การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรทำงานอย่างไร

คำว่า «ไฟฟ้าลัดวงจร» ในทางวิศวกรรมไฟฟ้าหมายถึงการทำงานฉุกเฉินของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า เกิดขึ้นในกรณีที่มีการละเมิดกระบวนการทางเทคโนโลยีของการส่งผ่านพลังงานเมื่อขั้วเอาท์พุทลัดวงจร (ลัดวงจร) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือองค์ประกอบทางเคมีที่ใช้งานได้

ในกรณีนี้ กำลังไฟเต็มของแหล่งกำเนิดจะถูกนำไปใช้กับไฟฟ้าลัดวงจรทันที กระแสน้ำขนาดใหญ่ไหลผ่าน ซึ่งสามารถเผาไหม้อุปกรณ์และทำให้ผู้คนใกล้เคียงบาดเจ็บทางไฟฟ้าได้ เพื่อหยุดการพัฒนาของเหตุการณ์ดังกล่าว มีการใช้การป้องกันพิเศษ

การลัดวงจรมีกี่ประเภท

ความผิดปกติทางไฟฟ้าตามธรรมชาติ

พวกมันปรากฏขึ้นระหว่างการปล่อยฟ้าผ่าพร้อมกับ สายฟ้าอันทรงพลัง.

แหล่งที่มาของการก่อตัวคือศักยภาพสูงของไฟฟ้าสถิตย์ที่มีเครื่องหมายและขนาดต่างๆ กัน ซึ่งสะสมโดยเมฆเมื่อถูกลมพัดเคลื่อนที่เป็นระยะทางไกล ผลจากการเย็นตัวตามธรรมชาติ เมื่อความสูงเพิ่มขึ้น ความชื้นในเมฆจะควบแน่นและก่อตัวเป็นฝน

สภาพแวดล้อมที่ชื้นมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำ ซึ่งทำให้เกิดการสลายตัวของฉนวนอากาศสำหรับการไหลของกระแสไฟฟ้าในรูปของฟ้าผ่า

การคายประจุไฟฟ้าจะเลื่อนไปมาระหว่างสองวัตถุที่มีความต่างศักย์ต่างกัน:

• บนก้อนเมฆที่กำลังใกล้เข้ามา

• ระหว่างเมฆฝนกับพื้นดิน

ฟ้าผ่าประเภทแรกเป็นอันตรายต่อเครื่องบิน และการปล่อยลงสู่พื้นสามารถทำลายต้นไม้ อาคาร โรงงานอุตสาหกรรม สายไฟเหนือศีรษะ เพื่อป้องกันไม่ให้มีการติดตั้งสายล่อฟ้าซึ่งทำหน้าที่ต่อไปนี้อย่างต่อเนื่อง:

1. รับ, ดึงดูดสายฟ้าที่อาจเกิดขึ้นกับตัวจับพิเศษ;

2. กระแสที่ได้รับผ่านท่อไปยังวงจรสายดินของอาคาร

3. การคายประจุไฟฟ้าแรงสูงจากวงจรนี้ไปยังศักย์ดิน

การลัดวงจรในไฟฟ้ากระแสตรง

แหล่งจ่ายแรงดันหรือวงจรเรียงกระแสแบบกัลวานิกสร้างความแตกต่างในศักย์ไฟฟ้าบวกและลบของหน้าสัมผัสเอาท์พุต ซึ่งภายใต้สภาวะปกติจะทำให้วงจรทำงานได้ เช่น การเรืองแสงของหลอดไฟจากแบตเตอรี่ ดังแสดงในรูปด้านล่าง

กระบวนการทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในกรณีนี้อธิบายด้วยนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ กฎของโอห์มสำหรับวงจรที่สมบูรณ์.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดถูกกระจายเพื่อสร้างโหลดในวงจรภายในและภายนอกโดยการเอาชนะความต้านทาน «R» และ «R»

ในโหมดฉุกเฉิน จะเกิดไฟฟ้าลัดวงจรที่มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำมากระหว่างขั้วแบตเตอรี่ «+» และ «-» ซึ่งจะปิดการไหลของกระแสในวงจรภายนอก และปิดการใช้งานส่วนนี้ของวงจร ดังนั้น ในแง่ของโหมดระบุ เราสามารถสันนิษฐานได้ว่า R = 0

