Электр жүйелерінде сақтандырғыш қандай қорғау функцияларын атқарады?

Кез келген электрлік жүйеде қорғаныс — бұл кейіннен ойланылатын нәрсе емес, бұл негізгі жобалау талабы. қамшы тоқты тарату мен өнеркәсіптік орнатуларда қолданылатын көптеген қорғаныс құрылғыларының ішінде қорғаныс сақинасы әлі де ең сенімді, қолайлы бағалы және ең кең таралған құрылғылардың бірі болып табылады. Төмен кернеулердегі тұтынушылардың тізбегінде немесе жоғары кернеулердегі қызмет көрсетуші желілерде қорғаныс сақинасы жабдықтардың катастрофалық зақымдануына, электрлік өрттерге немесе жүйенің толық тоқтауына әкелетін жағдайларға қарсы маңызды қорғаныс сызығы ретінде қызмет етеді. Қорғаныс сақинасы қандай қорғаныс функцияларын атқаратынын дәл түсіну инженерлерге, объектілердің басқарушыларына және сатып алу мамандарына жүйе жобалауы мен компоненттерді таңдауы бойынша жақсы шешім қабылдауға көмектеседі.

Қорғаныс сақинасының қорғаныс функциялары қамшы көптеген адамның ойлағанынан гөрі тереңірек. Сақтандырғыш (фьюз) токты тек қана тоқтатпайды — ол ток шамасын, ұзақтығын және қорғалатын тізбектің жылулық сипаттамаларын ескере отырып, дәл айқындалған тәсілмен істейді. 33 кВ қосқыш қондырғылары мен изоляциялық қолданыстарда қолданылатын жоғары кернеулерге арналған сақтандырғыштарды қоса алғанда, қазіргі заманғы сақтандырғыштар технологиясы бір ғана компактты компонентте бірнеше қорғану деңгейін қамтамасыз ету үшін құрастырылған. Бұл мақала осы қорғану функцияларының әрқайсысын тереңірек қарастырады, қатысатын механизмдерді және электрлік жүйелердің қауіпсіздігі мен сенімділігі үшін практикалық салдарларды түсіндіреді.

Артық токтан қорғану: Сақтандырғыштың негізгі қызметі

Сақтандырғыш артық ток жағдайларына қалай реакция береді

Сақтандырғыштың ең негізгі қорғану қызметі қамшы тұрақты ток қорғауы. Тізбектен өтетін ток сақтандырғыш элементінің номиналды мәнінен асып кеткен кезде, элемент кедергілік шығындарына байланысты қызады. Егер артық ток сақтандырғыштың уақыт-ток сипаттамасымен анықталған шектен асып кетсе, элемент балқиды және тізбекті ашады. Бұл үзілу токтың ағысын тоқтатады, сондықтан артық энергия өткізгіштерді, оқшауламаны немесе қосылған жабдықтарды зақымдамай қалады.

Сақтандырғыштың қамшы артық токқа реакциясы орташа асып кетулер үшін лездік емес — ол қосымша іске қосылу токтары сияқты уақытша токтардың қажетсіз сепкіштенуінсіз өтуіне мүмкіндік беру үшін мақсатты түрде уақытқа кешіктірілген. Бұл кері уақыт сипаттамасы сақтандырғыштың азырақ асып кетулерге ұзақ уақыт төтеп беруін, ал ауыр асып кетулерге өте жылдам реакция жасауын білдіреді. Бұл қасиет сақтандырғыштың бұндай дәрежеленген реакциясы жоқ қарапайым қорғау құрылғыларына қарағандағы негізгі артықшылығы болып табылады.

