Hogyan működik belülről a kismegszakító? Az elektromágneses gyorskioldó és a késleltetett hőkioldó mechanizmusok bemutatása
A cikk bemutatja a kismegszakító két védelmi mechanizmusát: az azonnal működő elektromágneses gyorskioldót, amely zárlat esetén lép működésbe, valamint a késleltetett működésű hőkioldót, amely túlterhelés esetén szakítja meg az áramkört. A szöveg érthetően magyarázza el, hogyan különbözteti meg a készülék a kétféle túláramot, és miként védi a vezeték szigetelését a károsodástól.
Tartalomjegyzék
Mivan a kismegszakító burkolata alatt? Így épül fel egy kismegszakító
Ebben a fejezetben lépésről lépésre, fényképeken és grafikákon keresztül mutatjuk be, hogyan épül fel egy kismegszakító, és mi a szerepük a belső alkatrészeknek.
A kismegszakítóban két egymástól függetlenül működő túláramvédelmi mechanizmus van beépítve.
A két védelmimechanizmus működése merőben eltér egymástól, de ugyanarra a kapcsoló mechanikára fejtik ki a hatásukat szükség esetén. Túlterhelés ellen a kismegszakító hőkioldója véd, a zárlati áram ellen az elektromágneses gyorskioldó.
Az állóérintkező pozíciója fix, nem végez mozgást. Nyitott állapotban a kismegszakító nem vezet áramot.
Két állapot lehetséges az érintkezők tekintetében: a nyitott és a zárt.
Zárt állapotban viszont érintkeznek, vezetőképes kapcsolatban vannak, mint ahogy fentebb lévő képen és a lenti grafikán is látható.
Fontos megemlíteni, hogy a kismegszakító szerkezeti felépítése nincs kőbe vésve. Számtalan, gyártónként és szériánként eltérő megoldás és belső elrendezés létezik. Természetesen a működési elvük azonosak.
Az energia a két egymástól függetlenül működő és sorba kötött kioldókon keresztül áramlik, vagyis a megszakítón belül az áramútjának a részét képezik.
Kismegszakító működése zárlat esetében
Nincs mit szépíteni a dolgon, a zárlati áram az egyik legpusztítóbb jelenség az épületvillamosság területén.
Egy „egyszerű” zárlat is rendkívül súlyos károkat is tud okozni a berendezésben.
Komoly károk keletkezhetnek a vezetékrendszerben, nagyon is reális lesz az esélye az elektromostűz kialakulásának. És ugye nem utolsó sorban a vezeték szigetelésének a megsemmisülése miatt számolni kell a veszélyes érintési feszültség létrejöttével is.
Az igazi nagybetűs zárlat kialakulása számos módon létre jöhet.
Gyakran fordul elő, hogy zárlatos készülék csatlakozik a berendezéshez, de gyakran megesik az is, hogy valamilyen fizikai behatás éri az adott áramkört. De új berendezés kiépítésekor, bővítésekor vagy éppen karbantartásakor egy hibásan bekötött vezeték következményeként is bekövetkezhet.
De talán nem is az a fontos szempont, hogy hogyan jött létre a zárlati áram, legalábbis a kismegszakító szemszögéből nézve biztosan nem számít túlsokat. Az viszont, hogy a zárlatos áramkör (emberi léptékben mérve) azonnal meg legyen szakítva, arra már kulcsfontosságú tényezőként lehet tekinteni.
És a kismegszakítónak pontosan ez az egyik feladata. Kismegszakító fel van szerelve egy áramérzékeny elektromágneses kioldóval. Ez az elektromágneses kioldó érzékeli a hirtelen fellépő, egyben rendellenes nagyságú áramot, és késleltetés nélkül hatást gyakorol a kioldó mechanikára. Ekkor a kismegszakító lekapcsol, még mielőtt kár keletkezhetne a vezetőnek a szigetelésében.
A fenti képen egy zárlatos hűtőgép látható. A fázis és a nullavezető között elhanyagolható impedanciájú zárlat jött létre egy szigetelési hiba következtében. Ezért az áramkörben zárlatiáram indul meg. A meginduló áram ebben az esetben kA nagyságrendű, ami a késleltetés nélküli áramérzékeny elektromágneses pillanat kioldót azonnal működésbe hozza.
Mi történik zárlat megszakítása során a kismegszakító belsejében? A zárlati kioldó szerepe és működése
De miért jelent ekkora veszélyt a zárlat?
A válasz nagyon egyszerű: hatalmas áram fog megindulni a zárlatos áramkörben.
A névleges áramértékektől drámaian nagyobb! Kellően alacsony impedanciájú a zárlat esetében akár több kA nagyságrendű a megindult áramnak a mennyisége.
Hogy pontosan mekkora azt számos tényező fogja befolyásolni, de az biztos, hogy ha nem lesz megszakítva a lehető leggyorsabban, annak súlyos következményei lesznek.
A zárlati árammal járó hőhatás a vezeték szigetelését akár néhány másodpercen belül megsemmisítheti.
Még a háztartások esetében is akár kilóamper nagyságrendű áram indulhat meg a zárlatos áramkörben. A leggyakrabban előforduló zárlat típusok a fázis - nulla és a fázis - föld zárlat. De számos háztartás rendelkezik háromfázisú csatlakozással, ezért ezekben az esetekben a fázis–fázis zárlat sem zárható ki.
És a kismegszakító elektromágneses kioldójára vonatkoznak a kioldási (B,C,D) kioldási karakterisztikák is.
Az elektromágneses késleltetés nélkül gyorskioldó legfontosabb alkatrészei a vasmag és az azt körbe vevő tekercs. A vasmagot egy rugó tartja pozíciójában.
