Bagaimana perlindungan sirkuit pendek bekerja dan bekerja

Istilah "korsleting" dalam teknik kelistrikan mengacu pada operasi darurat sumber tegangan. Terjadi jika terjadi pelanggaran proses teknologi transmisi energi, ketika terminal keluaran dihubung pendek (korsleting) dari generator yang berfungsi atau elemen kimia.

Dalam hal ini, daya penuh dari sumber segera diterapkan ke korsleting. Arus besar mengalir melaluinya, yang dapat membakar peralatan dan menyebabkan cedera listrik pada orang di sekitarnya. Untuk menghentikan perkembangan insiden semacam itu, perlindungan khusus digunakan.

Apa saja jenis hubung singkat

Anomali listrik alami

Mereka muncul saat pelepasan petir disertai dengan petir yang kuat.

Sumber pembentukannya adalah potensi tinggi listrik statis dengan berbagai tanda dan besaran, yang terakumulasi oleh awan saat digerakkan oleh angin dalam jarak jauh. Sebagai hasil dari pendinginan alami, saat ketinggiannya naik, uap air di awan mengembun, membentuk hujan.

Lingkungan yang lembab memiliki hambatan listrik yang rendah, yang menyebabkan kerusakan isolasi udara untuk aliran arus dalam bentuk petir.

Pelepasan listrik meluncur di antara dua objek dengan potensi berbeda:

• di awan yang mendekat;

• antara awan petir dan tanah.

Petir jenis pertama berbahaya bagi pesawat terbang, dan pelepasannya ke tanah dapat menghancurkan pohon, bangunan, fasilitas industri, saluran listrik di atas kepala. Untuk melindunginya, penangkal petir dipasang, yang secara berturut-turut menjalankan fungsi-fungsi berikut:

1. menerima, menarik potensial petir ke arester khusus;

2. lewatnya arus yang diterima melalui saluran ke sirkuit pembumian gedung;

3. pelepasan debit tegangan tinggi dari rangkaian ini ke potensial ground.

Sirkuit pendek dalam arus searah

Sumber atau penyearah tegangan galvanik menciptakan perbedaan dalam potensi positif dan negatif dari kontak keluaran, yang dalam kondisi normal memastikan pengoperasian sirkuit, misalnya, cahaya bola lampu dari baterai, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Proses kelistrikan yang terjadi dalam hal ini dijelaskan dengan ekspresi matematis Hukum Ohm untuk rangkaian lengkap.

Gaya gerak listrik dari sumber didistribusikan untuk menciptakan beban di sirkuit internal dan eksternal dengan mengatasi hambatannya «R» dan «r».

Dalam mode darurat, korsleting dengan hambatan listrik yang sangat rendah terjadi antara terminal baterai «+» dan «-», yang secara praktis mematikan aliran arus di sirkuit eksternal, menonaktifkan bagian sirkuit ini. Oleh karena itu, sehubungan dengan modus nominal, kita dapat mengasumsikan bahwa R = 0.

Semua arus bersirkulasi hanya di sirkuit internal, yang memiliki resistansi kecil dan ditentukan oleh rumus I = E / r.

Karena besarnya gaya gerak listrik tidak berubah, nilai arus meningkat sangat tajam. Hubungan pendek seperti itu mengalir melalui kabel korslet dan loop bagian dalam, menyebabkan panas yang sangat besar di dalamnya dan kerusakan struktural selanjutnya.

Sirkuit pendek di sirkuit AC

Semua proses kelistrikan di sini juga dijelaskan oleh operasi hukum Ohm dan berjalan sesuai dengan prinsip yang sama. Karakteristik bagian mereka membutuhkan:

• penggunaan jaringan satu fasa atau tiga fasa dengan konfigurasi yang berbeda;

• adanya loop tanah.

Jenis hubung singkat pada rangkaian AC

Arus hubung singkat dapat terjadi antara:

• fase dan tanah;

• dua fase yang berbeda;

• dua fase dan pentanahan yang berbeda;

• tiga fase;

• tiga fase dan bumi.

