Kısa devre koruması nasıl çalışır ve çalışır?

Elektrik mühendisliğinde "kısa devre" terimi, voltaj kaynaklarının acil durumda çalıştırılmasını ifade eder. Enerji iletiminin teknolojik süreçlerinin ihlali durumunda, çıkış terminalleri çalışan bir jeneratörün veya kimyasal elementin kısa devresi (kısa devre) olduğunda meydana gelir.

Bu durumda, kaynağın tüm gücü hemen kısa devreye uygulanır. İçinden büyük akımlar akar, bu da ekipmanı yakabilir ve yakındaki insanlarda elektrik yaralanmalarına neden olabilir. Bu tür olayların gelişimini durdurmak için özel korumalar kullanılır.

kısa devre çeşitleri nelerdir

Doğal elektriksel anomaliler

Eşlik eden yıldırım deşarjları sırasında ortaya çıkarlar. güçlü yıldırım.

Oluşumlarının kaynakları, rüzgar tarafından uzun mesafelerde hareket ettirildiklerinde bulutlar tarafından biriken, farklı işaret ve büyüklükteki yüksek statik elektrik potansiyelleridir. Doğal soğumanın bir sonucu olarak, yükseldikçe bulutlardaki nem yoğunlaşarak yağmur oluşturur.

Nemli bir ortam, yıldırım şeklinde akımın geçişi için hava yalıtımının bozulmasına neden olan düşük bir elektrik direncine sahiptir.

Bir elektrik boşalması, farklı potansiyellere sahip iki nesne arasında kayar:

• yaklaşan bulutlarda;

• bir fırtına bulutu ve yer arasında.

Birinci tip yıldırım uçaklar için tehlikelidir ve yere boşalması ağaçları, binaları, endüstriyel tesisleri, havai elektrik hatlarını tahrip edebilir. Buna karşı korunmak için, aşağıdaki işlevleri art arda yerine getiren paratonerler kurulur:

1. yıldırım potansiyelini özel bir parafudre çekmek, almak;

2. alınan akımın bir kanaldan binanın topraklama devresine geçmesi;

3. Bu devreden gelen yüksek voltajın toprak potansiyeline deşarjı.

Doğru akımlarda kısa devreler

Galvanik voltaj kaynakları veya doğrultucular, çıkış kontaklarının pozitif ve negatif potansiyellerinde bir fark yaratır; bu, normal koşullar altında devrenin çalışmasını sağlar, örneğin aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir ampulün bir pilden parlaması.

Bu durumda gerçekleşen elektriksel işlemler matematiksel bir ifade ile açıklanmaktadır. Tam bir devre için Ohm yasası.

Kaynağın elektromotor kuvveti, «R» ve «r» dirençlerini aşarak iç ve dış devrelerde bir yük oluşturmak için dağıtılır.

Acil durum modunda, "+" ve "-" pil terminalleri arasında çok düşük elektrik direncine sahip bir kısa devre meydana gelir ve bu devrenin bu kısmını devre dışı bırakarak harici devredeki akım akışını fiilen kapatır. Bu nedenle, nominal moda göre, R = 0 olduğunu varsayabiliriz.

Tüm akım, yalnızca küçük bir dirence sahip olan ve I = E / r formülü ile belirlenen dahili devrede dolaşır.

Elektromotor kuvvetinin büyüklüğü değişmediğinden, akımın değeri çok keskin bir şekilde artar. Böyle bir kısa devre, kısa devre telinden ve iç halkadan geçerek içlerinde muazzam ısı oluşumuna ve ardından yapısal hasara neden olur.

AC devrelerinde kısa devreler

Buradaki tüm elektriksel işlemler de Ohm yasasının işleyişi ile açıklanmakta ve benzer bir prensibe göre ilerlemektedir. Geçişlerinin özellikleri şunları gerektirir:

• farklı konfigürasyonlara sahip tek fazlı veya üç fazlı ağların kullanımı;

• bir toprak döngüsünün varlığı.

AC devrelerde kısa devre türleri

Kısa devre akımları şunlar arasında oluşabilir:

• faz ve toprak;

• iki farklı aşama;

• iki farklı faz ve topraklama;

• üç faz;

• üç faz ve toprak.