Практикалық тұрғыдан алғанда, ашық токтан қорғау өткізгіштің қызуын болдырмауға көмектеседі, бұл өнеркәсіптік және коммерциялық орнатуларда электр өрттерінің негізгі себептерінің бірі болып табылады. Жылулық зақым жиналмас бұрын тізбекті үзіп тастау арқылы қамшы қорғау құрылғысы тек қана жақын жүктемені емес, сонымен қатар барлық жоғарғы деңгейдегі сымдар мен тарату инфрақұрылымын да қорғайды. Сондықтан кез келген электр жүйесінің жобасын дайындаған кезде сақтандырғыштардың дұрыс таңдалуы – өте маңызды қадам.

Жоғарғы және төменгі деңгейдегі қорғау құрылғыларымен координациялау

Жақсы жобаланған қорғау жүйесі тарату иерархиясының әртүрлі деңгейлеріндегі бірнеше қамшы элементтер мен автоматтық қосқыштар арасындағы координацияға негізделеді. Авария орнына ең жақын орналасқан сақтандырғыш бірінші іске қосылуы керек, яғни тек ақаулы бөлікті ғана изоляциялап, қалған жүйенің қалған бөлігін токпен қамтамасыз ету керек. Бұл селективтік жүктеме шетінен бастап көзден қарай уақыт-ток сипаттамалары дұрыс градацияланған сақтандырғыштарды таңдау арқылы қамтамасыз етіледі.

Когда қамшы таңдалған тәртіпте жұмыс істейді, осылайша ақаулықтың кеңірек желіге әсерін азайтады. Өнеркәсіптік кәсіпорындарда бұл бір машина немесе қоректендіру сызығындағы ақаулықтың барлық өндірістік жолды тоқтатуын білдіреді. Электр энергиясын тарату желілерінде бұл бокситтік тармақтағы ақаулықтың негізгі қоректендіру сызығына қызмет көрсетуді тоқтатуын білдіреді. Осындай деңгейдегі ықпалдастыруды қамтамасыз ету үшін жүйедегі әрбір қорғаныс құрылғысының уақыт-ток сипаттамаларын мұқият талдау қажет.

Қысқа тұйықталуға қарсы қорғаныс: Жоғары ақаулық тогын өшіру

Қысқа тұйықталу тогын өшірудің механикасы

Қысқа тұйықталуға қарсы қорғаныс — бұл, әдетте, қорғаныс құрылғысының орындайтын ең қиын функциясы қамшы орындауы керек. Болтпен қосылған қысқа тұйықталу кезінде ақаулық тогы миллисекунд ішінде ондаған мың амперге дейін жетуі мүмкін. Саяқтағыш бұл токты оның шың мәніне жетуінен бұрын өшіруі керек — бұл қабілет токты шектеу деп аталады. Саяқтағыш денесінің ішінде тез өшетін доға тудыратын балқыту арқылы токты шектейтін қамшы толық болашақ апаттық токтың ешқашан өтуін болдырмайды.

Бұл ток шектеуші әрекет жүйенің жобалауына терең әсер етеді. Қашан қамшы өткізілетін токты шектейді, барлық төменгі деңгейдегі жабдықтарға — шиналарға, кабельдің аяқтарына, қосқыштардың контакттарына және трансформаторларға — механикалық және жылулық кернеуді азайтады. Сондықтан жабдықтар төменгі апат деңгейлері үшін реттелуі мүмкін, бұл орнату барысындағы құны мен күрделілігін азайтады. Сақтандырғыш тиімді түрде апат энергиясын сіңіретін элемент ретінде әрекет етеді: энергияны жүйеге таратып жібермей, өз денесінде шашады.

Жоғары кернеу сақтандырғыштары, мысалы, 33 кВ қолданыстарында изоляциялық қосқыштармен бірге қолданылатын сақтандырғыштар, ерекше қатаң қысқа тұйықталу тоқтату талаптарын қанағаттандыруы керек. Бұл кернеу деңгейлерінде апатты тоқтату кезіндегі электр доғасының энергиясы өте зор болады, сондықтан сақтандырғыштың конструкциясы қауіпті ашық кернеулерді туғызбай немесе доғаның қайта тұтануына жол бермей, қауіпсіз және сенімді түрде тоқтатуды қамтамасыз етуі керек. қамшы мұндай қолданыстарда қолданылатын құрылғылар әдетте арка энергиясын сіңіру және таза үзілуін қамтамасыз ету үшін кварц құмы немесе оған ұқсас арка өшіретін материалмен толтырылады.