กระแสทั้งหมดไหลเวียนเฉพาะในวงจรภายในซึ่งมีความต้านทานเล็กน้อยและกำหนดโดยสูตร I = E / r

เนื่องจากขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลง ค่าของกระแสจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การลัดวงจรดังกล่าวไหลผ่านลวดลัดวงจรและวงใน ทำให้เกิดความร้อนมหาศาลในตัวพวกมันและความเสียหายต่อโครงสร้างตามมา

การลัดวงจรในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

กระบวนการทางไฟฟ้าทั้งหมดที่นี่ได้รับการอธิบายโดยการทำงานของกฎของโอห์มและดำเนินการตามหลักการที่คล้ายกัน ลักษณะของเนื้อเรื่องต้องการ:

• การใช้เครือข่ายเฟสเดียวหรือสามเฟสที่มีการกำหนดค่าต่างกัน

• การปรากฏตัวของวงกราวด์

ประเภทของการลัดวงจรในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

กระแสลัดวงจรสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่าง:

• เฟสและกราวด์

• สองขั้นตอนที่แตกต่างกัน

• สองเฟสและสายดินที่แตกต่างกัน

• สามขั้นตอน

• สามเฟสและดิน

สำหรับการส่งไฟฟ้าผ่านสายไฟเหนือศีรษะ ระบบไฟฟ้าอาจใช้รูปแบบการเชื่อมต่อที่เป็นกลางที่แตกต่างกัน:

1. แยก;

2. สายดินหูหนวก

ในแต่ละกรณีเหล่านี้ กระแสลัดวงจรจะสร้างเส้นทางของตัวเองและมีค่าแตกต่างกัน ดังนั้นตัวเลือกทั้งหมดข้างต้นสำหรับการประกอบวงจรไฟฟ้าและความเป็นไปได้ของกระแสลัดวงจรในตัวเลือกเหล่านี้จึงถูกนำมาพิจารณาเมื่อสร้างการกำหนดค่าการป้องกันปัจจุบันสำหรับพวกเขา

การลัดวงจรอาจเกิดขึ้นได้กับผู้ใช้ไฟฟ้า เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า ในโครงสร้างแบบเฟสเดียว ศักย์ไฟฟ้าสามารถทะลุผ่านชั้นฉนวนไปยังตัวเรือนหรือตัวนำที่เป็นกลางได้ในอุปกรณ์ไฟฟ้าสามเฟส ความผิดปกติเพิ่มเติมสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างสองหรือสามเฟสหรือระหว่างการรวมกับเฟรม / กราวด์

ในกรณีทั้งหมดเหล่านี้ เช่นเดียวกับในกรณีของการลัดวงจรในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง กระแสลัดวงจรที่มีขนาดใหญ่มากจะไหลผ่านวงจรลัดที่เกิดขึ้นและวงจรทั้งหมดเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้เกิดโหมดฉุกเฉิน

เพื่อป้องกันสิ่งนี้ มีการใช้การป้องกันที่กำจัดแรงดันไฟฟ้าออกจากอุปกรณ์ที่สัมผัสกับกระแสที่เพิ่มขึ้นโดยอัตโนมัติ

วิธีเลือกขอบเขตการทำงานของการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

เครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหมดได้รับการออกแบบให้ใช้พลังงานไฟฟ้าในปริมาณที่กำหนดในระดับแรงดันไฟฟ้า เป็นที่ยอมรับในการประเมินโหลดไม่ใช่พลังงาน แต่เป็นกระแส ง่ายต่อการวัด ควบคุม และสร้างการป้องกัน

รูปภาพแสดงกราฟของกระแสที่เกิดขึ้นในโหมดการทำงานต่างๆ ของอุปกรณ์ สำหรับพวกเขา พารามิเตอร์สำหรับการตั้งค่าและการตั้งค่าอุปกรณ์ป้องกัน จะถูกเลือก

กราฟสีน้ำตาลแสดงคลื่นไซน์ของโหมดระบุซึ่งถูกเลือกเป็นโหมดเริ่มต้นในการออกแบบวงจรไฟฟ้าโดยคำนึงถึงกำลังของสายไฟและการเลือกอุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟฟ้า

