Wat is een stroomonderbreker en hoe werkt hij?

Een stroomonderbreker is een elektrisch veiligheidsmechanisme dat speciaal is ontworpen om een elektrisch circuit te beschermen tegen schade veroorzaakt door een overmatige stroom die de veilige capaciteit van de apparatuur overschrijdt (bekend als overstroom). Het primaire doel van dit apparaat is om de doorgang van elektrische stroom te onderbreken om apparatuur te beveiligen en brand te voorkomen. In tegenstelling tot een zekering, die maar één keer werkt en dan vervangen moet worden, kan een stroomonderbreker gereset worden (handmatig of automatisch) om verder te gaan met zijn gebruikelijke werking.

Hoe werkt een stroomonderbreker?

Een stroomonderbreker gaat automatisch open om de elektriciteit af te sluiten wanneer er een foutconditie of foutstroom optreedt.

Het type stroomonderbreker bepaalt hoe hij dit doet. Mechanische stroomonderbrekers, zoals die in je huis, zijn schakelaars die openen en sluiten om elektriciteit te laten stromen.

In plaats van mechanische componenten gebruiken halfgeleiders zoals Ideal Power's B-TRAN™ om een circuit snel te openen. Dit bespaart slijtage en kan de levensduur verlengen.

Onderdelen van stroomonderbrekers

• Het uitschakel- of beveiligingsmechanisme, ook wel tripeenheid genoemd, activeert het werkingsmechanisme in geval van een elektrische storing.
• Bedieningsmechanisme: Het bedieningsmechanisme is verantwoordelijk voor het openen of sluiten van de vermogenschakelaar om zijn beschermende functie uit te voeren.
• Gegoten frame: Het gegoten frame is de buitenbehuizing van de meeste vermogenschakelaars die bescherming en ondersteuning biedt. Het isoleert de andere onderdelen van de vermogenschakelaar en biedt bescherming.
• Boogglijbanen: De vlambooggeleiders bevinden zich in de buurt van de contacten om schade te voorkomen en de impact van warmte op de werking van de vermogenschakelaar te minimaliseren. Ze scheiden wanneer er een storing optreedt.
• Contacten: Er zijn drie categorieën contacten: boogcontacten, hulpcontacten en hoofdcontacten, die worden gebruikt om de meest efficiënte luchtstroom in de vermogenschakelaar te garanderen.

Soorten stroomonderbrekers

Er kunnen verschillende categorisaties van vermogensautomaten worden opgesteld, afhankelijk van hun kenmerken, zoals spanningsclassificatie, constructiestijl, onderbrekingstype en structurele attributen.

Er zijn echter vier hoofdmedia voor stroomonderbrekers: Olie/lucht/vacuüm/zwavelhexafluoride

De hogere diëlektrische sterkte van het isolatiemedium maakt boogdoving mogelijk.

Laagspanningsschakelaars (V < 1000 Volt)

• Miniatuurschakelaar (MCB) is een klein apparaat dat wordt gebruikt om elektrische circuits te beschermen tegen overstroom of kortsluiting.

De MCB, of Miniature Circuit Breaker, is een veelgebruikte soort stroomonderbreker ontworpen voor laagspanning in huishoudens. Het apparaat kan handmatig worden geactiveerd en gedeactiveerd en werkt op basis van de principes van magnetisme. De bimetalen strip in de kleine stroomonderbreker (MCB) detecteert de aanwezigheid van een te hoge elektrische stroom en schakelt vervolgens een mechanische vergrendeling uit. De MCB is verkrijgbaar in vele varianten, waaronder A, B, C, D, G, H en K.

• Luchtonderbreker is een apparaat dat wordt gebruikt om een elektrisch circuit te onderbreken door perslucht te gebruiken om de elektrische boog te doven die ontstaat wanneer het circuit wordt verbroken.

Luchtonderbrekers worden gebruikt in laagspanningstoepassingen en hebben een contactlevensduur van ongeveer 6 kortsluitingen. Er zijn twee soorten vermogensschakelaars: conventionele luchtonderbrekers en magnetische uitblaas-luchtonderbrekers. De luchtonderbreker maakt gebruik van een onderbreking met hoge weerstand om vlambogen te doven. Het verkleinen van de doorsnede en het verlengen van de booglengte verhoogt de weerstand van de boog. De vlamboog kan worden gedoofd door deze snel af te koelen en om te leiden naar de stroomonderbreker.

• Vermogensschakelaars (MCCB's)

1. Stroomonderbrekers bevinden zich in kunststof behuizingen. Grote vermogensschakelaars voor hoogspanningsinstallaties.
2. Tot 1600A stroom en 150 KA foutniveaus zijn typisch voor MCCB's.
3. Deze stroomonderbrekers zijn sterker en kunnen meer stroom aan dan MCB's.
4. Aardlekschakelaars maken gebruik van bimetalen en solenoïde componenten, hoewel microprocessorgestuurde exemplaren de voorkeur genieten vanwege hun snelle, elektronische vrijgavemechanisme.
5. MCB's en MCCB's zijn er in enkelpolige, tweepolige en driepolige vormen om te voldoen aan elektrische behoeften.