Elektriğin havai elektrik hatlarından iletilmesi için, güç sistemleri farklı bir nötr bağlantı şeması kullanabilir:

1. izole edilmiş;

2. sağır topraklı.

Bu durumların her birinde kısa devre akımları kendi yollarını oluşturacak ve farklı bir değere sahip olacaktır. Bu nedenle, bir elektrik devresinin montajı için yukarıdaki tüm seçenekler ve bunlar için bir akım koruma konfigürasyonu oluştururken kısa devre akımları olasılığı dikkate alınır.

Elektrik tüketicilerinde, örneğin bir elektrik motorunda da bir kısa devre meydana gelebilir. Tek fazlı yapılarda, faz potansiyeli, yalıtım tabakasını geçerek mahfazaya veya nötr iletkene geçebilir.Üç fazlı elektrikli ekipmanlarda, iki veya üç faz arasında veya bunların çerçeve / toprak ile kombinasyonları arasında ek bir arıza meydana gelebilir.

Tüm bu durumlarda, DC devrelerinde kısa devre olması durumunda olduğu gibi, oluşan kısa devre ve ona bağlı tüm devre üzerinden çok büyük büyüklükte bir kısa devre akımı akacak ve jeneratöre acil durum moduna neden olacaktır.

Bunu önlemek için, artan akımlara maruz kalan ekipmandan voltajı otomatik olarak kesen korumalar kullanılır.

Kısa devre korumasının çalışma limitleri nasıl seçilir

Tüm elektrikli cihazlar, kendi voltaj sınıfında belirli bir miktarda elektrik tüketecek şekilde tasarlanmıştır. Yükün güçle değil akımla değerlendirilmesi kabul edilir. Ölçmek, kontrol etmek ve buna karşı koruma oluşturmak daha kolaydır.

Resim, ekipmanın farklı çalışma modlarında meydana gelebilecek akımların grafiklerini göstermektedir. Onlar için koruyucu cihazların ayarlanması ve ayarlanması için parametreler seçilir.

Kahverengi renkli grafik, kablolama gücü ve akım koruma cihazlarının seçimi dikkate alınarak elektrik devresinin tasarımında ilk olarak seçilen nominal modun sinüs dalgasını gösterir.

Endüstriyel frekans sinüs dalgası 50 hertz bu modda her zaman kararlıdır ve bir tam salınım periyodu 0,02 saniyelik bir sürede gerçekleşir.

Çalışma modunun sinüs dalgası resimde mavi olarak gösterilmiştir. Genellikle nominal harmonikten daha azdır. İnsanlar, atanan kapasitelerinin tüm rezervlerini nadiren tam olarak kullanırlar.Örnek olarak, bir odada beş kollu bir avize asılıysa, aydınlatma için genellikle bir ampul grubu dahil edilir: beşi değil, iki veya üç ampul.

Elektrikli cihazların nominal yükte güvenilir bir şekilde çalışması için, ayar korumaları için küçük bir akım rezervi oluştururlar. Açmaya ayarladıkları akım miktarına ayar noktası denir. Ulaşıldığında, anahtarlar ekipmanın voltajını keser.

Nominal mod ile ayar noktası arasındaki sinüzoidal genlikler aralığında, devre hafif bir aşırı yük modunda çalışır.

Arıza akımının olası bir zaman özelliği grafikte siyah olarak gösterilmiştir. Genliği koruma ayarını aşıyor ve salınım frekansı önemli ölçüde değişti. Doğası gereği genellikle aperiyodiktir. Her yarım dalganın büyüklüğü ve frekansı değişir.

Aşırı akım koruma algoritması

Her kısa devre koruması, üç ana çalışma aşaması içerir:

1. izlenen akım sinüzoidinin durumunun sürekli izlenmesi ve arıza anının belirlenmesi;

2. durumun analizi ve mantıksal kısımdan yürütme organına bir emir verilmesi;

3. anahtarlama cihazları aracılığıyla ekipmandan voltajın serbest bırakılması.

Birçok cihazda, başka bir unsur kullanılır - yanıt süresi gecikmesinin tanıtılması. Karmaşık, dallanmış devrelerde seçicilik ilkesini sağlamak için kullanılır.

