Как работи и работи защитата от късо съединение

Терминът «късо съединение» в електротехниката се отнася до аварийната работа на източници на напрежение. Възниква в случай на нарушения на технологичните процеси на предаване на енергия, когато изходните клеми са късо съединени (късо съединение) на работещ генератор или химичен елемент.

В този случай цялата мощност на източника се прилага незабавно към късо съединение. През него протичат огромни течения, които могат да изгорят оборудването и да причинят електрически наранявания на близките хора. За да се спре развитието на подобни инциденти, се използват специални защити.

Какви са видовете къси съединения

Естествени електрически аномалии

Те се появяват по време на гръмотевични разряди, придружени от мощна мълния.

Източниците на тяхното образуване са високи потенциали на статично електричество с различни знаци и величини, натрупани от облаци, когато се движат от вятъра на големи разстояния. В резултат на естествено охлаждане, когато се издига на височина, влагата в облаците се кондензира, образувайки дъжд.

Влажната среда има ниско електрическо съпротивление, което създава разрушаване на въздушната изолация за преминаване на ток под формата на мълния.

Електрически разряд се плъзга между два обекта с различни потенциали:

• върху приближаващите облаци;

• между гръмотевичен облак и земята.

Първият вид мълния е опасен за въздухоплавателни средства и изпускането на земята може да унищожи дървета, сгради, промишлени съоръжения, въздушни електропроводи. За да се предпазят от него, се монтират гръмоотводи, които последователно изпълняват следните функции:

1. приемане, привличане на потенциала на мълния към специален уловник;

2. преминаване на получения ток през токопровод към заземяващия контур на сградата;

3. разреждането на разряда на високо напрежение от тази верига към потенциала на земята.

Къси съединения в постоянни токове

Източници на галванично напрежение или токоизправители създават разлика в положителните и отрицателните потенциали на изходните контакти, които при нормални условия осигуряват работата на веригата, например сиянието на крушка от батерия, както е показано на фигурата по -долу.

Електрическите процеси, протичащи в този случай, са описани с математически израз Законът на Ом за пълна верига.

Електромоторната сила на източника се разпределя, за да създаде натоварване във вътрешните и външните вериги чрез преодоляване на техните съпротивления «R» и «r».

В авариен режим между клемите на батерията «+» и «-» се появява късо съединение с много ниско електрическо съпротивление, което на практика изключва потока на тока във външната верига, дезактивирайки тази част от веригата. Следователно, по отношение на номиналния режим, можем да приемем, че R = 0.

Целият ток циркулира само във вътрешната верига, която има малко съпротивление и се определя по формулата I = E / r.

Тъй като величината на електромоторната сила не се е променила, стойността на тока се увеличава много рязко. Такова късо съединение протича през проводника с късо съединение и вътрешния контур, причинявайки огромно генериране на топлина в тях и последваща структурна повреда.

Къси съединения в променливотокови вериги

Всички електрически процеси тук също са описани от действието на закона на Ом и протичат по подобен принцип. Характеристиките на тяхното преминаване налагат:

• използването на еднофазни или трифазни мрежи с различни конфигурации;

• наличието на заземен контур.

Видове къси съединения във вериги с променливо напрежение

Токове на късо съединение могат да възникнат между:

• фаза и земя;

• две различни фази;

• две различни фази и заземяване;

• три фази;

• три фази и земя.

За пренос на електроенергия през въздушни електропроводи системите за захранване могат да използват различна схема за неутрално свързване:

1. изолиран;

2. глухо заземен.

Във всеки от тези случаи токовете на късо съединение ще образуват свой собствен път и ще имат различна стойност. Следователно всички горепосочени опции за сглобяване на електрическа верига и възможността за токове на късо съединение в тях се вземат предвид при създаването на конфигурация на токова защита за тях.

Късо съединение може да възникне и в потребителите на електроенергия, например електрически мотор. В еднофазни структури фазовият потенциал може да пробие изолационния слой към корпуса или неутралния проводник. При трифазно електрическо оборудване може да възникне допълнителна повреда между две или три фази или между техните комбинации с рамката / земята.

Във всички тези случаи, както в случая на късо съединение в DC вериги, токът на късо съединение с много голяма величина ще протече през образуваното късо съединение и цялата верига, свързана с него до генератора, причинявайки авариен режим.

За да се предотврати това, се използват защити, които автоматично премахват напрежението от оборудването, изложено на повишени токове.

Как да изберем границите на работа на защита от късо съединение

Всички електрически уреди са проектирани да консумират определено количество електроенергия в своя клас напрежение. Прието е да се оценява натоварването не по мощност, а по ток. По -лесно е да се измерва, контролира и създава защита срещу него.

Картината показва графики на токове, които могат да възникнат при различни режими на работа на оборудването. За тях се избират параметрите за настройка и настройка на защитни устройства.

Графиката в кафяв цвят показва синусоидата на номиналния режим, който е избран като начален при проектирането на електрическата верига, като се вземе предвид мощността на окабеляването и изборът на токови защитни устройства.

