้งเวลาปัจจุบันของอุปกรณ์ป้องกันจะกำหนดความเร็วที่อุปกรณ์จะกระทำ ณ กระแสที่กำหนด สำหรับเบรกเกอร์เคสแบบขึ้นรูป (เอ็มซีซีบี) โดยทั่วไปเส้นโค้งนี้จะมีสามโซน: การป้องกันการโอเวอร์โหลดแบบหน่วงเวลานาน การป้องกันข้อผิดพลาดแบบหน่วงเวลาสั้น และการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรทันที การผสมผสานที่ถูกต้องของโซนเหล่านี้ช่วยให้เบรกเกอร์สามารถขับผ่านกระแสไหลเข้าปกติในขณะที่ยังคงตอบสนองต่อฟอลต์ที่เป็นอันตราย

สภาวะกระแสเกิน: โอเวอร์โหลดเทียบกับไฟฟ้าลัดวงจร

การทำความเข้าใจความแตกต่างช่วยในการเลือกเส้นโค้งการป้องกันที่เหมาะสม โดยทั่วไปกระแสไฟเกินจะทำงาน 1.1 ถึง 1.5 เท่าของกระแสไฟที่กำหนด และอุปกรณ์ป้องกันควรปล่อยให้อุปกรณ์ทำงานในช่วงเวลาสั้น ๆ โดยไม่สะดุดสะดุด ตัวอย่างเช่น วงจรมอเตอร์ขนาด 100 A อาจมีกระแสไฟฟ้า 130 A เป็นเวลาหลายวินาทีเมื่อสตาร์ท ในทางกลับกัน กระแสไฟฟ้าลัดวงจรสามารถเข้าถึงได้ 6 ถึง 20 เท่าของกระแสไฟที่กำหนดหรือมากกว่า และอุปกรณ์ป้องกันจะต้องหยุดทำงานทันทีเพื่อป้องกันอาร์ควาบไฟและความเสียหาย

ตามแผนภูมิที่แสดง ฟิวส์และอุปกรณ์ GFCI ตอบสนองเร็วที่สุด ในขณะที่รีเลย์สามารถปรับได้เพื่อให้ใช้งานได้นานขึ้น เส้นโค้งที่แท้จริงขึ้นอยู่กับระดับอุปกรณ์และคุณลักษณะเวลาปัจจุบันของผู้ผลิต สำหรับ MCCB หน่วยทริปเชิงกลหรือทริปอิเล็กทรอนิกส์จะกำหนดโอเวอร์โหลดและการตอบสนองการลัดวงจรที่แน่นอน

ประเภทของอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน

มีอุปกรณ์หลายอย่างที่ให้การป้องกันกระแสไฟเกิน โดยแต่ละอุปกรณ์มีบทบาทเฉพาะในระบบไฟฟ้า

เซอร์กิตเบรกเกอร์

เซอร์กิตเบรกเกอร์เคสแบบขึ้นรูปและเซอร์กิตเบรกเกอร์อากาศเป็นอุปกรณ์ป้องกันที่พบบ่อยที่สุดในระบบไฟฟ้าแรงต่ำ โดยรวมการป้องกันโอเวอร์โหลด การป้องกันการลัดวงจร และการตัดการเชื่อมต่อแบบแมนนวลไว้ในยูนิตเดียว ภายในเบรกเกอร์ การตรวจจับกระแสเกินจะขึ้นอยู่กับทริปยูนิต ซึ่งอาจเป็นแบบแม่เหล็กความร้อนหรือแบบอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อกระแสไฟฟ้าฟอลต์ไหล ทริปยูนิตจะปล่อยกลไกการทำงานและหน้าสัมผัสจะแยกออกจากกันเพื่อรบกวนวงจร เบรกเกอร์ยังสามารถเสริมประสิทธิภาพด้วยอุปกรณ์เสริมภายใน เช่น การปล่อยสับเปลี่ยนสำหรับการสะดุดระยะไกล หรือการปล่อยแรงดันตกเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าตก

การปลดสับเปลี่ยนสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบแม่พิมพ์ ออกแบบมาเพื่อการสะดุดระยะไกลของ MCCB การปล่อยแบบแบ่งนี้ทำงานด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด โดยจะทำงานร่วมกับทริปยูนิตของเบรกเกอร์ ช่วยให้สามารถปิดเครื่องฉุกเฉินหรือควบคุมจากระยะไกลได้ ดูผลิตภัณฑ์ →

ฟิวส์

ฟิวส์ provide overcurrent protection by melting an internal element when current exceeds a specific value. They are simple, reliable, and have a very fast response under short-circuit conditions. However, after operation, a fuse must be replaced, which increases downtime.

