Како функционише и функционише заштита од кратког споја

Термин "кратки спој" у електротехници се односи на хитни рад извора напона. Појављује се у случају кршења технолошких процеса преноса енергије, када су излазни терминали кратко спојени (кратки спој) радног генератора или хемијског елемента.

У овом случају, пуна снага извора се одмах примењује на кратки спој. Кроз њега протичу огромне струје које могу да спале опрему и изазову електричне повреде људи у близини. Да би се зауставио развој оваквих инцидената, користе се посебне заштите.

Које су врсте кратких спојева

Природне електричне аномалије

Појављују се током пражњења грома у пратњи моћне муње.

Извори њиховог формирања су високи потенцијали статичког електрицитета различитих знакова и величина, акумулирани облацима када их ветар помера на велике удаљености. Као резултат природног хлађења, како се диже у висину, влага у облацима се кондензује, формирајући кишу.

Влажно окружење има низак електрични отпор, што ствара квар ваздушне изолације за пролаз струје у облику грома.

Електрично пражњење клизи између два објекта различитих потенцијала:

• на облацима који се приближавају;

• између грмљавине и земље.

Први тип грома је опасан за авионе, а пражњење у земљу може уништити дрвеће, зграде, индустријске објекте, надземне далеководе. Да би се заштитили од тога, уграђени су громобрани, који сукцесивно обављају следеће функције:

1. пријем, привлачење потенцијала грома у посебан одводник;

2. пролаз примљене струје кроз вод до уземљивача зграде;

3. пражњење високонапонског пражњења из овог кола у потенцијал уземљења.

Кратки спојеви у једносмерним струјама

Галвански извори напона или исправљачи стварају разлику у позитивним и негативним потенцијалима излазних контаката, што у нормалним условима обезбеђује рад кола, на пример, сјај сијалице из батерије, као што је приказано на слици испод.

Електрични процеси који се одвијају у овом случају су описани математичким изразом Омов закон за комплетно коло.

Електромоторна сила извора се распоређује како би се створило оптерећење у унутрашњим и спољашњим колима тако што се савладавају њихови отпори «Р» и «р».

У хитном режиму долази до кратког споја са веома малим електричним отпором између терминала батерије «+» и «-», који практично искључује проток струје у спољашњем колу, деактивирајући овај део кола. Према томе, с обзиром на номинални режим, можемо претпоставити да је Р = 0.

Сва струја циркулише само у унутрашњем колу, који има мали отпор и одређује се формулом И = Е / р.

Пошто се величина електромоторне силе није променила, вредност струје расте веома нагло. Такав кратки спој тече кроз жицу за кратки спој и унутрашњу петљу, изазивајући у њима огромну топлоту и накнадно оштећење структуре.

Кратки спојеви у колима наизменичне струје

Сви електрични процеси овде су такође описани деловањем Охмовог закона и одвијају се по сличном принципу. Карактеристике њиховог пролаза захтевају:

• коришћење једнофазних или трофазних мрежа са различитим конфигурацијама;

• присуство петље уземљења.

Врсте кратких спојева у колима наизменичне струје

Струје кратког споја могу се појавити између:

• фаза и земља;

• две различите фазе;

• две различите фазе и уземљење;

• три фазе;

• три фазе и земља.

За пренос електричне енергије преко надземних далековода, електроенергетски системи могу користити другачију шему неутралног повезивања:

1. изолован;

2. глуво приземљен.

У сваком од ових случајева струје кратког споја ће формирати своју путању и имати другачију вредност. Стога се све горе наведене опције за склапање електричног кола и могућност струја кратког споја у њима узимају у обзир приликом креирања конфигурације струјне заштите за њих.

До кратког споја може доћи и код потрошача електричне енергије, на пример електромотора. У једнофазним структурама, фазни потенцијал може пробити изолациони слој до кућишта или неутралног проводника.У трофазној електричној опреми може доћи до додатног квара између две или три фазе или између њихових комбинација са рамом / земљом.

У свим овим случајевима, као иу случају кратког споја у једносмерним колима, струја кратког споја веома велике величине ће тећи кроз настали кратки спој и цело коло спојено на њега на генератор, изазивајући хитни режим.

Да би се ово спречило, користе се заштите које аутоматски уклањају напон са опреме изложене повећаним струјама.

Како одабрати радне границе заштите од кратког споја

Сви електрични уређаји су дизајнирани да троше одређену количину електричне енергије у својој напонској класи. Прихваћено је да се оптерећење процењује не снагом, већ струјом. Лакше је мерити, контролисати и створити заштиту од тога.

На слици су приказани графикони струја које се могу јавити у различитим режимима рада опреме. За њих се бирају параметри за подешавање и подешавање заштитних уређаја.

Графикон браон боје приказује синусни талас номиналног режима, који је изабран као почетни у дизајну електричног кола, узимајући у обзир снагу ожичења и избор струјних заштитних уређаја.