Индустриална честота на синусоида 50 херца в този режим той винаги е стабилен, а периодът на едно пълно трептене настъпва за време от 0,02 секунди.

Синусоидата на режима на работа е показана в синьо на снимката. Обикновено е по -малко от номиналната хармоника. Хората рядко използват напълно всички резерви от определения им капацитет. Като пример, ако полилей с пет рамена виси в стая, тогава за осветление често се включва една група крушки: две или три, а не всичките пет.

За да могат електрическите уреди да работят надеждно при номинално натоварване, те създават малък токов запас за настройка на защитите. Количеството ток, към който те се настройват за изключване, се нарича зададена стойност. Когато се достигне, превключвателите премахват напрежението от оборудването.

В диапазона на синусоидалните амплитуди между номиналния режим и зададената точка електрическата верига работи в режим на леко претоварване.

Възможната времева характеристика на тока на повреда е показана на графиката в черно. Амплитудата му надвишава настройката за защита, а честотата на трептене се е променила драстично. Обикновено има апериодичен характер. Всяка полувълна се променя по величина и честота.

Алгоритъм за защита от свръхток

Всяка защита срещу късо съединение включва три основни етапа на работа:

1. постоянно наблюдение на състоянието на следената токова синусоида и определяне на момента на неизправността;

2. анализ на ситуацията и издаване на команда към изпълнителния орган от логическата част;

3. освобождаване на напрежението от оборудването чрез превключващи устройства.

В много устройства се използва друг елемент — въвеждането на забавяне на времето за реакция. Използва се за осигуряване на принципа на селективност в сложни, разклонени схеми.

Тъй като синусоидата достига амплитудата си за време от 0,005 сек, то този период е поне необходим за нейното измерване чрез защитите. Следващите два етапа на работа също не се извършват незабавно.

Поради тези причини общото време на работа на най -бързите токови защити е малко по -малко от периода на едно хармонично трептене от 0,02 сек.

Конструктивни характеристики на защита от късо съединение

Електрическият ток, преминаващ през всеки проводник, причинява:

• термично нагряване на проводника;

• насочване на магнитно поле.

Тези две действия се вземат като основа за проектирането на защитни устройства.

Защита от токов ток

Топлинният ефект на тока, описан от учените Джоул и Ленц, се използва за защита на предпазителите.

Предпазител

Тя се основава на инсталирането на предпазител в токовия път, който оптимално издържа на номиналното натоварване, но изгаря при превишаване, прекъсвайки веригата.

Колкото по -висока е стойността на аварийния ток, толкова по -бързо се създава прекъсване на веригата — премахване на напрежението. Ако токът е малко надвишен, той може да се изключи след дълъг период от време.

Предпазителите успешно работят в електронни устройства, електрическо оборудване на автомобили, домакински уреди, промишлени устройства до 1000 волта. Някои от техните модели се използват във вериги за оборудване с високо напрежение.

Защита, основана на принципа на електромагнитно влияние на тока

Принципът на предизвикване на магнитно поле около проводник с ток направи възможно създаването на огромен клас електромагнитни релета и прекъсвачи, използващи изключваща намотка.

Намотката му е разположена върху сърцевина — магнитна верига, в която се добавят магнитни потоци от всеки завой. Подвижният контакт е механично свързан с арматурата, която е люлеещата се част на сърцевината. Притиска се към неподвижния контакт от силата на пружината.

Номиналният ток, протичащ през завоите на спиралната намотка, създава магнитен поток, който не може да преодолее силата на пружината. Следователно контактите са постоянно затворени.

В случай на аварийни токове, котвата се привлича към неподвижната част на магнитната верига и прекъсва веригата, създадена от контактите.

Един от видовете прекъсвачи, работещи въз основа на отстраняване на електромагнитно напрежение от защитената верига, е показан на снимката.

Той използва:

• автоматично изключване на аварийни режими;

• електрическа дъгогасителна система;

• ръчно или автоматично стартиране.

Цифрова защита срещу късо съединение

Всички защити, обсъдени по -горе, работят с аналогови стойности. В допълнение към тях, напоследък в промишлеността и особено в енергийния сектор, цифровите технологии се въвеждат активно въз основа на работата микропроцесорни устройства и статични релета. Същите устройства с опростени функции се произвеждат за битови нужди.

Измерването на величината и посоката на тока, преминаващ през защитената верига, се извършва от вграден понижаващ токов трансформатор с висок клас на точност. Измереният от него сигнал се дигитализира чрез суперпозиция високочестотни правоъгълни импулси според принципа на амплитудната модулация.

След това се преминава към логическата част на защитата на микропроцесора, която работи по определен, предварително конфигуриран алгоритъм. В случай на аварийни ситуации логиката на устройството издава команда на изпълнителния механизъм за изключване, за да премахне напрежението от мрежата.

За защитната операция се използва захранващ блок, който взема напрежение от електрическата мрежа или автономни източници.

Цифровата защита срещу късо съединение има голям брой функции, настройки и възможности до регистрирането на аварийното състояние на мрежата и режима на нейното изключване.