Трансформаторлар мен кабельдерді авариялық зақымдан қорғау

Трансформаторлар мен электрлік жүйедегі қуат кабельдері – ең қымбат және ауыстыруы қиын компоненттердің бірі. Бір қамшы тарақты трансформатордың біріншілік жағына орнатылған құрылғы трансформатордың ішкі ақауларына және трансформатор орамдары арқылы зақымды ақаулы токтардың өтуіне әкелуі мүмкін сыртқы ақауларға қарсы негізгі қорғаныс қамтамасыз етеді. Бұл қорғаныс болмаған жағдайда ақау трансформатор орамдарының изоляциясының бұзылуына әкелуі мүмкін, нәтижесінде трансформаторды қайта орау немесе толығымен ауыстыру қажет болады.

Сол сияқты, кабельді қорғайтын сақтандырғыштар кабельдің жылулық төзімділігі апат кезінде ешқашан асып кетпеуі үшін таңдалады. Сақтандырғыштың уақыт-ток сипаттамасы кабельдің жылулық зақымдану қисығымен үйлесімді болуы керек, яғни сақтандырғыш кабель оның максималды рұқсат етілетін температурасына жеткенге дейін әрқашан іске қосылуы тиіс. Бұл үйлесімділік IEC және IEEE қорғау стандарттарындағы стандартты талап болып табылады және бұл — қамшы сақтандырғыш кабельмен қоректендірілетін тарату жүйелерінде қолданылатын қалаған қорғау құрылғысы болып қалуының негізгі себебі.

Сақтандырғыштың изоляциялау және ажырату қызметтері

Жұмыс істегеннен кейін көрінетін изоляцияны қамтамасыз ету

Қорғау қызметтерінен басқа, бір қамшы сондай-ақ, ол жұмыс істегеннен кейін белгілі бір дәрежеде изоляциялау қызметін де атқарады. Көптеген сақтғыштардың конструкциясында, әсіресе жоғары кернеудегі тез әсер ететін сақтғыштар мен сақтғыш-изоляциялаушы қосқыштардың комбинацияларында, сақтғыштың жұмыс істеуі тізбекте көрінетін ашық аралық құрады. Бұл көрінетін изоляция қауіпсіздік үшін өте маңызды, себебі ол техниктерге төменгі деңгейдегі жабдықтарға жұмыс бастағаннан бұрын тізбектің токсызданғанын көрнекі көрсетеді.

Жоғары кернеудегі қосқыш қондырғыларында қамшы сақтғыштың

Қабілеті бар қамшы операциядан кейінгі изоляцияны қамтамасыз ету сонымен қатар ақаулықты анықтауды жеңілдетеді. Сақтандырғыш іске қосылған кезде зақымдалған тізбек айқын анықталады және сақтандырғышты алмастыру мен тізбекті қайтадан электрлендіруге дейін ақаулықтың себебі зерттеледі. Бұл реттілік процес — ақаулық, изоляция, зерттеу, қалпына келтіру — қауіпсіз электрлік жүйенің жұмыс істеуінің негізгі элементі болып табылады және ол сақтандырғыштың тән сипаттамалары арқылы қолайлы етіледі.