Middenspanningsschakelaars (1 kV - 33 kV)

• Minimale oliestroomonderbreker (MoCB): Oliestroomonderbrekers gebruiken transformatorolie als isolator om de vlamboog te doven. De diëlektrische sterkte van olie van 110 kV/cm maakt het een sterk diëlektrisch medium. De boogproducerende ionen reageren met olie om waterstof (70-80%), methaan, ethyleen en acetyleen vrij te geven. De waterstofbel bij het contact koelt het systeem af om de-ionisatie voor de vlamboog te ondersteunen, omdat waterstof goed warmte geleidt. Olieturbulentie in de vlamboogroute belemmert ook de productie. Deze stroomonderbrekers hebben een contactlevensduur van 6 kortsluitingen en worden vaak vervangen.
• Vacuümvermogenschakelaar: Een vacuümvermogenschakelaar gebruikt een medium met een druk van minder dan 760 mm kwik. Lage drukken worden gemeten in Torr (1 mm Hg). In vacuümvermogenschakelaars wordt een vacuümvlamboogdovend medium van 10-5 tot 10-7 Torr gebruikt. Het medium heeft de hoogste diëlektrische en isolerende sterkte onder de stroomonderbrekers. Het vacuüm maakt microprojecties mogelijk om metaalionen en een vlamboog te genereren. De vacuümvermogenschakelaar onderbreekt defecte stroom in de eerste cyclus. Vacuümvermogenschakelaars hebben een contactlevensduur van 100 kortsluitingen en geen explosierisico.

Hoogspanningsschakelaars (33 kV - 220 kV)

• Air Blast Stroomonderbreker: Voor middelhoge, hoge en extreem hoge spanningen vervangen luchtstraalstroomonderbrekers olie. Luchtstraalcircuits worden vaak gebruikt bij spanningen boven 110 kV. Voor het snel doven van de boog wordt perslucht gebruikt in plaats van stikstof, kooldioxide en waterstof. Het gebruik van lucht in plaats van andere gassen minimaliseert de kosten en omvang van de stroomonderbreker. Er ontstaat geen brand omdat lucht de olie vervangt. Lucht-ontploffingsstroomonderbrekers hebben een levensduur van 25 kortsluitingen en her-sluitingen.
• SF6 stroomonderbreker: Zwavelhexafluoride vermogensschakelaars doven vlambogen in hoge en extreem hoge spanningstoepassingen met SF6-gas. Elektronegatief zwavelhexafluoride gas absorbeert vrije elektronen en heeft een sterke diëlektrische sterkte. Ionisatie voor boogproductie vereist door het gas geproduceerde negatieve ionen, die langzamer zijn dan vrije elektronen. Hetzelfde gas kan worden gebruikt na 25 kortsluitingen met SF6-vermogensschakelaars. Brandbestendigheid, niet-explosief, edel en niet-giftig zijn andere eigenschappen.

Verschil tussen zekeringen en stroomonderbrekers

Beide opties hebben voor- en nadelen. Een zekering is vaak voordeliger. Een stroomonderbreker daarentegen hoeft niet na elke overbelasting te worden vervangen en is handiger om zonder risico te gebruiken. Hoewel het hoogst onwaarschijnlijk is, zijn er gevallen geweest waarbij ze verstopt raakten en er niet in slaagden het elektrische circuit te onderbreken.

Zekeringen

• Hij moet worden vervangen nadat hij een overstroomgebeurtenis heeft onderbroken.
• Heeft lagere initiële kosten
• Geen onderhoud nodig
• Gaat alleen open bij overstroom
• Er is geen mogelijkheid voor optionele beschermende functies

Stroomonderbrekers

• Kan worden gereset na onderbreking van een overstroomgebeurtenis
• Heeft hogere initiële kosten
• Onderhoud nodig
• Optionele beveiligingsfuncties (bijv. aardlek)

Lees meer: Stroomonderbrekers vs. zekeringen

Hoe test je een stroomonderbreker?

Een stroomonderbreker kan worden getest met een analyzer, ohm-meter, multimeter en andere apparaten. Elke stroomonderbreker werkt anders en heeft verschillende tests nodig. Tests zijn onder andere mechanisch, thermisch, diëlektrisch, kortsluiting, spanning en weerstand. Een gediplomeerd elektricien of ingenieur moet de juiste procedure kiezen voor de veiligheid. Stroomonderbrekers kunnen worden getest op potentiaalverschil met een digitale multimeter.

