Stroombeveiligers zijn componenten die elektrische circuits beschermen tegen schade in geval van storingen in het systeem, zoals hoge temperatuur, hoge stroom of kortsluiting. Over het algemeen zijn er drie soorten beveiligers: zekeringen, thermische stroomonderbrekers en magnetische stroomonderbrekers. Zekeringen zijn een goedkope oplossing voor een hoge stroomcapaciteit, maar ze zijn onnauwkeurig, temperatuurafhankelijk en worden na beveiliging vernietigd. Thermische stroomonderbrekers kunnen worden gebruikt als hoofdschakelaar en na uitschakeling worden gereset, maar het zijn warmtegevoelige apparaten die worden beïnvloed door veranderingen in de omgevingstemperatuur.

Hydraulisch-magnetische stroombeveiligers hebben hydraulisch-magnetische stroomdetectiemechanismen die alleen reageren op stroomveranderingen in het beveiligde circuit. Deze beveiligers worden gecombineerd met een hydraulische vertraging om ze bestand te maken tegen inschakelstroom. Ze combineren vermogensschakeling en nauwkeurige, betrouwbare circuitbeveiliging met omgekeerde tijdvertragingen en trip-free functies.

Dankzij hun temperatuurstabiliteit worden magnetische stroombeveiligers niet beïnvloed door temperatuurveranderingen. In tegenstelling tot thermische stroombeveiligers verandert hun uitschakelstroom niet over een breed temperatuurbereik. Hierdoor kunnen de beveiligers werken bij elke omgevingstemperatuur tussen -40° C en +100° C.

Een ander voordeel van hydraulisch-magnetische stroombeveiligers is hun belangrijkste veiligheidskenmerk: trip-free werking. Het trip-free vertragingsmechanisme detecteert de storing en voorkomt dat het circuit sluit bij overbelasting, zelfs wanneer de contacten handmatig worden gesloten. Dit voorkomt dat de operator het beveiligde circuit beschadigt door de hendel in de AAN-stand te houden.

Hydraulisch-magnetische stroombeveiligers zijn een geschikte oplossing voor toepassingen zoals communicatie, navigatie en vliegtuiginstrumentatie, radar en voedingen. Deze stroombeveiligers moeten worden gebruikt wanneer de omstandigheden op locatie de normale werking van stroombeveiligers kunnen beïnvloeden, waaronder lage temperaturen die kunnen voorkomen dat thermische beveiliging uitschakelt, hoge temperaturen die thermische beveiliging kunnen laten uitschakelen zonder overbelasting en vocht dat warmte kan opnemen en de werking kan beïnvloeden.

Configuratie van hydraulisch-magnetische stroombeveiligers

Hydraulisch-magnetische stroombeveiligers kunnen worden ontworpen met de volgende configuraties: serie-uitschakeling, relais-uitschakeling, afstandsindicatie en spanningsuitschakeling. Het schema en de illustratie van de verschillende combinaties zijn te vinden in de datasheet van de stroombeveiliger.

Serie-uitschakeling is de meest populaire configuratie voor hydraulisch-magnetische beveiligers. In deze configuratie staan de detectiespoel en de contacten in serie met de beveiligde belasting (Figuur 1). De stand van de hendel geeft handig de status van het circuit aan. Naast het bieden van conventionele overstroombeveiliging wordt het tegelijkertijd gebruikt als vermogensschakelaar.

Figuur 1. Configuratie van de stroombeveiliger met serie-uitschakeling.

De shunt-uitschakelconfiguratie is ontworpen om twee afzonderlijke belastingen met één samenstel te regelen. Deze configuratie biedt overbelastingsbeveiliging voor de kritieke belasting. Wanneer de belastingsstroom te hoog wordt en het uitschakelpunt bereikt, schakelt de beveiliger uit en onderbreekt de voeding van beide belastingen gelijktijdig. De totale stroomwaarde van beide belastingen mag de maximale contactwaarde van de beveiliger niet overschrijden.

Figuur 2. Configuratie van de stroombeveiliger met shunt-uitschakeling.

De relais-uitschakelconfiguratie maakt het mogelijk om de overbelastingsdetectiespoel te plaatsen in een circuit dat elektrisch geïsoleerd is van de uitschakelcontacten. De spoel kan worden geactiveerd door sensoren die druk, doorstroming, temperatuur, snelheid enz. bewaken. De uitschakeling wordt bewerkstelligd door spanning of stroom, die onmiddellijk na uitschakeling moet worden verwijderd.

Figuur 3. De configuratie van de stroombeveiliger met relais-uitschakeling.

