Kuidas lühisekaitse töötab ja töötab

Termin "lühis" elektrotehnikas viitab pingeallikate hädaolukorrale. Tekib energia ülekande tehnoloogiliste protsesside rikkumiste korral, kui töötava generaatori või keemilise elemendi väljundklemmid on lühises (lühis).

Sel juhul rakendatakse lühisele kohe allika täisvõimsus. Läbi selle voolavad tohutud voolud, mis võivad seadmeid põletada ja lähedalasuvatele inimestele elektrivigastusi põhjustada. Selliste juhtumite arengu peatamiseks kasutatakse spetsiaalseid kaitsevahendeid.

Millised on lühiste tüübid

Looduslikud elektrianomaaliad

Need ilmuvad välklahenduste ajal, millega kaasneb võimas välk.

Nende tekkeallikateks on erineva märgi ja suurusega staatilise elektri kõrge potentsiaal, mis koguneb pilvede poolt, kui tuul neid pikkade vahemaade tagant liigutab. Loomuliku jahtumise tulemusena kõrgust tõustes pilvedes niiskus kondenseerub, moodustades vihma.

Niiskel keskkonnal on madal elektritakistus, mis tekitab voolu läbimiseks õhuisolatsiooni purunemise välgu kujul.

Elektrilahendus libiseb kahe erineva potentsiaaliga objekti vahel:

• lähenevatel pilvedel;

• äikesepilve ja maapinna vahel.

Esimest tüüpi välk on ohtlik lennukitele ning maapinnale heitmine võib hävitada puid, hooneid, tööstusrajatisi, õhuliine. Selle eest kaitsmiseks paigaldatakse piksevardad, mis täidavad järjestikku järgmisi funktsioone:

1. välgupotentsiaali vastuvõtmine, meelitamine spetsiaalsesse piirikusse;

2. vastuvõetud voolu juhtimine läbi juhtme hoone maandusahelasse;

3. kõrgepingelahenduse tühjendamine sellest ahelast maanduspotentsiaali.

Lühised alalisvooludes

Galvaanilised pingeallikad ehk alaldid tekitavad väljundkontaktide positiivsete ja negatiivsete potentsiaalide erinevuse, mis tavatingimustes tagab vooluringi töö, näiteks akust lambipirni kuma, nagu on näidatud alloleval joonisel.

Sel juhul toimuvaid elektrilisi protsesse kirjeldatakse matemaatilise avaldisega Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks.

Allika elektromotoorjõud jaotatakse sise- ja välisahelates koormuse tekitamiseks, ületades nende takistused «R» ja «r».

Hädarežiimis tekib aku klemmide «+» ja «-» vahel väga madala elektritakistusega lühis, mis praktiliselt sulgeb voolu voolu välisahelas, deaktiveerides selle ahela osa. Seetõttu võime nominaalrežiimi suhtes eeldada, et R = 0.

Kogu vool ringleb ainult sisemises vooluringis, millel on väike takistus ja mis määratakse valemiga I = E / r.

Kuna elektromotoorjõu suurus ei ole muutunud, suureneb voolu väärtus väga järsult. Selline lühis voolab läbi lühisjuhtme ja sisemise ahela, põhjustades neis tohutut soojuse teket ja sellele järgnevaid konstruktsioonikahjustusi.

Lühised vahelduvvooluahelates

Kõiki siinseid elektrilisi protsesse kirjeldab ka Ohmi seadus ja need kulgevad sarnasel põhimõttel. Nende läbipääsu omadused nõuavad:

• erineva konfiguratsiooniga ühe- või kolmefaasiliste võrkude kasutamine;

• maanduskontuuri olemasolu.

Vahelduvvooluahelate lühiste tüübid

Lühisvoolud võivad tekkida järgmistel juhtudel:

• faas ja maandus;

• kaks erinevat faasi;

• kaks erinevat faasi ja maandus;

• kolm faasi;

• kolm faasi ja maandus.