Қауіпсіз техникалық қызмет көрсету процедураларын қолдау

Көптеген өнеркәсіптік және коммуналдық орнатуларда сақтандырғыштар құралдардың шығарылатын немесе қосылатын тасымалдаушыларына орнатылады, бұл оларды құралдарды пайдаланбай-ақ алып тастауға мүмкіндік береді және жеке тізбектерді техникалық қызмет көрсету үшін изоляциялаудың ыңғайлы құралын қамтамасыз етеді. Бұл қасиет қамшы сақтандырғышты тек қорғаныс құрылғысы ретінде ғана емес, сонымен қатар практикалық операциялық құрал ретінде де қарастырады. Техникалық қызмет көрсету бригадалары сақтандырғышты алып тастау арқылы тізбекті жылдам изоляциялай алады, қажетті жұмыстарды орындайды және сақтандырғышты қайтадан орнату арқылы қызметті қалпына келтіреді — барлығы күрделі қосқыштық операцияларды қолданбай-ақ.

Бұл бөлу оңайлығы бірнеше тізбектер ортақ тарату тақтасын немесе қосқыш құрылғысы панелін бөлісіп пайдаланатын орталарда ерекше маңызды. Жеке тізбектерді тәуелсіз бөлу мүмкіндігі — яғни қамшы бөлу нүктесі ретінде қолдану — операторларға кез келген уақытта жүйенің қай бөліктеріне ток берілетінін дәлме-дәл бақылауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, бұл жоғары кернеу ортасында қауіпсіздікке қатысты аса маңызды мәселелердің бірі болып табылатын, жөндеу кезінде кездейсоқ ток берілу қаупін азайтады.

Жерге құйылу және тепе-теңдіксіз жүктеме қорғауы

Жерге құйылу жағдайларын анықтау және тоқтату

Үш фазалы жүйелерде қамшы әрбір фазадағы сақтандырғыш жерге құйылуға қарсы қорғау қамтамасыз етеді — яғни тірі өткізгіш жерге немесе жерлендірілген құрылымға кездейсоқ түсу жағдайлары. Жерге құйылу орын алған кезде, апаттық ток зақымдалған фазаның сақтандырғышы арқылы өтеді және тізбекті тоқтату үшін іске қосылады. Бұл жерге құйылу апатының тұрақты ток өтуін болдырмауға көмегін тигізеді, өйткені бұл өрт, құрылғылардың зақымдануы немесе электр тогынан соғылу қаупіне әкелуі мүмкін.

Қызметкерлікті қамшы жерге қосылу қорғауын қамтамасыз ету жерге қосылу схемасына тәуелді. Қатты жерге қосылған жүйелерде жерге қосылу тогы әдетте сақтандырғышты тез іске қосу үшін жеткілікті деңгейде болады. Кедергі арқылы жерге қосылған немесе изоляцияланған нейтралды жүйелерде жерге қосылу тогы төмен болуы мүмкін, сондықтан сақтандырғыш қорғауын қосымша жерге қосылу анықтау релелерімен толықтыру қажет. Сондықтан кез келген қолданыста сақтандырғыштың жерге қосылу қорғау қабілетін бағалаған кезде жерге қосылу схемасын түсіну маңызды.

Фазалардың тепе-теңдігінің бұзылуы мен бір фазалық режимге қатысты реакция

Үш фазалық электр қозғалтқыштардың тізбегінде бір фазаның жоғалуы — яғни бір фазалық режим — қалған фазаларда өте жоғары ток тартуға әкеледі, ол қызуға және орамдардың зақымдануына себепші болады. Дұрыс таңдалған қамшы әрбір фазада пайда болған ашық токқа жауап беріп, зақымдалған фазаны өшіреді, бұл одан әрі зақымдануды болдырмаққа көмектеседі. Арнайы қозғалтқыш қорғау релелері бір фазалы жұмыс режиміне қарсы күрделірек қорғау қамтамасыз етсе де, сақтандырғыш — реле орнатуларына немесе қосымша электр қуатының болуына тәуелсіз әрқашан қолжетімді негізгі деңгейдегі қорғауды қамтамасыз етеді.

