רוב הרכיבים האלקטרוניים יהרסו את עצמם מבלי מנגנון בקרה שיהיה אחראי על ההגנה שלהם. מכיוון שאין ביכולתם להבדיל בין עומס רגיל לעומס יתר, הם יצרכו זרם חזק יותר עד אשר ישרפו.
What is Circuit Breaker?
הצורך במאמ"ת (Circuit Breaker) נובע מהדרישה לנתיך קופץ רב פעמי שאינו נשרף וע"י כך חוסך את הצורך התחזוקתי בהחלפת רכיב אחרי כל שימוש.
קיימים שני סוגי מאמ"תים אופיניים: מאמ"ת תרמי (Thermal Circuit Breaker) המיועד להגנה על חיווט ורשת החשמל מפני נזק, והמאמ"ת המגנטי (Hydraulic Magnetic Circuit Breaker) המיועד להגנה על הרכיבים בצבד"ים, ציוד רפואי או צבאי רגיש ולתחום התקשורת (לרבות האלחוטית).
באופן אמפירי, מתקבל כי הנזק התרמי למעגל הנו ביחס ישר למכפלת הטמפרטורה עם הזרם הריבועי (I^2 T). המאמ"ת המגנטי מושפע מהערך I בלבד בעוד המאמ"ת הטרמי מושפע מכל הביטוי לכן המגנטי אינו מושפע מטמפרטורת הסביבה כלל, הוא מדויק ועקב המבנה הפנימי שלו גם זמני התגובה שלו יותר מהירים.
יש להבהיר שהמאמ"ת הביתי המוכר לכולנו הנו תרמי ואינו מיועד לציוד חשמלי. בחברת Klixon למשל מייצרים מאמ"תים תרמיים בעיקר לתחום האוויוניקה, אך הם רגישים יותר לטמפרטורת הסביבה ומיועדים למקרים בהם ההגנה על החיווט הנה עיקרית.
Airpax Circuit Breaker
העיקרון הבסיסי של פעולת המאמ"ת המגנטי, למשל מאמ"תים תוצרת Airpax, הנו סליל המכוון לזרם רצוי שנמצא באיזון. עם עליית הזרם עקב קצר נוצר שדה אלקטרו-מגנטי גדול יותר המושך מגנטית זרוע מתכתית שמנתקת את המפסק ותוך כדי כך מקפיצה את הידית למצב OFF תוך כדי הגנה על המעגל החשמלי.
מבנה אופייני של מאמ"ת מגנטי עם ידית טוגל
להלן נפרט את החידושים של המאמ"טים האלקטרומגנטיים ויישומים אופייניים:
-
עם התאמת המאמ"תים האמריקאים לתקנים האירופאיים נוצר צורך להעלות את רוב מתחי העבודה מ VDC 65 ל VDC 80 ולמתחי זרם חילופין של VAC 250, VAC 277 ואף VAC 480. ואכן בסדרות החדשות של חברת AIRPAX שסימונן IEG,IEL מתחי העבודה עלו VDC 80 לעומת הסדרות הותיקות UPL,UPG שמתחיהן הוא עד VDC 65 בלבד. ואמנם בחלק האחורי של המפסק הוסיפו היצרנים בליטה שהגדילה את המרווח למעבר הזרם (Spacing) כדי שיעמוד במתחים גבוהים יותר.
-
עד כה הוגדרו המפסקים ל DC או AC. כיום שופרו המאמ"תים בסדרות וניתן להזמין את המפסקים ל AC ול DC גם יחד, דבר שמאפשר גמישות רבה בתכנון והקטנת מלאי תוך כדי חסכון כספי ניכר.
-
זרמי ההפעלה של המאמ"ת ניתנים לבחירה ללא הגבלה כולל חצאי אמפר וברוב הסדרות מ mA 100 ועד A 1200 בסדרות הגדולות (כגון סדרת JAE/JRE/JLE של חברת Airpax). בסדרות הרגילות כמו ה IAL/IUL/IEL הזרם המקסימלי הנו עד A 100 עקב מגבלת גודלו הפיזי של הסליל. כיום ניתן להזמינן עד A 250 בקוטב אחד ע"י חיבור 2 קטבים והסרת המחיצה ביניהם לקבלת מרווח פיזי גדול להכנסת סליל תואם.
סדרת JAE הנה סדרה סוג F-Frame לזרמי פעולה של עד 1200 אמפר.
הסדרה הנה 6 קטבים והיא פוגשת את תקן ה-UL489.
הסדרה הנה 6 קטבים והיא פוגשת את תקן ה-UL489.
