Gli interruttori automatici miniaturizzati, comunemente noti come MCB, sono ampiamente utilizzati nella distribuzione di energia domestica e industriale e nelle applicazioni di sicurezza. Sono interruttori molto robusti che possono fungere sia da normale interruttore che da dispositivo di sicurezza. Questo articolo si propone di discutere in modo approfondito gli MCB, la loro costruzione, il principio di funzionamento e le applicazioni.
Che cos'è un interruttore automatico in miniatura?
Gli interruttori automatici miniaturizzati si trovano quasi ovunque dove è necessario controllare l'energia elettrica. Gli MCB hanno le loro applicazioni dalle tipiche abitazioni alle macchine e ai locali industriali. Se sei una persona nuova agli MCB, potresti aver visto uno di questi nei quadri di distribuzione di casa tua:
Gli interruttori automatici magnetotermici sono in genere posizionati dopo l'RCCB (Interruttori a corrente residua) in un quadro di distribuzione per commutare l'alimentazione su un particolare circuito o un apparecchio. In un'applicazione domestica, può essere l'alimentazione elettrica di una stanza o di una parte di essa, come le luci o le prese a muro.
Gli interruttori automatici miniaturizzati sono fondamentalmente interruttori di accensione/spegnimento dotati di una funzione di sicurezza aggiuntiva denominata "protezione da sovracorrente/cortocircuito". Gli MCB sono classificati per una particolare corrente massima. Se la corrente attraverso l'MCb è superiore a quel valore, può spegnersi automaticamente e proteggere il resto del circuito.
Questo è molto vantaggioso rispetto ai fusibili tradizionali perché i fusibili devono essere sostituiti dopo un tale incidente di sovracorrente. Gli interruttori automatici non devono essere sostituiti poiché possiamo riattivarli facilmente dopo aver risolto il guasto nel sistema. Gli attuatori al loro interno sono caricati a molla e la posizione off è in basso. Questo viene fatto apposta per fornire l'azione di spegnimento rapido se si verifica un guasto nel circuito.
Principio di funzionamento dell'interruttore automatico in miniatura
Gli interruttori automatici miniaturizzati sono dispositivi relativamente semplici che fungono da interruttori meccanici con arresto per sovracorrente. Sono molto facili da installare e utilizzare e spesso non costano una fortuna per l'installazione. Diamo un'occhiata al funzionamento interno di un MCB e come funziona.
Il principio funzionale di un MCB si basa su un fenomeno fisico semplice ma interessante. Si chiama 'espansione termica' di una striscia bimetallica. Questo è lo stesso principio utilizzato nei ferri da stiro per accendere/spegnere automaticamente l'elemento riscaldante per mantenere la temperatura impostata.
Normalmente, quando la corrente elettrica viaggia attraverso un conduttore, tende a riscaldarsi. Ciò fa sì che il conduttore metallico si "estenda" nel senso della lunghezza. Se il metallo è uniforme e dello stesso materiale, questo aumento è lineare e può essere osservato misurando la differenza di lunghezza prima e dopo il riscaldamento. Materiali diversi si espandono in modo diverso alla stessa temperatura.
Le strisce bimetalliche, come suggerisce il nome, sono composte da due diversi metalli collegati tra loro. Quando riscaldate, invece di espandersi in lunghezza in modo lineare, le strisce bimetalliche tendono a "piegarsi" a causa dei diversi coefficienti di dilatazione dei due metalli. Questa striscia bimetallica fa parte del percorso conduttivo. Quando la corrente viaggia attraverso questo conduttore quando l'interruttore è in posizione "on", si riscalda leggermente.
Questa striscia è appositamente progettata per consentire una certa quantità di corrente (es. 20 A) senza causare una deviazione eccessiva. E questo è il rating dell'MCB. Quando la corrente supera questo valore, la striscia bimetallica si piega e rilascia un fermo elettromeccanico per disconnettere immediatamente il percorso di conduzione. Questo richiede solo una frazione di secondo quindi protegge i dispositivi collegati tramite l'MCB.
L'interruttore all'interno dell'MCB è bloccato meccanicamente sotto una tensione caricata a molla. Per questo motivo, anche se la striscia bimetallica si raffredda dopo lo spegnimento dell'interruttore, non si riaccende automaticamente. Dobbiamo riaccenderlo manualmente. Questo ci consente di risolvere e risolvere il problema prima di riaccendere l'MCB.
