מהי הסלקטיביות של הגנה במתקני חשמל

בעת הפעלה ותכנון של מעגל חשמלי, תשומת לב תמיד ניתנת לנושאים של שימוש בטוח בו. לשם כך, כל המכשירים החשמליים מוגנים באמצעות מכשירים מיוחדים שנבחרים וממוקמים אך ורק על פי מערכת יחסים היררכית מסוימת.

לדוגמה, כאשר טלפון נייד נטען, הזרימה שלו נשלטת על ידי ההגנה המובנית בסוללה. זה מנתק את זרם הטעינה בסוף הצטברות הקיבולת. כאשר נוצר קצר חשמלי בתוך הסוללה, הפתיל המותקן במטען נשבר ומנתק את המעגל.

אם מסיבה כלשהי זה לא קורה, אז התקלה בשקע נשלטת על ידי המפסק בלוח הדירה, והפעלתו מבוטחת על ידי המכונה הראשית. ניתן לשקול עוד יותר את הרצף הזה של פעולות חלופיות של הגנות.

המודלים שלו נקבעים על פי עקרון הסלקטיביות, הנקרא גם סלקטיביות, תוך שימת דגש על תפקיד הבחירה או קביעת מיקום התקלה שיש לנטרל.

סוגי סלקטיביות

שיטות סלקטיביות להגנה חשמלית נוצרות במהלך יצירת הפרויקט ונשמרות במהלך הפעילות באופן שיזהה מיד את מקום התרחשות תקלה בציוד החשמלי ויפריד אותו ממעגל העבודה עם ההפסדים הקטנים ביותר עבורו.

במקרה זה, אזור כיסוי ההגנה מחולק לפי סלקטיביות ל:

1. מוחלט;

2. קרוב משפחה.

הסוג הראשון של ההגנה שולט לחלוטין באזור העבודה ומתקן נזקים רק בו. מכשירי חשמל מובנים עובדים בדגם זה. מפסקי פחת.

מכשירים שנבנו על בסיס יחסי מבצעים יותר פונקציות. הם שוללים תקלות באזור שלהם ובשכנות, אבל כאשר הגנות מסוג מוחלט לא פעלו בהן.

הגנה מכוונת היטב מגדירה:

1. מיקום וסוג הנזק;

2. ההבדל בין מצב חריג אך מותר ממצב שעלול לגרום לנזק חמור ביותר לציוד של מתקן חשמלי באזור המפוקח.

התקנים המוגדרים רק בפעולה הראשונה פועלים בדרך כלל על רשתות לא קריטיות עד 1000 וולט. ל מתקני חשמל במתח גבוה נסה ליישם את שני העקרונות. לשם כך, כלולים בהגנה:

• תוכניות חסימה;

• מכשירי מדידה מדויקים;

• מערכות חילופי מידע;

• אלגוריתמים לוגיים מיוחדים.

הגנה מפני זרם יתר העולה על העומס המדורג מכל סיבה שהיא ניתנת בין שני מפסקי זרם המחוברים בסדרה.במקרה זה, המתג הקרוב ביותר למשתמש עם תקלה חייב לכבות את התקלה על ידי פתיחת המגעים שלו, והשלט חייב להמשיך לספק מתח לחלקו.

במקרה זה, שני סוגים של סלקטיביות נחשבים:

1. הושלם;

2. חלקי.

אם ההגנה הקרובה ביותר לתקלה מסוגלת לבטל לחלוטין את התקלה בכל טווח ההגדרות מבלי להפעיל את המתג המרוחק, אזי היא נחשבת שלמה.

סלקטיביות חלקית טבועה בהגנות למרחקים קצרים המוגדרים לפעול עד לסלקטיביות מגבילה כלשהי. אם חריגה ממנו, המתג המרוחק נכנס לפעולה.

אזורי עומס יתר וקצר חשמלי בהגנות סלקטיביות

מגבלות נוכחיות שצוינו לפעולה מתגי בטיחות אוטומטיים, מחולקים לשתי קבוצות:

1. מצב עומס יתר;

2. אזור קצר חשמלי.

כדי להקל על ההסבר, עיקרון זה חל על המאפיינים הנוכחיים של מפסקי זרם.

הם מוגדרים לעבוד באזור עומס יתר עם זרמים מדורגים של עד 8 ÷ 10 פעמים.

