حفاظت در برابر جریان اضافی چیست؟

مقدمه

جریان برق در شرایط عادی به‌طور ایمن جریان دارد. این جریان گرمای اضافی تولید نمیکند و یک جریان ثابت از انرژی را به دستگاه های شما ارائه میدهد. با این حال، یک اتصال کوتاه یا وضعیت بار اضافی میتواند زمانی رخ دهد که کشش جریان از بار عادی فراتر رود، که بدون حفاظت مناسب میتواند منجر به خطرات الکتریکی شود. جریان و طراحی مدار، از جمله رله ها، هادی ها و زمین ها، سطح ایمن جریان را که دستگاه میتواند تحمل کند، تعیین میکند. برای جلوگیری از مشکل کشش جریان بالاتر از حد نرمال، حفاظت در برابر جریان اضافی ضروری است.

حفاظت در برابر جریان بیش از حد و دستگاه هایی که از آن جلوگیری میکنند، اجزای اساسی برای ایمنی و حفاظت از تجهیزات هستند. علاوه بر این، دستگاه های خاصی وجود دارند که از جریان اضافی جلوگیری میکنند و خانه و دستگاه های الکترونیکی شما را ایمن نگه میدارند. در این راهنمای جامع، ما شما را با تمام آنچه که باید درباره حفاظت در برابر جریان اضافی بدانید، آشنا خواهیم کرد.

حفاظت در برابر جریان اضافی چیست؟

حفاظت در برابر جریان اضافی، روشی است برای پیاده سازی سخت افزار و سایر اجزای الکتریکی به منظور محدود کردن یا غیرفعال کردن جریان برق. فیوزها، کلیدهای مدار، یا لینک های فیوزی، رایج ترین روش‌ها برای ارائه حفاظت در برابر جریان اضافی به یک مدار یا سیم کشی داخلی یک دستگاه هستند. کلیدهای مدار، فیوزها و لینک های فیوزی معمولاً به عنوان هادی عمل میکنند و مقدار ناچیزی مقاومت به کل مدار اضافه میکنند. به همین دلیل، آنها تقریباً همیشه به صورت سری با مداری که از آن محافظت میکنند، متصل میشوند.

زمانی که رویدادهای جریان اضافی رخ میدهد، کلیدهای مدار قطع میشوند در حالی که فیوزها و لینک های فیوزی میسوزند. این دستگاه ها مشکل جریان اضافی را اصلاح نمیکنند؛ بلکه فقط جریان برق را متوقف میکنند تا از مدار محافظت کنند. به عنوان مثال، فرض کنید یک کلید در خانه شما برای ۱۵ آمپر تنظیم شده است. اگر شما یک مایکروویو، سشوار و یک واحد تهویه مطبوع پنجره ای را متصل کنید که به طور کلی به ۲۰ آمپر نیاز دارند، کلید مدار قطع خواهد شد. زمانی که همه آنها به طور همزمان کار میکنند، بار جریان مدار به ۲۰ آمپر میرسد که منجر به بار اضافی ۵ آمپر میشود. در این حالت، کلید مدار تا زمانی که یکی از دستگاه ها را از مدار حذف نکنید یا اطمینان حاصل نکنید که آنها به طور همزمان بار اضافی ایجاد نمیکنند، به قطع شدن ادامه خواهد داد.

دستگاه های حفاظت در برابر جریان اضافی

تولیدکنندگان دستگاه های حفاظت در برابر جریان اضافی (OCPDs) را طراحی میکنند تا یک مدار و تجهیزات را از رویدادهای جریان بیش از حد محافظت کنند. جریان های بیش از حد میتوانند الکترونیک را نابود کنند، سیم ها را ذوب کنند، آتش سوزی ایجاد کنند و منجر به خطرات دیگر شوند. OCPDs با متوقف کردن جریان برق به طور کامل، کشش اضافی جریان را متوقف میکنند. به این ترتیب، آنها از آسیب به تجهیزات محافظت کرده و به عنوان یک مکانیزم ایمنی با جلوگیری از آتش سوزی های الکتریکی عمل میکنند.

