शॉर्ट सर्किट संरक्षण कसे कार्य करते आणि कार्य करते

इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये "शॉर्ट सर्किट" हा शब्द व्होल्टेज स्त्रोतांच्या आपत्कालीन ऑपरेशनला सूचित करतो. जेव्हा आउटपुट टर्मिनल्स कार्यरत जनरेटर किंवा रासायनिक घटकांचे शॉर्ट सर्किट (शॉर्ट सर्किट) असतात तेव्हा ऊर्जा प्रसारणाच्या तांत्रिक प्रक्रियेचे उल्लंघन झाल्यास उद्भवते.

या प्रकरणात, स्त्रोताची संपूर्ण शक्ती त्वरित शॉर्ट सर्किटवर लागू केली जाते. त्यातून प्रचंड प्रवाह वाहतात, ज्यामुळे उपकरणे जळतात आणि जवळपासच्या लोकांना विद्युत इजा होऊ शकते. अशा घटनांचा विकास थांबविण्यासाठी, विशेष संरक्षण वापरले जातात.

शॉर्ट सर्किटचे प्रकार काय आहेत

नैसर्गिक विद्युत विसंगती

ते सोबत विजेच्या स्त्राव दरम्यान दिसतात शक्तिशाली वीज.

त्यांच्या निर्मितीचे स्त्रोत विविध चिन्हे आणि परिमाणांच्या स्थिर विजेची उच्च क्षमता आहेत, जेव्हा ते लांब अंतरावर वाऱ्याद्वारे हलवले जातात तेव्हा ढगांकडून जमा होतात. नैसर्गिक थंडीचा परिणाम म्हणून, जसजशी त्याची उंची वाढते, तसतसा ढगांमधील ओलावा घनरूप होतो आणि पाऊस तयार होतो.

दमट वातावरणात कमी विद्युत प्रतिकार असतो, ज्यामुळे विजेच्या रूपात विद्युत प्रवाह जाण्यासाठी हवेच्या इन्सुलेशनमध्ये बिघाड होतो.

इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज वेगवेगळ्या क्षमतांच्या दोन वस्तूंमध्ये सरकतो:

• जवळ येत असलेल्या ढगांवर;

• मेघगर्जना आणि जमिनीच्या दरम्यान.

विजेचा पहिला प्रकार विमानासाठी धोकादायक आहे आणि जमिनीवर सोडल्याने झाडे, इमारती, औद्योगिक सुविधा, ओव्हरहेड पॉवर लाईन्स नष्ट होऊ शकतात. त्यापासून संरक्षण करण्यासाठी, लाइटनिंग रॉड स्थापित केले आहेत, जे क्रमशः खालील कार्ये करतात:

1. प्राप्त करणे, विजेची क्षमता विशेष अटककर्त्याकडे आकर्षित करणे;

2. इमारतीच्या ग्राउंडिंग सर्किटमध्ये नलिकाद्वारे प्राप्त विद्युत् प्रवाह;

3. या सर्किटमधून ग्राउंड पोटेंशिअलपर्यंत उच्च व्होल्टेज डिस्चार्ज.

थेट प्रवाहांमध्ये शॉर्ट सर्किट

गॅल्व्हॅनिक व्होल्टेज स्त्रोत किंवा रेक्टिफायर्स आउटपुट संपर्कांच्या सकारात्मक आणि नकारात्मक क्षमतेमध्ये फरक निर्माण करतात, जे सामान्य परिस्थितीत सर्किटचे ऑपरेशन सुनिश्चित करतात, उदाहरणार्थ, खालील आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, बॅटरीमधून लाइट बल्बची चमक.

या प्रकरणात होणार्‍या विद्युत प्रक्रियांचे गणितीय अभिव्यक्तीद्वारे वर्णन केले जाते संपूर्ण सर्किटसाठी ओमचा नियम.

स्त्रोताची इलेक्ट्रोमोटिव्ह शक्ती अंतर्गत आणि बाह्य सर्किट्समध्ये त्यांच्या प्रतिकारांवर मात करून लोड तयार करण्यासाठी वितरीत केली जाते «R» आणि «r».

आणीबाणीच्या मोडमध्ये, बॅटरी टर्मिनल्स «+» आणि «-» दरम्यान अत्यंत कमी विद्युत प्रतिकार असलेले शॉर्ट सर्किट उद्भवते, जे बाह्य सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह व्यावहारिकपणे बंद करते, सर्किटचा हा भाग निष्क्रिय करते. म्हणून, नाममात्र मोडच्या संदर्भात, आपण R = 0 असे गृहीत धरू शकतो.

सर्व विद्युत् प्रवाह फक्त अंतर्गत सर्किटमध्ये फिरतात, ज्यामध्ये लहान प्रतिकार असतो आणि सूत्र I = E / r द्वारे निर्धारित केला जातो.

इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सचे परिमाण बदललेले नसल्यामुळे, विद्युत् प्रवाहाचे मूल्य खूप झपाट्याने वाढते. असे शॉर्ट सर्किट शॉर्टिंग वायर आणि आतील लूपमधून वाहते, ज्यामुळे त्यांच्यामध्ये प्रचंड उष्णता निर्माण होते आणि त्यानंतरचे संरचनात्मक नुकसान होते.

एसी सर्किट्समध्ये शॉर्ट सर्किट

येथे सर्व विद्युतीय प्रक्रियांचे वर्णन ओहमच्या नियमानुसार केले जाते आणि त्याच तत्त्वानुसार पुढे जाते. त्यांच्या मार्गाची वैशिष्ट्ये आवश्यक आहेत:

• वेगवेगळ्या कॉन्फिगरेशनसह सिंगल-फेज किंवा थ्री-फेज नेटवर्कचा वापर;

• ग्राउंड लूपची उपस्थिती.

एसी सर्किट्समधील शॉर्ट सर्किट्सचे प्रकार

शॉर्ट सर्किट प्रवाह दरम्यान येऊ शकतात:

• टप्पा आणि जमीन;

• दोन भिन्न टप्पे;

• दोन भिन्न टप्पे आणि ग्राउंडिंग;

• तीन टप्पे;

• तीन टप्पे आणि पृथ्वी.

ओव्हरहेड पॉवर लाईन्सद्वारे वीज प्रसारित करण्यासाठी, पॉवर सिस्टम भिन्न तटस्थ कनेक्शन योजना वापरू शकतात:

1. वेगळे;

2. बहिरे ग्राउंड केलेले.

या प्रत्येक प्रकरणात शॉर्ट सर्किट प्रवाह स्वतःचा मार्ग तयार करतील आणि त्यांचे मूल्य वेगळे असेल. म्हणून, इलेक्ट्रिकल सर्किट एकत्र करण्यासाठी वरील सर्व पर्याय आणि त्यांच्यासाठी वर्तमान संरक्षण कॉन्फिगरेशन तयार करताना त्यामध्ये शॉर्ट-सर्किट प्रवाहांची शक्यता विचारात घेतली जाते.

विजेच्या ग्राहकांमध्ये शॉर्ट सर्किट देखील होऊ शकते, उदाहरणार्थ इलेक्ट्रिक मोटर. सिंगल-फेज स्ट्रक्चर्समध्ये, फेज पोटेंशिअल इन्सुलेशन लेयरमधून हाउसिंग किंवा न्यूट्रल कंडक्टरमध्ये मोडू शकते.थ्री-फेज इलेक्ट्रिकल उपकरणांमध्ये, दोन किंवा तीन टप्प्यांमध्ये किंवा फ्रेम / ग्राउंडसह त्यांच्या संयोजनांमध्ये अतिरिक्त दोष उद्भवू शकतो.

या सर्व प्रकरणांमध्ये, डीसी सर्किट्समध्ये शॉर्ट सर्किटच्या बाबतीत, तयार झालेल्या शॉर्ट सर्किटमधून आणि त्याच्याशी जोडलेल्या संपूर्ण सर्किटमधून खूप मोठ्या आकाराचा शॉर्ट सर्किट करंट वाहतो, ज्यामुळे आपत्कालीन मोड उद्भवतो.

हे टाळण्यासाठी, वाढीव प्रवाहांच्या संपर्कात असलेल्या उपकरणांमधून व्होल्टेज स्वयंचलितपणे काढून टाकणारी संरक्षणे वापरली जातात.

शॉर्ट सर्किट संरक्षणाची ऑपरेटिंग मर्यादा कशी निवडावी

सर्व विद्युत उपकरणे त्यांच्या व्होल्टेज वर्गामध्ये विशिष्ट प्रमाणात वीज वापरण्यासाठी डिझाइन केलेली आहेत. लोडचे मूल्यमापन पॉवरद्वारे नव्हे तर वर्तमानाद्वारे स्वीकारले जाते. त्याचे मोजमाप करणे, नियंत्रित करणे आणि त्यापासून संरक्षण निर्माण करणे सोपे आहे.

चित्र विद्युत प्रवाहांचे आलेख दर्शविते जे उपकरणांच्या ऑपरेशनच्या विविध मोडमध्ये येऊ शकतात. त्यांच्यासाठी, संरक्षक उपकरणे सेट करण्यासाठी आणि सेट करण्यासाठी पॅरामीटर्स निवडले आहेत.

तपकिरी रंगातील आलेख नाममात्र मोडची साइन वेव्ह दर्शवितो, जी वायरिंगची शक्ती आणि वर्तमान संरक्षण उपकरणांची निवड लक्षात घेऊन इलेक्ट्रिकल सर्किटच्या डिझाइनमध्ये प्रारंभिक एक म्हणून निवडली जाते.