באזור זה פועלים בעיקר משחררי הגנה תרמיים או תרמומגנטיים. זרמי קצר חשמלי נופלים לאזור זה לעתים רחוקות מאוד.

אזור התרחשות הקצר מלווה בדרך כלל בזרמים העולים על העומס הנקוב של המפסקים פי 8 ÷ 10 ומאופיינים בנזק חמור למעגל החשמלי.

כדי לכבות אותם, משתמשים במשחררים אלקטרומגנטיים או אלקטרוניים.

שיטות ליצירת סלקטיביות

עבור טווח זרם יתר, נוצרות הגנות הפועלות על עיקרון בררנות זרם הזמן.

אזור הקצר נוצר על סמך:

1. זרם;

2. זמני;

3. אנרגיה;

4. סלקטיביות שטח.

סלקטיביות זמן נוצרת על ידי בחירת עיכובי זמן שונים לפעולת ההגנה. ניתן ליישם שיטה זו אפילו על מכשירים עם אותה הגדרה נוכחית אך תזמון שונה כפי שמוצג באיור.

לדוגמה, הגנה מס' 1 הקרובה לציוד מוגדרת לפעול במקרה של קצר חשמלי בזמן הקרוב ל-0.02 שניות, והפעלתו מסופקת על ידי מס' 2 הרחוקה יותר בהגדרה של 0.5 שניות.

ההגנה הרחוקה ביותר עם זמן כיבוי של שנייה אחת תומכת בפעולת המכשירים הקודמים במקרה של תקלה אפשרית.

סלקטיביות זרם מווסתת לפעולה כאשר חריגה מהעומסים המותרים. בקירוב ניתן להסביר את העיקרון הזה בעזרת הדוגמה הבאה.

שלוש הגנות בסדרה מנטרות את זרם הקצר ומוגדרות לפעול בזמן של 0.02 שניות, אך עם הגדרות זרם שונות של 10, 15 ו-20 אמפר. לפיכך, הציוד ינותק תחילה מהתקן המיגון מס' 1, ומס' 2 ומס' 3 יבטחו אותו באופן סלקטיבי.

מימוש בררנות זמן או זרם בצורתו הטהורה מצריך שימוש בחיישני זרם וזמן רגישים או ממסרים. במקרה זה, נוצר מעגל חשמלי מורכב למדי, אשר בפועל משלב בדרך כלל את שני העקרונות הנחשבים ואינו מיושם בצורתו הטהורה.

סלקטיביות של הגנת זרם זמן

כדי להגן על מתקנים חשמליים במתח של עד 1000 וולט, משתמשים במתגים אוטומטיים, בעלי מאפיין זמן-זרם משולב.הבה נבחן עיקרון זה באמצעות הדוגמה של שתי מכונות מחוברות בסדרה הממוקמות בקצוות הקו בצד העומס והאספקה.

סלקטיביות הזמן קובעת כיצד מפסק המעגל מוגדר לפעול כאשר הוא נמצא ליד הצרכן ולא בקצה הגנרטור.

הגרף השמאלי מציג את המקרה של זמן היציאה הארוך ביותר של עקומת ההגנה העליונה בצד העומס, והימין מציג את הזמן הקצר ביותר של מפסק החשמל בקצה האספקה. זה מאפשר ניתוח מפורט יותר של ביטוי הסלקטיביות של ההגנות.

מתג «B» ממוקם קרוב יותר לציוד המסופק, עקב השימוש בסלקטיביות זרם הזמן, פועל מוקדם יותר ומהיר יותר, ומתג «A» שומר אותו במקרה של כשל.

סלקטיביות נוכחית של הגנה

בשיטה זו, הסלקטיביות יכולה להיווצר על ידי יצירת תצורת רשת מסוימת, למשל הכלולה במעגל של כבל או קו מתח עילי, בעל התנגדות חשמלית. במקרה זה, ערך זרם הקצר בין הגנרטור לצרכן תלוי במיקום התקלה.

בקצה הכוח של הכבל יהיה לו ערך מקסימלי של נניח 3 kA ובקצה הנגדי ערך מינימלי של נניח 1 kA.

במקרה של קצר חשמלי ליד מתג A, ההגנה על קצה B (I kz1kA) לא אמורה לפעול, אז היא צריכה להסיר את המתח מהציוד. להפעלה נכונה של ההגנות, יש צורך לקחת בחשבון את גודל הזרמים האמיתיים העוברים דרך המתגים במצב חירום.

