Kaip veikia ir veikia trumpojo jungimo apsauga

Terminas „trumpasis jungimas“ elektrotechnikoje reiškia avarinį įtampos šaltinių veikimą. Atsiranda esant energijos perdavimo technologinių procesų pažeidimams, kai veikiančio generatoriaus ar cheminio elemento išėjimo gnybtai trumpai jungiami (trumpasis jungimas).

Tokiu atveju visa šaltinio galia nedelsiant taikoma trumpajam jungimui. Per jį teka didžiulės srovės, kurios gali sudeginti įrangą ir sukelti elektros sužeidimus netoliese esantiems žmonėms. Siekiant sustabdyti tokių incidentų vystymąsi, naudojamos specialios apsaugos.

Kokie yra trumpųjų jungimų tipai

Natūralios elektros anomalijos

Jie atsiranda kartu su žaibo iškrovomis galingas žaibas.

Jų susidarymo šaltiniai – dideli skirtingų ženklų ir dydžių statinės elektros potencialai, kuriuos kaupia debesys, vėjui juos pernešant dideliais atstumais. Dėl natūralaus atšalimo, jam kylant į aukštį, debesyse kondensuojasi drėgmė, susidaro lietus.

Drėgna aplinka turi mažą elektrinę varžą, kuri sukuria oro izoliacijos suskaidymą srovei praeiti žaibo pavidalu.

Elektros iškrova slysta tarp dviejų skirtingų potencialų objektų:

• ant artėjančių debesų;

• tarp griaustinio debesies ir žemės.

Pirmojo tipo žaibas pavojingas orlaiviams, o išmetimas į žemę gali sunaikinti medžius, pastatus, pramonės objektus, oro linijas. Siekiant apsisaugoti nuo jo, įrengiami žaibolaidžiai, kurie paeiliui atlieka šias funkcijas:

1. žaibo potencialo priėmimas, pritraukimas į specialų iškroviklį;

2. gaunamos srovės perėjimas per vamzdį į pastato įžeminimo grandinę;

3. aukštos įtampos išlydžio iš šios grandinės iškrovimas į įžeminimo potencialą.

Trumpieji jungimai nuolatinėse srovėse

Galvaniniai įtampos šaltiniai arba lygintuvai sukuria teigiamo ir neigiamo išėjimo kontaktų potencialų skirtumą, kuris normaliomis sąlygomis užtikrina grandinės veikimą, pavyzdžiui, lemputės švytėjimą iš akumuliatoriaus, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.

Šiuo atveju vykstantys elektriniai procesai aprašomi matematine išraiška Omo dėsnis visai grandinei.

Šaltinio elektrovaros jėga paskirstoma taip, kad būtų sukurta apkrova vidinėse ir išorinėse grandinėse, įveikiant jų varžas «R» ir «r».

Avariniu režimu tarp akumuliatoriaus gnybtų «+» ir «-» įvyksta trumpasis jungimas su labai maža elektrine varža, kuris praktiškai išjungia srovės tekėjimą išorinėje grandinėje, išjungiant šią grandinės dalį. Todėl, atsižvelgiant į vardinį režimą, galime daryti prielaidą, kad R = 0.

Visa srovė cirkuliuoja tik vidinėje grandinėje, kuri turi mažą varžą ir nustatoma pagal formulę I = E / r.

Kadangi elektrovaros jėgos dydis nepasikeitė, srovės vertė labai smarkiai didėja. Toks trumpasis jungimas teka per trumpojo laidą ir vidinę kilpą, sukeldamas jose didžiulę šilumos gamybą ir vėlesnius konstrukcinius pažeidimus.

Trumpieji jungimai kintamosios srovės grandinėse

Visi elektriniai procesai čia taip pat aprašyti Omo dėsnio veikimu ir vyksta panašiu principu. Jų praėjimo ypatybės reikalauja:

• skirtingų konfigūracijų vienfazių arba trifazių tinklų naudojimas;

• įžeminimo kilpos buvimas.

Trumpųjų jungimų tipai kintamosios srovės grandinėse

Trumpojo jungimo srovės gali atsirasti tarp:

• fazė ir įžeminimas;

• dvi skirtingos fazės;

• dvi skirtingos fazės ir įžeminimas;

• trys fazės;

• trys fazės ir žemė.

