كيف تعمل حماية ماس كهربائى وتعمل

يشير مصطلح "ماس كهربائى" في الهندسة الكهربائية إلى التشغيل الطارئ لمصادر الجهد. يحدث في حالة حدوث انتهاكات للعمليات التكنولوجية لنقل الطاقة ، عندما تكون أطراف الخرج قصيرة الدائرة (ماس كهربائى) لمولد عامل أو عنصر كيميائي.

في هذه الحالة ، يتم تطبيق الطاقة الكاملة للمصدر على الفور على ماس كهربائى. تتدفق تيارات ضخمة من خلاله ، والتي يمكن أن تحرق المعدات وتسبب إصابات كهربائية للأشخاص القريبين. لوقف تطور مثل هذه الحوادث ، يتم استخدام وسائل حماية خاصة.

ما هي أنواع الدوائر القصيرة؟

التشوهات الكهربائية الطبيعية

تظهر أثناء تصريفات البرق مصحوبة برق قوي.

مصادر تكوينها هي إمكانات عالية للكهرباء الساكنة ذات العلامات والمقادير المختلفة ، والتي تتراكم بواسطة السحب عندما تحركها الرياح لمسافات طويلة. نتيجة للتبريد الطبيعي ، كلما ارتفع في الارتفاع ، تتكثف الرطوبة في السحب مكونة المطر.

تتميز البيئة الرطبة بمقاومة كهربائية منخفضة ، مما يؤدي إلى انهيار عزل الهواء لمرور التيار على شكل برق.

ينزلق التفريغ الكهربائي بين جسمين لهما إمكانات مختلفة:

• على اقتراب الغيوم

• بين سحابة رعدية والأرض.

النوع الأول من الصواعق خطر على الطائرات ، ويمكن أن يؤدي تفريغه على الأرض إلى تدمير الأشجار والمباني والمنشآت الصناعية وخطوط الطاقة العلوية. للحماية منه ، يتم تثبيت قضبان الصواعق ، والتي تؤدي الوظائف التالية على التوالي:

1. تلقي ، وجذب إمكانية البرق إلى صواعق خاصة ؛

2. مرور التيار المستلم عبر قناة إلى دائرة تأريض المبنى ؛

3. تفريغ الجهد العالي من هذه الدائرة إلى الجهد الأرضي.

دوائر قصيرة في التيارات المباشرة

تخلق مصادر الجهد الكلفاني أو مقوماته اختلافًا في الإمكانات الإيجابية والسلبية لجهات اتصال الخرج ، والتي تضمن في ظل الظروف العادية تشغيل الدائرة ، على سبيل المثال ، توهج المصباح الكهربائي من البطارية ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

يتم وصف العمليات الكهربائية التي تحدث في هذه الحالة بتعبير رياضي قانون أوم لدائرة كاملة.

يتم توزيع القوة الدافعة الكهربائية للمصدر لخلق حمل في الدوائر الداخلية والخارجية عن طريق التغلب على مقاومتهم «R» و «r».

في وضع الطوارئ ، تحدث دائرة كهربائية قصيرة ذات مقاومة كهربائية منخفضة جدًا بين طرفي البطارية «+» و «-» ، مما يؤدي عمليًا إلى إيقاف تدفق التيار في الدائرة الخارجية ، مما يؤدي إلى تعطيل هذا الجزء من الدائرة. لذلك ، فيما يتعلق بالوضع الاسمي ، يمكننا افتراض أن R = 0.

يدور كل التيار فقط في الدائرة الداخلية ، والتي لها مقاومة صغيرة ويتم تحديدها بواسطة الصيغة I = E / r.

نظرًا لأن حجم القوة الدافعة الكهربائية لم يتغير ، فإن قيمة التيار تزداد بشكل حاد للغاية. تتدفق مثل هذه الدائرة القصيرة عبر سلك التقصير والحلقة الداخلية ، مما يتسبب في توليد حرارة هائلة فيها وتلف هيكلي لاحق.

دوائر قصيرة في دوائر التيار المتردد

يتم وصف جميع العمليات الكهربائية هنا أيضًا من خلال تشغيل قانون أوم والمضي قدمًا وفقًا لمبدأ مماثل. تتطلب خصائص مرورهم ما يلي:

• استخدام شبكات أحادية الطور أو ثلاثية الطور بتشكيلات مختلفة ؛

• وجود حلقة أرضية.

أنواع الدوائر القصيرة في دوائر التيار المتردد

يمكن أن تحدث تيارات الدائرة القصيرة بين:

• المرحلة والأرض

• مرحلتان مختلفتان

• مرحلتين مختلفتين والتأريض ؛

• ثلاث مراحل

• ثلاث مراحل والأرض.