คลื่นไซน์ความถี่อุตสาหกรรม 50 เฮิรตซ์ ในโหมดนี้จะคงที่เสมอ และระยะเวลาของการสั่นสมบูรณ์หนึ่งครั้งจะเกิดขึ้นในเวลา 0.02 วินาที

คลื่นไซน์ของโหมดการทำงานจะแสดงเป็นสีน้ำเงินในภาพ โดยปกติจะน้อยกว่าฮาร์มอนิกเล็กน้อย ผู้คนไม่ค่อยใช้กำลังสำรองทั้งหมดตามความสามารถที่ได้รับมอบหมายอย่างเต็มที่ตัวอย่างเช่น หากโคมระย้าห้าแฉกแขวนอยู่ในห้อง หลอดไฟหนึ่งกลุ่มมักจะรวมไว้สำหรับให้แสงสว่าง: สองหรือสามดวง ไม่ใช่ทั้งห้าดวง

เพื่อให้เครื่องใช้ไฟฟ้าทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือที่โหลดที่กำหนด พวกเขาสร้างกระแสสำรองเล็กน้อยสำหรับการตั้งค่าการป้องกัน ปริมาณกระแสที่ปรับเป็นทริปเรียกว่าค่าที่ตั้งไว้ เมื่อถึงแล้ว สวิตช์จะตัดแรงดันไฟฟ้าออกจากอุปกรณ์

ในช่วงของแอมพลิจูดไซน์ระหว่างโหมดระบุและจุดที่ตั้งค่าไว้ วงจรจะทำงานในโหมดโอเวอร์โหลดเล็กน้อย

ลักษณะเวลาที่เป็นไปได้ของกระแสไฟฟ้าขัดข้องจะแสดงในกราฟเป็นสีดำ แอมพลิจูดของมันเกินการตั้งค่าการป้องกัน และความถี่การสั่นก็เปลี่ยนไปอย่างมาก มักจะเป็นแบบไม่สม่ำเสมอในธรรมชาติ แต่ละครึ่งคลื่นมีการเปลี่ยนแปลงขนาดและความถี่

อัลกอริธึมการป้องกันกระแสเกิน

การป้องกันการลัดวงจรแต่ละครั้งประกอบด้วยสามขั้นตอนหลักในการทำงาน:

1. การตรวจสอบสถานะของไซน์ไซด์ปัจจุบันที่ถูกตรวจสอบอย่างต่อเนื่องและการกำหนดช่วงเวลาของความผิดปกติ

2. การวิเคราะห์สถานการณ์และการออกคำสั่งไปยังฝ่ายบริหารจากส่วนตรรกะ

3. ปล่อยแรงดันไฟฟ้าจากอุปกรณ์โดยวิธีสลับอุปกรณ์

ในอุปกรณ์จำนวนมาก มีการใช้องค์ประกอบอื่น - การแนะนำการหน่วงเวลาตอบสนอง มันถูกใช้เพื่อจัดเตรียมหลักการของการเลือกสรรในวงจรที่ซับซ้อนและแตกแขนง

เนื่องจากคลื่นไซน์ถึงแอมพลิจูดในเวลา 0.005 วินาที ช่วงเวลานี้จึงมีความจำเป็นอย่างน้อยสำหรับการวัดโดยการป้องกัน งานสองขั้นตอนถัดไปจะไม่ดำเนินการในทันที

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ เวลาในการทำงานทั้งหมดของการป้องกันกระแสไฟฟ้าที่เร็วที่สุดจึงน้อยกว่าระยะเวลาหนึ่งของการสั่นของฮาร์มอนิกที่ 0.02 วินาทีเล็กน้อย

คุณสมบัติการออกแบบของการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านแต่ละเส้นทำให้เกิด:

• ความร้อนของตัวนำ

• กำกับสนามแม่เหล็ก

การดำเนินการทั้งสองนี้เป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบอุปกรณ์ป้องกัน

การป้องกันปัจจุบัน

ผลกระทบทางความร้อนของกระแสไฟฟ้าที่อธิบายโดยนักวิทยาศาสตร์ Joule และ Lenz นั้นใช้เพื่อป้องกันฟิวส์