Elektrienergia edastamiseks õhuliinide kaudu võivad elektrisüsteemid kasutada teistsugust neutraalset ühendusskeemi:

1. isoleeritud;

2. kurtmaad.

Kõigil neil juhtudel moodustavad lühisevoolud oma tee ja neil on erinev väärtus. Seetõttu võetakse nende jaoks voolukaitse konfiguratsiooni loomisel arvesse kõiki ülaltoodud võimalusi elektriahela kokkupanekuks ja nendes lühisvoolude võimalust.

Lühis võib tekkida ka elektritarbijatel, näiteks elektrimootoril. Ühefaasilistes konstruktsioonides võib faasipotentsiaal murda läbi isolatsioonikihi korpuse või nulljuhtmeni.Kolmefaasilistes elektriseadmetes võib täiendav rike tekkida kahe või kolme faasi vahel või nende kombinatsioonide vahel raami / maandusega.

Kõigil neil juhtudel, nagu ka alalisvooluahelate lühise korral, läbib moodustunud lühise ja kogu sellega generaatoriga ühendatud vooluringi väga suure lühisevoolu, põhjustades avariirežiimi.

Selle vältimiseks kasutatakse kaitseid, mis eemaldavad automaatselt pinge suurenenud vooluga kokkupuutuvatelt seadmetelt.

Kuidas valida lühisekaitse tööpiire

Kõik elektriseadmed on ette nähtud tarbima oma pingeklassis teatud kogust elektrit. Koormust on aktsepteeritud hinnata mitte võimsuse, vaid voolu järgi. Selle vastu on lihtsam mõõta, kontrollida ja kaitset luua.

Pildil on graafikud vooludest, mis võivad tekkida seadmete erinevatel töörežiimidel. Nende jaoks valitakse kaitseseadmete seadistamise ja seadistamise parameetrid.

Pruuni värvi graafik näitab nominaalrežiimi siinuslainet, mis valitakse elektriahela projekteerimisel esialgseks, võttes arvesse juhtmestiku võimsust ja voolukaitseseadmete valikut.

Tööstusliku sagedusega siinuslaine 50 hertsi selles režiimis on see alati stabiilne ja ühe täieliku võnkumise periood toimub 0,02 sekundi jooksul.

Töörežiimi siinuslaine on pildil näidatud sinisega. Tavaliselt on see nominaalsest harmoonilisest väiksem. Inimesed kasutavad harva kõiki neile määratud võimsuse reserve.Näiteks kui toas ripub viieharuline lühter, siis sageli on valgustuseks kaasas üks rühm pirne: kaks või kolm, mitte kõik viis.

Selleks, et elektriseadmed töötaksid usaldusväärselt nimikoormusel, loovad need kaitsete seadistamiseks väikese voolureservi. Voolu suurust, mille juures nad kohanduvad väljalülitamiseks, nimetatakse seadepunktiks. Jõudes eemaldavad lülitid seadmest pinge.

Sinusoidaalsete amplituudide vahemikus nominaalrežiimi ja seadepunkti vahel töötab ahel kerge ülekoormusrežiimis.

Võimalik rikkevoolu ajakarakteristikud on graafikul näidatud mustana. Selle amplituud ületab kaitseseadet ja võnkesagedus on dramaatiliselt muutunud. Tavaliselt on see oma olemuselt perioodiline. Iga poollaine suurus ja sagedus muutuvad.

Liigvoolukaitse algoritm

Iga lühisekaitse sisaldab kolme põhilist tööetappi:

1. jälgitava voolu sinusoidi oleku pidev jälgimine ja rikke hetke kindlaksmääramine;

2. olukorra analüüs ja loogilisest osast täitevorganile käsu andmine;

3. pinge vabastamine seadmest lülitusseadmete abil.

Paljudes seadmetes kasutatakse teist elementi - reageerimisaja viivituse kasutuselevõttu. Seda kasutatakse selektiivsuse põhimõtte tagamiseks keerulistes hargnenud ahelates.