• Stap 1: Droog alles rond het elektrische paneel. Maak ook de vochtige vloer schoon en wacht.
• Stap 2: open het elektrische paneel en test de stroomonderbreker.
• Stap 3: Schroevendraaier onthult de stroomonderbreker.
• Stap 4: Schakel alle gadgets en apparaten uit die op de stroomonderbreker zijn aangesloten.
• Stap 5: Stel de multimeter in op "AC voltage".
• Stap 6: Sluit de rode en zwarte kabel van de multimeter aan op respectievelijk de klemschroef (hete draad) en de massaschroef van de stroomonderbreker.
• De multimeter toont de spanning van de brekerschroef.
• Stap 7: Vervang de stroomonderbreker als het potentiaalverschil nul is.
• Stap 8: Stel de multimeter in op ohm.
• Stap 9: Sluit een multimeterkabel aan op de voeding en een op de schroef.
• Stap 10: De uitschakelweerstand moet nul zijn. Als de stroomonderbreker weerstand heeft, moet hij worden vervangen.

Kenmerken van hoogspanningsschakelaars

• Fouten in aansluitklemmen: Fouten in de aansluitklemmen zijn fouten die optreden bij de aansluitklemmen van de vermogenschakelaar.
• Storingen op korte lijnen: Kortsluitfouten zijn kortsluitingen die optreden binnen 5 kilometer van een transmissienetwerk.
• Magnetiserende stromen van transformatoren: Wanneer een transformator van stroom wordt voorzien, treedt er een inschakelstroom op die ongeveer tien keer zo groot is als de gebruikelijke stroomsterkte van de transformator.
• Condensatorbank opladen: Het laden van de condensatorbank is vergelijkbaar met een overspanningsscenario en de schakelapparatuur van het elektrische systeem moet ervoor zorgen dat de condensatorbank ononderbroken kan laden.
• Inschakelen transmissielijn: Schakelapparatuur moet ervoor zorgen dat transmissielijnen veilig kunnen worden in- en uitgeschakeld en dat de apparatuur die op de lijn is aangesloten niet wordt beschadigd.
• Schakelen van de fasenvolgorde: De fasevolgordeverschuiving heeft een aanzienlijke invloed op roterende machines en de schakelapparatuur moet de veilige werking van elektrische roterende apparatuur in dergelijke situaties garanderen.

Veelgestelde vragen over stroomonderbrekers

1. Is een zekering of een stroomonderbreker beter?

Beide opties hebben voor- en nadelen. Een zekering is vaak voordeliger. Een stroomonderbreker daarentegen hoeft niet na elke overbelasting te worden vervangen en is handiger om zonder risico te gebruiken. Hoewel het hoogst onwaarschijnlijk is, zijn er gevallen geweest waarbij ze verstopt raakten en er niet in slaagden het elektrische circuit te onderbreken.

2. Wat zijn de tekenen dat mijn stroomonderbreker onderhoud of vervanging nodig heeft?

Wees alert op tekenen van een defecte stroomonderbreker, zoals vaak afgaan, zoemende geluiden of oververhitting. Als u deze tekenen opmerkt, neem dan contact op met een gekwalificeerde elektricien voor onderhoud of vervanging.

3. Waarom schakelt een stroomonderbreker uit?

Een stroomonderbreker schakelt uit om de stroom in een elektrisch circuit te onderbreken als veiligheidsmaatregel om overbelasting of kortsluiting te voorkomen.

De meest voorkomende oorzaken van het doorslaan van stroomonderbrekers zijn:

• Overbelasting: Dit gebeurt wanneer er te veel stroom wordt getrokken uit een circuit, bijvoorbeeld wanneer meerdere apparaten met hoog vermogen tegelijkertijd worden gebruikt.
• Kortsluiting: Kortsluiting treedt op wanneer er een probleem is met de bedrading van een apparaat, waardoor er te veel stroom gaat lopen.
• Aardfouten: Aardfouten komen voor in ruimtes met veel vocht, zoals keukens en badkamers. Aardlekschakelaars (GFCI's) zijn nu verplicht volgens de elektriciteitsvoorschriften voor de veiligheid.

4. Hoe kies ik een stroomonderbreker?

Het selecteren van een stroomonderbreker vereist kennis van de specificaties. De belangrijkste overwegingen zijn:

• Spanning: De maximale spanning van de stroomonderbreker is de nominale spanning. Weet hoeveel spanning je toepassing nodig heeft en koop een stroomonderbreker met voldoende spanning.
• Continue stroomsterkte: Zoek de ampères om de nominale stroomsterkte te bepalen. Ampèrewaarde geeft aan hoeveel continue stroom een stroomonderbreker aankan zonder oververhit te raken.
• Frequentie: Houd rekening met ampères om de frequentie van je stroomonderbreker in te schatten. Stroomonderbrekers van 600 ampère kunnen bijvoorbeeld 50-120 Hertz aan. De verkeerde kiezen kan energie en warmte verspillen, de efficiëntie beperken en onderdelen beschadigen.
• Max onderbrekingsvermogen: De maximale onderbrekingscapaciteit van een vermogensautomaat moet altijd groter zijn dan de foutstroom die de automaat opent. Anders kan de stroomonderbreker defect raken.