Tipi di interruttori automatici miniaturizzati
Gli MCB sono disponibili in una moltitudine di dimensioni, valori nominali e tipi che puoi scegliere per la tua particolare applicazione. Sebbene la funzionalità di base sia la stessa per tutti i tipi e modelli, è necessario selezionare il miglior tipo possibile per l'applicazione per assicurarsi che funzioni perfettamente.
Ci sono sei tipi di interruttori automatici miniaturizzati. Sono tipo A, B, C, DK e Z. Tipo B, C e D sono i tipi principali. K e Z sono meno comuni e sono altamente specializzati per determinate applicazioni specifiche. Queste valutazioni si basano sul parametro chiamato 'trip-curve'. La curva di scatto è la risposta dell'MCB al flusso di corrente.
MCB di tipo A
Gli interruttori automatici che appartengono alla categoria A sono estremamente sensibili al flusso di corrente. Sono così sensibili che vengono usati molto raramente. Gli interruttori magnetotermici di tipo A possono scattare da circa 2x a 3x la corrente nominale del dispositivo. Questi sono usati per proteggere dispositivi altamente sensibili come i semiconduttori.
MCB di tipo B
Gli interruttori magnetotermici di tipo B scattano da circa 3x a 5x la corrente nominale. Questi possono agire fino a 40 millisecondi o fino a 13 secondi a seconda del modello. Questi sono generalmente utilizzati per controllare i circuiti di illuminazione domestica e industriale.
MCB di tipo C
Questi scattano a correnti da 5x a 10x volte la corrente nominale. Il tempo di intervento può variare da 40 millisecondi a 5 secondi. Gli interruttori automatici tipo C sono una buona scelta per circuiti che utilizzano motori come ventilatori, motori elettrici, trasformatori e forni a microonde.
MCB di tipo D
Gli MCB di tipo D sono il tipo meno sensibile di MCB. Questi possono resistere da 10 a 20 volte la corrente nominale per proteggere macchine pesanti come UPS, motori di grandi dimensioni, saldatrici e macchine a raggi X. Questi assorbono grandi correnti di spunto, quindi gli interruttori automatici di tipo D possono resistere in sicurezza alla corrente fornendo allo stesso tempo sicurezza in caso di cortocircuito.
MCB di tipo K
Questi sono simili agli MCB di tipo D, ma sono più reattivi di loro. Questi offrono tempi di viaggio più rapidi, quindi a volte possono essere più adatti degli interruttori automatici di tipo D.
MCB di tipo Z
Si tratta di una versione più reattiva degli MCB di tipo A. Gli interruttori automatici tipo K funzionano con un flusso di corrente da 2 a 3 volte il valore nominale entro 0.1 s (100 millisecondi).
Schema dell'interruttore automatico in miniatura
Diamo un'occhiata al diagramma interno di un MCB. MCB sta per Interruttore automatico, un interruttore che può interrompere automaticamente l'alimentazione elettrica a un circuito in caso di sovracorrente. Ci sono molti componenti elettromeccanici all'interno dell'alloggiamento di un MCB.
Le parti primarie visibili dall'esterno sono i terminali stessi. Sono presenti due terminali, uno per l'ingresso e uno per l'uscita. Durante il cablaggio, prestare attenzione a non scambiarli.
Possono esserci una o più leve legate insieme in un MCB (a seconda del numero di poli) per l'accensione e lo spegnimento manuale del dispositivo. Questi sono collegati a contatti metallici (uno è una striscia bimetallica e l'altro è un contatto metallico fisso) che formano la connessione elettrica tra il terminale di ingresso e di uscita.
Per attivare la protezione, c'è un solenoide elettromagnetico che rilascia i contatti montati a molla per separarli istantaneamente. I modelli MCB più recenti contengono un'unità aggiuntiva chiamata "camera d'arco" che aiuta a prevenire la formazione di arco elettrico durante la disconnessione. Ciò è molto utile in applicazioni con carichi induttivi ad alta corrente come motori di grandi dimensioni per proteggere l'MCB quando si aprono i contatti mentre il carico è alimentato.