فیوز لینک

یک دستگاه ایمنی الکتریکی است که حفاظت در برابر جریان اضافی را به یک مدار ارائه میدهد. فیوز لینکدر واقع یک فیوز کوچک با یک تکه سیم کوتاه است؛ معمولاً چهار اندازه کوچکتر از سیمی که محافظت میکند. فیوز لینک ها بیشتر در صنعت خودروسازی در کاربردهای با جریان بالا رایج هستند. در بیشتر کاربردها، لینک فیوزی در عایق مقاوم در برابر آتش با درجه حرارت بالا پوشیده شده است. این کار خطرات را کاهش میدهد اگر سیم به اندازه کافی داغ شود تا ذوب شود.

فیوزها

فیوزها به طور کلی رایج ترین نوع حفاظت در برابر جریان بیش از حد هستند. یک فیوز شامل یک سیم یا نوار فلزی است که در یک عایق (معمولاً شیشه) قرار دارد و دو هادی در انتهای آن برای تکمیل مدار وجود دارد. زمانی که جریان بیش از حد از فیوز عبور کند، سیم یا نوار فلزی آن ذوب شده و جریان را متوقف میکند. فیوزها اجزای قربانی هستند، به این معنی که وقتی با جریان اضافی مواجه میشوند، نابود میشوند. بنابراین، شما باید هر بار که آنها خراب میشوند، آنها را تعویض کنید.

فیوزها از زمان پیدایش برق وجود داشته اند و امروزه هزاران طراحی مختلف برای کاربردهای مختلف وجود دارد. در اینجا انواع رایج آن‌ها آورده شده است:

• درجه جریان
• درجه ولتاژ
• ظرفیت قطع
• زمان پاسخ
• اندازه فیزیکی
• نوع اتصال

فیوزها زمانی میسوزند که جریانی که از آن‌ها عبور میکند، از حداکثر درجه جریان مجاز فراتر رود. بار اضافی، اتصال کوتاه، بارهای نامتناسب و خرابی دستگاه ها از دلایل رایج سوختن فیوز هستند.

کلیدهای مدار

مانند فیوزها، کلیدهای مدار به‌طور خودکار جریان را با ایجاد یک شکست فیزیکی در مدار متوقف میکنند. اما بر خلاف فیوزها که برای قطع مدار ذوب میشوند، کلیدهای مدار زمانی که با بار اضافی یا اتصال کوتاه مواجه میشوند، خاموش میشوند. بنابراین، کلیدهای مدار قابل استفاده مجدد هستند.

بیشتر کلیدهای مدار نیاز به ریست دستی دارند. با این حال، برخی از آنها دارای عملکرد ریست خودکار هستند. کلیدهای مدار در اشکال، درجه ها و فرم های مختلفی وجود دارند. آن‌ها از اندازه های کوچک برای دستگاه های خانگی فردی تا اندازه های بزرگ که مدارهای با ولتاژ بالا را که برق را به کل شهرها تأمین میکنند، محافظت میکنند، متغیر هستند.

برخی از انواع رایج آنها شامل:

• ولتاژ پایین
• ولتاژ متوسط
• ولتاژ بالا
• مغناطیسی
• مغناطیسی-هیدرولیکی
• حرارتی-مغناطیسی
• حالت جامد
• شنت-تریپ
• هوشمند

هزاران نوع مختلف کلید مدار وجود دارد و همه آنها حفاظت در برابر جریان بیش از حد را ارائه میدهند. کلیدهای مدار شرایط خطا را از طریق اثرات حرارتی یا مغناطیسی جریان الکتریکی یا روش های دیگر شناسایی میکنند. به عنوان مثال، کلیدهای مدار برای جریان های بزرگ و ولتاژهای بالا از دستگاه های رله حفاظتی برای حس کردن شرایط خطا مانند بار اضافی، اتصال کوتاه، خطای زمین و غیره استفاده میکنند.

