Hoe kortsluitbeveiliging werkt en werkt

De term «kortsluiting» in de elektrotechniek verwijst naar de noodwerking van spanningsbronnen. Treedt op in het geval van schendingen van de technologische processen van energietransmissie, wanneer de uitgangsterminals worden kortgesloten (kortsluiting) van een werkende generator of chemisch element.

In dit geval wordt het volledige vermogen van de bron onmiddellijk toegepast op de kortsluiting. Er gaan enorme stromen doorheen, die apparatuur kunnen verbranden en elektrische verwondingen kunnen veroorzaken bij mensen in de buurt. Om de ontwikkeling van dergelijke incidenten te stoppen, worden speciale beveiligingen gebruikt.

Wat zijn de soorten kortsluitingen

Natuurlijke elektrische anomalieën

Ze verschijnen tijdens bliksemontladingen vergezeld van krachtige bliksem.

De bronnen van hun vorming zijn hoge potentiëlen van statische elektriciteit van verschillende tekens en groottes, opgehoopt door wolken wanneer ze door de wind over lange afstanden worden voortbewogen. Als gevolg van natuurlijke afkoeling, als het in de hoogte stijgt, condenseert het vocht in de wolken en vormt het regen.

Een vochtige omgeving heeft een lage elektrische weerstand, waardoor de luchtisolatie kapot gaat voor de doorgang van stroom in de vorm van bliksem.

Een elektrische ontlading glijdt tussen twee objecten met verschillende potentialen:

• op de naderende wolken;

• tussen een onweerswolk en de grond.

Het eerste type bliksem is gevaarlijk voor vliegtuigen en ontlading op de grond kan bomen, gebouwen, industriële faciliteiten en bovengrondse hoogspanningslijnen vernietigen. Om zich hiertegen te beschermen, zijn bliksemafleiders geïnstalleerd, die achtereenvolgens de volgende functies vervullen:

1. ontvangen, het bliksempotentieel aantrekken naar een speciale afleider;

2. doorvoer van de ontvangen stroom door een leiding naar het aardingscircuit van het gebouw;

3. het ontladen van de hoogspanningsontlading van deze schakeling naar het aardpotentiaal.

Kortsluitingen in gelijkstromen

Galvanische spanningsbronnen of gelijkrichters creëren een verschil in de positieve en negatieve potentialen van de uitgangscontacten, wat onder normale omstandigheden zorgt voor de werking van het circuit, bijvoorbeeld de gloed van een gloeilamp van een batterij, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De elektrische processen die in dit geval plaatsvinden, worden beschreven door een wiskundige uitdrukking De wet van Ohm voor een compleet circuit.

De elektromotorische kracht van de bron wordt verdeeld om een ​​belasting te creëren in de interne en externe circuits door hun weerstanden «R» en «r» te overwinnen.

In de noodmodus ontstaat er een kortsluiting met een zeer lage elektrische weerstand tussen de accupolen «+» en «-», waardoor de stroom in het externe circuit praktisch wordt afgesloten en dit deel van het circuit wordt uitgeschakeld. Daarom kunnen we met betrekking tot de nominale modus aannemen dat R = 0.

Alle stroom circuleert alleen in het interne circuit, dat een kleine weerstand heeft en wordt bepaald door de formule I = E / r.

Omdat de grootte van de elektromotorische kracht niet is veranderd, neemt de waarde van de stroom zeer sterk toe. Zo'n kortsluiting vloeit door de kortsluitdraad en de binnenste lus en veroorzaakt daarin een enorme warmteontwikkeling en daaropvolgende structurele schade.

Kortsluitingen in wisselstroomcircuits

Alle elektrische processen hier worden ook beschreven door de werking van de wet van Ohm en verlopen volgens een soortgelijk principe. De kenmerken van hun passage vereisen:

• het gebruik van enkelfasige of driefasige netwerken met verschillende configuraties;

• de aanwezigheid van een aardlus.

Soorten kortsluitingen in wisselstroomcircuits

Kortsluitstromen kunnen optreden tussen:

• fase en aarde;

• twee verschillende fasen;

• twee verschillende fasen en aarding;

• drie fasen;

• drie fasen en aarde.