La figura seguente mostra uno schema elettrico semplificato di un MCB che mostra la barra di scatto (leva), il fermo e i contatti metallici insieme al filamento bimetallico.
Ora, diamo un'occhiata al tipico cablaggio domestico che utilizza interruttori automatici miniaturizzati:
Schema elettrico dell'MCB
Lo schema seguente mostra il cablaggio elettrico monofase di un quadro di distribuzione per un'applicazione domestica.
L'energia elettrica proveniente dalla rete nazionale entra nei locali attraverso il contatore del kilowattora e un interruttore differenziale bipolare per isolare completamente i locali se e quando necessario. Questo funge anche da protezione secondaria poiché non è altro che un MCB.
Quindi, l'alimentazione viene fatta passare attraverso un dispositivo RCCB (Residual Current Circuit Breaker). Questo è estremamente sensibile alle perdite di corrente e agli scatti se c'è uno squilibrio di corrente nei fili sotto tensione e neutri. Questo è ciò che protegge gli utenti dalle scosse elettriche.
Dopo l'RCCB, il filo neutro si collega a una sbarra e viene distribuito ai sottocircuiti. Il live è collegato a uno o più ingressi di MCB per formare sottocircuiti. Le uscite di ciascun MCB sono collegate a un sottocircuito diverso. In una tipica applicazione domestica questi sottocircuiti possono essere soggiorni, camere da letto, portici e cucine. Questi sottocircuiti logici consentono un maggiore controllo sulla sicurezza elettrica dei locali.
Prezzo interruttore miniaturizzato
Gli interruttori automatici miniaturizzati sono disponibili in diversi tipi e configurazioni. Non esiste un prezzo fisso per categoria e può variare anche tra i produttori. Inoltre, vale la pena notare che esistono due tipi principali di MCB, AC e DC interruttori. Per le applicazioni in corrente continua (CC), gli interruttori automatici CA non devono mai essere utilizzati.
A partire da applicazioni domestiche e generiche a bassa corrente, gli MCB possono costare da $ 3- $ 4 fino a centinaia di dollari in base alle loro caratteristiche e ai tempi di reazione.
Uso di interruttori automatici miniaturizzati
Gli MCB trovano le loro applicazioni in molti scenari diversi.
- Circuiti domestici
- Gli MCB sono utilizzati nelle applicazioni domestiche per prevenire il sovraccarico e qualsiasi rischio di incendio associato.
- Riscaldamento e Illuminazione
- Sia in applicazioni generiche che industriali, i sistemi di riscaldamento e di illuminazione ad alta potenza possono sottoporre un sistema elettrico a uno stress enorme. Gli MCB aiutano a distribuire il carico tra i sottocircuiti per gestire meglio la domanda e rimuovere qualsiasi sezione quando non è necessario.
- Applicazioni Industriali
- A partire dal controllo del motore fino ai macchinari pesanti, gli alimentatori fino a 30 kA (30,000 A) sono controllati utilizzando gli interruttori magnetotermici e le loro controparti robuste, gli interruttori automatici scatolati
Operazione MCB
Come abbiamo discusso sopra, ci sono alcuni componenti chiave all'interno di un MCB:
- chiavistello
- Elettrovalvole
- Interruttore
- tuffatore
- Terminale in arrivo
- Supporto per scivoli ad arco
- Scivoli dell'arco
- Contatto dinamico
- Contatto fisso
- Supporto per guida Din
- Terminale in uscita
- Portastrisce bimetallico
- Striscia bimetallica
Durante il normale funzionamento, il contatto dinamico e il contatto fisso sono collegati tra loro quando l'interruttore è in posizione ON. A questo punto viene messo in tensione anche lo stantuffo tramite la molla incorporata, pronta a sganciarsi all'occorrenza.
La corrente passa dal terminale di ingresso al terminale di uscita attraverso i contatti fissi e dinamici e la striscia bimetallica.
Quando la corrente supera la soglia dell'MCB, la striscia bimetallica inizia a deviare verso un lato. Quando devia oltre la soglia massima (il che significa che la corrente è troppo alta), attiva il solenoide e rilascia istantaneamente lo stantuffo. Questa azione interrompe il contatto tra i contatti dinamici e fissi allontanando il contatto dinamico dal contatto fisso.