औद्योगिक वारंवारता साइन वेव्ह 50 हर्ट्झ या मोडमध्ये ते नेहमी स्थिर असते आणि एका पूर्ण दोलनाचा कालावधी 0.02 सेकंदात होतो.

चित्रात ऑपरेटिंग मोडची साइन वेव्ह निळ्या रंगात दर्शविली आहे. हे सहसा नाममात्र हार्मोनिकपेक्षा कमी असते. लोक क्वचितच त्यांच्या नियुक्त क्षमतेच्या सर्व साठ्यांचा पूर्णपणे वापर करतात.उदाहरण म्हणून, जर खोलीत पाच हातांचे झुंबर लटकले असेल तर बल्बचा एक गट बहुतेक वेळा प्रकाशासाठी समाविष्ट केला जातो: दोन किंवा तीन, सर्व पाच नाही.

इलेक्ट्रिकल उपकरणे रेटेड लोडवर विश्वासार्हपणे कार्य करण्यासाठी, ते संरक्षण सेट करण्यासाठी एक लहान वर्तमान राखीव तयार करतात. ते ट्रीपला जेवढे विद्युतप्रवाह समायोजित करतात त्याला सेटपॉईंट म्हणतात. पोहोचल्यावर, स्विच उपकरणांमधून व्होल्टेज काढून टाकतात.

नाममात्र मोड आणि सेट पॉइंट दरम्यान sinusoidal amplitudes च्या श्रेणीमध्ये, सर्किट थोड्या ओव्हरलोड मोडमध्ये चालते.

फॉल्ट करंटचे संभाव्य वेळेचे वैशिष्ट्य आलेखामध्ये काळ्या रंगात दर्शविले आहे. त्याचे मोठेपणा संरक्षण सेटिंग ओलांडते आणि दोलन वारंवारता नाटकीयरित्या बदलली आहे. हे सहसा aperiodic निसर्गात आहे. प्रत्येक अर्ध-लहर परिमाण आणि वारंवारता बदलते.

ओव्हरकरंट संरक्षण अल्गोरिदम

प्रत्येक शॉर्ट-सर्किट संरक्षणामध्ये ऑपरेशनचे तीन मुख्य टप्पे समाविष्ट असतात:

1. निरीक्षण केलेल्या वर्तमान साइनसॉइडच्या स्थितीचे सतत निरीक्षण आणि खराबीच्या क्षणाचे निर्धारण;

2. परिस्थितीचे विश्लेषण आणि तार्किक भागातून कार्यकारी मंडळाला आदेश जारी करणे;

3. स्विचिंग डिव्हाइसेसद्वारे उपकरणांमधून व्होल्टेज सोडणे.

अनेक उपकरणांमध्ये, दुसरा घटक वापरला जातो - प्रतिसाद वेळेच्या विलंबाचा परिचय. हे जटिल, ब्रँचेड सर्किट्समध्ये निवडकतेचे तत्त्व प्रदान करण्यासाठी वापरले जाते.

साइन वेव्ह 0.005 सेकंदाच्या वेळेत त्याच्या मोठेपणापर्यंत पोहोचत असल्याने, संरक्षणाद्वारे त्याच्या मोजमापासाठी हा कालावधी किमान आवश्यक आहे. पुढील दोन टप्प्यांचे कामही लगेच केले जात नाही.

या कारणांमुळे, सर्वात वेगवान वर्तमान संरक्षणाचा एकूण ऑपरेटिंग वेळ 0.02 सेकंदाच्या एका हार्मोनिक दोलनाच्या कालावधीपेक्षा किंचित कमी आहे.

शॉर्ट सर्किट संरक्षणाची डिझाइन वैशिष्ट्ये

प्रत्येक वायरमधून वाहणारा विद्युत प्रवाह कारणीभूत ठरतो:

• कंडक्टरचे थर्मल हीटिंग;

• चुंबकीय क्षेत्र निर्देशित करणे.

या दोन क्रिया संरक्षणात्मक उपकरणांच्या डिझाइनसाठी आधार म्हणून घेतल्या जातात.

वर्तमान संरक्षण

जौल आणि लेन्झ या शास्त्रज्ञांनी वर्णन केलेल्या विद्युत प्रवाहाचा थर्मल प्रभाव फ्यूजच्या संरक्षणासाठी वापरला जातो.

सुरक्षा रक्षक

हे सध्याच्या मार्गामध्ये फ्यूजच्या स्थापनेवर आधारित आहे, जे नाममात्र भार उत्तमरित्या सहन करते, परंतु सर्किटमध्ये व्यत्यय आणून ओलांडल्यावर जळते.