Kuna siinuslaine saavutab oma amplituudi ajaga 0,005 sekundit, on see periood vähemalt vajalik selle mõõtmiseks kaitsete poolt. Ka kahte järgmist tööetappi ei teostata kohe.

Nendel põhjustel on kiireimate voolukaitsete kogu tööaeg veidi väiksem kui ühe harmoonilise võnkumise periood 0,02 sek.

Lühisekaitse disainifunktsioonid

Iga juhtme kaudu voolav elektrivool põhjustab:

• juhi termiline kuumutamine;

• magnetvälja suunamine.

Need kaks toimingut võetakse kaitseseadmete kavandamise aluseks.

Voolukaitse

Kaitsmete kaitsmiseks kasutatakse teadlaste Joule'i ja Lenzi kirjeldatud voolu termilist efekti.

Turvamees

See põhineb kaitsme paigaldamisel vooluteele, mis peab optimaalselt vastu nimikoormusele, kuid põleb ületamisel läbi, katkestades vooluahela.

Mida suurem on avariivoolu väärtus, seda kiiremini tekib voolukatkestus - pinge eemaldamine. Kui voolutugevust veidi ületatakse, võib see pika aja pärast välja lülituda.

Kaitsmed töötavad edukalt elektroonikaseadmetes, autode elektriseadmetes, kodumasinates, tööstusseadmetes kuni 1000 volti. Mõnda nende mudelit kasutatakse kõrgepingeseadmete ahelates.

Kaitse, mis põhineb voolu elektromagnetilise mõju põhimõttel

Voolu juhtiva juhtme ümber magnetvälja esilekutsumise põhimõte võimaldas väljalülitusmähise abil luua tohutu hulga elektromagnetilisi releed ja lüliteid.

Selle mähis asub südamikul — magnetahelal, millesse igast pöördest lisatakse magnetvood. Liigutatav kontakt on mehaaniliselt ühendatud armatuuriga, mis on südamiku kõikuv osa. See surutakse vedru jõul vastu statsionaarset kontakti.

Spiraalpooli keerdude kaudu voolav nimivool tekitab magnetvoo, mis ei suuda vedru jõudu ületada. Seetõttu on kontaktid jäädavalt suletud.

Avariivoolude korral tõmbab armatuur magnetahela statsionaarse osa külge ja katkestab kontaktide tekitatud ahela.

Üks kaitselülitite tüüp, mis töötab kaitstud vooluringist elektromagnetilise pinge eemaldamise alusel, on näidatud fotol.

See kasutab:

• avariirežiimide automaatne väljalülitamine;

• elektrikaare kustutussüsteem;

• käsitsi või automaatne käivitamine.

Digitaalne lühisekaitse

Kõik ülalkirjeldatud kaitsed töötavad analoogväärtustega. Lisaks neile on viimasel ajal tööstuses ja eriti energeetikas töö põhjal aktiivselt kasutusele võetud digitehnoloogiaid mikroprotsessorseadmed ja staatilised releed. Kodumajapidamiste vajadusteks toodetakse samu lihtsustatud funktsioonidega seadmeid.

Kaitstud vooluringi läbiva voolu suuruse ja suuna mõõtmine toimub sisseehitatud alandava voolutrafo abil suure täpsusega. Selle abil mõõdetud signaal digitaliseeritakse superpositsiooni abil kõrgsageduslikud ristkülikukujulised impulsid amplituudmodulatsiooni põhimõtte järgi.

Seejärel läheb see mikroprotsessori kaitse loogilisse osasse, mis töötab kindla, eelnevalt konfigureeritud algoritmi järgi. Hädaolukorras annab seadme loogika väljalülitusajamile käsu võrgust pinge eemaldamiseks.

Kaitseoperatsiooniks kasutatakse toiteplokki, mis võtab pinget võrgust või autonoomsetest allikatest.

Digitaalsel lühisekaitsel on suur hulk funktsioone, seadistusi ja võimalusi kuni võrgu avariiseisundi ja selle väljalülitusrežiimi registreerimiseni.