Come la temperatura ambiente influenza gli interrutori magnetici idraulici e gli interrutori termici

WHITE PAPER:

Per la protezione da guasti elettrici, sono necessari sia interruttori magnetici idraulici sia interruttori termici.

Tuttavia, per applicazioni in eventuale presenza di ambienti difficili e ampie gamme di temperatura, l'interruttore idraulico magnetico offre vantaggi riguardo alla protezione del circuito che gli interruttori termici non possono eguagliare.

DIFFERENZE DI PROGETTAZIONE DEL NUCLEO

Interruttori termici

Durante il funzionamento normale, la deviazione degli interruttori termici di un elemento di rilevamento termico (ad es. bimetallo) provocherà l'apertura del circuito quando viene raggiunta una temperatura di calibrazione predeterminata. L'aumento di temperatura nell'elemento di rilevamento viene causata principalmente dal riscaldamento 12R della corrente di circuito. L'elemento termico integra anche effetti di raffreddamento e riscaldamento da fonti esterne.

Le dimensioni dell'elemento termico, la sua configurazione e la sua forma fisica e resistività elettrica determinano la capacità attuale dell'interruttore. In alcuni casi, viene collocata una serpentina riscaldante, in serie, vicino all'elemento termico, per aumentare l'auto-riscaldamento dell'elemento termico della corsa. Ciò è particolarmente vero per valori inferiori a cinque ampère.

L'elemento termico più comune utilizzato è un "sandwich" di due o tre metalli diversi. Il lato di espansione basso può essere in invar (una lega acciaio-nichel), il centro può essere in rame per la bassa resistività o in nichel per l'alta resistività. I metalli utilizzati nel lato di espansione alto possono variare considerevolmente.

Interruttori del circuito magnetici idraulici

Il principio alla base degli interruttori del circuito magnetici idraulici è diverso. Il circuito magnetico di ritardo temporale funziona sul principio del solenoide per cui un nucleo mobile tenuto da una molla, in un tubo, e ammortizzato da un liquido, può essere mosso dal campo magnetico generato da una bobina in serie.

Finché la corrente passa attraverso l'unità, rimane pari o al di sotto del 100% della corrente nominale dell'unità, il meccanismo non si muoverà e i contatti resteranno chiusi. Se la corrente aumenta fino a un punto tra il 100% e il 125% della corrente nominale dell'unità, il flusso magnetico generato nella bobina è sufficiente per spostare il nucleo di ritardo contro la molla fino a una posizione in cui arriva ad appoggiarsi sull'espansione polare. Il movimento di questo nucleo contro l'espansione polare aumenta il flusso nel circuito magnetico nella misura sufficiente a far ruotare l'armatura dalla sua posizione normale. Quando l'armatura ruota, sposta il perno, il quale a sua volta sblocca il collegamento pieghevole del meccanismo, aprendo così i contatti.

Il tubo di ritardo è riempito di liquido di silicone, che controlla la velocità alla quale si sposta il nucleo di ritardo nel gruppo del tubo di ritardo, in modo da ottenere diverse curve di ritardo tramite l'uso di liquidi o differenti viscosità.

In presenza di una corrente elevata in un circuito elettrico, l'ampiezza del flusso prodotto nel circuito magnetico dovrebbe essere sufficiente ad attivare l'unità senza che il nucleo di ritardo cambi posizione. Per la protezione dei dispositivi UL come quelli elencati in precedenza, devono essere applicate curve del ritardo della protezione che forniscono una corsa istantanea del 600% o superiore.

CONCENTRAZIONE SULL'IMPATTO DELLA TEMPERATURA AMBIENTE

Gli interruttori termici dipendono dall'aumento di temperatura nell'elemento di rilevamento per l'attivazione, il che significa che risultano intrinsecamente interessati dalla temperatura ambiente. Anche se è possibile utilizzare interruttori compensati dalla temperatura (ambiente) - in cui è inserito un elemento di risposta termico per compensare le variazioni nelle temperature esterne - il problema sottostante non cambia.

Considerato nel suo insieme, il problema di selezionare l'interruttore termico corretto è più complesso dell'associazione tra il valore dell'interruttore e del cablaggio. Occorre anche considerare la temperatura ambiente di esercizio, la caduta di tensione consentita e la dissipazione di calore fornita.

La sfida diventa ancora più impegnativa quando il fattore più critico - la temperatura ambiente - non è noto.

I produttori dell'apparecchiatura inviano prodotti in tutto il mondo da vari stabilimenti, e non sanno in quale ambiente verrà collocata la loro apparecchiatura. Ciò significa che un interruttore con valore nominale di 10A può scattare prima a 7A in ambienti ad alta temperatura o dopo a 13A in ambienti più freddi.

Gli interruttori termici devono essere ricalibrati a seconda della temperatura ambiente. In ambienti caldi, il valore corrente viene sovradimensionato per contrastare interventi indesiderati, il che, da un punto di vista della protezione elettrica, comporta un rischio. Per compensare ambienti più freddi, l'interruttore può avere un tempo di attivazione più lento; può essere quindi sottodimensionato per ovviare a questo problema, ma così si compromette comunque l'obiettivo reale di protezione elettrica.

In confronto, un interruttore magnetico idraulico non affronta le stesse sfide ed è coerente nei valori e nelle prestazioni da –40 °C a +85 °C.

Dentro l'interruttore, l'interruttore magnetico idraulico offre anche numerose opzioni, come la regolazione degli avvolgimenti della bobina, in modo da ottenere un preciso valore di corrente.

L'interruttore magnetico idraulico può inoltre disporre di componenti aggiuntivi per attenuare il flusso elettromagnetico associato alla corrente di spunto per evitare attivazioni indesiderate, come una piastra di deviazione in acciaio fissata sulla parte superiore della bobina per deviare gli effetti della corrente di spunto o un altro metodo meccanico di una ruota inerziale fissata all'armatura per attenuare fisicamente il movimento dell'armatura a seguito di correnti di spunto elevate. Queste opzioni possono essere utili per evitare attivazioni indesiderate in circuiti dove le correnti di spunto di avvio sono elevate.

Inoltre, questi componenti possono offrire un interruttore ausiliario integrato, attivazione di ritardo e bobine di tensione in grado di farli scattare, se necessario, mentre gli interruttori termici richiedono un modulo a metà del polo aggiuntivo.

Ciascun tipo di dispositivo è necessario. Ma per le apparecchiature da spedire nel mondo, avere una soluzione con temperatura stabile è fondamentale, ed è per questo che gli interruttori del circuito magnetici idraulici sono il componente di controllo dell'alimentazione più efficaci in telecomunicazioni, dati e server, trasporto e binari, difesa, marina, erogazione di potenza e altro.