Bảo vệ ngắn mạch hoạt động và hoạt động như thế nào

Thuật ngữ «đoản mạch» trong kỹ thuật điện đề cập đến hoạt động khẩn cấp của các nguồn điện áp. Xảy ra trong trường hợp vi phạm các quy trình công nghệ truyền năng lượng, khi các đầu ra bị đoản mạch (đoản mạch) của máy phát hoặc nguyên tố hóa học đang hoạt động.

Trong trường hợp này, toàn bộ công suất của nguồn ngay lập tức được áp dụng cho ngắn mạch. Dòng điện cực lớn chạy qua nó có thể đốt cháy thiết bị và gây thương tích điện cho những người ở gần. Để ngăn chặn sự phát triển của các sự cố như vậy, các biện pháp bảo vệ đặc biệt được sử dụng.

Các loại ngắn mạch là gì

Dị thường điện tự nhiên

Chúng xuất hiện trong quá trình phóng sét kèm theo tia sét mạnh mẽ.

Nguồn hình thành của chúng là tiềm năng tĩnh điện cao với các dấu hiệu và cường độ khác nhau, được tích lũy bởi các đám mây khi chúng bị gió di chuyển trên một khoảng cách dài. Kết quả của quá trình làm mát tự nhiên, khi tăng độ cao, độ ẩm trong mây ngưng tụ lại, tạo thành mưa.

Môi trường ẩm ướt có điện trở thấp, tạo ra sự phá vỡ lớp cách nhiệt không khí đối với dòng điện dưới dạng sét.

Một sự phóng điện trượt giữa hai vật có điện thế khác nhau:

• trên những đám mây đang đến gần;

• giữa đám mây giông và mặt đất.

Loại sét thứ nhất gây nguy hiểm cho máy bay, phóng xuống đất có thể phá hủy cây cối, tòa nhà, cơ sở công nghiệp, đường dây điện trên cao. Để bảo vệ chống lại nó, các cột thu lôi được lắp đặt, lần lượt thực hiện các chức năng sau:

1. nhận, thu hút tiềm năng sét đến một thiết bị chống sét đặc biệt;

2. dòng điện nhận được đi qua ống dẫn đến mạch nối đất của tòa nhà;

3. phóng điện cao áp từ mạch này xuống đất.

Ngắn mạch trong dòng điện một chiều

Các nguồn điện áp hoặc bộ chỉnh lưu Galvanic tạo ra sự khác biệt về điện thế dương và âm của các tiếp điểm đầu ra, trong điều kiện bình thường đảm bảo hoạt động của mạch, ví dụ, sự phát sáng của bóng đèn từ pin, như trong hình bên dưới.

Các quá trình điện diễn ra trong trường hợp này được mô tả bằng biểu thức toán học Định luật Ohm cho một mạch hoàn chỉnh.

Suất điện động của nguồn được phân phối để tạo ra tải trong các mạch bên trong và bên ngoài bằng cách vượt qua các điện trở «R» và «r» của chúng.

Ở chế độ khẩn cấp, xảy ra đoản mạch với điện trở rất thấp giữa các cực pin «+» và «-», thực tế làm tắt dòng điện ở mạch ngoài, tắt phần này của mạch. Do đó, đối với chế độ danh nghĩa, chúng ta có thể giả sử rằng R = 0.

Tất cả dòng điện chỉ lưu thông trong mạch bên trong, có điện trở nhỏ và được xác định theo công thức I = E / r.

Vì độ lớn của suất điện động không thay đổi nên giá trị cường độ dòng điện tăng rất mạnh. Dòng ngắn mạch như vậy chạy qua dây ngắn mạch và vòng trong, gây ra sự sinh nhiệt rất lớn trong chúng và dẫn đến hư hỏng cấu trúc.

Ngắn mạch trong mạch điện xoay chiều

Tất cả các quá trình điện ở đây cũng được mô tả bằng hoạt động của định luật Ohm và tiến hành theo một nguyên tắc tương tự. Các đặc điểm của đoạn văn của họ yêu cầu:

• việc sử dụng mạng một pha hoặc ba pha với các cấu hình khác nhau;

• sự hiện diện của một vòng lặp mặt đất.

Các dạng ngắn mạch trong mạch điện xoay chiều

Dòng điện ngắn mạch có thể xảy ra giữa:

• pha và nối đất;

• hai giai đoạn khác nhau;

• hai pha khác nhau và nối đất;

• ba pha;

• ba pha và trái đất.

Đối với việc truyền tải điện qua đường dây tải điện trên không, hệ thống điện có thể sử dụng sơ đồ kết nối trung tính khác:

1. bị cô lập;

2. nối đất điếc.