Elektros energijos perdavimui oro linijomis elektros energijos tiekimo sistemos gali naudoti kitokią nulinio prijungimo schemą:

1. izoliuotas;

2. kurčias įžemintas.

Kiekvienu iš šių atvejų trumpojo jungimo srovės sudarys savo kelią ir turės skirtingą reikšmę. Todėl kuriant srovės apsaugos konfigūraciją atsižvelgiama į visas aukščiau pateiktas elektros grandinės surinkimo galimybes ir trumpojo jungimo srovių galimybę jose.

Trumpasis jungimas taip pat gali įvykti elektros vartotojams, pavyzdžiui, elektros variklyje. Vienfazėse konstrukcijose fazinis potencialas gali prasiskverbti pro izoliacijos sluoksnį į korpusą arba nulinį laidininką.Trifazėje elektros įrangoje papildomas gedimas gali atsirasti tarp dviejų ar trijų fazių arba tarp jų derinių su rėmu / įžeminimu.

Visais šiais atvejais, kaip ir esant trumpajam jungimui nuolatinės srovės grandinėse, per susidariusį trumpąjį jungimą ir visą prie jo prijungtą grandinę su generatoriumi tekės labai didelio masto trumpojo jungimo srovė, sukeldama avarinį režimą.

Siekiant to išvengti, naudojamos apsaugos, kurios automatiškai pašalina įtampą iš įrangos, kuriai veikia padidėjusi srovė.

Kaip pasirinkti trumpojo jungimo apsaugos veikimo ribas

Visi elektros prietaisai yra skirti suvartoti tam tikrą savo įtampos klasės elektros kiekį. Apkrovą priimta vertinti ne pagal galią, o pagal srovę. Lengviau išmatuoti, kontroliuoti ir sukurti apsaugą nuo jos.

Paveikslėlyje pavaizduoti srovių, galinčių atsirasti skirtingais įrangos veikimo režimais, grafikai. Jiems parenkami apsauginių įtaisų nustatymo ir nustatymo parametrai.

Rudos spalvos grafikas rodo vardinio režimo sinusinę bangą, kuri projektuojant elektros grandinę pasirenkama kaip pradinė, atsižvelgiant į laidų galią ir srovės apsaugos įtaisų pasirinkimą.

Pramoninio dažnio sinusinė banga 50 hercų šiame režime jis visada yra stabilus, o vieno pilno svyravimo periodas įvyksta per 0,02 sekundės.

Darbo režimo sinusinė banga paveikslėlyje parodyta mėlyna spalva. Paprastai ji yra mažesnė už vardinę harmoniką. Žmonės retai kada pilnai išnaudoja visus jiems paskirtų pajėgumų rezervus.Pavyzdžiui, jei patalpoje kabo penkių pečių sietynas, tai dažnai apšvietimui įtraukiama viena lempučių grupė: dvi ar trys, o ne visos penkios.

Kad elektros prietaisai patikimai veiktų esant vardinei apkrovai, jie sukuria nedidelį srovės rezervą apsaugai nustatyti. Srovės dydis, kuriuo jie prisitaiko prie išjungimo, vadinamas kontroline verte. Pasiekę jungikliai pašalina įtampą iš įrangos.

Sinusoidinių amplitudių diapazone tarp vardinio režimo ir nustatyto taško grandinė veikia nedidelės perkrovos režimu.

Galima gedimo srovės laiko charakteristika diagramoje parodyta juoda spalva. Jo amplitudė viršija apsaugos nuostatą, o virpesių dažnis smarkiai pasikeitė. Paprastai tai yra periodinio pobūdžio. Kiekvienos pusės bangos dydis ir dažnis keičiasi.

Apsaugos nuo viršsrovių algoritmas

Kiekvieną apsaugą nuo trumpojo jungimo sudaro trys pagrindiniai veikimo etapai:

1. nuolatinis stebimos srovės sinusoidės būklės stebėjimas ir gedimo momento nustatymas;

2. situacijos analizė ir komandos davimas vykdomajai institucijai iš loginės dalies;

3. įtampos išleidimas iš įrangos perjungimo įtaisais.

Daugelyje įrenginių naudojamas kitas elementas - atsako laiko delsos įvedimas. Jis naudojamas selektyvumo principui užtikrinti sudėtingose ​​šakotose grandinėse.

