מפסק זרם

מקורות

צורה מוקדמת של מפסק חשמלי תוארה על ידי תומאס אדיסון בפטנט משנת 1879, אם כי מערכת ההפצה המסחרית שלו השתמשה בנתיכים. מטרתו הייתה להגן על חיווט מעגל התאורה ממעגלים קצרים מקריים ועומס יתר. מפריד מיניאטורי מודרני, הדומה לאלה שנמצאים כעת בשימוש, נחתם על ידי בראון, בוורי וסיי בשנת 1924. הוגו סטוץ, מהנדס שמכר את חברתו ל- BBC, מוכר כממציא ב-DRP (Deutsches Reichspatent) 458392. ההמצאה של סטוץ הייתה מבשר של מפריד מגנטי תרמי מודרני והוא נפוץ במרכזי עומס הבית עד עצם היום הזה.
חיבור של מספר מקורות גנרטור לרשת חשמל דרש פיתוח של מפסקי זרם עם דירוגי מתח מוגברים ויכולת מוגברת להפריע בבטחה לזרמים וליצור קצר במעגל המיוצר על ידי רשתות. מתגים ידניים פשוטים של הפסקות אוויר ייצרו Arc מסוכנות בעת הפרעה למתח גבוה; אלה פינו את מקומם למגעים סגורים בשמן, וצורות שונות תוך שימוש בזרימה מכוונת של אוויר דחוס, או בשמן בלחץ, כדי להתקרר ולקטוע את ה-Arc. ב-1935, שברי המעגל שנבנו במיוחד בשימוש בפרויקט סכר בולדר השתמשו בשמונה מעברי סדרה ובזרימת שמן בלחץ כדי להפריע לליקויים של עד 2,500 MVA, בשלושה מחזורים של תדר AC.

הפרעת קשת חשמלית

מפסקים מעגלים זעירים במתח נמוך (MCB) משתמשים באוויר לבדו כדי לכבות את הקשת החשמלית. אלה מפסקי זרם מכילים הנקראים "פירי קשת חשמלית" (Arc chutes), ערימה של לוחות מתכת מקבילים מבודדים הדדית אשר מחלקים ומקררים את הקשת. באמצעות פיצול לקשתות קטנות יותר מתקררת הקשת בזמן שהמתח גדל הוא גדל ומשמש גורם מעכב נוסף אשר מגביל את הזרם דרך המפסק. החלקים נושאי הזרם בקרבת המגעים מאפשרים הסטה נוחה של הקשת אל תוך ה"פירים" באמצעות כוח מגנטי של נתיב הזרם, אם כי סלילי הנשמה מגנטיים או מגנטים קבועים יכולים גם כן להסיט את הקשת לתוך הפירים (בהם נעשה שימוש במפסקים בעלי דירוג גבוה). מספר הלוחות בפירים תלוי בדירוג הקצר החשמלי ובערך המתח הנומינלי של המפסק.
בדירוגים גדולים יותר, מפסקי זרם שמן מסתמכים על אידוי של חלק מהשמן כדי לפוצץ סילון של שמן דרך הקשת.
משתמשים בגז (בדרך כלל גופרית שש פלואורידית) לפעמים על מנת למתוח את ה-arc באמצעות שדה מגנטי, ולאחר מכן להסתמך על כוח דיאלקטרי של גופרית שש פלואורידית (SF6) כדי לשאיר (להרוות) את ה-arc מתוח.
בואקום יש Arcing מינימלי (אין דבר כדי ליינן מלבד חומר מגע). Arc מרווה כאשר הוא נמתח בכמות קטנה מאוד (פחות מ-2–3 מ"מ (0.079-0.118 ב)). מפסקי ואקום משמשים לעיתים קרובות מפסקים מודרניים עם מתח בינוני של 38,000 וולט.
מפסקי אוויר יכולים להשתמש באוויר דחוס כדי לפוצץ את ה-arc, או לחלופין, המגעים מתנדנדים במהירות לתוך תא אטום קטן, בריחה של אוויר לא מתאפשרת ובכך ה-Arc מושבת.
מפסקי מעגל הם בדרך כלל יכולים לסיים את כל הזרם מהר מאוד: בדרך כלל arc הוא כבה בין 30 MS ו- 150 ms לאחר המנגנון כבר מעד, בהתאם לגיל הבנייה של המכשיר. הערך המקסימלי המרבי ואנרגיה המאפשרים לקבוע את איכות מפסקי החשמל.

סוגים של מפסקי זרם

ישנם סוגים רבים של מפסקי זרם, בהתבסס על התכונות שלהם כגון בכיתה מתח, סוג הבנייה, סוג ההפרעה, ותכונות מבניות. מפסקי הזרם הנפוצים ביותר הם:

מפסקי זרם מגנטיים

מפסקי זרם מגנטיים משתמשים בסולנואיד (אלקטרומגנט) שכוח המשיכה שלו עולה עם הזרם. עיצובים מסוימים לנצל כוחות אלקטרומגנטיים בנוסף לאלה של סולנואיד. המגעים של מפסק המעגל מוחזקים סגורים על ידי תפס. כמו הנוכחי של סולנואיד עולה על הדירוג של מפסק חשמלי, למשוך את הסולנואידים משחרר את הבריח, המאפשר את הקשר נפתח על ידי האביב פעולה.