زمانی که یک کلید مدار خطا را شناسایی میکند، مدار را باز میکند و از جریان عبور آن جلوگیری میکند. در جعبه کلید شما، بیشتر کلیدهای مدار خانگی به‌صورت فنری و با انرژی ذخیره شده مکانیکی قطع میشوند. کلیدهای مدار همچنین میتوانند از هوای فشرده یا انبساط حرارتی ناشی از جریان اضافی برای باز کردن تماس ها استفاده کنند. کلیدهای مدار کوچک، مانند آنهایی که در خانه شما هستند، باید با یک اهرم یا سوئیچ به‌صورت دستی ریست شوند. دلیل اینکه آنها سخت به حالت باز بر میگردند این است که شما در حال فشرده سازی دوباره فنر مکانیکی هستید. از طرف دیگر، کلیدهای مدار بزرگ، مانند آنهایی که در محیط های صنعتی هستند از شیر برقی برای بازگرداندن انرژی مکانیکی در فنرهای قطع کننده موتورها استفاده میکنند

نقش حیاتی حفاظت در برابر جریان اضافی مدار

حفاظت در برابر جریان اضافی برای هر مدار الکتریکی ضروری است. اگر یک مدار هیچ گونه حفاظتی در برابر این جریان ها نداشته باشد، ممکن است عواقب شدیدی به دنبال داشته باشد.

به عنوان مثال، جریان بیش از حد میتواند بدون حفاظت، دستگاه های الکترونیکی را نابود کند و منجر به آتش سوزی های الکتریکی، شوک و برق گرفتگی شود. بنابراین، تمام مدارها و تجهیزات الکتریکی باید دارای دستگاه های حفاظت در برابر جریان اضافی باشند تا در زمان وقوع رویدادهای جریان اضافی، مدارها را قطع و باز کنند. با وجود حفاظت مناسب، میتوانید به طور قابل توجهی خطر آسیب و خطرات الکتریکی را کاهش دهید.

تفاوت بین حفاظت در برابر جریان اضافی و حفاظت در برابر بار اضافی

بار اضافی نوعی از جریان اضافی است. بنابراین، حفاظت در برابر بار اضافی نیز نوعی از حفاظت در برابر جریان اضافی است. حفاظت در برابر جریان اضافی یک مکانیزم ایمنی است که از جریان های بالاتر از درجه جریان مجاز مدار یا تجهیزات جلوگیری میکند. حفاظت در برابر جریان معمولاً با استفاده از کلیدهای مدار مغناطیسی یا فیوزها انجام میشود و به‌طور آنی عمل میکند. موارد جریان اضافی میتوانند به دلیل رویدادهای اتصال کوتاه یا بار اضافی رخ دهند. حفاظت در برابر بار اضافی از جریان اضافی که می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد تجهیزات یا مدار محافظت شده شود، جلوگیری میکند. زمان لازم برای قطع مدار حفاظت در برابر بار اضافی به طور منفی با افزایش جریان مرتبط است. بنابراین، هر چه بار بیشتر باشد، زمان کمتری برای قطع مدار لازم است.

به عنوان مثال، یک جریان بار اضافی بالاتر باعث میشود که رله حفاظت در برابر بار اضافی سریع تر قطع شود نسبت به یک جریان بار اضافی پایین تر. برخی از کلیدهای مدار و رله ها دارای هر دو نوع حفاظت در برابر بار اضافی و جریان اضافی هستند. این به این معنی است که آنها هم یک کلید مدار مغناطیسی دارند که در صورت وجود جریان اضافی قطع میشود و هم یک عنصر حرارتی که باعث قطع کلید در صورت وجود بار اضافی میشود

حفاظت در برابر جریان اضافی چگونه کار میکند؟

جریان های خطای بالا می‌توانند زمانی رخ دهند که سیستم های الکتریکی دچار نقص شوند و در غیر این صورت میتوانند منجر به آسیب به تجهیزات و آتش سوزی شوند، اگر توسط یک دستگاه حفاظت در برابر جریان محافظت نشوند. ساده ترین و رایج ترین نوع حفاظت در برابر جریان بیش از حد ، فیوزها هستند.

