Hur kortslutningsskydd fungerar och fungerar

Termen "kortslutning" inom elektroteknik avser nöddrift av spänningskällor. Uppstår i händelse av överträdelser av de tekniska processerna för energiöverföring, när utgångsterminalerna är kortslutna (kortslutning) av en fungerande generator eller kemiskt element.

I detta fall appliceras källans fulla effekt omedelbart på kortslutningen. Stora strömmar flyter genom den, vilket kan bränna utrustning och orsaka elektriska skador på människor i närheten. För att stoppa utvecklingen av sådana incidenter används särskilda skydd.

Vilka typer av kortslutningar finns det

Naturliga elektriska anomalier

De visas under blixtnedslag åtföljda av kraftfull blixt.

Källorna till deras bildning är höga potentialer av statisk elektricitet av olika tecken och storlek, ackumulerade av moln när de förflyttas av vinden över långa avstånd. Som ett resultat av naturlig kylning, när den stiger i höjd, kondenserar fukten i molnen och bildar regn.

En fuktig miljö har ett lågt elektriskt motstånd, vilket skapar en nedbrytning av luftisoleringen för passage av ström i form av blixtnedslag.

En elektrisk urladdning glider mellan två objekt med olika potential:

• på de annalkande molnen;

• mellan ett åskmoln och marken.

Den första typen av blixt är farlig för flygplan, och utsläpp till marken kan förstöra träd, byggnader, industrianläggningar, luftledningar. För att skydda mot det installeras blixtstång, som successivt utför följande funktioner:

1. ta emot, attrahera blixtpotentialen till en speciell avledare;

2. passage av den mottagna strömmen genom en ledning till byggnadens jordningskrets;

3. urladdningen av högspänningsurladdningen från denna krets till jordpotential.

Kortslutning i likström

Galvaniska spänningskällor eller likriktare skapar en skillnad i de positiva och negativa potentialerna hos utgångskontakterna, vilket under normala förhållanden säkerställer driften av kretsen, till exempel glödet från en glödlampa från ett batteri, som visas i figuren nedan.

De elektriska processer som äger rum i detta fall beskrivs med ett matematiskt uttryck Ohms lag för en komplett krets.

Källans elektromotoriska kraft fördelas för att skapa en belastning i de interna och externa kretsarna genom att övervinna deras motstånd «R» och «r».

I nödläge uppstår en kortslutning med mycket lågt elektriskt motstånd mellan batteripolerna «+» och «-», vilket praktiskt taget stänger av strömflödet i den externa kretsen, vilket inaktiverar denna del av kretsen. Därför, med avseende på det nominella läget, kan vi anta att R = 0.

All ström cirkulerar endast i den interna kretsen, som har ett litet motstånd och bestäms av formeln I = E / r.

Eftersom storleken på den elektromotoriska kraften inte har förändrats, ökar strömmens värde mycket kraftigt. En sådan kortslutning flyter genom kortslutningstråden och den inre slingan, vilket orsakar enorm värmeutveckling i dem och efterföljande strukturella skador.

Kortslutningar i AC-kretsar

Alla elektriska processer här beskrivs också av Ohms lag och fortsätter enligt en liknande princip. Egenskaperna för deras passage kräver:

• användningen av enfas- eller trefasnät med olika konfigurationer;

• närvaron av en jordslinga.

Typer av kortslutningar i AC-kretsar

Kortslutningsströmmar kan uppstå mellan:

• fas och jord;

• två olika faser;

• två olika faser och jordning;

• tre faser;

• tre faser och jord.

För överföring av el genom luftledningar kan kraftsystem använda ett annat neutralt anslutningsschema:

1. isolerad;

2. dövt grundad.

I vart och ett av dessa fall kommer kortslutningsströmmarna att bilda sin egen väg och ha ett annat värde. Därför beaktas alla ovanstående alternativ för att montera en elektrisk krets och möjligheten till kortslutningsströmmar i dem när man skapar en strömskyddskonfiguration för dem.

En kortslutning kan även uppstå hos konsumenter av el, till exempel en elmotor. I enfasiga strukturer kan faspotentialen bryta igenom isoleringsskiktet till huset eller nollledaren.I trefas elektrisk utrustning kan ett ytterligare fel uppstå mellan två eller tre faser eller mellan deras kombinationer med ram / jord.

I alla dessa fall, som i fallet med en kortslutning i DC-kretsar, kommer en kortslutningsström av mycket stor storlek att flyta genom den kortslutning som bildas och hela kretsen kopplad till den till generatorn, vilket orsakar ett nödläge.

För att förhindra detta används skydd som automatiskt tar bort spänning från utrustning som utsätts för ökade strömmar.

Hur man väljer driftsgränser för kortslutningsskydd

Alla elektriska apparater är designade för att förbruka en viss mängd el i sin spänningsklass. Det är accepterat att utvärdera belastningen inte med effekt, utan med ström. Det är lättare att mäta, kontrollera och skapa skydd mot det.

Bilden visar grafer över strömmar som kan uppstå i olika driftsätt av utrustningen. För dem väljs parametrarna för inställning och inställning av skyddsanordningar.

Grafen i brun färg visar sinusvågen för det nominella läget, som väljs som den initiala i utformningen av den elektriska kretsen, med hänsyn tagen till kraften hos ledningarna och valet av strömskyddsanordningar.