מפסקי זרם מגנטיים תרמיים

מפסקי זרם מגנטיים תרמיים, שהם הסוג הנמצא ברוב לוחות ההפצה, משלבים את שתי הטכניקות עם האלקטרומגנט המגיב באופן מיידי לעליות גדולות במעגלים הקצרים (הנוכחית) וברצועה הבימטלית המגיבה לתנאים קיצוניים אך ארוכי טווח יותר. החלק התרמי של מפסק המעגל מספק תכונת תגובה בזמן, המסיעה את מפסק המעגל מוקדם יותר עבור זרמים גדולים יותר, אך מאפשרת עומסים קטנים יותר להתמיד במשך זמן רב יותר. זה מאפשר קוצים הנוכחי קצר כגון מיוצרים כאשר המנוע או לטעון שאינם התנגדות אחרת מופעלת. עם זרמי יתר גדולים מאוד במהלך קצר, האלמנט המגנטי מטייל את מפסק החשמל ללא עיכוב מכוון נוסף.

מפסקי זרם הידראולים מגנטיים

מפסק זרם מגנטי-הידראולי משתמש בסליל סולנואיד כדי לספק כוח תפעולי לפתיחת המגעים. מגנטים הידראוליים מגנטיים משלבים תכונת עיכוב זמן הידראולי באמצעות נוזל צמיג. מעיין מגביל את הליבה עד הנוכחי עולה על דירוג מפסק. במהלך עומס יתר, המהירות של תנועת הסולנואידים מוגבלת על ידי הנוזל. העיכוב מתיר את הזרמים הקצרים הנוכחיים מעבר לזרם הריצה הרגיל להפעלת המנוע, ציוד הממריץ וכו '. זרמים קצר מעגל מספקים כוח סולנואיד מספיק כדי לשחרר את הבריח ללא תלות במיקום הליבה ובכך לעקוף את התכונה עיכוב. טמפרטורת הסביבה משפיעה על זמן העיכוב אך אינה משפיעה על הדירוג הנוכחי של מפסק מגנטי.
מפסקי זרם חשמליים גדולים, המיושמים במעגלים של יותר מ 1000 וולט, עשויים לכלול רכיבים הידראוליים במנגנון ההפעלה של המגע. אנרגיה הידראולית עשויה להיות מסופקת על ידי משאבה, או מאוחסנים מצברים. אלה יוצרים סוג נפרד ממפצלי מעגל מלאים בשמן, בהם השמן הוא המדיום לכיבוי arc.

מפסקי טריפ נפוצים

כאשר מספקים מעגל סניף עם יותר מוליך אחד לחיות, כל מוליך לחיות חייב להיות מוגן על ידי מוט שובר. כדי להבטיח כי כל מוליכים חיים מופרעים כאשר כל נסיעה מוט, יש להשתמש "מפסק משותף" מפסק. אלה עשויים להכיל שניים או שלושה מנגנוני מעידה בתוך מקרה אחד, או עבור פורעי קטן, עשוי לקשור את הקוטבים החיצוניים באמצעות ידיות ההפעלה שלהם. שתי מוטות נסיעה נפוצים נפוצים במערכות של 120/240 וולט, שבהם 240 עומסי וולט (כולל מכשירי חשמל גדולים או לוחות הפצה נוספים) מתפרשים על פני שני חוטים חיים. שלושה מטרים נפוצים הנסיעה בדרך כלל משמשים לספק שלושה פאזה חשמל למנועים גדולים או לוחות הפצה נוספת.
שני פורצים שתיים ו - 4 מוטות משמשים כאשר יש צורך לנתק AC בשלב מרובים, או לנתק את חוט נייטרלי כדי להבטיח כי אין זרם זורם דרך חוט נייטרלי מן עומסים אחרים המחוברים לאותה רשת כאשר העובדים יכולים לגעת החוטים במהלך התחזוקה. אין להפריד בין מפרידי מעגלים נפרדים לבין חי ונייטרליים, שכן אם הנייטרלי מנותק בזמן שהמוליך החי נשאר מחובר, מתעורר מצב מסוכן: המעגל נראה דה-אנרגטי (מכשירי חשמל אינם פועלים), אך החוטים נשארים חיים וחלקם התקנים שיורית-עכשווית (RCDs) אינם יכולים לנסוע אם מישהו נוגע בחוט החי (מכיוון שכמה RCDs זקוקים לכוח נסיעה). זו הסיבה מדוע פורעי נסיעה נפוצים יש להשתמש רק כאשר יש צורך בהחלפת חוט נייטרלי.

מפסקי זרם גבוה על בסיס פחמן דו-חמצני (CO2)

בשנת 2012 הציג ABB 75 קילו וולט מתח גבוה המשתמשת פחמן דו-חמצני כמדיום כדי לכבות את arc. דו תחמוצת הפחמן עובד על אותם עקרונות כמו מפריד SF6 והוא יכול להיות גם מיוצר כמו מפסק מעגל מנותק. על ידי המעבר מ SF6 ל CO2 ניתן להפחית את פליטת CO2 על ידי 10 טון במהלך מחזור החיים של המוצר.