בעיית זרמי היתר Inrush Current
-
הרבה מעגלים חשמליים כוללים מנוע, שנאי או קבל גדול הגורמים לצריכת זרם חזקה לפרק זמן קצר עם הפעלת המערכת עד להתייצבות הזרם. המאמ"ת מפרש זאת כזרם קצר ומכבה את המערכת כדי להגן עליה- פעולה שהיא מיותרת לחלוטין ואף מטרידה. הפתרון נמצא ע"י הרכבת גלגל תנופה מתכתי קטן על העוגן בתוך המאמ"ת שמרסן את הטרגת המפסק למשך כ- msec 8 הראשונות מרגע ההפעלה ועד להתייצבות הזרם למצב הנומינלי. לאחר מכן, המאמ"ת חוזר למצבו הרגיל.
אופיין זרם ה-INRUSH
בעיה חמורה עלולה להגרם למערכת חשמלית עקב הפעלה מקרית של ידית המאמ"ת למשל בתנועת גוף ליד הפנל או נפילת חפץ על הידית. התופעה נפוצה יותר בחדרי קשר או במרכזיות תקשורת צפופות. לצורך מניעת הפעלה לא רצונית ניתנו מספר פתרונות מכניות למניעת המטרד.
נצרת נעילה (Handle Lock)– תופסן קטן שניתן לחברו לכל מאמ"ת קיים מסוג IEL, IEG הנמצא כבר בשימוש. התופסן מתחבר לחור שבקצה ידית ההפעלה וחלקו הרפוי ננעץ בבסיס הידית (כמתואר בתמונה). חשוב לציין שבמקרה של קצר חשמלי המאמ"ת יגן על המערכת תוך כדי סגירתה למרות שהידית נעולה ואינה קופצת (לתכונה זו קוראים Trip-Free בה מתבצע ניתוק המעגל על אף קיבוע הידית), ויש לשחרר את הנצרה הנועלת ולהרים את הידית מחדש.
אפשר להזמין את המפסק עם ידית הנעילה או בנפרד (להרכבה נפרדת) ולקבל אותה בצבעים שונים (אדום, שחור, לבן). ניתן להזמינו עבור מאמ"ת חד קוטבי, דו קוטבי או יותר (בעל ידית כפולה).
ידית שטוחה- בתצורה זו הידית השטוחה נמצאת במישור גוף המאמ"ת ואינו בולט כך שניתוק מקרי אינו אפשרי. אופציה אחת היא שהידית תהייה סוג Rocker מתנדנד ע"י לחיצה מעלה-מטה. אופצייה שנייה הנה ע"י לחיצה בלבד ושחרור החלק העליון. אופצייה שלישית מאפשרת נעילת הידית, והשחרור יעשה ע"י לחיצה בחריץ שבתחתית הידית ע"י מברג או כלי חד כלשהוא.
ידית מוארת
בחלק מהמאמ"תים קיימת אפשרות לידית מוארת ע"י LED או נורית ניאון בצבעים שונים. בעקבות פניית מספר משתמשים שמדובר במגבלה המחייבת אותם להוסיף קו מתח נוסף במערכת (במיוחד עבור הנורית שבידית או עבור נקודת LED אשר מותקנת מעל הידית כחיווי למצב המערכת). הפתרון ניתן ע"י בחירת מפסק Rocker אשר חציו העליון או התחתון צבוע בצבע פלורוסנטי זוהר (ניתן לאפיין עד A 100 בסדרות IEGBX/IELBX של AIRPAX). כשנבחר במצב ON או OFF, חצי מהידית בולט החוצה והצבע הזוהר נותן אינדיקציה של אדום, ירוק לבן וכו' על מצב המפסק ללא שום צורך בקו מתח נוסף. יש לציין שהצבע הפלורוסנטי הנו ברור מאד גם בתאורה חלשה ביותר.
מפסק מואר עם תאורת לד
מפסק עם Indicating Color ירוק
מפסקי Mid Trip
כידוע לרוב המאמ"תים יש שני מצבים: ON ו OFF. בלוחות בהם מורכבים מספר רב של מאמ"תים קיים מצב שחלקם יהיו במצב ON וחלקם יהיה ב OFF. כאשר יש קצר באחד המעגלים ואחד המאמ"תים מוטרג למצב OFF קשה לאתרו מלבד הנסיון לאתר את המעגל שהפסיק לפעול. לשם כך פיתחו מאמ"ת בעל 3 מצבים: OFF, ON ו- Mid-Trip כך שבמצב של קצר הידית תפול ותעמוד במצב האמצעי והחווי יהיה פשוט וקל לזיהוי של מאמ"ת אחד מתוך שורה שלמה של מאמ"תים.
מאמ"ת עם 3 מצבים
מפסק עם שליטה מרחוק
יש אפשרות לשליטה על הפעלת המאמ"ת מרחוק ע"י בחירת פול נוסף לזרם נמוך מאד כגון 50 מיליאמפר. ע"י גרימת קצר מכוון של זרם גבוה (למשל 1 אמפר) שיגרום לנפילה של הידית וכמובן ניתוק המפסק כולו.