A rövidzárlat következtében meginduló, a névlegestől nagyságrendekkel nagyobb áram hatására, a gyorskioldó tekercse körül mágneses mező keletkezik, ami az univerzum tőrvényeinek maradéktalanul engedelmeskedve kimozdítja a vasmagot a rugó ellenében.
A kimozduló vasmag ütést gyakorol a mozgó érintkezőre és a zárlatos áramkör megszakad. Az áramkör bontása után megszűnik a mágneses mezőt tápláló zárlati áram, és az eredeti pozíciójából kimozdult vasmagot a rögzítő rugó eredeti pozíciójába nyomja vissza.
Kismegszakító működése túlterhelés esetében:
A túlterhelés ugyancsak pusztító jelenség az épületvillamosság területén. Az igaz, hogy nem annyira gyorsan lezajló drámai esemény, mint a zárlat.
De végeredményben az eredmény ugyanaz lesz.
Szigetelés nem fogja tudni a feladatát ellátni és mindenféle ezzel járó probléma fog jelentkezni (szivárgóáram, veszélyes érintési feszültség, zárlat, elektromostűz).
Az áramjárta vezető sajnos üzemszerűen melegszik, ezt tudomásul kell venni. Ez a megállapítás elsődlegesen a vezetékszigetelésének a szempontjából fontos. A vezeték szigetelésének az élettartama a megengedettél magasabb hőmérséklet hatására csökken. A hőmérséklet viszont szoros összefüggésben van a vezetéken áthajtott áram mennyiségével is. Nyilvánvalóan a megengedettnél nagyobb áram hatására a hőmérséklet is egyre nagyobb lesz.
Példaként felhozható szinte bármelyik panellakás. Kevés az áramkör cserébe viszont sok a fogyasztó. Jelen esetben minden rendesen üzemel és mondjuk azt, hogy jó műszaki állapotban van a panel vezetékhálózata. Csak hát egyetlen áramkörről üzemel a konyha és a fürdőszoba. A túlterhelt áramkör C16-os kismegszakítóval van védve. Az egyidejűleg használt fogyasztók már több áramot vesznek ki a rendszerből, mint 16A.
Az átfolyó áram mennyisége még bőven a rövidzárlati tartomány alatt van, de a kismegszakítónak a névleges áramértéket 40%-kal meghaladja.
Ezt a védelmi készülék szempontjából többlet áramot egy darabig engedi és azután teszi a dolgát és lekapcsol. Ezzel megakadályozva azt, hogy huzamosabb ideig legyen kitéve a vezetékszigetelés a már károsnak mondható hőhatásnak.
De nagyon fontos megjegyezni, hogy a túlterhelés lehet üzemszerű is! A kismegszakítónak ezt is figyelembe kell vennie.
Különbséget kell tudnia tenni az ideiglenes/üzemszerű és a folyamatos túlterhelés között.
Tehát a túlterhelés káros hatásait úgy kell kivédenie, hogy az energiaellátás folytonosságát nem veszélyezteti. Ebben egy ikerfém (bimetall) fizikai tulajdonságai vannak kihasználva.
Mi történik túlterhelés során a kismegszakító belsejében? A hőkioldás szerepe és működése
A kismegszakító belsejében a bimetall az áramútjának a részét képezi. Ahogy a névlegesnél nagyobb áram halad át rajta, folyamatosan növekszik a hőmérséklete. A melegedés hatására elkezd a (hideg) pozíciójából kimozdulni, egészen addig, amíg el nem éri a megszakítómechanika működtetőjét. És ekkor a kismegszakító önműködően lekapcsol.
Fontos figyelembe venni azt is, hogy miután lekapcsolt vagy nem kapcsolt le, de a névlegesnél nagyobb áram haladt át rajta és csak részlegesen mozdult ki a helyéről, időbe telik, hogy lehűljön és visszatérjen az eredeti kiindulási pozíciójába.
Ebből az is látszik, hogy milyen erőteljesen tudja a kismegszakító hőkioldóját a külső hőmérséklet befolyásolni.
Szintén nagyon fontos paraméter a kismegszakító hőfüggése. A környezeti hőmérséklet a termikus kioldó paramétereit nagymértékben tudja befolyásolni. A kismegszakítók hőfüggésével nagyon sok esetben számolni kell a mérnököknek.
A gyártók a kismegszakító adatlapján tünteti fel a hőfüggésre vonatkozó adatokat táblázatba rendezve. Ott egyértelműen láthatók az ikerfémre vonatkozó idő és áram értékek, és az, hogy mekkora mértékben változnak meg a 30 Celsiuson mért értékekhez képest.
Villamosív kioltása megszakításakor a kismegszakítóban: a Deion-lemezes ívoltókamra működése
A kismegszakító feladata ott még nem ér véget, hogy bontja a zárlatos vagy túlterhelt áramkört. Terhelés alatt lévő áramkör kézi lekapcsolásakor, vagy önműködő lekapcsolást eredményező túláram esetében, a mozgó és álló érintkező között villamos ív keletkezik.
A főleg a zárlatiáram megszakítása során keletkező villamosív kioltása extrém fontosságú!
A keletkezett villamos ív az ívoltókamrába terelődik, ami feldarabolja, lehűti és végül ki is oltja azt.
A villamos ív biztonságos kioltása kulcsfontosságú. Az ívoltókamra akadályozza meg azt az apróságot, hogy egy combosabb zárlat megszakítása után ne égjen porrá azon nyomban a kismegszakító a létrejövő villamosív következtében.