आणीबाणीच्या प्रवाहाचे मूल्य जितके जास्त असेल तितक्या वेगाने सर्किट ब्रेक तयार होईल - व्होल्टेज काढून टाकणे. जर विद्युत् प्रवाह किंचित ओलांडला असेल, तर तो दीर्घ कालावधीनंतर बंद होऊ शकतो.

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, कारची इलेक्ट्रिकल उपकरणे, घरगुती उपकरणे, 1000 व्होल्टपर्यंतची औद्योगिक उपकरणे यामध्ये फ्यूज यशस्वीरित्या कार्य करतात. त्यांचे काही मॉडेल उच्च व्होल्टेज उपकरणांच्या सर्किटमध्ये वापरले जातात.

विद्युत प्रवाहाच्या विद्युत चुंबकीय प्रभावाच्या तत्त्वावर आधारित संरक्षण

विद्युत्-वाहक ताराभोवती चुंबकीय क्षेत्र प्रवृत्त करण्याच्या तत्त्वामुळे ट्रिप कॉइल वापरून इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रिले आणि स्विचेसचा एक मोठा वर्ग तयार करणे शक्य झाले.

त्याची कॉइल कोरवर स्थित आहे - एक चुंबकीय सर्किट ज्यामध्ये प्रत्येक वळणावरून चुंबकीय प्रवाह जोडले जातात. जंगम संपर्क यांत्रिकरित्या आर्मेचरशी जोडलेला असतो, जो कोरचा स्विंगिंग भाग असतो. स्प्रिंगच्या बलाने ते स्थिर संपर्काविरूद्ध दाबले जाते.

सर्पिल कॉइलच्या वळणांमधून वाहणारा रेट केलेला प्रवाह एक चुंबकीय प्रवाह तयार करतो जो स्प्रिंगच्या शक्तीवर मात करू शकत नाही. त्यामुळे संपर्क कायमचे बंद झाले आहेत.

आपत्कालीन प्रवाहांच्या बाबतीत, आर्मेचर चुंबकीय सर्किटच्या स्थिर भागाकडे आकर्षित होते आणि संपर्कांद्वारे तयार केलेले सर्किट खंडित करते.

संरक्षित सर्किटमधून इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक व्होल्टेज काढून टाकण्याच्या आधारावर कार्यरत सर्किट ब्रेकर्सच्या प्रकारांपैकी एक फोटोमध्ये दर्शविला आहे.

हे वापरते:

• आपत्कालीन मोडचे स्वयंचलित शटडाउन;

• इलेक्ट्रिक आर्क extinguishing प्रणाली;

• मॅन्युअल किंवा स्वयंचलित प्रारंभ.

डिजिटल शॉर्ट सर्किट संरक्षण

वर चर्चा केलेली सर्व संरक्षणे अॅनालॉग मूल्यांसह कार्य करतात. या व्यतिरिक्त, अलीकडे उद्योगात आणि विशेषत: ऊर्जा क्षेत्रात, कामाच्या आधारे डिजिटल तंत्रज्ञान सक्रियपणे सादर केले गेले आहेत. मायक्रोप्रोसेसर उपकरणे आणि स्थिर रिले. सरलीकृत फंक्शन्ससह समान उपकरणे घरगुती गरजांसाठी तयार केली जातात.

संरक्षित सर्किटमधून जाणार्‍या विद्युत् प्रवाहाचे परिमाण आणि दिशेचे मापन बिल्ट-इन स्टेप-डाउन करंट ट्रान्सफॉर्मरद्वारे उच्च प्रमाणात अचूकतेसह केले जाते. त्याद्वारे मोजलेले सिग्नल सुपरपोझिशनद्वारे डिजिटायझेशन केले जाते उच्च वारंवारता आयताकृती डाळी मोठेपणा मॉड्यूलेशनच्या तत्त्वानुसार.

मग ते मायक्रोप्रोसेसरच्या संरक्षणाच्या तार्किक भागाकडे जाते, जे विशिष्ट, पूर्व-कॉन्फिगर केलेल्या अल्गोरिदमनुसार कार्य करते. आणीबाणीच्या परिस्थितीत, डिव्हाइस लॉजिक नेटवर्कमधून व्होल्टेज काढून टाकण्यासाठी शटडाउन अॅक्ट्युएटरला आदेश जारी करते.

संरक्षणात्मक ऑपरेशनसाठी, वीज पुरवठा युनिट वापरला जातो, जो मुख्य किंवा स्वायत्त स्त्रोतांकडून व्होल्टेज घेतो.

डिजिटल शॉर्ट-सर्किट संरक्षणामध्ये नेटवर्कची आपत्कालीन स्थिती आणि त्याच्या शटडाउन मोडची नोंदणी करण्यापर्यंत मोठ्या प्रमाणात कार्ये, सेटिंग्ज आणि क्षमता आहेत.