Үш фазадағы кернеулер мен токтар тең болмаған кезде пайда болатын фазалар арасындағы тепе-теңдіксіздік жағдайлары да қозғалтқыштар мен трансформаторларда қызу көтерілуіне әкелуі мүмкін. қамшы ең көп жүктемеге ұшыраған фазадағы пайда болған ашық токқа жауап береді және ұзақ мерзімді тепе-теңдіксіз жұмыс режиміне қарсы белгілі дәрежеде қорғау қамтамасыз етеді. Бұл функция бірфазалы жүктемелер тұрақты тепе-теңдіксіздік жағдайларын туғызуы мүмкін ауылдық тарату желілерінде ерекше маңызды.

Жылулық қорғау және жабдықтың сақталуы

Сезімтал жабдықтарда жылулық тұрақсыздықты болдырмау

Конденсаторлар, жартылай өткізгіштер және күштік электроника сияқты көптеген электрлік құрылғылар жылулық таусылуға (температурасының көтерілуі ағынды көтереді, бұл өз кезегінде температураны одан әрі көтереді — өзін-өзі күшейтетін цикл) ұшырайды. қамшы осындай құрылғылармен тізбектей қосылған термиялық қорғаныс құрылғысы жылулық таусылу жағдайы құрылғының бұзылуына немесе өртке әкелетін деңгейге жеткенге дейін тізбекті үзіп, негізгі термиялық қорғаныс қызметін атқарады.

Жартылай өткізгіштік сақтандырғыштар — бұл өте жылдам істейтін қамшы сақтандырғыштардың арнайы тобы болып табылады және тиристорларды, диодтарды және басқа күштік жартылай өткізгіш құрылғыларды қорғау үшін арнайы құрастырылған. Бұл құрылғылардың жылулық массасы өте аз болады және ақаулық ағындарынан миллисекунд ішінде бұзылуы мүмкін. Жартылай өткізгіштік сақтандырғыш ақаулықты жартылай өткізгіштің өту температурасы зақымдану шегіне жеткенге дейін үзуге жеткілікті жылдамдықпен жұмыс істейді, осылайша қымбат күштік электрондық құрылғыларды сақтап, олардың алмастыруын қажет етпейді.

Ұзақ мерзімді асырған жүктеме жағдайларынан қорғау

Ұзақ мерзімді асырған жүктеме жағдайлары — ток номиналды мәннен орташа шамада асырып, ұзақ уақыт бойы сақталатын жағдайлар — бұл изоляцияның тозуы мен құрылғының ерте шығуына әдеттегі себеп болып табылады. А қамшы сәйкес уақыт-ток сипаттамасы бар құрылғы ұзақ мерзімді асырған жүктеме жағдайларында іске қосылып, жинақталған жылулық зақым кері қайтарылмайтын деңгейге жеткенше тізбекті үзеді. Бұл функция процестің өзгеруі немесе қосымша құрылғылардың орнатылуы салдарынан жүктемелер уақыт өте келе біртіндеп артуы мүмкін болатын қолданыстар үшін ерекше маңызды.

Бір құрылғының жылулық есте сақтау қабілеті қамшы элемент дегеніміз — қайталанатын орташа асырғыш жүктемелер, әрбір жеке асырғыш жүктеме тезімдік құрылғының іске қосылуын тудырмаса да, тезімдік элементті біртіндеп әлсіретеді және соңында оның номиналды бағалауынан төмен токта іске қосылуына әкеледі. Бұл сипаттама кейде шектеу ретінде қарастырылады, бірақ шын мәнінде қайталанып керілген тезімдік іске қосылғанда тезірек іске қосылуын қамтамасыз ету арқылы қосымша қорғау деңгейін ұсынады, яғни дамып келе жатқан асырғыш жүктеме жағдайы туралы ерте ескерту береді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Тезімдік пен тізбек үзгіштің қорғау функциялары жағынан айырмашылығы қандай?