מאמ"ת למעגל מודפס
תהליך המזעור לא פסח על המפסקים וכיום כבר קיימים בשוק מגוון גדול של מאמ"תים עם רגליים מותאמים למעגל מודפס (להרכבה ימנית או שמאלית) אשר מאפשרים התקנה קלה ונוחה על גבי כרטיס. יתרון נוסף הנו בכך שהוא מאפשר מרווח צר יותר בין שתי כרטיסים לחסכון במקום ומזעור המכשיר.
PCB Circuit Beaker
מאמ"ת למחבר (Socket/Bullet)
החיבור הסטנדרטי של המאמ"ת הוא לפנל ע"י ברגים. בתהליך הייצור יש מצב שבו המפסק מוכן ומורכב בצורה אחידה ועם קבלת הזמנת הלקוח לארצות היעד השונות כגון ארה"ב (V 110) או אירופה (V 220) מרכיבים את הרכיבים הרלוונטים לפי דרישה ושולחים את המפסק מיידית ללקוח הסופי.
לפיכך פיתחו שתי צורות חיבור שונות:
Socket Terminal– להתקנה על כרטיס. מאפשר לחבר את המאמ"ת הדרוש תוך שניות ללא צורך בחיבור ברגים וכו'.
Bullet Terminal– שהוא סוקט עגול המורכב על פסי צבירה בארון או קופסא והמאמ"ת מסופק עם פינים קפיציים מוזהבים שננעצים בו. בחירה במאמ"ת מסוג זה מאפשרת גם אחזקה פשוטה ומהירה של החלפת מאמ"ת תוך שניות ללא צורך בניתוק מערכות שלמות לזמן ממושך.
מאמ"תים בגודל 1U
נטיית המתכננים כיום היא למזער את המכשירים או את ספקי הכח עד כמה שניתן. חיסכון במקום שקול לחיסכון בכסף. אחת המגבלות היא גודלו הפיסי של המאמ"ת. לצורך כך פותחה סדרת חדשה שסימונה CER ושגובהה הותאם לגודל מגירה בסיסי ("1.751 Rack Unit= ) וע"י כך הוסרה מגבלת הגודל שהייתה קיימת עד כה.
היישומים המומלצים לסדרת U1 הנם מגוונים. בתחום התקשורת, ניתן להשתמש עבור ציוד DC במערכות טלקום עם הספק נמוך עד בינוני, לתחנות בסיסי שידור, לראוטרים (נתבים) ומפסקים אלקטרונים כמו גם עבור תקשורת אופטית וקישוריות למערכות חיצוניות. עבור עיבוד המידע, השימושים המומליצים הנם עבור שרתים, מערכות מחשב ומערכות לאיכסון נתונים. בתחום התעשייה, האפליקציות העיקריות הנן צב"דים, אינברטורים (מהפכים) למנועים, ציוד מכשור מדויק וציוד מסוג מוליך למחצה.
מפסק ON-OFF בלבד:
במקרים רבים יש צורך במפסק למתחי DC גבוהים. ישנה אפשרות להזמין מאמ"ת Switch Only ללא סליל מובנה, אלא ע"י מגע מיתוג בלבד ואשר ישמש רק כמפסק ON\OFF בלבד עד למתחי 250 אמפר. ניתן לאפיין אותו כמפסק תעשייתי רגיל או אטום עמיד בתקנים מחמירים יותר.
מפסקים אטומיים וצבאיים
ל-AIRPAX יש 2 סוגי סדרות עיקריות לאטימות:
-
סדרת AP/UP – סדרה לפי תקן MIL-PRF-39019 (M39019). זו סדרה אטומה לגמרי (Hermetic Seal). עמידה בטווח טמפרטורה של -40C עד +100C.
-
סדרות IULN/IUGN – לפי תקן MIL-PRF-55629 (M55629). זו סדרה שאטומה בקדמת הפנל. עמידה בטווח טמפרטורה של -40C עד +85C.
הן סדרה M39019 והן M55629 עמידות ללחות, מליחות, שוק והלמים מכניים לפי MIL-STD-202, אך סדרה M39019 הנה יותר קשיחה ומותאמת ליישומים צבאיים קשיחים.
חשוב לציין, שניתן להוסיף אטימות (IP66 או IP68) למפסק ע"י כיסוי סיליקון מותאם. חברת APM HEXSEAL מתמחה בך. ה-Circuit Breaker Boot מותאם לכל סוג של ידית (למשל: טוגל, Rocker, Pushbutton) ומגן מפני השפרצות מים, לכלוך, שמן גריז, מים מלוחים, וחומרים שונים.
מפסק אטום לפי MIL-PRF-55629
מפסק אטום לפי MIL-PRF-39019
מאמ"ת ממסרי
שימוש במאמ"ת לשליטה מרחוק לכיבוי מעגל חשמלי. יש אפשרות להזמין את המאמ"ת עם סליל עזר (Trip Coil) נוסף במתח רצוי כגון 220 VAC, 24 VDC. ברגע שנספק מתח לסליל זה נגרום לקפיצה של הידית ולכיבוי המערכת.
Trip Coil לשליטה מרחוק