Industriell frekvens sinusvåg 50 hertz i det här läget är det alltid stabilt, och perioden med en fullständig svängning inträffar inom en tid av 0,02 sekunder.

Driftslägets sinusvåg visas i blått på bilden. Det är vanligtvis mindre än den nominella övertonen. Människor använder sällan fullt ut alla reserver av sin tilldelade kapacitet.Som ett exempel, om en femarmad ljuskrona hänger i ett rum, så ingår ofta en grupp glödlampor för belysning: två eller tre, inte alla fem.

För att elektriska apparater ska fungera tillförlitligt vid nominell belastning skapar de en liten strömreserv för inställningsskydd. Mängden ström vid vilken de anpassar sig för att lösa ut kallas börvärdet. När de nås tar brytarna bort spänningen från utrustningen.

I intervallet av sinusformade amplituder mellan nominellt läge och börvärdet, arbetar kretsen i ett lätt överbelastningsläge.

En möjlig tidskaraktäristik för felströmmen visas i grafen i svart. Dess amplitud överstiger skyddsinställningen, och svängningsfrekvensen har förändrats dramatiskt. Det är vanligtvis aperiodisk till sin natur. Varje halvvåg ändras i storlek och frekvens.

Överströmsskyddsalgoritm

Varje kortslutningsskydd inkluderar tre huvudsteg i driften:

1. konstant övervakning av tillståndet för den övervakade strömsinusformen och bestämning av ögonblicket för felfunktionen;

2. analys av situationen och utfärdande av ett kommando till det verkställande organet från den logiska delen;

3. utlösning av spänning från utrustningen med hjälp av omkopplingsanordningar.

I många enheter används ett annat element — införandet av svarstidsfördröjning. Den används för att tillhandahålla principen om selektivitet i komplexa, grenade kretsar.

Eftersom sinusvågen når sin amplitud inom en tid av 0,005 sek, är denna period åtminstone nödvändig för dess mätning av skydden. De följande två etapperna av arbetet utförs inte heller omedelbart.

Av dessa skäl är den totala drifttiden för de snabbaste strömskydden något mindre än perioden för en harmonisk svängning på 0,02 sek.

Designegenskaper för kortslutningsskydd

Den elektriska strömmen som flyter genom varje tråd orsakar:

• termisk uppvärmning av ledaren;

• riktar ett magnetfält.

Dessa två åtgärder tas som grund för utformningen av skyddsanordningar.

Strömskydd

Den termiska effekten av ström, som beskrivs av forskarna Joule och Lenz, används för att skydda säkringar.

Säkerhetsvakt

Den är baserad på installationen av en säkring i strömvägen, som optimalt tål den nominella belastningen, men brinner ut när den överskrids, vilket avbryter kretsen.

Ju högre värde nödströmmen är, desto snabbare skapas kretsavbrottet - tar bort spänningen. Om strömmen överskrids något kan den stängas av efter en lång tid.

Säkringar fungerar framgångsrikt i elektroniska enheter, elektrisk utrustning för bilar, hushållsapparater, industriella enheter upp till 1000 volt. Vissa av deras modeller används i högspänningsutrustningskretsar.

Skydd baserat på principen om elektromagnetisk påverkan av strömmen

Principen att inducera ett magnetfält runt en strömförande tråd gjorde det möjligt att skapa en enorm klass av elektromagnetiska reläer och omkopplare med hjälp av en utlösningsspole.

Dess spole är placerad på en kärna - en magnetisk krets där magnetiska flöden läggs till från varje varv. Den rörliga kontakten är mekaniskt ansluten till ankaret, som är den svängande delen av kärnan. Den pressas mot den stationära kontakten av fjäderkraften.

Märkströmmen som flyter genom spiralspolens varv skapar ett magnetiskt flöde som inte kan övervinna fjäderkraften. Därför är kontakterna permanent stängda.

Vid nödströmmar attraheras ankaret till den stationära delen av magnetkretsen och bryter kretsen som skapas av kontakterna.

En av de typer av strömbrytare som fungerar på grundval av att ta bort elektromagnetisk spänning från den skyddade kretsen visas på bilden.

Det använder:

• automatisk avstängning av nödlägen;

• släckningssystem för elektriska ljusbågar;

• manuell eller automatisk start.

Digitalt kortslutningsskydd

Alla skydd som diskuterats ovan fungerar med analoga värden. Utöver dessa, nyligen inom industrin och särskilt inom energisektorn, introduceras digitala tekniker aktivt utifrån arbetet mikroprocessoranordningar och statiska reläer. Samma enheter med förenklade funktioner produceras för hushållsbehov.

Mätningen av storleken och riktningen på strömmen som passerar genom den skyddade kretsen utförs av en inbyggd nedtrappningsströmtransformator med hög noggrannhet. Signalen som mäts av den digitaliseras genom superposition högfrekventa rektangulära pulser enligt principen om amplitudmodulering.

Sedan går det till den logiska delen av skyddet av mikroprocessorn, som fungerar enligt en viss, förkonfigurerad algoritm. I nödsituationer utfärdar enhetslogiken ett kommando till avstängningsställdonet för att ta bort spänningen från nätverket.

För den skyddande driften används en strömförsörjningsenhet, som tar spänning från elnätet eller autonoma källor.

Digitalt kortslutningsskydd har ett stort antal funktioner, inställningar och möjligheter upp till registrering av nätverkets nödtillstånd och dess avstängningsläge.