Синусни талас индустријске фреквенције 50 херца у овом режиму је увек стабилан, а период једне потпуне осцилације наступа у времену од 0,02 секунде.

Синусни талас режима рада је на слици приказан плавом бојом. Обично је мањи од номиналног хармоника. Људи ретко у потпуности користе све резерве свог додељеног капацитета.На пример, ако у просторији виси лустер са пет кракова, онда је за осветљење често укључена једна група сијалица: две или три, а не свих пет.

Да би електрични уређаји поуздано радили при називном оптерећењу, стварају малу резерву струје за постављање заштита. Количина струје при којој се прилагођавају на искључење назива се задата тачка. Када се досегну, прекидачи уклањају напон са опреме.

У опсегу синусоидних амплитуда између номиналног режима и задате тачке, коло ради у режиму благог преоптерећења.

Могућа временска карактеристика струје квара је приказана на графикону црном бојом. Његова амплитуда премашује поставку заштите, а фреквенција осциловања се драматично променила. Обично је апериодичне природе. Сваки полуталас се мења по величини и фреквенцији.

Алгоритам заштите од прекомерне струје

Свака заштита од кратког споја укључује три главне фазе рада:

1. стално праћење стања надзиране струјне синусоиде и утврђивање тренутка квара;

2. анализа стања и издавање команде извршном органу из логичког дела;

3. ослобађање напона из опреме помоћу склопних уређаја.

У многим уређајима се користи још један елемент — увођење кашњења времена одговора. Користи се да обезбеди принцип селективности у сложеним, разгранатим колима.

Пошто синусни талас достиже своју амплитуду за време од 0,005 секунди, овај период је најмање неопходан за његово мерење заштитама. Следеће две фазе рада се такође не спроводе одмах.

Из ових разлога, укупно време рада најбржих струјних заштита је нешто мање од периода једне хармонијске осцилације од 0,02 сек.

Дизајнерске карактеристике заштите од кратког споја

Електрична струја која тече кроз сваку жицу узрокује:

• топлотно загревање проводника;

• усмеравање магнетног поља.

Ове две радње су узете као основа за пројектовање заштитних уређаја.

Тренутна заштита

Топлотни ефекат струје, који су описали научници Јоуле и Ленз, користи се за заштиту осигурача.

Чувар

Заснован је на уградњи осигурача у струјни пут, који оптимално издржава називно оптерећење, али сагорева када се прекорачи, прекидајући струјно коло.

Што је већа вредност струје у случају нужде, брже се ствара прекид струјног кола - уклањање напона. Ако је струја мало прекорачена, може се искључити након дужег временског периода.

Осигурачи успешно раде у електронским уређајима, електричној опреми аутомобила, кућним апаратима, индустријским уређајима до 1000 волти. Неки од њихових модела се користе у струјним круговима опреме високог напона.

Заштита заснована на принципу електромагнетног утицаја струје

Принцип индуковања магнетног поља око жице која носи струју омогућио је стварање огромне класе електромагнетних релеја и прекидача користећи калем за окидање.

Његов калем се налази на језгру — магнетном колу у коме се из сваког окрета додају магнетни флуксови. Покретни контакт је механички повезан са арматуром, која је покретни део језгра. Притишће се уз стационарни контакт снагом опруге.

Називна струја која тече кроз завоје спиралног намотаја ствара магнетни флукс који не може да превазиђе силу опруге. Дакле, контакти су трајно затворени.

У случају хитних струја, арматура се привлачи у стационарни део магнетног кола и прекида коло створено контактима.

На фотографији је приказан један од типова прекидача који раде на основу уклањања електромагнетног напона из заштићеног кола.

Користи:

• аутоматско искључивање хитних режима;

• систем за гашење електричног лука;

• ручно или аутоматско покретање.

Дигитална заштита од кратког споја

Све горе наведене заштите раде са аналогним вредностима. Поред ових, у последње време у индустрији, а посебно у енергетском сектору, на основу рада се активно уводе дигиталне технологије микропроцесорски уређаји и статички релеји. Исти уређаји са поједностављеним функцијама производе се за потребе домаћинства.

Мерење величине и правца струје која пролази кроз заштићено коло врши се уграђеним опадајућим струјним трансформатором са високим степеном тачности. Сигнал који се њиме мери дигитализује се суперпозицијом високофреквентни правоугаони импулси по принципу амплитудске модулације.

Затим се иде на логички део заштите микропроцесора који ради по одређеном, унапред конфигурисаном алгоритму. У случају ванредних ситуација, логика уређаја издаје команду актуатору за искључивање за уклањање напона из мреже.

За заштитни рад користи се јединица за напајање, која преузима напон из мреже или аутономних извора.

Дигитална заштита од кратког споја има велики број функција, подешавања и могућности до регистровања ванредног стања мреже и њеног режима гашења.