Untuk transmisi listrik melalui saluran listrik overhead, sistem tenaga dapat menggunakan skema koneksi netral yang berbeda:

1. terisolasi;

2. tuli membumi.

Dalam setiap kasus ini arus hubung singkat akan membentuk jalurnya sendiri dan memiliki nilai yang berbeda. Oleh karena itu, semua opsi di atas untuk merakit rangkaian listrik dan kemungkinan arus hubung singkat di dalamnya diperhitungkan saat membuat konfigurasi perlindungan arus untuknya.

Korsleting juga dapat terjadi pada konsumen listrik, misalnya motor listrik. Dalam struktur fase tunggal, potensial fase dapat menembus lapisan insulasi ke rumahan atau konduktor netral.Pada peralatan listrik tiga fasa, gangguan tambahan dapat terjadi antara dua atau tiga fasa atau antara kombinasinya dengan rangka/tanah.

Dalam semua kasus ini, seperti dalam kasus hubung singkat di sirkuit DC, arus hubung singkat dengan magnitudo yang sangat besar akan mengalir melalui hubung singkat yang terbentuk dan seluruh rangkaian terhubung ke generator, menyebabkan mode darurat.

Untuk mencegah hal ini, perlindungan digunakan yang secara otomatis menghilangkan tegangan dari peralatan yang terkena arus yang meningkat.

Bagaimana memilih batas operasi perlindungan hubung singkat

Semua peralatan listrik dirancang untuk mengkonsumsi listrik dalam jumlah tertentu dalam kelas tegangannya. Diterima untuk mengevaluasi beban bukan dengan daya, tetapi dengan arus. Lebih mudah untuk mengukur, mengontrol, dan menciptakan perlindungan terhadapnya.

Gambar menunjukkan grafik arus yang dapat terjadi dalam berbagai mode pengoperasian peralatan. Bagi mereka, parameter untuk pengaturan dan pengaturan perangkat pelindung dipilih.

Grafik berwarna coklat menunjukkan gelombang sinus dari mode nominal, yang dipilih sebagai yang pertama dalam desain sirkuit listrik, dengan mempertimbangkan kekuatan kabel dan pemilihan perangkat perlindungan saat ini.

Gelombang sinus frekuensi industri 50 hertz dalam mode ini selalu stabil, dan periode satu osilasi lengkap terjadi dalam waktu 0,02 detik.

Gelombang sinus dari mode operasi ditunjukkan dengan warna biru pada gambar. Biasanya kurang dari harmonik nominal. Orang jarang sepenuhnya menggunakan semua cadangan dari kapasitas yang ditugaskan kepada mereka.Sebagai contoh, jika lampu gantung lima lengan digantung di sebuah ruangan, maka satu kelompok bola lampu sering disertakan untuk penerangan: dua atau tiga, tidak semuanya.

Agar peralatan listrik dapat bekerja dengan andal pada beban pengenal, mereka membuat cadangan arus kecil untuk perlindungan pengaturan. Jumlah arus di mana mereka menyesuaikan perjalanan disebut setpoint. Saat tercapai, sakelar menghilangkan tegangan dari peralatan.

Dalam kisaran amplitudo sinusoidal antara mode nominal dan titik setel, rangkaian beroperasi dalam mode beban berlebih.

Karakteristik waktu yang mungkin dari arus gangguan ditunjukkan dalam grafik berwarna hitam. Amplitudonya melebihi pengaturan perlindungan, dan frekuensi osilasi telah berubah secara dramatis. Biasanya bersifat aperiodik. Setiap setengah gelombang berubah besaran dan frekuensinya.

Algoritma perlindungan arus lebih

Setiap perlindungan hubung singkat mencakup tiga tahap operasi utama:

1. pemantauan konstan keadaan sinusoid arus yang dipantau dan penentuan momen kerusakan;

2. analisis situasi dan mengeluarkan perintah kepada badan eksekutif dari bagian logis;

3. pelepasan voltase dari peralatan dengan cara mengganti perangkat.

Di banyak perangkat, elemen lain digunakan — pengenalan penundaan waktu respons. Ini digunakan untuk memberikan prinsip selektivitas dalam sirkuit bercabang yang kompleks.