Voor de transmissie van elektriciteit via bovengrondse hoogspanningslijnen kunnen elektriciteitssystemen een ander neutraal verbindingsschema gebruiken:

1. geïsoleerd;

2. doofgeaard.

In elk van deze gevallen zullen de kortsluitstromen hun eigen pad vormen en een andere waarde hebben. Daarom wordt rekening gehouden met alle bovenstaande opties voor het samenstellen van een elektrisch circuit en de mogelijkheid van kortsluitstromen daarin bij het maken van een stroombeveiligingsconfiguratie voor hen.

Ook bij verbruikers van elektriciteit, bijvoorbeeld een elektromotor, kan kortsluiting ontstaan. In enkelfasige constructies kan het fasepotentiaal door de isolatielaag naar de behuizing of nulleider breken.Bij driefasige elektrische apparatuur kan een extra fout optreden tussen twee of drie fasen of tussen hun combinaties met het frame / aarde.

In al deze gevallen, zoals in het geval van een kortsluiting in gelijkstroomcircuits, zal een kortsluitstroom van zeer grote omvang door de gevormde kortsluiting en het hele circuit dat erop is aangesloten naar de generator vloeien, waardoor een noodmodus ontstaat.

Om dit te voorkomen, worden beveiligingen gebruikt die automatisch de spanning verwijderen van apparatuur die wordt blootgesteld aan verhoogde stromen.

Hoe de bedrijfslimieten van kortsluitbeveiliging te kiezen

Alle elektrische apparaten zijn ontworpen om een ​​bepaalde hoeveelheid elektriciteit te verbruiken in hun spanningsklasse. Het is geaccepteerd om de belasting niet op vermogen, maar op stroom te evalueren. Het is eenvoudiger te meten, te beheersen en er bescherming tegen te creëren.

De afbeelding toont grafieken van stromen die kunnen optreden bij verschillende werkingsmodi van de apparatuur. Voor hen zijn de parameters voor het instellen en instellen van beveiligingsapparaten geselecteerd.

De grafiek in bruine kleur toont de sinusgolf van de nominale modus, die is geselecteerd als de eerste in het ontwerp van het elektrische circuit, rekening houdend met het vermogen van de bedrading en de selectie van stroombeveiligingsapparaten.

Sinusgolf met industriële frequentie 50 hertz in deze modus is het altijd stabiel en de periode van één volledige oscillatie vindt plaats in een tijd van 0,02 seconden.

De sinusgolf van de bedrijfsmodus wordt in het blauw weergegeven op de afbeelding. Het is meestal minder dan de nominale harmonische. Mensen gebruiken zelden alle reserves van hun toegewezen capaciteit.Als er bijvoorbeeld een vijfarmige kroonluchter in een kamer hangt, dan is er vaak één groep lampen voor de verlichting: twee of drie, niet alle vijf.

Om ervoor te zorgen dat elektrische apparaten betrouwbaar werken bij nominale belasting, creëren ze een kleine stroomreserve voor het instellen van beveiligingen. De hoeveelheid stroom waarbij ze zich aanpassen om uit te schakelen, wordt het instelpunt genoemd. Wanneer bereikt, verwijderen de schakelaars de spanning van de apparatuur.

In het bereik van sinusvormige amplitudes tussen de nominale modus en het instelpunt werkt het circuit in een lichte overbelastingsmodus.

Een mogelijke tijdskarakteristiek van de foutstroom wordt in de grafiek zwart weergegeven. De amplitude overschrijdt de beveiligingsinstelling en de oscillatiefrequentie is drastisch veranderd. Het is meestal aperiodiek van aard. Elke halve golf verandert in grootte en frequentie.

Algoritme voor overstroombeveiliging

Elke kortsluitbeveiliging omvat drie hoofdfasen:

1. constante bewaking van de toestand van de bewaakte stroomsinusoïde en bepaling van het moment van de storing;

2. analyse van de situatie en het geven van een opdracht aan het uitvoerend orgaan vanuit het logische deel;

3. spanningsvrijgave van de apparatuur door middel van schakelinrichtingen.

In veel apparaten wordt een ander element gebruikt: de introductie van responstijdvertraging. Het wordt gebruikt om het principe van selectiviteit te bieden in complexe, vertakte circuits.