รีเลย์

รีเลย์ป้องกันใช้ในระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยจะตรวจสอบกระแสและส่งสัญญาณทริปไปยังเบรกเกอร์ พวกมันให้การป้องกันที่มีการประสานงานพร้อมการหน่วงเวลาที่ปรับได้ ในสวิตช์เกียร์แรงดันปานกลาง สัญญาณทริปอาจถูกส่งไปยังเบรกเกอร์สุญญากาศผ่านวงจรควบคุม

เครื่องขัดขวางความผิดพื้น

GFCI และ RCD ตรวจจับกระแสไฟฟ้ารั่วและขัดขวางวงจรเพื่อป้องกันไฟฟ้าช็อต ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม โมดูลกระแสไฟตกค้างมักจะติดตั้งกับ MCCB โมดูลป้องกันการรั่วไหลของ RCD เฉพาะสามารถรวมเข้ากับชุด MCCB เพื่อรวมการป้องกันกระแสไฟเกินและไฟรั่วลงดิน

มาตรฐานและพิกัดการป้องกันกระแสเกิน

มาตรฐานกำหนดวิธีทดสอบและจัดอันดับอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกิน การจัดอันดับที่สำคัญคือกระแสไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับ ความสามารถในการตัดกระแสลัดวงจร และคุณลักษณะการสะดุด สำหรับตลาดอเมริกาเหนือ มาตรา 240 ของ NEC ครอบคลุมข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการป้องกันกระแสเกิน ในขณะที่ มาตรฐาน UL 489 ใช้กับเบรกเกอร์วงจรแบบขึ้นรูป ในสภาพแวดล้อมระหว่างประเทศ IEC 60947-2 กำหนดข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับสวิตช์เกียร์และเกียร์ควบคุมแรงดันต่ำ

นอกเหนือจากการให้คะแนนเหล่านี้แล้ว การประสานการเลือกสรรยังมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกระจายพลังงาน เบรกเกอร์ดาวน์สตรีมควรเคลื่อนที่ก่อนเบรกเกอร์อัพสตรีม เพื่อแยกเฉพาะสาขาที่ผิดพลาดเท่านั้น ซึ่งจำเป็นต้องจับคู่เส้นโค้งเวลาปัจจุบันของอุปกรณ์ต้นน้ำและปลายน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้รีเลย์ร่วมกับเบรกเกอร์

ภายในเบรกเกอร์เคสแบบขึ้นรูป

ประสิทธิภาพของเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบเคสขึ้นรูปขึ้นอยู่กับส่วนประกอบที่สำคัญบางประการ ได้แก่ หน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่และอยู่กับที่ รางโค้ง โครงฐานหุ้มฉนวน และทริปยูนิต เมื่อเกิดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร หน้าสัมผัสต้องแยกจากกันและต้องดับส่วนโค้งอย่างรวดเร็ว รางส่วนโค้งแบ่งส่วนโค้งออกเป็นส่วนเล็กๆ และเพิ่มแรงดันไฟฟ้าส่วนโค้ง ในขณะที่หน้าสัมผัสได้รับการออกแบบมาเพื่อลดการสึกหรอและทนต่อการทำงานซ้ำๆ

