Hvordan kortslutningsbeskyttelse virker og virker

Udtrykket "kortslutning" i elektroteknik refererer til nøddrift af spændingskilder. Opstår i tilfælde af overtrædelser af de teknologiske processer for energitransmission, når udgangsterminalerne er kortsluttet (kortslutning) af en fungerende generator eller kemisk element.

I dette tilfælde påføres kildens fulde effekt straks på kortslutningen. Der strømmer enorme strømme gennem det, som kan brænde udstyr og forårsage elektriske skader på personer i nærheden. For at stoppe udviklingen af ​​sådanne hændelser anvendes særlige beskyttelser.

Hvilke typer kortslutninger er der

Naturlige elektriske anomalier

De vises under lynudladninger ledsaget af kraftigt lyn.

Kilderne til deres dannelse er høje potentialer af statisk elektricitet af forskellige tegn og størrelser, akkumuleret af skyer, når de flyttes af vinden over lange afstande. Som et resultat af naturlig afkøling, når den stiger i højden, kondenserer fugten i skyerne og danner regn.

Et fugtigt miljø har en lav elektrisk modstand, som skaber en nedbrydning af luftisoleringen til passage af strøm i form af lyn.

En elektrisk udladning glider mellem to objekter med forskellige potentialer:

• på de nærgående skyer;

• mellem en tordensky og jorden.

Den første type lyn er farlig for fly, og udledning til jorden kan ødelægge træer, bygninger, industrianlæg, luftledninger. For at beskytte mod det er lynafledere installeret, som successivt udfører følgende funktioner:

1. at modtage, tiltrække lynpotentialet til en speciel afleder;

2. passage af den modtagne strøm gennem en ledning til bygningens jordingskredsløb;

3. udledningen af ​​højspændingsudladningen fra dette kredsløb til jordpotentiale.

Kortslutninger i jævnstrøm

Galvaniske spændingskilder eller ensrettere skaber en forskel i udgangskontakternes positive og negative potentialer, som under normale forhold sikrer driften af ​​kredsløbet, for eksempel gløden fra en pære fra et batteri, som vist på figuren nedenfor.

De elektriske processer, der finder sted i dette tilfælde, er beskrevet med et matematisk udtryk Ohms lov for et komplet kredsløb.

Kildens elektromotoriske kraft fordeles for at skabe en belastning i de interne og eksterne kredsløb ved at overvinde deres modstande «R» og «r».

I nødtilstand opstår der en kortslutning med meget lav elektrisk modstand mellem batteriterminalerne «+» og «-», hvilket praktisk talt afbryder strømstrømmen i det eksterne kredsløb og deaktiverer denne del af kredsløbet. Derfor kan vi med hensyn til den nominelle tilstand antage, at R = 0.

Al strømmen cirkulerer kun i det interne kredsløb, som har en lille modstand og bestemmes af formlen I = E / r.

Da størrelsen af ​​den elektromotoriske kraft ikke har ændret sig, stiger værdien af ​​strømmen meget kraftigt. En sådan kortslutning strømmer gennem kortslutningstråden og den indre sløjfe, hvilket forårsager enorm varmeudvikling i dem og efterfølgende strukturelle skader.

Kortslutninger i AC-kredsløb

Alle elektriske processer her er også beskrevet ved driften af ​​Ohms lov og forløber efter et lignende princip. Karakteristikaene ved deres passage kræver:

• brugen af ​​enkeltfasede eller trefasede netværk med forskellige konfigurationer;

• tilstedeværelsen af ​​en jordsløjfe.

Typer af kortslutninger i AC-kredsløb

Kortslutningsstrømme kan forekomme mellem:

• fase og jord;

• to forskellige faser;

• to forskellige faser og jording;

• tre faser;

• tre faser og jord.

Til transmission af elektricitet gennem luftledninger kan elsystemer bruge et andet neutralt tilslutningsskema:

1. isoleret;

2. døvt jordet.

I hvert af disse tilfælde vil kortslutningsstrømmene danne deres egen vej og have en forskellig værdi. Derfor tages alle de ovennævnte muligheder for at samle et elektrisk kredsløb og muligheden for kortslutningsstrømme i dem i betragtning, når der oprettes en strømbeskyttelseskonfiguration for dem.

En kortslutning kan også forekomme hos forbrugere af el, for eksempel en elmotor. I enfasede strukturer kan fasepotentialet bryde gennem isoleringslaget til huset eller nullederen.I trefaset elektrisk udstyr kan der opstå en yderligere fejl mellem to eller tre faser eller mellem deres kombinationer med rammen/jorden.

I alle disse tilfælde, som i tilfælde af en kortslutning i DC-kredsløb, vil en kortslutningsstrøm af meget stor størrelse strømme gennem den dannede kortslutning og hele kredsløbet forbundet med den til generatoren, hvilket forårsager en nødtilstand.

For at forhindre dette, anvendes beskyttelser, der automatisk fjerner spænding fra udstyr, der udsættes for øgede strømme.

Sådan vælger du driftsgrænserne for kortslutningsbeskyttelse

Alle elektriske apparater er designet til at forbruge en vis mængde elektricitet i deres spændingsklasse. Det er accepteret at evaluere belastningen ikke ved strøm, men ved strøm. Det er nemmere at måle, kontrollere og skabe beskyttelse mod det.

Billedet viser grafer over strømme, der kan forekomme i forskellige driftsformer af udstyret. For dem er parametrene for indstilling og indstilling af beskyttelsesanordninger valgt.

Grafen i brun farve viser sinusbølgen af ​​den nominelle tilstand, som er valgt som den første i designet af det elektriske kredsløb, under hensyntagen til ledningernes effekt og valget af strømbeskyttelsesanordninger.

