Kā darbojas un darbojas aizsardzība pret īssavienojumu

Termins "īssavienojums" elektrotehnikā attiecas uz sprieguma avotu avārijas darbību. Rodas enerģijas pārvades tehnoloģisko procesu pārkāpumu gadījumā, kad notiek darba ģeneratora vai ķīmiskā elementa izejas spailes īssavienojums (īssavienojums).

Šajā gadījumā īssavienojumam nekavējoties tiek pielietota visa avota jauda. Caur to plūst milzīgas straumes, kas var sadedzināt aprīkojumu un radīt elektriskās traumas tuvumā esošajiem cilvēkiem. Lai apturētu šādu incidentu attīstību, tiek izmantoti īpaši aizsardzības līdzekļi.

Kādi ir īssavienojumu veidi

Dabiskas elektriskās anomālijas

Tie parādās zibens izlādes laikā, ko pavada spēcīgs zibens.

To veidošanās avoti ir dažādu zīmju un lielumu augsts statiskās elektrības potenciāls, ko uzkrāj mākoņi, vējam tos virzot lielos attālumos. Dabiskās atdzišanas rezultātā, paceļoties augstumā, mākoņos kondensējas mitrums, veidojot lietus.

Mitrā vidē ir zema elektriskā pretestība, kas rada gaisa izolācijas pārrāvumu strāvas pārejai zibens veidā.

Elektriskā izlāde slīd starp diviem dažāda potenciāla objektiem:

• uz tuvojošiem mākoņiem;

• starp negaisa mākoni un zemi.

Pirmā veida zibens ir bīstams lidmašīnām, un izplūde zemē var iznīcināt kokus, ēkas, rūpniecības objektus, gaisvadu elektropārvades līnijas. Lai aizsargātu pret to, tiek uzstādīti zibensnovedēji, kas secīgi veic šādas funkcijas:

1. uztveršana, zibens potenciāla piesaistīšana speciālam uztvērējam;

2. saņemtās strāvas novadīšana pa vadu uz ēkas zemējuma ķēdi;

3. augstsprieguma izlādes izlāde no šīs ķēdes uz zemes potenciālu.

Īssavienojumi līdzstrāvās

Galvaniskie sprieguma avoti jeb taisngrieži rada izejas kontaktu pozitīvā un negatīvā potenciāla atšķirību, kas normālos apstākļos nodrošina ķēdes darbību, piemēram, spuldzītes mirdzumu no akumulatora, kā parādīts attēlā zemāk.

Šajā gadījumā notiekošos elektriskos procesus apraksta ar matemātisku izteiksmi Oma likums pilnīgai ķēdei.

Avota elektromotora spēks tiek sadalīts, lai radītu slodzi iekšējās un ārējās ķēdēs, pārvarot to pretestības «R» un «r».

Avārijas režīmā starp akumulatora spailēm «+» un «-» notiek īssavienojums ar ļoti zemu elektrisko pretestību, kas praktiski izslēdz strāvas plūsmu ārējā ķēdē, deaktivizējot šo ķēdes daļu. Tāpēc attiecībā uz nominālo režīmu mēs varam pieņemt, ka R = 0.

Visa strāva cirkulē tikai iekšējā ķēdē, kurai ir neliela pretestība un ko nosaka pēc formulas I = E / r.

Tā kā elektromotora spēka lielums nav mainījies, strāvas vērtība ļoti strauji palielinās. Šāds īssavienojums izplūst caur īssavienojuma vadu un iekšējo cilpu, izraisot tajos milzīgu siltuma veidošanos un sekojošus konstrukcijas bojājumus.

Īssavienojumi maiņstrāvas ķēdēs

Visi elektriskie procesi šeit ir aprakstīti arī ar Ohma likuma darbību un notiek pēc līdzīga principa. To caurbraukšanas īpatnībām ir nepieciešams:

• vienfāzes vai trīsfāžu tīklu izmantošana ar dažādām konfigurācijām;

• zemējuma cilpas klātbūtne.

Īssavienojumu veidi maiņstrāvas ķēdēs

Īssavienojuma strāvas var rasties starp:

• fāze un zemējums;

• divas dažādas fāzes;

• divas dažādas fāzes un zemējums;

• trīs fāzes;

• trīs fāzes un zeme.

Elektroenerģijas pārvadei pa gaisvadu elektrolīnijām energosistēmās var izmantot citu neitrālu pieslēguma shēmu:

1. izolēts;

2. nedzirdīgi iezemēts.

