短絡保護の仕組みと仕組み

電気工学における「短絡」という用語は、電圧源の緊急動作を指します。エネルギー伝達の技術プロセスに違反した場合、作動中の発電機または化学要素の出力端子が短絡（短絡）した場合に発生します。

この場合、電源の全電力が直ちに短絡回路に適用されます。大量の電流が流れるため、機器が焼損したり、周囲の人が感電する可能性があります。このような事件の進行を阻止するために、特別な保護が使用されます。

短絡にはどのような種類がありますか

自然電気異常

それらは、雷を伴う放電中に現れます。 強力な稲妻.

形成の原因は、風によって長距離を移動する雲によって蓄積される、さまざまな符号や大きさの高電位の静電気です。自然冷却の結果、高度が上昇するにつれて雲の中の水分が凝縮し、雨が形成されます。

湿気の多い環境では電気抵抗が低くなり、空気の絶縁が破壊され、雷の形で電流が流れます。

放電は、電位の異なる 2 つの物体の間を滑ります。

• 近づいてくる雲の上で。

• 雷雲と地面の間。

最初の種類の雷は航空機にとって危険であり、地面への放電は樹木、建物、産業施設、架空送電線を破壊する可能性があります。それを防ぐために、避雷針が設置されており、次の機能を継続的に実行します。

1.雷の可能性を受信し、特別な避雷器に引き付けます。

2. 受け取った電流が導管を通って建物の接地回路に流れる。

3. 高電圧の放電 この回路から接地電位への放電。

直流での短絡

ガルバニック電圧源または整流器は、出力接点の正と負の電位差を生み出します。これにより、通常の状態では、回路の動作が保証されます (たとえば、下図に示すように、電池からの電球の輝き)。

この場合に起こる電気的プロセスは数式で表されます。 完全な回路のオームの法則.

ソースの起電力は、内部回路と外部回路の抵抗«R»および«r»に打ち勝つことによって分散され、負荷が生成されます。

緊急モードでは、非常に低い電気抵抗による短絡がバッテリー端子«+»と«-»の間に発生し、外部回路の電流の流れが事実上遮断され、回路のこの部分が非アクティブになります。したがって、公称モードに関しては、R = 0 と仮定できます。

すべての電流は内部回路内でのみ循環します。内部回路には小さな抵抗があり、式 I = E / r によって決まります。

起電力の大きさは変わらないので、電流値は非常に急激に増加します。このような短絡は、短絡ワイヤと内部ループを通って流れ、それらに多大な発熱とその後の構造的損傷を引き起こします。

AC回路の短絡

ここでのすべての電気プロセスもオームの法則の作用によって記述され、同様の原理に従って進行します。彼らの通過の特徴には次のものが必要です。

• 異なる構成の単相または三相ネットワークの使用。

• グランドループの存在。

AC回路における短絡の種類

短絡電流は次の間で発生する可能性があります。

• 位相と接地。

• 2 つの異なるフェーズ。

• 2 つの異なる位相と接地。

• 3つのフェーズ。

• 三相とアース。

架空送電線を介した送電の場合、電力システムは別の中性点接続スキームを使用する場合があります。

1. 孤立した;

2. 致命的な接地。

これらのそれぞれの場合において、短絡電流は独自の経路を形成し、異なる値を持ちます。したがって、電流保護構成を作成する際には、電気回路を組み立てるための上記のオプションすべてと、それらの短絡電流の可能性が考慮されます。

短絡は、電気モーターなどの電気の消費者でも発生する可能性があります。単相構造では、相電位が絶縁層を突き抜けてハウジングまたは中性線に至る可能性があります。三相電気機器では、2 相または 3 相間、またはフレーム/アースとの組み合わせ間で追加の障害が発生する可能性があります。

これらすべての場合において、直流回路の短絡の場合と同様に、非常に大きな短絡電流が形成された短絡回路とそれに接続されている発電機の回路全体を流れ、非常モードを引き起こします。

これを防ぐために、増加した電流にさらされる機器から自動的に電圧を除去する保護装置が使用されます。

短絡保護の動作限界を選択する方法

すべての電化製品は、その電圧クラスで一定量の電力を消費するように設計されています。負荷を電力ではなく電流で評価することが認められています。それに対する保護を測定、制御、作成するのが簡単になります。

この図は、機器のさまざまな動作モードで発生する可能性のある電流のグラフを示しています。それらのために、保護装置を設定および設定するためのパラメーターが選択されます。

