Kuinka oikosulkusuojaus toimii ja toimii

Termi "oikosulku" sähkötekniikassa viittaa jännitelähteiden hätäkäyttöön. Tapahtuu, jos energiansiirron teknisiä prosesseja rikotaan, kun toimivan generaattorin tai kemiallisen elementin lähtöliittimet ovat oikosulussa (oikosulku).

Tässä tapauksessa lähteen koko teho syötetään välittömästi oikosulkuun. Sen läpi kulkee valtavia virtoja, jotka voivat polttaa laitteita ja aiheuttaa sähkövammoja lähellä oleville ihmisille. Tällaisten tapausten kehittymisen pysäyttämiseksi käytetään erityisiä suojauksia.

Mitkä ovat oikosulkutyypit

Luonnolliset sähköhäiriöt

Ne ilmestyvät salamapurkausten aikana, joihin liittyy voimakas salama.

Niiden muodostumisen lähteinä ovat eri merkkien ja suuruusluokan korkeat staattisen sähkön potentiaalit, joita pilvet kerääntyvät, kun tuuli siirtää niitä pitkiä matkoja. Luonnollisen jäähtymisen seurauksena pilvien kosteus tiivistyy sen noustessa korkeuteen muodostaen sadetta.

Kostealla ympäristöllä on alhainen sähkövastus, mikä aiheuttaa ilmaneristeen hajoamisen virran kulkua varten salaman muodossa.

Sähköpurkaus liukuu kahden eri potentiaalisen kohteen välillä:

• lähestyvien pilvien päällä;

• ukkospilven ja maan välissä.

Ensimmäinen salamatyyppi on vaarallinen lentokoneille, ja purkaukset maahan voivat tuhota puita, rakennuksia, teollisuustiloja ja ilmajohtoja. Suojaamiseksi sitä vastaan ​​asennetaan salamanvarsi, jotka suorittavat peräkkäin seuraavat toiminnot:

1. salamapotentiaalin vastaanottaminen, houkutteleminen erityiseen pysäyttimeen;

2. vastaanotetun virran kulku putken kautta rakennuksen maadoituspiiriin;

3. suurjännitepurkauksen purkaminen tästä piiristä maapotentiaaliin.

Oikosulkuja tasavirroissa

Galvaaniset jännitelähteet tai tasasuuntaajat luovat eron lähtökoskettimien positiivisiin ja negatiivisiin potentiaaliin, mikä normaaliolosuhteissa varmistaa piirin toiminnan, esimerkiksi hehkulampun hehkun akusta, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.

Tässä tapauksessa tapahtuvat sähköiset prosessit kuvataan matemaattisella lausekkeella Ohmin laki täydelliselle piirille.

Lähteen sähkömotorinen voima jakautuu kuormituksen luomiseksi sisäisiin ja ulkoisiin piireihin voittamalla niiden vastukset «R» ja «r».

Hätätilassa akun napojen «+» ja «-» välillä tapahtuu oikosulku, jolla on erittäin pieni sähkövastus, mikä käytännössä katkaisee virran virran ulkoisessa piirissä ja deaktivoi tämän osan piiristä. Siksi nimellismoodin suhteen voimme olettaa, että R = 0.

Kaikki virta kiertää vain sisäisessä piirissä, jolla on pieni vastus ja joka määritetään kaavalla I = E / r.

Koska sähkömotorisen voiman suuruus ei ole muuttunut, virran arvo kasvaa erittäin jyrkästi. Tällainen oikosulku virtaa oikosulkulangan ja sisemmän silmukan läpi aiheuttaen niissä valtavaa lämmöntuotantoa ja siitä seuraa rakenteellisia vaurioita.

Oikosulkuja AC-piireissä

Kaikki sähköiset prosessit tässä on myös kuvattu Ohmin lain toimella ja ne etenevät samanlaisen periaatteen mukaisesti. Niiden kulkemisen ominaisuudet edellyttävät:

• yksivaiheisten tai kolmivaiheisten verkkojen käyttö erilaisilla kokoonpanoilla;

• maadoitussilmukan läsnäolo.

Oikosulkutyypit vaihtovirtapiireissä

Oikosulkuvirtoja voi esiintyä seuraavien välillä:

• vaihe ja maa;

• kaksi eri vaihetta;

• kaksi eri vaihetta ja maadoitus;

• kolme vaihetta;

• kolme vaihetta ja maa.

