Phát minh đầu tiên về thiết bị bảo vệ là cầu chì. Các cầu chì đầu tiên bao gồm một sợi dây bạc mỏng trong một giá đỡ được cắm vào giữa hai đầu nối. Những cầu chì có thể nối lại này vẫn được sử dụng ở nhiều quốc gia. Dây bạc nóng chảy nhanh hơn dây đồng hoặc lớp cách điện của dây, do đó giúp bảo vệ chống quá nhiệt.
Cách bộ ngắt mạch hoạt động
Tuy nhiên, điều đó phụ thuộc vào người dùng có sử dụng đúng mặt cắt ngang của dây bạc khi thay thế nó sau khi bị lỗi hay không. Ngay cả hộp cầu chì cao cấp hơn của cầu chì HRC cũng không thể đảm bảo rằng sau khi xảy ra lỗi, việc lựa chọn đúng để thay thế thiết bị bị lỗi sẽ được thực hiện.
Một vấn đề khác là sau khi cầu chì bị ngắt, hệ thống lắp đặt không còn sẵn sàng để sử dụng ngay vì cần phải thay cầu chì và có lẽ không có sẵn cầu chì dự phòng.
Thực tế này luôn là một vấn đề đáng lo ngại. Trước khi phát minh ra bộ ngắt mạch, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để xây dựng cái gọi là "nhiều cầu chì".
Hình vẽ cho thấy nhiều cầu chì như vậy. Trong trường hợp này, nó là cầu chì gấp chín lần. Sau khi làm chảy dây cầu chì đầu tiên, có thể chuyển sang dây cầu chì thứ hai, v.v., giống như trong buồng quay. Sau dây thứ chín, đã đến cuối khóa học. Nhiều cầu chì này không thể được giới thiệu trên quy mô rộng hơn vì chúng đắt tiền, và xét cho cùng, không thực sự khả quan. Điều này dẫn đến việc phát minh ra một bộ ngắt mạch.
Nguyên lý làm việc của cầu dao
Các yêu cầu làm việc của bộ ngắt mạch có thể được liệt kê như sau:
- Quá dòng chỉ được tắt khi nhiệt do chúng tạo ra vượt qua giới hạn xác định trước. Vì lý do, thời gian ngắt đối với quá dòng nhỏ hơn tương ứng dài hơn so với đối với quá tải nặng hơn.
- Dòng điện ngắn mạch sẽ bị ngắt mà không có bất kỳ sự chậm trễ nào.
- Sau khi giảm tải hoặc loại bỏ lỗi, cài đặt phải sẵn sàng để phục vụ lại. Đặc biệt, yêu cầu cuối cùng là cơ bản và hoàn toàn tự nhiên, nhưng cầu chì không thể tuân theo điều này.
Bộ ngắt mạch bao gồm bốn thành phần chức năng cơ bản sau:
- Một chuyến đi quá tải bi-metal
- Một chuyến đi ngắn mạch điện từ
- Một cơ chế chuyển đổi với các địa chỉ liên lạc
- Một hệ thống dập tắt hồ quang
Trong hầu hết các thiết kế, ngắt quá tải được thực hiện dưới dạng ngắt nhiệt làm việc với kim loại lưỡng kim. Kim loại lưỡng kim bao gồm hai dải kim loại có hệ số giãn nở nhiệt độ khác nhau được cuộn chồng lên nhau. Ví dụ, lưỡng kim bị lệch khi được nung nóng bằng dòng điện.
Trong một số thiết bị, lưỡng kim bị lệch sẽ trực tiếp mở tiếp điểm. Tuy nhiên, trong bộ ngắt mạch, lưỡng kim chỉ cung cấp tín hiệu cho cơ chế chuyển mạch cung cấp cho việc mở các tiếp điểm.
Một lợi thế đặc biệt là đặc tính của chuyến đi nhiệt có thể bị ảnh hưởng rộng rãi bởi thiết kế của vật liệu và hình dạng của kim loại lưỡng tính.
Thông thường, lưỡng kim được đốt nóng trực tiếp bởi dòng tải. Tuy nhiên, với định mức thấp của bộ ngắt mạch, kim loại lưỡng kim phải được làm nóng gián tiếp bằng cuộn dây gia nhiệt cho dòng điện định mức thấp để có đủ năng lượng.
Hình vẽ cho thấy sự phụ thuộc vào thời gian hiện tại của hệ thống ngắt nhiệt này. Nó chỉ ra một dải dung sai nhất định được cho phép bởi các tiêu chuẩn khác nhau, như sẽ được thảo luận sau, và cũng cần thiết cho sản xuất loạt lớn. Những dung sai này có nghĩa là thiết bị phải di chuyển trong các đường cong bao của các dải dung sai.
Hơn nữa, sơ đồ này bao gồm đường cong nhiệt độ tới hạn của một dây dẫn. Đường cong cho thấy dòng điện có cường độ khác nhau có thể cho phép trong bao lâu mà không làm hỏng lớp cách điện của dây dẫn. Có thể thấy rằng dòng điện có cường độ gấp ba lần dòng điện định mức có thể tiếp tục trong khoảng 100 giây. Nếu dòng điện cao hơn hoặc tiếp tục lâu hơn, lớp cách điện của dây dẫn sẽ bị hỏng.
Sơ đồ làm rõ rằng đường cong tác động của thiết bị bảo vệ, ví dụ như bộ ngắt mạch, phải luôn có giá trị thấp hơn đường cong nhiệt độ tới hạn của dây dẫn của thiết bị cần bảo vệ, và điều này, dưới sự xem xét của dải dung sai và một khoản dự phòng nhất định.