Katrā no šiem gadījumiem īssavienojuma strāvas veidos savu ceļu un tām būs atšķirīga vērtība. Tāpēc, veidojot tiem strāvas aizsardzības konfigurāciju, tiek ņemtas vērā visas iepriekš minētās elektriskās ķēdes montāžas iespējas un īssavienojuma strāvas iespēja tajās.

Īssavienojums var rasties arī elektroenerģijas patērētājos, piemēram, elektromotorā. Vienfāzes konstrukcijās fāzes potenciāls var izlauzties caur izolācijas slāni uz korpusu vai nulles vadītāju.Trīsfāzu elektroiekārtās papildu kļūme var rasties starp divām vai trim fāzēm vai starp to kombinācijām ar rāmi / zemējumu.

Visos šajos gadījumos, tāpat kā īssavienojuma gadījumā līdzstrāvas ķēdēs, ļoti liela īssavienojuma strāva plūst caur izveidoto īssavienojumu un visu ar to savienoto ķēdi ar ģeneratoru, izraisot avārijas režīmu.

Lai to novērstu, tiek izmantoti aizsardzības līdzekļi, kas automātiski noņem spriegumu no iekārtām, kas pakļautas pastiprinātai strāvai.

Kā izvēlēties īssavienojuma aizsardzības darbības robežas

Visas elektroierīces ir paredzētas, lai patērētu noteiktu elektroenerģijas daudzumu savā sprieguma klasē. Slodzi pieņemts vērtēt nevis pēc jaudas, bet pēc strāvas. Pret to ir vieglāk izmērīt, kontrolēt un izveidot aizsardzību.

Attēlā parādīti strāvu grafiki, kas var rasties dažādos iekārtas darbības režīmos. Viņiem tiek izvēlēti aizsargierīču iestatīšanas un iestatīšanas parametri.

Grafikā brūnā krāsā parādīts nominālā režīma sinusoidāls vilnis, kas elektriskās ķēdes projektēšanā ir izvēlēts kā sākotnējais, ņemot vērā elektroinstalācijas jaudu un strāvas aizsardzības ierīču izvēli.

Rūpnieciskās frekvences sinusoidālais vilnis 50 herci šajā režīmā tas vienmēr ir stabils, un vienas pilnīgas svārstības periods notiek 0,02 sekundēs.

Darba režīma sinusoidālais vilnis attēlā ir parādīts zilā krāsā. Parasti tas ir mazāks par nominālo harmoniku. Cilvēki reti pilnībā izmanto visas sev piešķirtās jaudas rezerves.Piemēram, ja istabā karājas piecu roku lustra, tad apgaismojumam bieži tiek pievienota viena spuldžu grupa: divas vai trīs, nevis visas piecas.

Lai elektroierīces droši strādātu pie nominālās slodzes, tās veido nelielu strāvas rezervi aizsargierīču iestatīšanai. Strāvas daudzumu, pie kura tie pielāgojas atslēgšanai, sauc par uzdoto vērtību. Sasniedzot, slēdži noņem iekārtas spriegumu.

Sinusoidālo amplitūdu diapazonā starp nominālo režīmu un iestatīto punktu ķēde darbojas nelielas pārslodzes režīmā.

Iespējamais bojājuma strāvas laika raksturlielums ir parādīts grafikā melnā krāsā. Tā amplitūda pārsniedz aizsardzības iestatījumu, un svārstību frekvence ir krasi mainījusies. Parasti tam ir periodisks raksturs. Katra pusviļņa lielums un frekvence mainās.

Pārstrāvas aizsardzības algoritms

Katra aizsardzība pret īssavienojumu ietver trīs galvenos darbības posmus:

1. pastāvīga uzraugāmās strāvas sinusoīda stāvokļa uzraudzība un darbības traucējumu brīža noteikšana;

2. situācijas analīze un pavēles izdošana izpildinstitūcijai no loģiskās daļas;

3. sprieguma atbrīvošana no iekārtas, izmantojot komutācijas ierīces.

Daudzās ierīcēs tiek izmantots cits elements - reakcijas laika aizkaves ieviešana. To izmanto, lai nodrošinātu selektivitātes principu sarežģītās, sazarotās shēmās.

Tā kā sinusoidālais vilnis savu amplitūdu sasniedz 0,005 sek. laikā, šis periods ir vismaz nepieciešams, lai to mērītu ar aizsargiem. Arī nākamie divi darba posmi netiek veikti uzreiz.