Sähkön siirtoon ilmajohtojen kautta voimajärjestelmät voivat käyttää erilaista neutraalikytkentätapaa:

1. eristetty;

2. kuuromaadoitettu.

Kaikissa näissä tapauksissa oikosulkuvirrat muodostavat oman polkunsa ja niillä on eri arvo. Siksi kaikki edellä mainitut vaihtoehdot sähköpiirin kokoamiseksi ja niiden oikosulkuvirtojen mahdollisuus otetaan huomioon luotaessa niille virtasuojakonfiguraatiota.

Oikosulku voi tapahtua myös sähkön kuluttajissa, esimerkiksi sähkömoottorissa. Yksivaiheisissa rakenteissa vaihepotentiaali voi murtautua eristekerroksen läpi koteloon tai nollajohtimeen.Kolmivaiheisissa sähkölaitteissa ylimääräinen vika voi esiintyä kahden tai kolmen vaiheen välillä tai niiden yhdistelmien välillä rungon / maan kanssa.

Kaikissa näissä tapauksissa, kuten tasavirtapiireissä tapahtuvan oikosulun tapauksessa, muodostuneen oikosulun ja koko siihen liitetyn piirin läpi generaattoriin virtaa erittäin suuri oikosulkuvirta, mikä aiheuttaa hätätilan.

Tämän estämiseksi käytetään suojauksia, jotka automaattisesti poistavat jännitteen kohonneille virroille altistuvista laitteista.

Kuinka valita oikosulkusuojauksen toimintarajat

Kaikki sähkölaitteet on suunniteltu kuluttamaan tietyn määrän sähköä jänniteluokassaan. On hyväksyttyä arvioida kuormaa ei teholla, vaan virralla. Sitä on helpompi mitata, hallita ja suojata sitä vastaan.

Kuvassa on kaavioita virroista, joita voi esiintyä laitteen eri toimintatiloissa. Niille valitaan suojalaitteiden asetus- ja asetusparametrit.

Ruskea kaavio näyttää nimellistilan siniaallon, joka on valittu ensimmäiseksi sähköpiirin suunnittelussa ottaen huomioon johdotuksen teho ja virtasuojalaitteiden valinta.

Teollisuustaajuus siniaalto 50 hertsiä tässä tilassa se on aina vakaa, ja yhden täydellisen värähtelyn jakso tapahtuu 0,02 sekunnissa.

Toimintatilan siniaalto näkyy kuvassa sinisenä. Se on yleensä pienempi kuin nimellinen harmoninen. Ihmiset käyttävät harvoin kaikkia heille osoitetun kapasiteetin varantoja.Esimerkiksi, jos huoneessa roikkuu viisivartinen kattokruunu, niin yksi lamppuryhmä on usein mukana valaistukseen: kaksi tai kolme, ei kaikki viisi.

Jotta sähkölaitteet toimisivat luotettavasti nimelliskuormalla, ne luovat pienen virtareservin suojausten asettamiseen. Virran määrää, jolla ne sopeutuvat laukaisuun, kutsutaan asetuspisteeksi. Kun kytkimet saavutetaan, ne poistavat jännitteen laitteesta.

Sinimuotoisten amplitudien alueella nimellistilan ja asetusarvon välillä piiri toimii lievässä ylikuormitustilassa.

Vikavirran mahdollinen aikaominaisuus on esitetty kaaviossa mustalla. Sen amplitudi ylittää suojausasetuksen, ja värähtelytaajuus on muuttunut dramaattisesti. Se on yleensä ajoittain luonteeltaan. Jokaisen puoliaallon suuruus ja taajuus muuttuvat.

Ylivirtasuojausalgoritmi

Jokainen oikosulkusuojaus sisältää kolme päätoimintavaihetta:

1. valvotun virtasiniaallon tilan jatkuva seuranta ja toimintahäiriön hetken määrittäminen;

2. tilanteen analysointi ja käskyn antaminen toimeenpanevalle elimelle loogisesta osasta;

3. jännitteen vapauttaminen laitteista kytkinlaitteiden avulla.

Monissa laitteissa käytetään toista elementtiä - vasteaikaviiveen käyttöönottoa. Sitä käytetään tarjoamaan selektiivisyysperiaate monimutkaisissa haarautuneissa piireissä.

