Hvordan kortslutningsbeskyttelse fungerer og fungerer

Begrepet «kortslutning» i elektroteknikk refererer til nøddrift av spenningskilder. Oppstår i tilfelle brudd på de teknologiske prosessene for energioverføring, når utgangsterminalene er kortsluttet (kortslutning) av en fungerende generator eller kjemisk element.

I dette tilfellet tilføres kildens fulle kraft umiddelbart til kortslutningen. Store strømmer flyter gjennom den, som kan brenne utstyr og forårsake elektriske skader på mennesker i nærheten. For å stoppe utviklingen av slike hendelser, brukes spesielle beskyttelser.

Hva er typene kortslutninger

Naturlige elektriske anomalier

De vises under lynutladninger ledsaget av kraftig lyn.

Kildene til deres dannelse er høye potensialer for statisk elektrisitet av forskjellige tegn og størrelser, akkumulert av skyer når de beveges av vinden over lange avstander. Som et resultat av naturlig avkjøling, når den stiger i høyden, kondenserer fuktigheten i skyene og danner regn.

Et fuktig miljø har lav elektrisk motstand, noe som skaper nedbrytning av luftisolasjonen for strømgjennomgang i form av lyn.

En elektrisk utladning glir mellom to objekter med forskjellig potensial:

• på skyene som nærmer seg;

• mellom en tordensky og bakken.

Den første typen lyn er farlig for fly, og utslipp til bakken kan ødelegge trær, bygninger, industrianlegg, luftledninger. For å beskytte mot det, er lynavledere installert, som suksessivt utfører følgende funksjoner:

1. motta, tiltrekke lynpotensialet til en spesiell avleder;

2. passering av den mottatte strømmen gjennom en ledning til bygningens jordingskrets;

3. utladningen av høyspenningsutladningen fra denne kretsen til jordpotensial.

Kortslutning i likestrøm

Galvaniske spenningskilder eller likerettere skaper en forskjell i de positive og negative potensialene til utgangskontaktene, som under normale forhold sikrer driften av kretsen, for eksempel gløden til en lyspære fra et batteri, som vist i figuren nedenfor.

De elektriske prosessene som foregår i dette tilfellet er beskrevet med et matematisk uttrykk Ohms lov for en komplett krets.

Kildens elektromotoriske kraft fordeles for å skape en belastning i de interne og eksterne kretsene ved å overvinne deres motstand «R» og «r».

I nødmodus oppstår en kortslutning med svært lav elektrisk motstand mellom batteriterminalene «+» og «-», som praktisk talt stenger av strømmen i den eksterne kretsen, og deaktiverer denne delen av kretsen. Derfor, med hensyn til den nominelle modusen, kan vi anta at R = 0.

All strømmen sirkulerer bare i den interne kretsen, som har en liten motstand og bestemmes av formelen I = E / r.

Siden størrelsen på den elektromotoriske kraften ikke har endret seg, øker verdien av strømmen veldig kraftig. En slik kortslutning strømmer gjennom kortslutningstråden og den indre sløyfen, og forårsaker enorm varmeutvikling i dem og påfølgende strukturelle skader.

Kortslutninger i AC-kretser

Alle elektriske prosesser her er også beskrevet av driften av Ohms lov og fortsetter etter et lignende prinsipp. Egenskapene til passasjen deres krever:

• bruk av enfase- eller trefasenettverk med forskjellige konfigurasjoner;

• tilstedeværelsen av en jordsløyfe.

Typer kortslutninger i AC-kretser

Kortslutningsstrømmer kan oppstå mellom:

• fase og jord;

• to forskjellige faser;

• to forskjellige faser og jording;

• tre faser;

• tre faser og jord.

For overføring av elektrisitet gjennom luftledninger, kan kraftsystemer bruke et annet nøytralt koblingsskjema:

1. isolert;

2. døvt jordet.

I hvert av disse tilfellene vil kortslutningsstrømmene danne sin egen bane og ha en annen verdi. Derfor tas alle de ovennevnte alternativene for å montere en elektrisk krets og muligheten for kortslutningsstrømmer i dem i betraktning når du oppretter en strømbeskyttelseskonfigurasjon for dem.

En kortslutning kan også oppstå hos forbrukere av strøm, for eksempel en elektrisk motor. I enfasekonstruksjoner kan fasepotensialet bryte gjennom isolasjonslaget til huset eller nøytrallederen.I trefaset elektrisk utstyr kan en tilleggsfeil oppstå mellom to eller tre faser eller mellom deres kombinasjoner med rammen/jordingen.

I alle disse tilfellene, som i tilfellet med en kortslutning i DC-kretser, vil en kortslutningsstrøm av veldig stor størrelse flyte gjennom den dannede kortslutningen og hele kretsen koblet til den til generatoren, noe som forårsaker en nødmodus.

For å forhindre dette brukes beskyttelser som automatisk fjerner spenning fra utstyr utsatt for økte strømmer.

Hvordan velge driftsgrensene for kortslutningsbeskyttelse

Alle elektriske apparater er designet for å forbruke en viss mengde strøm i sin spenningsklasse. Det er akseptert å evaluere belastningen ikke ved kraft, men etter strøm. Det er lettere å måle, kontrollere og skape beskyttelse mot det.

Bildet viser grafer over strømmer som kan oppstå i ulike driftsmoduser for utstyret. For dem er parametrene for innstilling og innstilling av beskyttelsesenheter valgt.

Grafen i brun farge viser sinusbølgen til den nominelle modusen, som er valgt som den første i utformingen av den elektriske kretsen, under hensyntagen til kraften til ledningene og valg av strømbeskyttelsesenheter.