فیوزها چگونه کار میکنند؟

اگر جریانی که از یک فیوز عبور میکند، بیش از حد بالا برود، هادی داخلی بسیار داغ شده و ذوب میشود. زمانی که هادی ذوب میشود، جریان برق قطع میشود. به این ترتیب، فیوزها دستگاه های یکبار مصرف هستند و شما باید پس از وقوع یک رویداد جریان اضافی آنها را تعویض کنید. حداکثر جریانی که فیوزها میتوانند قطع کنند محدود است؛ اگر جریان بیش از حد بالا باشد، ممکن است در اتصال ذوب شده قوس الکتریکی ایجاد شود. به همین دلیل، طراحان الکتریکی و برق‌کاران فقط از آن‌ها در سیستم های ولتاژ پایین و برخی سیستم های ولتاژ متوسط استفاده میکنند. فیوزها یک راه عالی و کم هزینه برای ارائه حفاظت در برابر جریان اضافی به تجهیزات و مدارها هستند، اما برای شرایط ولتاژ بالا مناسب نیستند.

کلیدهای مدار چگونه کار میکنند؟

بیشتر سیستم های ولتاژ بالا از کلیدهای مدار به همراه ترانسفورماتورها و رله‌ها برای ارائه حفاظت در برابر جریان اضافی استفاده میکنند. کلید مدار و ترانسفورماتور جریان به صورت سری در مدار نصب میشوند. ترانسفورماتور جریان، جریان خط را به یک جریان کوچکتر (جریان ثانویه) تبدیل کرده و آن را به یک رله میفرستد. زمانی که جریان ثانویه از جریان راه اندازی رله برای یک دوره خاص (زمان تأخیر) فراتر رود، رله قطع شده و باعث میشود که کلید مدار مسیر جریان را قطع کند. شدت جریان راه اندازی تعیین کننده زمان تأخیر خاص است. رابطه زمان تأخیر با جریان راه اندازی مشخص میکند که رله چه زمانی قطع میشود. این دو رابطه معکوس دارند که با منحنی ویژگی قطع تعریف میشود. به زبان ساده، جریان های پایین تر زمان بیشتری برای قطع شدن نیاز دارند و جریان های بالاتر زمان کمتری برای قطع شدن نیاز دارند.

نمونه هایی از مدارهای محافظ در برابر جریان

اگر از برق استفاده میکنید، نمونه های زیادی از مدارهای حفاظت در برابر جریان اضافی در زندگی روزمره شما وجود دارد. این مدارها از سیم کشی الکتریکی در خانه شما تا کنترل های الکتریکی در خودروی شما و حتی مدار چاپی تلفن شما متغیر هستند. حفاظت در برابر جریان تقریباً در هر دستگاهی که از برق استفاده میکند وجود دارد. مثل:

• جعبه فیوز زیر پنل داشبورد خودروی شما
• جعبه کلید در خانه شما
• پریزهای GFCI در حمام ها و آشپزخانه شما
• پریز دیواری برای شارژ تلفن شما
• بسیاری از مکان ها در یک نیروگاه
• ایستگاه های برق
• بسیاری از مناطق در طول خطوط انتقال برق

نتیجه گیری

حفاظت در برابر جریان اضافی یک ویژگی ایمنی در تقریباً تمام دستگاه های الکترونیکی است. آنها از مدارها و تجهیزات در برابر تمام انواع وضعیت های جریان اضافی، از جمله اتصال کوتاه، خطای زمین و بار اضافی محافظت میکنند. لینک های فیوزی، فیوزها و کلیدهای مدار رایج ترین انواع دستگاه های حفاظت در برابر جریان اضافی (OCPDs) هستند.