茶色のグラフは公称モードの正弦波を示しています。この正弦波は、配線の電力と電流保護デバイスの選択を考慮して、電気回路設計の最初のモードとして選択されます。

工業用周波数正弦波 50ヘルツ このモードでは常に安定しており、1 回の完全な振動の周期は 0.02 秒で発生します。

動作モードの正弦波は、図では青色で示されています。通常、それは公称高調波よりも小さくなります。割り当てられた能力のすべての予備を完全に使い切ることはめったにありません。たとえば、5 アームのシャンデリアが部屋に吊るされている場合、多くの場合、照明用に 1 つのグループの電球が含まれます。5 つすべてではなく、2 つまたは 3 つです。

電気製品が定格負荷で確実に動作するために、保護を設定するための小さな電流予備が作成されます。トリップするように調整される電流の量は、セットポイントと呼ばれます。到達すると、スイッチは機器から電圧を除去します。

公称モードと設定値の間の正弦波振幅の範囲では、回路はわずかな過負荷モードで動作します。

故障電流の考えられる時間特性がグラフに黒色で示されています。その振幅が保護設定を超えており、発振周波数が大幅に変化しています。通常、それは本質的に非周期的です。各半波は大きさと周波数が変化します。

過電流保護アルゴリズム

各短絡保護には、次の 3 つの主要な動作段階が含まれます。

1. 監視された電流正弦波の状態を常に監視し、誤動作の瞬間を判断します。

論理的な部分から状況を分析し執行機関に指示を出す、３．

3. スイッチングデバイスによる機器からの電圧の解放。

多くのデバイスでは、別の要素、つまり応答時間遅延の導入が使用されています。これは、複雑な分岐回路に選択性の原理を提供するために使用されます。

正弦波は 0.005 秒以内に振幅に達するため、保護装置による測定にはこの期間が少なくとも必要です。次の 2 段階の作業もすぐには実行されません。

これらの理由により、最速の電流保護の合計動作時間は、1 つの高調波発振の周期である 0.02 秒よりわずかに短くなります。

短絡保護の設計上の特徴

各ワイヤを流れる電流により、次のようなことが起こります。

• 導体の熱加熱。

• 磁場を誘導します。

これら 2 つのアクションは、保護装置の設計の基礎として採用されます。

電流保護

科学者のジュールとレンツによって説明された電流の熱効果は、ヒューズを保護するために使用されます。

警備員

これは、電流経路にヒューズを取り付けることに基づいており、公称負荷に最適に耐えますが、超過すると切れて回路を遮断します。

緊急電流の値が高いほど、回路遮断がより速く作成され、電圧が除去されます。電流を少し超えると長時間経過するとオフになる場合があります。

ヒューズは、最大 1000 ボルトの電子機器、自動車の電気機器、家庭用電化製品、産業用機器で正常に動作します。一部のモデルは高電圧機器回路で使用されます。

電流の電磁的影響の原理に基づいた保護

電流が流れるワイヤの周囲に磁界を誘導する原理により、トリップ コイルを使用して膨大な種類の電磁リレーやスイッチを作成することが可能になりました。

そのコイルは、各巻線から磁束が追加される磁気回路であるコア上に配置されています。可動接点はコアの揺動部であるアーマチュアに機械的に接続されています。バネの力で固定接点に押し付けられます。

スパイラルコイルの巻線を流れる定格電流は、バネの力に勝てない磁束を生成します。したがって、接点は永久的に閉じられます。

緊急電流が発生した場合、アーマチュアは磁気回路の固定部分に引き付けられ、接点によって形成された回路を遮断します。

保護回路から電磁電圧を除去することに基づいて動作する回路ブレーカーのタイプの 1 つが写真に示されています。

それは使用しています：

• 緊急モードの自動シャットダウン。

• 電気アーク消火システム;

• 手動または自動で開始します。

デジタル短絡保護

上で説明したすべての保護はアナログ値で機能します。これらに加え、近年、産業界、特にエネルギー分野では、業務を踏まえたデジタル技術の導入が積極的に行われています。 マイクロプロセッサデバイス そしてスタティックリレー。家庭のニーズに合わせて、機能を簡素化した同じデバイスが製造されています。

保護された回路を流れる電流の大きさと方向の測定は、内蔵の降圧変流器によって高精度で実行されます。それによって測定された信号は重ね合わせによってデジタル化されます 高周波矩形パルス 振幅変調の原理に従って。

次に、マイクロプロセッサの保護の論理部分に進み、事前に設定された特定のアルゴリズムに従って機能します。緊急事態が発生した場合、デバイスロジックはシャットダウンアクチュエーターにコマンドを発行して、ネットワークから電圧を除去します。

保護動作には、主電源または自律電源から電圧を取得する電源ユニットが使用されます。

デジタル短絡保護には、ネットワークの緊急状態とそのシャットダウン モードの登録に至るまで、多数の機能、設定、機能があります。