Industriel frekvens sinusbølge 50 hertz i denne tilstand er den altid stabil, og perioden med en komplet svingning indtræffer i en tid på 0,02 sekunder.

Driftstilstandens sinusbølge er vist med blåt på billedet. Det er normalt mindre end den nominelle harmoniske. Folk bruger sjældent fuldt ud alle reserver af deres tildelte kapacitet.For eksempel, hvis en femarmet lysekrone hænger i et rum, så er en gruppe pærer ofte inkluderet til belysning: to eller tre, ikke alle fem.

For at elektriske apparater kan fungere pålideligt ved nominel belastning, skaber de en lille strømreserve til indstilling af beskyttelser. Mængden af ​​strøm, som de justerer til at udløse, kaldes sætpunktet. Når de er nået, fjerner kontakterne spænding fra udstyret.

I området af sinusformede amplituder mellem den nominelle tilstand og sætpunktet fungerer kredsløbet i en let overbelastningstilstand.

En mulig tidskarakteristik for fejlstrømmen er vist i grafen med sort. Dens amplitude overstiger beskyttelsesindstillingen, og oscillationsfrekvensen har ændret sig dramatisk. Det er normalt aperiodisk i naturen. Hver halvbølge ændrer sig i størrelse og frekvens.

Overstrømsbeskyttelsesalgoritme

Hver kortslutningsbeskyttelse omfatter tre hovedtrin i driften:

1. konstant overvågning af tilstanden af ​​den overvågede strømsinus og bestemmelse af tidspunktet for fejlen;

2. analyse af situationen og udstedelse af en kommando til det udøvende organ fra den logiske del;

3. frigivelse af spænding fra udstyret ved hjælp af koblingsanordninger.

I mange enheder bruges et andet element - indførelsen af ​​responstidsforsinkelse. Det bruges til at give princippet om selektivitet i komplekse, forgrenede kredsløb.

Da sinusbølgen når sin amplitude i en tid på 0,005 sek., er denne periode i det mindste nødvendig for dens måling af beskyttelserne. De næste to faser af arbejdet udføres heller ikke umiddelbart.

Af disse grunde er den samlede driftstid for de hurtigste strømbeskyttelser lidt mindre end perioden for en harmonisk svingning på 0,02 sek.

Designegenskaber for kortslutningsbeskyttelse

Den elektriske strøm, der strømmer gennem hver ledning forårsager:

• termisk opvarmning af lederen;

• at dirigere et magnetfelt.

Disse to handlinger tages som grundlag for design af beskyttelsesanordninger.

Nuværende beskyttelse

Strømmens termiske effekt, beskrevet af forskerne Joule og Lenz, bruges til at beskytte sikringer.

Sikkerhedsvagt

Den er baseret på installationen af ​​en sikring i strømvejen, som optimalt modstår den nominelle belastning, men brænder ud, når den overskrides, hvilket afbryder kredsløbet.

Jo højere værdien af ​​nødstrømmen er, jo hurtigere skabes strømafbrydelsen - fjernelse af spændingen. Hvis strømmen overskrides lidt, kan den slukke efter længere tid.

Sikringer fungerer med succes i elektroniske enheder, elektrisk udstyr til biler, husholdningsapparater, industrielle enheder op til 1000 volt. Nogle af deres modeller bruges i højspændingsudstyrskredsløb.

Beskyttelse baseret på princippet om elektromagnetisk påvirkning af strømmen

Princippet om at inducere et magnetisk felt omkring en strømførende ledning gjorde det muligt at skabe en enorm klasse af elektromagnetiske relæer og kontakter ved hjælp af en tripspole.

Dens spole er placeret på en kerne - et magnetisk kredsløb, hvor magnetiske fluxer tilføjes fra hver tur. Den bevægelige kontakt er mekanisk forbundet med ankeret, som er den svingende del af kernen. Den presses mod den stationære kontakt af fjederens kraft.

Den nominelle strøm, der strømmer gennem spiralspolens vindinger, skaber en magnetisk flux, der ikke kan overvinde fjederens kraft. Derfor er kontakterne permanent lukkede.

I tilfælde af nødstrømme tiltrækkes ankeret til den stationære del af det magnetiske kredsløb og bryder kredsløbet skabt af kontakterne.

En af de typer af afbrydere, der fungerer på basis af fjernelse af elektromagnetisk spænding fra det beskyttede kredsløb, er vist på billedet.

Den bruger:

• automatisk nedlukning af nødtilstande;

• elektrisk lysbueslukningssystem;

• manuel eller automatisk start.

Digital kortslutningsbeskyttelse

Alle de ovenfor diskuterede beskyttelser fungerer med analoge værdier. Ud over disse, på det seneste i industrien og især i energisektoren, introduceres digitale teknologier aktivt baseret på arbejdet mikroprocessorenheder og statiske relæer. De samme enheder med forenklede funktioner produceres til husholdningsbehov.

Målingen af ​​størrelsen og retningen af ​​strømmen, der passerer gennem det beskyttede kredsløb, udføres af en indbygget step-down strømtransformator med en høj grad af nøjagtighed. Signalet målt af den digitaliseres ved superposition højfrekvente rektangulære impulser efter princippet om amplitudemodulation.

Derefter går det til den logiske del af beskyttelsen af ​​mikroprocessoren, som fungerer i henhold til en bestemt, forudkonfigureret algoritme. I tilfælde af nødsituationer udsender enhedslogikken en kommando til nedlukningsaktuatoren om at fjerne spændingen fra netværket.

Til den beskyttende drift bruges en strømforsyningsenhed, som tager spænding fra lysnettet eller autonome kilder.

Digital kortslutningsbeskyttelse har et stort antal funktioner, indstillinger og muligheder op til registrering af netværkets nødtilstand og dets nedlukningstilstand.