יש להבין כי על מנת להבטיח סלקטיביות מלאה בשיטה זו, יש צורך בהתנגדות גדולה בין שני המתגים, אשר יכולה להיווצר עקב:

• קו מתח מורחב;

• מיקום מתפתל שנאי;

• הכללה בשבירה של הכבל עם חתך מצומצם או בדרכים אחרות.

לכן, בשיטה זו, הסלקטיביות היא לרוב חלקית.

סלקטיביות זמן של הגנה

שיטה זו של סלקטיביות בדרך כלל משלימה את השיטה הקודמת, תוך התחשבות בזמנים:

• קביעה על ידי הגנת המקום ותחילת התפתחות התקלה;

• טריגר בעת כיבוי.

היווצרות האלגוריתם של פעולת ההגנה מתבצעת עקב התכנסות הדרגתית של הגדרות הזרם והזמן שבו זרמי הקצר עוברים למקור הכוח.

ניתן ליצור סלקטיביות זמן על ידי מכונות עם אותם דירוגים נוכחיים כאשר יש להן את היכולת להתאים את עיכוב התגובה.

בשיטה זו של הגנה על מתג B, התקלה כבויה, ומתג A - הם שולטים בכל התהליך ומוכנים לפעולה. אם במהלך הזמן המוקצב להפעלת ההגנות ב', הקצר לא מתבטל, התקלה מתבטלת על ידי פעולת ההגנות בצד א'.

סלקטיביות אנרגטית של הגנות

השיטה מבוססת על שימוש בסוגים חדשים ומיוחדים של מפסקים, העשויים במארז יצוק ומסוגלים לפעול במהירות האפשרית כאשר זרמי הקצר אפילו לא הספיקו להגיע לערכים המקסימליים שלהם.

אוטומטי קצב מסוג זה פועלים במשך כמה אלפיות שניות בעוד הרכיבים הא-מחזוריים החולפים עדיין פעילים.בתנאים כאלה, בשל הדינמיקה הגבוהה של זרימת העומסים, קשה לתאם את מאפייני זמן-הזרם הפועלים בפועל של ההגנות.

למשתמש הקצה יש מעט או אין זכר למאפייני סלקטיביות האנרגיה. הם מסופקים על ידי היצרן בצורה של גרפים, תוכניות חישוב, טבלאות.

שיטה זו חייבת לקחת בחשבון את תנאי ההפעלה הספציפיים לשחרורים תרמומגנטיים ואלקטרוניים בצד האספקה.

סלקטיביות אזורית של ההגנה

סוג זה של סלקטיביות הוא סוג של מאפיין זמני. לצורך פעולתו משתמשים בכל צד במכשירי מדידת זרם, ביניהם מחליפים מידע כל הזמן ומשווים וקטורים זרם.

סלקטיביות אזור יכולה להיווצר בשתי דרכים:

1. אותות משני קצוות האזור המנוטר נשלחים למכשיר ניטור ההגנה הלוגית בו זמנית. זה משווה את ערכי זרמי הכניסה וקובע את המפסק להיפתח;

2. המידע על הערכים המוערכים יתר על המידה של הווקטורים הנוכחיים משני הצדדים מגיע בצורה של אות חסימה לחלק הלוגי של ההגנה ברמת היררכיה גבוהה יותר בצד אספקת החשמל. אם יש אות חסימה מתחת, אז המתג במורד הזרם כבוי. כאשר איסור הנסיעה התחתונה לא מתקבל, המתח מוסר מהמיגון העליון.

בשיטות אלה, הכיבוי מהיר הרבה יותר מאשר עם סלקטיביות זמן. זה מבטיח פחות נזק לציוד חשמלי, עומסים דינמיים ותרמיים נמוכים יותר במערכת.

עם זאת, שיטת אזור הסלקטיביות מחייבת יצירת מערכות טכניות מורכבות נוספות למדידה, לוגיקה וחילופי מידע, מה שמייקר את עלות הציוד. מסיבות אלו, טכניקות חסימה בתדר גבוה אלו משמשות בקווי תמסורת ובתחנות מתח גבוה המשדרים זרימות כוח גדולות ברציפות.

למטרה זו משתמשים במפסקי אוויר, שמן או SF6 במהירות גבוהה המסוגלים להחליף עומסי זרם עצומים.