De afstandsindicatie omvat elektrisch geïsoleerde contacten. Deze contacten bieden SPDT-schakelwerking (Single Pole Double Throw—met één ingangsaansluiting en twee uitgangsaansluitingen) die kan worden gebruikt om de toestanden “aan” en “uit” aan te geven of om lampjes, alarmen of tijdschakelaars te activeren.

De spanningsuitschakelconfiguratie (ook wel de paniek-uitschakeling genoemd) maakt het mogelijk om de hoofdvermogenscontacten te openen met lagere vermogensingangen van een of meer bronnen. Deze configuratie wordt steeds belangrijker voor gevoelige schakelingen en compactere behuizingen in automatiseringssystemen. Deze oplossing is beschikbaar in serie-, shunt- of relaisconfiguraties.

Figuur 4. Configuratie van de stroombeveiliger met spanningsuitschakeling.

Belangrijke parameters van hydraulisch-magnetische stroombeveiligers

De belangrijkste kenmerken van de hydraulisch-magnetische stroomonderbreker zijn de inschakelpulstolerantie, tijdvertraging (afhankelijk van de piekamplitude van de stroom), nominale waarden, kortsluitcapaciteit en meerpolige combinaties.

De pulstolerantie wordt gedefinieerd als een enkele puls van een halve sinusgolf met een piekstroomamplitude en een duur van 8ms die de stroombeveiliger niet laat uitschakelen. De fabrikant biedt, doorgaans aan de hand van de tabel, een vergelijking van de inschakelpulstolerantie met en zonder de traagheidsvertragingsfunctie voor elk van de 50/60Hz-vertragingen. Daarnaast bevatten de specificaties de vertragingscurves voor standaard directe, korte en lange vertragingen.

De nominale waarden van de stroombeveiligers vertegenwoordigen de vastgestelde waarden van stroom, spanning en frequentie bij nominale werking van de beveiliger. Sensata AP-beveiligers zijn bijvoorbeeld beschikbaar met stroomwaarden van 50mA tot 20A, maximaal 50Vdc of 240Vac, en 60Hz of 400Hz.

De kortsluitcapaciteit onderbreekt het vermogen van de stroombeveiliger. Dit vertegenwoordigt de maximale RMS-stroom die aanwezig zou zijn als alle geleiders rechtstreeks op de storingslocatie zouden worden aangesloten. Sensata AP-hulpbeveiligers hebben bijvoorbeeld een kortsluitcapaciteit van 1000 ampère bij 32Vdc, 120Vac, 240Vac, 60Hz of 400Hz. Het MIL-PRF-39019-type is 500A, 50Vdc, 500A, 120Vac en 300A, 240Vac, 60Hz of 400Hz.

De beveiligers kunnen worden uitgevoerd als eenpolige of meerpolige units. Sommige specifieke typen zijn alleen beschikbaar als eenpolige units, voornamelijk vanwege de UL/CSA-voorschriften die de kruip- en luchtafstand specificeren. Andere typen hydraulisch-magnetische stroombeveiligers zijn beschikbaar als één-, twee- en driepolige serie-uitschakelunits, met of zonder hulpcontacten. Een geschikt voorbeeld van dit type beveiliger is de Sensata-Airpax AP-MIL.

Een gemeenschappelijke uitschakelkoppeling tussen alle polen is een belangrijk veiligheidskenmerk voor meerpolige stroombeveiligers, waardoor een overbelasting in één pool ervoor zorgt dat alle aangrenzende polen ook uitschakelen. Meerpolige stroombeveiligers zijn er in verschillende varianten, van eenvoudige tweepolige units met één serieonderbreker en een simpele AAN/UIT-schakelaar, tot complexere driepolige units met één serie-, één shunt- en één relaisconfiguratie met hulpindicatiecontacten.

Tweepolige beveiligers bestaan uit twee basiseenheden die gecombineerd zijn in een verzegelde behuizing om bescherming te bieden voor een dubbel circuit. Een veelgebruikte toepassing van tweepolige beveiligers is het onderbreken van een van beide of beide zijden van een stroomlijn.

Driepolige beveiligers worden gebruikt wanneer drie circuits gelijktijdig moeten worden beveiligd. Één bedieningshendel sluit alle circuits en alle polen schakelen uit bij een overbelasting op een van de circuits. Er zijn verschillende varianten beschikbaar. Enkele typische combinaties zijn drie seriepolen; twee serie- en één shuntpool; twee serie- en één relaispool; of drie serie met een set hulpcontacten.