La figura seguente mostra lo stato di funzionamento normale (a sinistra) e lo stato di intervento (aperto) di un MCB.
Una volta scattati, gli MCB non possono accendersi automaticamente. Un utente deve accendere manualmente l'MCB per ripristinare l'alimentazione al circuito. Questo ricorda all'elettricista di controllare il circuito per eventuali errori e correggerli prima di riaccendere il circuito.
Come selezionare l'MCB appropriato per carichi diversi?
Sebbene tutti i tipi di interruttori automatici seguano lo stesso principio funzionale, non hanno le stesse prestazioni in termini di tempo di risposta e corrente nominale. Pertanto, potrebbe non essere adatto sostituire un interruttore automatico con un tipo diverso.
Al momento dell'acquisto/selezione di un interruttore automatico miniaturizzato per una particolare applicazione, la pratica usuale consiste nel calcolare i requisiti di corrente del circuito da commutare e selezionare un interruttore magnetotermico con la stessa o migliore corrente nominale. Questa è generalmente una cattiva pratica in quanto esiste una serie di informazioni associate a un MCB che richiedono attenzione.
Iniziamo con le marcature che si trovano sul corpo di un MCB.
Ci sono una serie di parametri contrassegnati su un alloggiamento MCB. A volte non tutti saranno disponibili sugli MCB di un particolare produttore, ma i contrassegni più importanti saranno sempre stampati sull'unità.
Diamo un'occhiata all'attributo che dobbiamo considerare quando si seleziona un MCB:
- Valutazione della curva di corrente MCB
- Contrassegnato come Axx, Bxx, Cxx, Dxx, Kxx o Zxx (dove xx è la corrente in Ampere), indica l'applicazione a cui è destinato l'MCB. Per esempio, Tipo B è più adatto per carichi puramente resistivi come illuminazione e riscaldamento. C è per carichi induttivi come ventilatori e motori. Tipo C è comune in quanto può gestire facilmente anche carichi resistivi puri. Tipo D è per carichi altamente induttivi come motori potenti (pompe dell'acqua, pompe sommerse, ventilatori industriali) ecc. Sebbene non comuni, sono presenti anche i tipi A, K e Z. Il tipo A è estremamente sensibile e K e Z sono meno sensibili di B, C e D.
- Tensione di funzionamento
- Questa tensione è menzionata in relazione al conteggio delle fasi del sistema. Se l'MCB deve essere utilizzato in un sistema monofase, la tensione sarà 230V o 240V. Per un sistema trifase sarà contrassegnato come 400V o 415V.
- Capacità di rottura MCB
- Questa è la corrente massima assoluta che l'MCB può interrompere in sicurezza in caso di una situazione di corrente di spunto/cortocircuito estremamente elevata. Questo è scritto in numeri. Ad esempio, l'MCB mostrato sopra ha contrassegnato "6000". Ciò significa che l'MCB può interrompere in sicurezza correnti fino a 6000 A (6 kA).
- Classe energetica
- Indicata in Joule al secondo, questa è l'energia massima che MCB può essere continuamente consentita per esistere nel sistema. Esistono tre classi, da 1 a 3, che indicano questo parametro. L'MCB mostrato qui è di Classe 3, che consente 1.5 Joule/secondo
Il resto delle informazioni è specifico del produttore e può variare da produttore a produttore.
Interruttore automatico in miniatura contro interruttore automatico
Nel contesto di un elettricista, è noto che l'interruttore automatico miniaturizzato e l'interruttore automatico sono lo stesso dispositivo. Dal punto di vista ingegneristico, l'interruttore è una versione più robusta dell'MCB che consente la commutazione sicura di circuiti ad alta tensione. Gli interruttori magnetotermici sono utilizzati in applicazioni più compatte ea bassa tensione.
Conclusione
In questo articolo, abbiamo discusso in modo approfondito degli interruttori automatici miniaturizzati, del loro principio funzionale e delle loro applicazioni. Gli MCB sono dispositivi di protezione dei circuiti elettrici molto popolari ed efficaci che proteggono gli apparecchi e il cablaggio da eventi di sovracorrente e possono prevenire i rischi di incendi e scosse elettriche.