Aangezien de sinusgolf zijn amplitude bereikt in een tijd van 0,005 sec, is deze periode in ieder geval nodig voor de meting door de beveiligingen. De volgende twee werkfasen worden ook niet onmiddellijk uitgevoerd.

Om deze redenen is de totale bedrijfstijd van de snelste stroombeveiligingen iets minder dan de periode van één harmonische trilling van 0,02 sec.

Ontwerpkenmerken van kortsluitbeveiliging

De elektrische stroom die door elke draad vloeit veroorzaakt:

• thermische verwarming van de geleider;

• het sturen van een magnetisch veld.

Deze twee acties worden genomen als basis voor het ontwerp van beveiligingsinrichtingen.

Huidige bescherming

Het thermische effect van stroom, beschreven door wetenschappers Joule en Lenz, wordt gebruikt om lonten te beschermen.

Bewaker

Het is gebaseerd op de installatie van een zekering in het stroompad, die optimaal bestand is tegen de nominale belasting, maar doorbrandt wanneer deze wordt overschreden, waardoor het circuit wordt onderbroken.

Hoe hoger de waarde van de noodstroom, hoe sneller de stroomonderbreking wordt gecreëerd - het verwijderen van de spanning. Als de stroom iets wordt overschreden, kan deze na een lange periode worden uitgeschakeld.

Zekeringen werken met succes in elektronische apparaten, elektrische apparatuur van auto's, huishoudelijke apparaten, industriële apparaten tot 1000 volt. Sommige van hun modellen worden gebruikt in circuits voor hoogspanningsapparatuur.

Beveiliging gebaseerd op het principe van elektromagnetische invloed van de stroom

Het principe van het opwekken van een magnetisch veld rond een stroomvoerende draad maakte het mogelijk om met behulp van een uitschakelspoel een enorme klasse elektromagnetische relais en schakelaars te creëren.

De spoel bevindt zich op een kern - een magnetisch circuit waarin magnetische fluxen van elke winding worden toegevoegd. Het beweegbare contact is mechanisch verbonden met het anker, het zwaaiende deel van de kern. Het wordt door de kracht van de veer tegen het stationaire contact gedrukt.

De nominale stroom die door de windingen van de spiraalspoel stroomt, creëert een magnetische flux die de kracht van de veer niet kan overwinnen. Daarom zijn de contacten permanent gesloten.

In het geval van noodstromen wordt het anker aangetrokken door het stationaire deel van het magnetische circuit en verbreekt het circuit dat door de contacten wordt gecreëerd.

Een van de soorten stroomonderbrekers die werken op basis van het verwijderen van elektromagnetische spanning van het beveiligde circuit, wordt op de foto getoond.

Het gebruikt:

• automatische uitschakeling van noodmodi;

• blussysteem met elektrische boog;

• handmatige of automatische start.

Digitale kortsluitbeveiliging

Alle hierboven besproken beveiligingen werken met analoge waarden. Daarnaast worden recentelijk in de industrie en vooral in de energiesector digitale technologieën actief geïntroduceerd op basis van het werk microprocessor apparaten en statische relais. Dezelfde apparaten met vereenvoudigde functies worden geproduceerd voor huishoudelijke behoeften.

De meting van de grootte en richting van de stroom die door het beveiligde circuit gaat, wordt uitgevoerd door een ingebouwde step-down stroomtransformator met een hoge mate van nauwkeurigheid. Het daardoor gemeten signaal wordt door superpositie gedigitaliseerd hoogfrequente rechthoekige pulsen volgens het principe van amplitudemodulatie.

Dan gaat het naar het logische deel van de beveiliging van de microprocessor, die werkt volgens een bepaald, vooraf geconfigureerd algoritme. In noodsituaties geeft de logica van het apparaat een opdracht aan de uitschakelactuator om de spanning van het netwerk te halen.

Voor de beschermende werking wordt een voedingseenheid gebruikt, die spanning haalt uit het lichtnet of autonome bronnen.

Digitale kortsluitbeveiliging heeft een groot aantal functies, instellingen en mogelijkheden tot aan het registreren van de noodtoestand van het netwerk en de uitschakelmodus.