De markt biedt QPL-gecertificeerde hydraulisch-magnetische stroomonderbrekers

Stroombeveiligers moeten volledig voldoen aan alle vereisten van de bijbehorende toepassingen. Er zijn onafhankelijke laboratoria en voorschriften die certificeren dat stroombeveiligers veilig kunnen functioneren in de gegeven toepassing en omgevingsomstandigheden. Zo is de AP/UP-serie hydraulisch-magnetische stroombeveiligers van Sensata goedgekeurd door twee kerncertificeringen die het gebruik in specialistische toepassingen mogelijk maken: Qualified Products Listing (QPL) en FM-goedkeuring (Factory Mutual Research). QPL is een militaire aanduiding voor militaire toepassingen.

De Sensata-Airpax AP-MIL-beveiligers zijn de enige hydraulisch-magnetische stroomonderbrekers op de markt die QPL-gecertificeerd zijn. Deze beveiligers worden geproduceerd conform MIL-PRF-39019 en hebben een verzegelde behuizing. De waterdichtheid van het paneel wordt gewaarborgd door een O-ring bushing-afdichting en een siliconenrubber doorvoertule binnen het bushing/hendel-samenstel. Zoutnevelproeven volgens MIL-STD-202, methode 101, testomstandigheid B, toonden geen enkel teken van corrosie, elektrische of mechanische schade. Hij kan functioneren in gevaarlijke omgevingen en wordt niet beïnvloed door stof en water. De stroomonderbreker wordt ook niet beïnvloed door veldomstandigheden zoals stof of regen, waardoor hij altijd gevechtsklaar blijft.

FM Approvals/ATEX is een test- en certificeringsdienst die wordt gebruikt om te verifiëren dat producten voldoen aan strenge normen voor schadepreventie op het gebied van kwaliteit, technische integriteit en prestaties voor gebruik in commerciële en industriële faciliteiten. Deze certificering betekent dat de stroombeveiligers kunnen functioneren in Klasse 1/Div 2-zones, waaronder plaatsen waar onder abnormale omstandigheden ontvlambare concentraties brandbare gassen aanwezig kunnen zijn.

De Sensata-Airpax UP stroombeveiliger is een unieke hydraulisch-magnetische stroombeveiliger die zowel AC- als DC-stromen kan onderbreken met FM/ATEX-goedkeuring. Zonder deze goedkeuring zou het alternatief zijn: A) het creëren van een dure verzegelde behuizing, wat extra kosten en complexiteit met zich meebrengt, of B) het op afstand plaatsen van de onderbrekers en bijbehorende elektronica. Een typische toepassing van deze beveiliger is op offshore olieplatforms. Bij deze toepassingen is optie B niet beschikbaar. Dit certificaat is zeer belangrijk voor petrochemische toepassingen.

Hoe u de juiste stroombeveiliger selecteert

Stroombeveiligers zijn volledig aangepast aan hun toepassing en de specifieke kenmerken van het beveiligde circuit. Klanten moeten weten hoe ze de juiste stroombeveiligers voor hun toepassingen kunnen selecteren. Sommige fabrikanten, zoals Sensata, ordenen hun producten volgens verschillende criteria om klanten te helpen de juiste stroombeveiligers voor hun toepassingen te selecteren.

Bij het selecteren van de juiste stroombeveiligers moet rekening worden gehouden met de volgende parameters:

1. Specifieke kenmerken van het beveiligde circuit (type beveiliger afhankelijk van de toepassing)
2. Aantal polen
3. Interne configuratie
4. Frequentie (Hz) en vertraging
5. Nominale stroomwaarde
6. Goedkeuringscertificaten

De productnaam bevat alle noodzakelijke informatie over de stroombeveiliger:

1. AP - volledig verzegelde magnetische stroombeveiliger (bijv. gebruikt voor militaire toepassingen)
2. 12 - Tweepolige unit
3. 1 - Interne serieconfiguratie
4. 51 - DC korte tijdvertraging
5. 203 – 20 ampère
6. FM – FM-goedgekeurd

De afbeelding hieronder illustreert een voorbeeld van een AP hydraulisch-magnetische beveiliger: AP12 -1-51-203-FM.

Betekenis van de productnaam. (Afbeelding met dank aan Sensata Technologies.)

Voor meer informatie over hydraulisch-magnetische stroombeveiligers, of de AP/UP-serie van Sensata, bezoek Masterelectronics.com.

Dit artikel wordt gesponsord door Master Electronics.  Alle meningen zijn van Edis Osmanbasic (Engineering.com)