ของเรา เบรกเกอร์กรณีแม่พิมพ์ ส่วนประกอบต่างๆ ได้รับการผลิตขึ้นเพื่อรองรับการทำงานที่สำคัญเหล่านี้ ชุดประกอบหน้าสัมผัสแบบเคลื่อนที่ได้ทั้งหมดใช้พื้นผิวสัมผัสโลหะผสมเงินที่ทนทานต่อการกัดเซาะของส่วนโค้ง และชุดประกอบส่วนโค้งของส่วนโค้งได้รับการออกแบบด้วยรูปทรงที่ได้รับการตรวจสอบแล้วเพื่อดับส่วนโค้งอย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยลดพลังงานที่ปล่อยผ่านภายใต้สภาวะการลัดวงจร

ย้ายที่อยู่ติดต่อ Assembly for Molded Case Circuit Breakers ส่วนประกอบนี้มีหน้าสัมผัสโลหะผสมเงินเพื่อต้านทานการกัดกร่อนของส่วนโค้ง ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในระหว่างการลัดวงจร เป็นองค์ประกอบสำคัญในการรักษาความสามารถในการทำลายเบรกเกอร์ ดูผลิตภัณฑ์ →

ในทำนองเดียวกัน ชุดประกอบหน้าสัมผัสแบบอยู่กับที่และโครงฐานหุ้มฉนวนต้องยึดพิกัดความเผื่อไว้อย่างแน่นหนา เพื่อให้เบรกเกอร์บรรลุพิกัดความสามารถในการแตกหักอย่างสม่ำเสมอ สำหรับเวอร์ชันปัจจุบันที่สูงกว่า มีการใช้ชุดหน้าสัมผัสแบบเคลื่อนที่ระดับเฟรมและรางโค้งในเบรกเกอร์วงจรอากาศสูงถึง 6300 A

การเลือกการป้องกันกระแสเกิน: ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

การปล่อยแรงดันไฟตกสำหรับเซอร์กิตเบรกเกอร์แบบแม่พิมพ์ อุปกรณ์นี้จะตัดการทำงานของเบรกเกอร์เมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ ปกป้องอุปกรณ์จากความเสียหายเนื่องจากสภาวะแรงดันไฟฟ้าต่ำ รองรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดหลากหลายและติดตั้งภายใน ดูผลิตภัณฑ์ →

การเลือกการป้องกันกระแสเกินที่เหมาะสมเริ่มต้นด้วยการทราบโหลดของวงจรและกระแสไฟลัดที่มีอยู่ ขั้นแรก ให้กำหนดความแอมป์ของวงจรและพิกัดกระแสต่อเนื่องของเบรกเกอร์ ถัดไป ตรวจสอบความสามารถในการตัดการลัดวงจรมากกว่ากระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูงสุดที่จุดติดตั้ง สำหรับวงจรมอเตอร์ การป้องกันต้องยอมให้กระแสพุ่งเข้าโดยไม่สะดุด ดังนั้นอาจจำเป็นต้องมีทริปยูนิตที่ปรับได้มากกว่านี้

คำนึงถึงความจำเป็นด้วย อุปกรณ์เสริมภายใน เช่น หน้าสัมผัสเสริม หน้าสัมผัสสัญญาณเตือน และการปล่อยสับเปลี่ยนหรือแรงดันตก ซึ่งขยายฟังก์ชันการตรวจสอบและควบคุมของเบรกเกอร์ การลดพิกัดอุณหภูมิมีความสำคัญ: เบรกเกอร์ 100 A ที่ติดตั้งในตู้ที่มีอุณหภูมิ 50°C อาจจำเป็นต้องลดพิกัดหรือติดตั้งทริปยูนิตที่มีพิกัดสูงกว่า สุดท้ายนี้ ควรประสานการเลือกระหว่างอุปกรณ์ต้นน้ำและปลายน้ำ เพื่อแยกสาขาที่ผิดพลาดออกโดยไม่กระทบต่อส่วนที่เหลือของระบบ เมื่อแรงดันไฟฟ้าตกเป็นปัญหา การปล่อยแรงดันไฟฟ้าตกสามารถให้การป้องกันเพิ่มเติมอีกชั้นหนึ่งได้โดยการสะดุดเบรกเกอร์หากแรงดันไฟจ่ายต่ำกว่าเกณฑ์ที่ตั้งไว้

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการป้องกันกระแสเกิน