Trong mỗi trường hợp này, dòng điện ngắn mạch sẽ hình thành đường đi riêng và có giá trị khác nhau. Do đó, tất cả các tùy chọn trên để lắp ráp mạch điện và khả năng xảy ra dòng điện ngắn mạch trong chúng đều được tính đến khi tạo cấu hình bảo vệ dòng điện cho chúng.

Đoản mạch cũng có thể xảy ra ở người tiêu dùng điện, ví dụ như động cơ điện. Trong các kết cấu một pha, điện thế pha có thể xuyên qua lớp cách điện đến vỏ hoặc dây trung tính.Trong thiết bị điện ba pha, một lỗi bổ sung có thể xảy ra giữa hai hoặc ba pha hoặc giữa sự kết hợp của chúng với khung / đất.

Trong tất cả các trường hợp này, cũng như trường hợp đoản mạch trong mạch điện một chiều, dòng điện ngắn mạch có cường độ rất lớn sẽ chạy qua chỗ ngắn mạch được hình thành và toàn bộ mạch nối với nó với máy phát, gây ra chế độ khẩn cấp.

Để ngăn chặn điều này, các biện pháp bảo vệ được sử dụng để tự động loại bỏ điện áp khỏi thiết bị tiếp xúc với dòng điện tăng.

Cách chọn giới hạn hoạt động của bảo vệ ngắn mạch

Tất cả các thiết bị điện được thiết kế để tiêu thụ một lượng điện nhất định trong loại điện áp của chúng. Nó được chấp nhận để đánh giá tải không phải bằng công suất mà bằng dòng điện. Việc đo lường, kiểm soát và tạo ra sự bảo vệ chống lại nó sẽ dễ dàng hơn.

Hình ảnh hiển thị các biểu đồ dòng điện có thể xảy ra ở các chế độ hoạt động khác nhau của thiết bị. Đối với họ, các tham số để cài đặt và cài đặt thiết bị bảo vệ được chọn.

Biểu đồ màu nâu hiển thị sóng hình sin của chế độ danh nghĩa, được chọn làm chế độ ban đầu trong thiết kế mạch điện, có tính đến công suất của hệ thống dây điện và lựa chọn thiết bị bảo vệ dòng điện.

Sóng hình sin tần số công nghiệp 50 Hz ở chế độ này, nó luôn ổn định và chu kỳ của một dao động hoàn toàn xảy ra trong thời gian 0,02 giây.

Sóng hình sin của chế độ vận hành được hiển thị bằng màu xanh lam trong hình. Nó thường nhỏ hơn sóng hài danh nghĩa. Mọi người hiếm khi sử dụng đầy đủ tất cả các nguồn dự trữ trong khả năng được giao của họ.Ví dụ: nếu một chiếc đèn chùm năm cánh treo trong phòng, thì một nhóm bóng đèn thường được đưa vào để chiếu sáng: hai hoặc ba, không phải cả năm.

Để các thiết bị điện hoạt động đáng tin cậy ở tải định mức, chúng tạo ra một dòng điện dự trữ nhỏ để thiết lập bảo vệ. Lượng dòng điện mà chúng điều chỉnh để ngắt được gọi là điểm đặt. Khi đạt đến, các công tắc sẽ loại bỏ điện áp khỏi thiết bị.

Trong dải biên độ hình sin giữa chế độ định mức và điểm đặt, mạch hoạt động ở chế độ quá tải nhẹ.

Đặc tính thời gian có thể có của dòng điện sự cố được thể hiện trong biểu đồ màu đen. Biên độ của nó vượt quá cài đặt bảo vệ và tần số dao động đã thay đổi đáng kể. Nó thường là định kỳ trong tự nhiên. Mỗi nửa sóng thay đổi về cường độ và tần số.

Thuật toán bảo vệ quá dòng

Mỗi bảo vệ ngắn mạch bao gồm ba giai đoạn hoạt động chính:

1. theo dõi liên tục trạng thái của hình sin hiện tại được theo dõi và xác định thời điểm xảy ra sự cố;

2. phân tích tình hình và ra lệnh cho cơ quan điều hành từ bộ phận logic;

3. giải phóng điện áp khỏi thiết bị bằng các thiết bị chuyển mạch.

Trong nhiều thiết bị, một yếu tố khác được sử dụng — giới thiệu độ trễ thời gian phản hồi. Nó được sử dụng để cung cấp nguyên tắc chọn lọc trong các mạch phức tạp, phân nhánh.