لنقل الكهرباء عبر خطوط الكهرباء العلوية ، قد تستخدم أنظمة الطاقة مخطط توصيل محايد مختلفًا:

1. معزولة.

2. الصم على الأرض.

في كل حالة من هذه الحالات ، ستشكل تيارات الدائرة القصيرة مسارها الخاص ولها قيمة مختلفة. لذلك ، يتم أخذ جميع الخيارات المذكورة أعلاه لتجميع دائرة كهربائية وإمكانية حدوث تيارات دائرة قصر فيها في الاعتبار عند إنشاء تكوين حماية حالي لها.

يمكن أن تحدث دائرة كهربائية قصيرة أيضًا في مستهلكي الكهرباء ، على سبيل المثال محرك كهربائي. في الهياكل أحادية الطور ، يمكن أن تخترق إمكانات الطور طبقة العزل إلى الغلاف أو الموصل المحايد.في المعدات الكهربائية ثلاثية الطور ، يمكن أن يحدث خطأ إضافي بين مرحلتين أو ثلاث أو بين مجموعاتها مع الإطار / الأرض.

في جميع هذه الحالات ، كما في حالة وجود دائرة كهربائية قصيرة في دوائر التيار المستمر ، سوف يتدفق تيار ماس كهربائى ذو حجم كبير جدًا عبر الدائرة القصيرة المتكونة والدائرة بأكملها متصلة بها بالمولد ، مما يتسبب في وضع الطوارئ.

لمنع ذلك ، يتم استخدام وسائل حماية تعمل على إزالة الجهد تلقائيًا من المعدات المعرضة لتيارات متزايدة.

كيفية اختيار حدود التشغيل لحماية ماس كهربائى

تم تصميم جميع الأجهزة الكهربائية لاستهلاك كمية معينة من الكهرباء في فئة الجهد. من المقبول تقييم الحمل ليس بالقوة ، ولكن بالتيار. من الأسهل قياسه والتحكم فيه وخلق حماية منه.

تُظهر الصورة الرسوم البيانية للتيارات التي يمكن أن تحدث في أوضاع مختلفة من تشغيل الجهاز. بالنسبة لهم ، يتم تحديد معلمات ضبط وإعداد أجهزة الحماية.

يوضح الرسم البياني باللون البني الموجة الجيبية للوضع الاسمي ، والتي يتم تحديدها على أنها الموجة الأولية في تصميم الدائرة الكهربائية ، مع مراعاة قوة الأسلاك واختيار أجهزة الحماية الحالية.

موجة جيبية التردد الصناعي 50 هيرتز في هذا الوضع يكون دائمًا مستقرًا ، وتحدث فترة التذبذب الكامل في وقت قدره 0.02 ثانية.

تظهر الموجة الجيبية لوضع التشغيل باللون الأزرق في الصورة. عادة ما يكون أقل من التوافقي الاسمي. نادرًا ما يستخدم الناس جميع احتياطيات السعة المخصصة لهم بشكل كامل.على سبيل المثال ، إذا كانت ثريا بخمسة أذرع معلقة في غرفة ، فغالبًا ما يتم تضمين مجموعة واحدة من المصابيح للإضاءة: اثنان أو ثلاثة ، وليس الخمسة كلها.

من أجل أن تعمل الأجهزة الكهربائية بشكل موثوق في الحمل المقنن ، فإنها تخلق احتياطيًا صغيرًا للتيار لوضع الحماية. يسمى مقدار التيار الذي يتكيفون عنده مع الرحلة بنقطة الضبط. عند الوصول إليها ، تقوم المفاتيح بإزالة الجهد من الجهاز.

في نطاق السعات الجيبية بين الوضع الاسمي ونقطة الضبط ، تعمل الدائرة في وضع الحمل الزائد الطفيف.

يتم عرض خاصية زمنية محتملة لتيار العطل في الرسم البياني باللون الأسود. يتجاوز اتساعها إعداد الحماية ، وتغير تردد التذبذب بشكل كبير. عادة ما يكون غير دوري بطبيعته. يتغير كل نصف موجة من حيث الحجم والتردد.

خوارزمية حماية التيار الزائد

تتضمن كل حماية من ماس كهربائى ثلاث مراحل رئيسية من التشغيل:

1. المراقبة المستمرة لحالة الجيوب الأنفية الحالية المراقبة وتحديد لحظة العطل ؛

2. تحليل الموقف وإصدار أمر للجهاز التنفيذي من الجانب المنطقي.

3. تحرير الجهد من الجهاز عن طريق أجهزة التحويل.

في العديد من الأجهزة ، يتم استخدام عنصر آخر - إدخال تأخير وقت الاستجابة. يتم استخدامه لتوفير مبدأ الانتقائية في الدوائر المعقدة والمتفرعة.