Šo iemeslu dēļ ātrāko strāvas aizsardzības kopējais darbības laiks ir nedaudz mazāks par vienas harmoniskās svārstības periodu 0,02 sek.

Īssavienojuma aizsardzības konstrukcijas iezīmes

Elektriskā strāva, kas plūst caur katru vadu, izraisa:

• vadītāja termiskā apkure;

• magnētiskā lauka virzīšana.

Šīs divas darbības tiek ņemtas par pamatu aizsargierīču projektēšanai.

Strāvas aizsardzība

Drošinātāju aizsardzībai tiek izmantots strāvas termiskais efekts, ko aprakstījuši zinātnieki Džouls un Lencs.

Apsargs

Tas ir balstīts uz drošinātāja uzstādīšanu strāvas ceļā, kas optimāli iztur nominālo slodzi, bet pārsniegšanas gadījumā izdeg, pārtraucot ķēdi.

Jo lielāka ir avārijas strāvas vērtība, jo ātrāk tiek izveidots ķēdes pārtraukums - noņemot spriegumu. Ja strāva ir nedaudz pārsniegta, tā var izslēgties pēc ilga laika.

Drošinātāji veiksmīgi darbojas elektroniskajās ierīcēs, automašīnu elektroiekārtās, sadzīves tehnikā, rūpnieciskajās ierīcēs līdz 1000 voltiem. Daži to modeļi tiek izmantoti augstsprieguma iekārtu ķēdēs.

Aizsardzība balstās uz strāvas elektromagnētiskās ietekmes principu

Magnētiskā lauka inducēšanas princips ap strāvu nesošo vadu ļāva izveidot milzīgu elektromagnētisko releju un slēdžu klasi, izmantojot izslēgšanas spoli.

Tās spole atrodas uz serdes — magnētiskās ķēdes, kurā no katra pagrieziena tiek pievienotas magnētiskās plūsmas. Kustīgais kontakts ir mehāniski savienots ar armatūru, kas ir serdeņa šūpojošā daļa. Tas tiek nospiests pret stacionāro kontaktu ar atsperes spēku.

Nominālā strāva, kas plūst cauri spirāles spoles pagriezieniem, rada magnētisko plūsmu, kas nevar pārvarēt atsperes spēku. Tāpēc kontakti ir pastāvīgi aizvērti.

Avārijas strāvu gadījumā armatūra tiek piesaistīta magnētiskās ķēdes stacionārajai daļai un pārtrauc kontaktu radīto ķēdi.

Fotoattēlā ir parādīts viens no automātisko slēdžu veidiem, kas darbojas, pamatojoties uz elektromagnētiskā sprieguma noņemšanu no aizsargātās ķēdes.

Tas izmanto:

• automātiska avārijas režīmu izslēgšana;

• elektriskā loka dzēšanas sistēma;

• manuāla vai automātiska palaišana.

Digitālā īssavienojuma aizsardzība

Visas iepriekš aprakstītās aizsardzības darbojas ar analogajām vērtībām. Papildus tiem pēdējā laikā rūpniecībā un īpaši enerģētikā, pamatojoties uz darbu, tiek aktīvi ieviestas digitālās tehnoloģijas mikroprocesoru ierīces un statiskie releji. Mājsaimniecības vajadzībām tiek ražotas tās pašas ierīces ar vienkāršotām funkcijām.

Caur aizsargāto ķēdi plūstošās strāvas lieluma un virziena mērīšanu veic ar iebūvētu pazeminošu strāvas transformatoru ar augstu precizitātes pakāpi. Ar to izmērītais signāls tiek digitalizēts ar superpozīcijas palīdzību augstas frekvences taisnstūra impulsi pēc amplitūdas modulācijas principa.

Pēc tam pāriet uz mikroprocesora aizsardzības loģisko daļu, kas darbojas pēc noteikta, iepriekš konfigurēta algoritma. Ārkārtas situācijās ierīces loģika izdod komandu izslēgšanas izpildmehānismam, lai noņemtu spriegumu no tīkla.

Aizsardzības darbībai tiek izmantots barošanas bloks, kas ņem spriegumu no tīkla vai autonomiem avotiem.

Digitālajai īssavienojuma aizsardzībai ir liels skaits funkciju, iestatījumu un iespēju līdz pat tīkla avārijas stāvokļa un tā izslēgšanas režīma reģistrēšanai.