Industriell frekvens sinusbølge 50 hertz i denne modusen er den alltid stabil, og perioden med en fullstendig svingning inntreffer i en tid på 0,02 sekunder.

Sinusbølgen til driftsmodusen vises i blått på bildet. Det er vanligvis mindre enn den nominelle harmoniske. Folk bruker sjelden fullt ut alle reservene av sin tildelte kapasitet.For eksempel, hvis en femarmet lysekrone henger i et rom, er ofte én gruppe pærer inkludert for belysning: to eller tre, ikke alle fem.

For at elektriske apparater skal fungere pålitelig ved nominell belastning, oppretter de en liten strømreserve for innstilling av beskyttelse. Mengden strøm som de justerer for å trille kalles settpunktet. Når de er nådd, fjerner bryterne spenning fra utstyret.

I området av sinusformede amplituder mellom nominell modus og settpunkt, fungerer kretsen i en liten overbelastningsmodus.

En mulig tidskarakteristikk for feilstrømmen er vist i grafen i svart. Amplituden overstiger beskyttelsesinnstillingen, og oscillasjonsfrekvensen har endret seg dramatisk. Det er vanligvis aperiodisk i naturen. Hver halvbølge endres i størrelse og frekvens.

Overstrømsbeskyttelsesalgoritme

Hver kortslutningsbeskyttelse inkluderer tre hovedtrinn av drift:

1. konstant overvåking av tilstanden til den overvåkede strømmen sinusoid og bestemmelse av øyeblikket for feilfunksjonen;

2. analyse av situasjonen og utstede en kommando til det utøvende organet fra den logiske delen;

3. frigjøring av spenning fra utstyret ved hjelp av bryterenheter.

I mange enheter brukes et annet element - innføringen av responstidsforsinkelse. Den brukes til å gi selektivitetsprinsippet i komplekse, forgrenede kretsløp.

Siden sinusbølgen når sin amplitude i en tid på 0,005 sek, er denne perioden i det minste nødvendig for måling av beskyttelsene. De to neste trinnene i arbeidet utføres heller ikke umiddelbart.

Av disse grunner er den totale driftstiden for de raskeste strømbeskyttelsene litt mindre enn perioden for en harmonisk svingning på 0,02 sek.

Designfunksjoner for kortslutningsbeskyttelse

Den elektriske strømmen som strømmer gjennom hver ledning forårsaker:

• termisk oppvarming av lederen;

• dirigere et magnetfelt.

Disse to handlingene er tatt som grunnlag for utformingen av verneinnretninger.

Nåværende beskyttelse

Den termiske effekten av strøm, beskrevet av forskerne Joule og Lenz, brukes til å beskytte sikringer.

Sikkerhetsvakt

Den er basert på installasjon av en sikring i strømbanen, som optimalt tåler den nominelle belastningen, men brenner ut når den overskrides, og avbryter kretsen.

Jo høyere verdien av nødstrømmen er, desto raskere opprettes kretsbruddet - fjerning av spenningen. Hvis strømmen overskrides litt, kan den slå seg av etter lang tid.

Sikringer fungerer vellykket i elektroniske enheter, elektrisk utstyr til biler, husholdningsapparater, industrielle enheter opp til 1000 volt. Noen av modellene deres brukes i høyspenningsutstyrskretser.

Beskyttelse basert på prinsippet om elektromagnetisk påvirkning av strømmen

Prinsippet om å indusere et magnetfelt rundt en strømførende ledning gjorde det mulig å lage en enorm klasse av elektromagnetiske releer og brytere ved hjelp av en utløserspole.

Spolen er plassert på en kjerne - en magnetisk krets der magnetiske flukser legges til fra hver sving. Den bevegelige kontakten er mekanisk koblet til ankeret, som er den svingende delen av kjernen. Den presses mot den stasjonære kontakten av kraften fra fjæren.

Merkestrømmen som strømmer gjennom svingene til spiralspolen skaper en magnetisk fluks som ikke kan overvinne kraften til fjæren. Derfor er kontaktene permanent lukket.

Ved nødstrømmer trekkes ankeret til den stasjonære delen av magnetkretsen og bryter kretsen som er opprettet av kontaktene.

En av typene strømbrytere som opererer på grunnlag av fjerning av elektromagnetisk spenning fra den beskyttede kretsen er vist på bildet.

Det bruker:

• automatisk avstenging av nødmoduser;

• elektrisk lysbue slukkesystem;

• manuell eller automatisk start.

Digital kortslutningsbeskyttelse

Alle beskyttelsene omtalt ovenfor fungerer med analoge verdier. I tillegg til disse, nylig i industrien og spesielt i energisektoren, introduseres digitale teknologier aktivt basert på arbeidet mikroprosessorenheter og statiske releer. De samme enhetene med forenklede funksjoner produseres for husholdningsbehov.

Målingen av størrelsen og retningen til strømmen som går gjennom den beskyttede kretsen utføres av en innebygd nedtrappingsstrømtransformator med høy grad av nøyaktighet. Signalet som måles av den, digitaliseres ved superposisjon høyfrekvente rektangulære pulser i henhold til prinsippet om amplitudemodulasjon.

Deretter går det til den logiske delen av beskyttelsen av mikroprosessoren, som fungerer i henhold til en bestemt, forhåndskonfigurert algoritme. I nødsituasjoner gir enhetslogikken en kommando til avstengningsaktuatoren for å fjerne spenningen fra nettverket.

For den beskyttende operasjonen brukes en strømforsyningsenhet som tar spenning fra strømnettet eller autonome kilder.

Digital kortslutningsbeskyttelse har et stort antall funksjoner, innstillinger og muligheter opp til registrering av nettverkets nødtilstand og avstengningsmodus.