نظرًا لأن الموجة الجيبية تصل إلى اتساعها في وقت قدره 0.005 ثانية ، فإن هذه الفترة ضرورية على الأقل لقياسها بواسطة وسائل الحماية. لا يتم أيضًا تنفيذ المرحلتين التاليتين من العمل على الفور.

لهذه الأسباب ، يكون إجمالي وقت التشغيل لأسرع وسائل الحماية الحالية أقل قليلاً من فترة التذبذب التوافقي البالغ 0.02 ثانية.

ميزات تصميم حماية ماس كهربائى

يتسبب التيار الكهربائي المتدفق عبر كل سلك في:

• التسخين الحراري للموصل.

• توجيه مجال مغناطيسي.

يتم اتخاذ هذين الإجراءين كأساس لتصميم أجهزة الحماية.

الحماية الحالية

يستخدم التأثير الحراري للتيار ، الذي وصفه العالمان جول ولينز ، لحماية الصمامات.

حارس أمن

يعتمد على تركيب فتيل في المسار الحالي ، والذي يتحمل الحمل الاسمي على النحو الأمثل ، ولكنه يحترق عند تجاوزه ، مما يقطع الدائرة.

كلما زادت قيمة تيار الطوارئ ، زادت سرعة إنشاء فاصل الدائرة - إزالة الجهد. إذا تم تجاوز التيار قليلاً ، فقد ينطفئ بعد فترة طويلة من الزمن.

تعمل الصمامات بنجاح في الأجهزة الإلكترونية والمعدات الكهربائية للسيارات والأجهزة المنزلية والأجهزة الصناعية حتى 1000 فولت. تُستخدم بعض نماذجها في دوائر المعدات ذات الجهد العالي.

الحماية على أساس مبدأ التأثير الكهرومغناطيسي للتيار

إن مبدأ إحداث مجال مغناطيسي حول سلك يحمل تيارًا جعل من الممكن إنشاء فئة ضخمة من المرحلات والمفاتيح الكهرومغناطيسية باستخدام ملف الرحلة.

يقع ملفه على قلب - دائرة مغناطيسية يتم فيها إضافة التدفقات المغناطيسية من كل منعطف. يتم توصيل جهة الاتصال المنقولة ميكانيكيًا بحديد المحرك ، وهو الجزء المتأرجح من القلب. يتم ضغطه على التلامس الثابت بقوة الزنبرك.

التيار المقنن المتدفق خلال لفات الملف اللولبي يخلق تدفقًا مغناطيسيًا لا يمكنه التغلب على قوة الزنبرك. لذلك ، يتم إغلاق جهات الاتصال بشكل دائم.

في حالة تيارات الطوارئ ، ينجذب المحرك إلى الجزء الثابت من الدائرة المغناطيسية ويكسر الدائرة التي أنشأتها جهات الاتصال.

يظهر في الصورة أحد أنواع قواطع الدائرة التي تعمل على أساس إزالة الجهد الكهرومغناطيسي من الدائرة المحمية.

يستخدم:

• الإغلاق التلقائي لأنماط الطوارئ ؛

• نظام إطفاء القوس الكهربائي.

• البدء اليدوي أو التلقائي.

حماية ماس كهربائى رقمي

جميع وسائل الحماية التي تمت مناقشتها أعلاه تعمل مع القيم التناظرية. بالإضافة إلى ذلك ، في الآونة الأخيرة في الصناعة وخاصة في قطاع الطاقة ، يتم تقديم التقنيات الرقمية بنشاط بناءً على العمل أجهزة المعالجات الدقيقة والمرحلات الثابتة. يتم إنتاج نفس الأجهزة ذات الوظائف المبسطة لتلبية الاحتياجات المنزلية.

يتم قياس حجم واتجاه التيار المار عبر الدائرة المحمية بواسطة محول تيار داخلي متدرج بدرجة عالية من الدقة. يتم ترقيم الإشارة المقاسة بواسطتها عن طريق التراكب نبضات مستطيلة عالية التردد وفقًا لمبدأ تعديل السعة.

ثم ينتقل إلى الجزء المنطقي من حماية المعالج الدقيق ، والذي يعمل وفقًا لخوارزمية معينة مسبقة التكوين. في حالات الطوارئ ، يصدر منطق الجهاز أمرًا لمشغل إيقاف التشغيل لإزالة الجهد الكهربائي من الشبكة.

للتشغيل الوقائي ، يتم استخدام وحدة تزويد الطاقة ، والتي تأخذ الجهد من التيار الكهربائي أو من مصادر مستقلة.

تحتوي الحماية الرقمية للدائرة القصيرة على عدد كبير من الوظائف والإعدادات والقدرات حتى تسجيل حالة الطوارئ للشبكة ووضع إغلاقها.