Sinüs dalgası 0,005 sn'lik bir sürede genliğine ulaştığı için bu süre en azından korumalar tarafından ölçülmesi için gereklidir. İşin sonraki iki aşaması da hemen gerçekleştirilmez.

Bu nedenlerden dolayı, en hızlı akım korumalarının toplam çalışma süresi, 0,02 saniyelik bir harmonik salınım süresinden biraz daha azdır.

Kısa devre korumasının tasarım özellikleri

Her bir telden geçen elektrik akımı şunlara neden olur:

• iletkenin termal ısınması;

• bir manyetik alanı yönlendirmek.

Bu iki eylem, koruyucu cihazların tasarımında temel alınır.

Akım koruması

Bilim adamları Joule ve Lenz tarafından açıklanan akımın termal etkisi, sigortaları korumak için kullanılır.

Güvenlik görevlisi

Akım yoluna, nominal yüke en uygun şekilde dayanan, ancak aşıldığında devreyi keserek yanan bir sigortanın takılmasına dayanır.

Acil durum akımının değeri ne kadar yüksek olursa, devre kesintisi o kadar hızlı oluşturulur - voltajı kaldırır. Akım biraz aşılırsa, uzun bir süre sonra kapanabilir.

Sigortalar, elektronik cihazlarda, arabaların elektrikli ekipmanlarında, ev aletlerinde, endüstriyel cihazlarda 1000 volta kadar başarıyla çalışır. Bazı modelleri yüksek voltajlı ekipman devrelerinde kullanılmaktadır.

Akımın elektromanyetik etkisi ilkesine dayalı koruma

Akım taşıyan bir telin etrafında bir manyetik alan oluşturma ilkesi, bir açma bobini kullanarak çok büyük bir elektromanyetik röle ve anahtar sınıfı oluşturmayı mümkün kıldı.

Bobini, her dönüşte manyetik akıların eklendiği bir manyetik devre olan bir çekirdek üzerinde bulunur. Hareketli kontak, çekirdeğin sallanan kısmı olan armatüre mekanik olarak bağlıdır. Yayın kuvveti ile sabit kontağa bastırılır.

Spiral bobinin dönüşlerinden akan anma akımı, yayın kuvvetini yenemeyen bir manyetik akı oluşturur. Bu nedenle, kontaklar kalıcı olarak kapalıdır.

Acil akım durumunda armatür, manyetik devrenin durağan kısmına çekilir ve kontakların oluşturduğu devreyi keser.

Korunan devreden elektromanyetik voltajın çıkarılması esasına göre çalışan devre kesici tiplerinden biri fotoğrafta gösterilmektedir.

Şunları kullanır:

• acil durum modlarının otomatik olarak kapatılması;

• elektrik ark söndürme sistemi;

• manuel veya otomatik başlatma.

Dijital kısa devre koruması

Yukarıda tartışılan tüm korumalar analog değerlerle çalışır. Bunlara ek olarak, son zamanlarda sanayide ve özellikle enerji sektöründe, çalışmalara dayalı olarak dijital teknolojiler aktif olarak tanıtılmaktadır. mikroişlemci cihazları ve statik röleler. Basitleştirilmiş işlevlere sahip aynı cihazlar, ev ihtiyaçları için üretilir.

Korunan devreden geçen akımın büyüklüğünün ve yönünün ölçümü, yerleşik bir düşürücü akım trafosu tarafından yüksek doğruluk derecesi ile gerçekleştirilir. Ölçülen sinyal süperpozisyon ile sayısallaştırılır. yüksek frekanslı dikdörtgen darbeler genlik modülasyonu ilkesine göre.

Ardından, önceden yapılandırılmış belirli bir algoritmaya göre çalışan mikroişlemcinin korumasının mantıksal kısmına gider. Acil durumlarda, cihaz mantığı kapatma aktüatörüne şebekeden gerilimi kesmek için bir komut verir.

Koruma işlemi için şebekeden veya otonom kaynaklardan voltaj alan bir güç kaynağı ünitesi kullanılır.

Dijital kısa devre koruması, ağın acil durumunu ve kapatma modunu kaydetmeye kadar çok sayıda fonksiyona, ayara ve yeteneğe sahiptir.