Karena gelombang sinus mencapai amplitudonya dalam waktu 0,005 detik, periode ini setidaknya diperlukan untuk pengukurannya dengan proteksi. Dua tahap pekerjaan selanjutnya juga tidak segera dilakukan.

Untuk alasan ini, total waktu pengoperasian proteksi arus tercepat sedikit kurang dari periode satu osilasi harmonik 0,02 detik.

Fitur desain perlindungan hubung singkat

Arus listrik yang mengalir melalui setiap kawat menyebabkan:

• pemanasan termal konduktor;

• mengarahkan medan magnet.

Kedua tindakan ini diambil sebagai dasar untuk desain perangkat pelindung.

Perlindungan saat ini

Efek termal arus, dijelaskan oleh ilmuwan Joule dan Lenz, digunakan untuk melindungi sekering.

Penjaga keamanan

Ini didasarkan pada pemasangan sekering di jalur saat ini, yang secara optimal menahan beban nominal, tetapi terbakar saat terlampaui, memutus sirkuit.

Semakin tinggi nilai arus darurat, semakin cepat pemutusan sirkuit dibuat - menghilangkan tegangan. Jika arus sedikit terlampaui, mungkin mati setelah jangka waktu yang lama.

Sekring berhasil bekerja di perangkat elektronik, peralatan listrik mobil, peralatan rumah tangga, perangkat industri hingga 1000 volt. Beberapa model mereka digunakan di sirkuit peralatan tegangan tinggi.

Perlindungan berdasarkan prinsip pengaruh elektromagnetik dari arus

Prinsip menginduksi medan magnet di sekitar kabel pembawa arus memungkinkan untuk membuat kelas besar relai dan sakelar elektromagnetik menggunakan koil perjalanan.

Kumparannya terletak di inti - sirkuit magnetik di mana fluks magnet ditambahkan dari setiap belokan. Kontak yang dapat digerakkan terhubung secara mekanis ke angker, yang merupakan bagian inti yang berayun. Itu ditekan ke kontak stasioner oleh kekuatan pegas.

Arus pengenal yang mengalir melalui belitan kumparan spiral menciptakan fluks magnet yang tidak dapat mengatasi gaya pegas. Oleh karena itu, kontak ditutup secara permanen.

Dalam kasus arus darurat, angker tertarik ke bagian stasioner dari sirkuit magnetik dan memutus sirkuit yang dibuat oleh kontak.

Salah satu jenis pemutus sirkuit yang beroperasi berdasarkan pelepasan tegangan elektromagnetik dari sirkuit yang dilindungi ditunjukkan pada foto.

Ini menggunakan:

• shutdown otomatis mode darurat;

• sistem pemadam busur listrik;

• mulai manual atau otomatis.

Perlindungan hubung singkat digital

Semua perlindungan yang dibahas di atas berfungsi dengan nilai analog. Selain itu, baru-baru ini di industri dan khususnya di sektor energi, teknologi digital berbasis pekerjaan diperkenalkan secara aktif perangkat mikroprosesor dan relai statis. Perangkat yang sama dengan fungsi yang disederhanakan diproduksi untuk kebutuhan rumah tangga.

Pengukuran besaran dan arah arus yang melewati sirkuit yang dilindungi dilakukan oleh trafo arus step-down built-in dengan tingkat akurasi yang tinggi. Sinyal yang diukur olehnya didigitalkan dengan superposisi pulsa persegi frekuensi tinggi sesuai dengan prinsip modulasi amplitudo.

Kemudian beralih ke bagian logis dari perlindungan mikroprosesor, yang bekerja sesuai dengan algoritme tertentu yang telah dikonfigurasi sebelumnya. Dalam situasi darurat, logika perangkat mengeluarkan perintah ke aktuator shutdown untuk menghilangkan tegangan dari jaringan.

Untuk operasi perlindungan, catu daya digunakan, yang mengambil tegangan dari sumber listrik atau otonom.

Perlindungan hubung singkat digital memiliki sejumlah besar fungsi, pengaturan, dan kemampuan hingga mendaftarkan keadaan darurat jaringan dan mode mati.