Екеуі де қамшы және автоматтық қосқыш ашық тізбектегі ағын мен қысқа тұйықталуға қарсы қорғаныс қамтамасыз етеді, бірақ олардың жұмыс істеу механизмі мен қайта орнату мүмкіндігі әртүрлі. Сақтандырғыш өз элементін балқыту арқылы жұмыс істейді, оның жұмыс істегеннен кейін оны алмастыру қажет. Автоматтық қосқыш электромеханикалық механизмді пайдаланады, оны қайта орнатуға болады. Сақтандырғыштар әдетте жоғары авариялық токтар үшін тез жұмыс істеу және токты шектеу қабілетін жақсартуға мүмкіндік береді, ал автоматтық қосқыштар алмастыруды қажет етпейтін қайта орнату ыңғайлылығын ұсынады. Жоғары кернеу қолданылатын жағдайларда сақтандырғыштар қарапайымдылығы, сенімділігі және жоғары деңгейде токты шектеу қабілеті салдарынан жиі қолданылады.

Жоғары кернеу жүйесінде сақтандырғыш жұмыс істегенін қалай білемін?

Жоғары кернеу жүйелерінде жұмыс істеген сақтандырғыштар әдетте сақтандырғыш конструкциясына енгізілген көрінетін көрсеткіштер арқылы анықталады, мысалы, сақтандырғыш жұмыс істеген кезде сыртқа шығатын соққы таяғы немесе сақтандырғыштың орнынан түсуіне әкелетін түсу механизмі. Сақтандырғыш-изоляциялық қосқыш құрылғыларында сақтандырғыштың жұмыс істеуі қамшы сонымен қатар, қосқыш панеліндегі механикалық көрсеткішті де іске қосуы мүмкін. Барлық жағдайларда, визуалды көрсеткішке қарамастан, схеманы толық изоляциялау мен сынақ жүргізу процедуралары аяқталғанша, оны потенциалды тұрақты токпен қоректендірілген деп қарау керек.

Сақтандырғыш кернеу шамасының өсуіне немесе өтпелі құбылыстарға қарсы қорғау қызметін атқара ала ма?

Стандарт қамшы кернеу шамасының өсуіне немесе өтпелі құбылыстарға қарсы қорғау үшін құрылған емес — оның қорғау функциясы токқа, ал кернеуге негізделген. Кернеу шамасының өсуіне қарсы қорғау үшін арнайы құрылғылар, мысалы, кернеу шамасының өсуін тоқтататын құрылғылар немесе өтпелі кернеуді басатын компоненттер қажет. Алайда, кейбір ақаулы жағдайларда кернеу шамасының өсуі ұзақ мерзімді артық токпен бірге болса, сақтандырғыш ақаудың артық ток компонентіне жауап ретінде іске қосылады. Артық ток пен кернеу өтпелі құбылыстарына қарсы толық қорғау үшін сақтандырғышты сәйкес кернеу шамасының өсуін тоқтататын құрылғылармен бірге қолдану керек.

Берілген қолданыста дұрыс сақтандырғыш номиналын анықтайтын факторлар қандай?

Теңізгі таңдау қамшы рейтингті таңдау үшін бірнеше факторды ескеру қажет: тізбектің қалыпты жұмыс істеу тоғы, орнатылу нүктесіндегі максималды көзделетін авариялық тоғы, басқа қорғаныс құрылғыларымен координация үшін қажетті тоғы-уақыт сипаттамалары, жүйенің кернеу рейтингі және максималды авариялық тоғын қауіпсіз өшіруге арналған өшіру қабілеті. Жоғары кернеудегі қолданыстарда жүйенің жерлендіру схемасы, қорғалатын жүктің түрі және айналадағы температура шарттары сияқты қосымша факторлар да ескерілуі тиіс. Дұрыс таңдау үшін сәйкес IEC немесе IEEE стандарттары мен сақтандырғыш өндірушісінің қолдану нұсқауларына сүйену міндетті.