ผู้รักษาความปลอดภัย

มันขึ้นอยู่กับการติดตั้งฟิวส์ในเส้นทางปัจจุบันซึ่งทนทานต่อโหลดเล็กน้อยได้อย่างเหมาะสม แต่จะไหม้เมื่อเกินทำให้วงจรขัดจังหวะ

ค่าของกระแสไฟฉุกเฉินยิ่งสูง ยิ่งวงจรแตกเร็วขึ้น - ถอดแรงดันไฟฟ้าออก หากกระแสเกินเล็กน้อย อาจปิดหลังจากผ่านไปนาน

ฟิวส์ทำงานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, อุปกรณ์ไฟฟ้าของรถยนต์, เครื่องใช้ในครัวเรือน, อุปกรณ์อุตสาหกรรมได้ถึง 1,000 โวลต์ บางรุ่นใช้ในวงจรอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง

การป้องกันตามหลักการของอิทธิพลแม่เหล็กไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้า

หลักการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กรอบสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าทำให้สามารถสร้างรีเลย์และสวิตช์แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้โดยใช้ทริปคอยล์

ขดลวดตั้งอยู่บนแกน - วงจรแม่เหล็กที่เพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กในแต่ละรอบ หน้าสัมผัสที่เคลื่อนย้ายได้นั้นเชื่อมต่อทางกลไกกับกระดองซึ่งเป็นส่วนที่แกว่งของแกนกลาง มันถูกกดทับหน้าสัมผัสที่อยู่กับที่โดยแรงของสปริง

กระแสไฟที่ไหลผ่านรอบขดเกลียวจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กที่ไม่สามารถเอาชนะแรงของสปริงได้ ดังนั้นผู้ติดต่อจึงถูกปิดอย่างถาวร

ในกรณีของกระแสฉุกเฉิน กระดองจะถูกดึงดูดไปยังส่วนที่อยู่กับที่ของวงจรแม่เหล็กและทำลายวงจรที่สร้างโดยหน้าสัมผัส

เบรกเกอร์วงจรประเภทหนึ่งที่ทำงานบนพื้นฐานของการลบแรงดันไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้าออกจากวงจรป้องกันจะแสดงในภาพถ่าย

มันใช้:

• ปิดโหมดฉุกเฉินโดยอัตโนมัติ

• ระบบดับเพลิงด้วยไฟฟ้า

• เริ่มต้นด้วยตนเองหรืออัตโนมัติ

การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรแบบดิจิตอล

การป้องกันทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้นทำงานร่วมกับค่าอะนาล็อก นอกเหนือจากนี้ เมื่อเร็ว ๆ นี้ในอุตสาหกรรมและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคพลังงาน เทคโนโลยีดิจิทัลถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันตามงาน อุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์ และสแตติกรีเลย์ มีการผลิตอุปกรณ์แบบเดียวกันที่มีฟังก์ชันที่เรียบง่ายขึ้นสำหรับความต้องการของครัวเรือน

การวัดขนาดและทิศทางของกระแสที่ไหลผ่านวงจรป้องกันนั้นดำเนินการโดยหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าแบบสเต็ปดาวน์ในตัวที่มีความแม่นยำสูง สัญญาณที่วัดได้จะถูกแปลงเป็นดิจิทัลโดยการซ้อนทับ พัลส์สี่เหลี่ยมความถี่สูง ตามหลักการของแอมพลิจูดมอดูเลต

จากนั้นไปที่ส่วนตรรกะของการป้องกันไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งทำงานตามอัลกอริทึมที่กำหนดค่าไว้ล่วงหน้า ในกรณีฉุกเฉิน ตรรกะของอุปกรณ์จะออกคำสั่งไปยังตัวกระตุ้นการปิดระบบเพื่อลบแรงดันไฟฟ้าออกจากเครือข่าย

สำหรับการดำเนินการป้องกันจะใช้ชุดจ่ายไฟซึ่งรับแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟหลักหรือแหล่งจ่ายอิสระ

การป้องกันการลัดวงจรแบบดิจิทัลมีฟังก์ชัน การตั้งค่า และความสามารถมากมายจนถึงการลงทะเบียนสถานะฉุกเฉินของเครือข่ายและโหมดปิดเครื่อง