Vì sóng hình sin đạt đến biên độ của nó trong khoảng thời gian 0,005 giây, khoảng thời gian này ít nhất cần thiết để đo nó bằng các biện pháp bảo vệ. Hai giai đoạn tiếp theo của công việc cũng không được thực hiện ngay lập tức.

Vì những lý do này, tổng thời gian hoạt động của các bảo vệ dòng điện nhanh nhất nhỏ hơn một chút so với chu kỳ của một dao động điều hòa là 0,02 giây.

Tính năng thiết kế của bảo vệ ngắn mạch

Dòng điện chạy qua mỗi dây gây ra:

• sưởi ấm nhiệt của dây dẫn;

• hướng một từ trường.

Hai hành động này được lấy làm cơ sở cho việc thiết kế các thiết bị bảo vệ.

bảo vệ hiện tại

Hiệu ứng nhiệt của dòng điện, được mô tả bởi các nhà khoa học Joule và Lenz, được sử dụng để bảo vệ cầu chì.

nhân viên bảo vệ

Nó dựa trên việc lắp đặt cầu chì trong đường dẫn hiện tại, cầu chì này chịu được tải danh định một cách tối ưu, nhưng bị cháy khi vượt quá, làm gián đoạn mạch.

Giá trị của dòng điện khẩn cấp càng cao thì sự ngắt mạch được tạo ra - loại bỏ điện áp càng nhanh. Nếu dòng điện vượt quá một chút, nó có thể tắt sau một thời gian dài.

Cầu chì hoạt động thành công trong các thiết bị điện tử, thiết bị điện ô tô, thiết bị gia dụng, thiết bị công nghiệp lên đến 1000 volt. Một số mô hình của họ được sử dụng trong các mạch thiết bị điện áp cao.

Bảo vệ dựa trên nguyên lý ảnh hưởng điện từ của dòng điện

Nguyên tắc tạo ra từ trường xung quanh dây dẫn mang dòng điện giúp tạo ra một loại rơle và công tắc điện từ khổng lồ sử dụng cuộn dây ngắt.

Cuộn dây của nó nằm trên một lõi — một mạch từ trong đó từ thông được thêm vào mỗi vòng. Tiếp điểm di động được kết nối cơ học với phần ứng, là phần đung đưa của lõi. Nó bị ép vào tiếp điểm tĩnh bằng lực của lò xo.

Dòng điện định mức chạy qua các vòng dây của cuộn dây xoắn ốc tạo ra từ thông không thắng được lực của lò xo. Do đó, các liên hệ bị đóng vĩnh viễn.

Trong trường hợp có dòng điện khẩn cấp, phần ứng bị hút vào phần đứng yên của mạch từ và ngắt mạch do các tiếp điểm tạo ra.

Một trong những loại bộ ngắt mạch hoạt động trên cơ sở loại bỏ điện áp điện từ khỏi mạch được bảo vệ được hiển thị trong ảnh.

Nó sử dụng:

• tự động tắt các chế độ khẩn cấp;

• hệ thống dập hồ quang điện;

• bắt đầu thủ công hoặc tự động.

Bảo vệ ngắn mạch kỹ thuật số

Tất cả các biện pháp bảo vệ được thảo luận ở trên đều hoạt động với các giá trị tương tự. Bên cạnh đó, gần đây trong công nghiệp và đặc biệt là lĩnh vực năng lượng, các công nghệ kỹ thuật số được tích cực giới thiệu dựa trên công việc thiết bị vi xử lý và rơle tĩnh. Các thiết bị tương tự với các chức năng đơn giản hóa được sản xuất cho nhu cầu gia đình.

Việc đo cường độ và hướng của dòng điện đi qua mạch được bảo vệ được thực hiện bằng máy biến dòng giảm áp tích hợp với độ chính xác cao. Tín hiệu được đo bởi nó được số hóa bằng cách chồng chất xung hình chữ nhật tần số cao theo nguyên tắc biến điệu biên độ.

Sau đó, nó đi đến phần hợp lý của việc bảo vệ bộ vi xử lý, hoạt động theo một thuật toán nhất định, được cấu hình sẵn. Trong trường hợp khẩn cấp, logic của thiết bị sẽ đưa ra lệnh cho bộ truyền động tắt máy để loại bỏ điện áp khỏi mạng.

Đối với hoạt động bảo vệ, một bộ cấp nguồn được sử dụng, lấy điện áp từ nguồn điện lưới hoặc nguồn tự trị.

Bảo vệ ngắn mạch kỹ thuật số có một số lượng lớn các chức năng, cài đặt và khả năng cho đến đăng ký trạng thái khẩn cấp của mạng và chế độ tắt máy.