Koska siniaalto saavuttaa amplitudinsa 0,005 sekunnissa, tämä ajanjakso on ainakin välttämätön sen mittaamiseksi suojauksilla. Myöskään kahta seuraavaa työvaihetta ei suoriteta heti.

Näistä syistä nopeimpien virtasuojausten kokonaistoiminta-aika on hieman pienempi kuin yhden harmonisen värähtelyn 0,02 sekunnin jakso.

Oikosulkusuojauksen suunnitteluominaisuudet

Kunkin johtimen läpi kulkeva sähkövirta aiheuttaa:

• johtimen lämpölämmitys;

• magneettikentän suuntaaminen.

Nämä kaksi toimenpidettä ovat suojalaitteiden suunnittelun perusta.

Nykyinen suojaus

Tiedemiesten Joulen ja Lenzin kuvaamaa virran lämpövaikutusta käytetään sulakkeiden suojaamiseen.

Vartija

Se perustuu sulakkeen asentamiseen virtatielle, joka kestää optimaalisesti nimelliskuorman, mutta palaa ylittäessä ja katkaisee piirin.

Mitä suurempi hätävirran arvo on, sitä nopeammin katkos syntyy - poistaen jännitteen. Jos virta ylittyy hieman, se voi sammua pitkän ajan kuluttua.

Sulakkeet toimivat menestyksekkäästi elektronisissa laitteissa, autojen sähkölaitteissa, kodinkoneissa, teollisuuslaitteissa 1000 volttiin asti. Joitakin niiden malleista käytetään suurjännitelaitteiden piireissä.

Suojaus perustuu virran sähkömagneettisen vaikutuksen periaatteeseen

Magneettikentän indusoimisen periaate virtaa kuljettavan johdon ympärille mahdollisti valtavan luokan sähkömagneettisia releitä ja kytkimiä laukaisukelan avulla.

Sen käämi sijaitsee ytimessä - magneettipiirissä, jossa magneettivuot lisätään jokaisesta kierroksesta. Liikkuva kosketin on mekaanisesti yhdistetty ankkuriin, joka on sydämen heiluva osa. Jousen voima painaa sitä kiinteää kosketusta vasten.

Spiraalikäämin kierrosten läpi kulkeva nimellisvirta luo magneettivuon, joka ei voi voittaa jousen voimaa. Siksi koskettimet ovat pysyvästi kiinni.

Hätävirroissa ankkuri vetää magneettipiirin kiinteään osaan ja katkaisee koskettimien muodostaman piirin.

Kuvassa on yksi katkaisijoiden tyypeistä, jotka toimivat sähkömagneettisen jännitteen poistamisen perusteella suojatusta piiristä.

Se käyttää:

• hätätilojen automaattinen sammutus;

• sähkökaari sammutusjärjestelmä;

• manuaalinen tai automaattinen käynnistys.

Digitaalinen oikosulkusuojaus

Kaikki yllä mainitut suojaukset toimivat analogisten arvojen kanssa. Näiden lisäksi viime aikoina teollisuudessa ja erityisesti energia-alalla digitaalisia teknologioita otetaan aktiivisesti käyttöön työn pohjalta mikroprosessorilaitteet ja staattiset releet. Kotitalouksien tarpeisiin valmistetaan samoja laitteita yksinkertaistetuilla toiminnoilla.

Suojatun piirin läpi kulkevan virran suuruuden ja suunnan mittaus suoritetaan sisäänrakennetulla alennusvirtamuuntajalla suurella tarkkuudella. Sen mittaama signaali digitoidaan superpositiolla korkeataajuisia suorakaiteen muotoisia pulsseja amplitudimodulaation periaatteen mukaisesti.

Sitten se siirtyy mikroprosessorin suojauksen loogiseen osaan, joka toimii tietyn, esikonfiguroidun algoritmin mukaan. Hätätilanteissa laitelogiikka antaa sammutustoimilaitteelle komennon poistaa jännite verkosta.

Suojaustoimintoa varten käytetään virtalähdettä, joka ottaa jännitteen verkosta tai autonomisista lähteistä.

Digitaalisessa oikosulkusuojauksessa on suuri määrä toimintoja, asetuksia ja ominaisuuksia verkon hätätilan ja sen sammutustilan rekisteröintiin asti.