Kadangi sinusinė banga pasiekia savo amplitudę per 0,005 sek., šis laikotarpis yra bent jau būtinas, kad būtų galima ją išmatuoti apsaugos priemonėmis. Kiti du darbo etapai taip pat neatliekami iš karto.

Dėl šių priežasčių bendras greičiausių srovės apsaugos priemonių veikimo laikas yra šiek tiek mažesnis nei vieno harmoninio svyravimo periodas 0,02 sek.

Apsaugos nuo trumpojo jungimo konstrukcijos ypatumai

Elektros srovė, tekanti per kiekvieną laidą, sukelia:

• terminis laidininko šildymas;

• nukreipiantis magnetinį lauką.

Šie du veiksmai yra apsauginių įtaisų projektavimo pagrindas.

Srovės apsauga

Saugiklių apsaugai naudojamas šiluminis srovės efektas, aprašytas mokslininkų Joule ir Lenz.

Apsauginis

Jis pagrįstas saugiklio įrengimu srovės kelyje, kuris optimaliai atlaiko vardinę apkrovą, bet viršijus perdega, nutraukdamas grandinę.

Kuo didesnė avarinės srovės vertė, tuo greičiau sukuriama grandinės pertrauka - pašalinama įtampa. Jei srovė šiek tiek viršyta, ji gali išsijungti po ilgo laiko.

Saugikliai sėkmingai veikia elektroniniuose įrenginiuose, automobilių elektrinėje įrangoje, buitinėje technikoje, pramoniniuose įrenginiuose iki 1000 voltų. Kai kurie jų modeliai naudojami aukštos įtampos įrangos grandinėse.

Apsauga, pagrįsta srovės elektromagnetinio poveikio principu

Magnetinio lauko indukavimo aplink srovę nešantį laidą principas leido sukurti didžiulę elektromagnetinių relių ir jungiklių klasę naudojant išjungimo ritę.

Jo ritė yra ant šerdies - magnetinės grandinės, kurioje magnetiniai srautai pridedami iš kiekvieno apsisukimo. Judantis kontaktas yra mechaniškai sujungtas su armatūra, kuri yra siūbuojanti šerdies dalis. Jis prispaudžiamas prie nejudančio kontakto spyruoklės jėga.

Vardinė srovė, tekanti per spiralinės ritės posūkius, sukuria magnetinį srautą, kuris negali įveikti spyruoklės jėgos. Todėl kontaktai yra visam laikui uždaryti.

Esant avarinėms srovėms, armatūra pritraukiama prie stacionarios magnetinės grandinės dalies ir nutraukia kontaktų sukurtą grandinę.

Vienas iš grandinės pertraukiklių tipų, veikiančių elektromagnetinės įtampos pašalinimo iš apsaugotos grandinės pagrindu, parodytas nuotraukoje.

Jame naudojami:

• automatinis avarinių režimų išjungimas;

• elektros lanko gesinimo sistema;

• rankinis arba automatinis paleidimas.

Skaitmeninė trumpojo jungimo apsauga

Visos aukščiau aptartos apsaugos veikia su analoginėmis reikšmėmis. Be šių, pastaruoju metu pramonėje ir ypač energetikos sektoriuje, remiantis darbu, aktyviai diegiamos skaitmeninės technologijos mikroprocesoriniai įrenginiai ir statinės relės. Buitiniams poreikiams gaminami tie patys įrenginiai su supaprastintomis funkcijomis.

Srovės, einančios per apsaugotą grandinę, dydžio ir krypties matavimas atliekamas naudojant įmontuotą nuleidžiamą srovės transformatorių su dideliu tikslumu. Juo išmatuotas signalas suskaitmeninamas superpozicijos būdu aukšto dažnio stačiakampiai impulsai pagal amplitudės moduliacijos principą.

Tada pereinama prie loginės mikroprocesoriaus apsaugos dalies, kuri veikia pagal tam tikrą, iš anksto sukonfigūruotą algoritmą. Avarinių situacijų atveju įrenginio logika duoda komandą išjungimo pavarai pašalinti įtampą iš tinklo.

Apsauginei operacijai naudojamas maitinimo blokas, kuris ima įtampą iš tinklo arba autonominių šaltinių.

Skaitmeninė apsauga nuo trumpojo jungimo turi daugybę funkcijų, nustatymų ir galimybių iki tinklo avarinės būsenos ir jo išjungimo režimo registravimo.