Trumpojo jungimo srovės analizė ir valdymas

Trumpojo jungimo srovė (SCC - Short Circuit Current) - tai srovė, kuri teka, kai maitinimo sistemos veikimo metu tarp fazių arba tarp fazių ir žemės (arba neutralios linijos) atsiranda nenormalus ryšys (t. y. trumpasis jungimas). Ši vertė gali būti daug didesnė už vardinę srovę ir priklauso nuo elektrinio atstumo tarp trumpojo jungimo taško ir maitinimo šaltinio.

Trumpojo jungimo tipai ir jų charakteristikos

Trifazėje sistemoje egzistuoja keturi pagrindiniai trumpojo jungimo tipai:

• Trifazis trumpasis jungimas: visos trys fazės susijungia tarpusavyje. Šiuo atveju trifazis jungimas išlieka simetriškas, todėl jis taip pat vadinamas simetriniu trumpuoju jungimu.
• Dvifazis trumpasis jungimas: dvi fazės susijungia tarpusavyje, arba dvi fazės susijungia su žeme.
• Vienos fazės ir žemės trumpasis jungimas: viena fazė susijungia su žeme.
• Dviejų fazių ir žemės trumpasis jungimas: dvi fazės susijungia su žeme.

Kiti trys tipai yra asimetrinio trumpojo jungimo. Elektros tinkle, kurio neutralus taškas yra įžemintas, dažniausiai įvyksta vienos fazės į žemę trumpojo jungimo gedimas, kuris sudaro apie 90% visų gedimų. Elektros tinkle, kurio neutralus taškas nėra tiesiogiai įžemintas, dažniausiai pasitaikantis trumpojo jungimo gedimas yra visų rūšių tarpfazių trumpasis jungimas.

Trumpojo jungimo proceso dinamika

Kai įvyksta trumpasis jungimas, maitinimo sistema paprastai pereina nuo 3-5 sekundžių iš normalios stabilios būsenos į stabilią trumpojo jungimo būseną. Šiame trumpalaikiame procese trumpojo jungimo srovės keitimas yra labai sudėtingas ir turi įvairių komponentų, todėl jo skaičiavimui dažnai reikia naudoti elektroninį kompiuterį. Didžiausia trumpojo jungimo srovės momentinė vertė, vadinama impulsine srove, pasirodo maždaug po pusės ciklo (0,01 sekundės) po trumpojo jungimo. Ši srovė gali generuoti didelę elektros energijos galią, kuri gali būti naudojama elektros įrenginių mechaninio įtempio dinaminiam stabilumui patikrinti trumpojo jungimo atveju.

Trumpojo jungimo priežastys

Trumpojo jungimo srovės atsiranda šiais atvejais:

• Aukštas įtampos lygis: įtampa staiga šokteli, viršydama leistiną lygį, ir įvyksta elektrinio laidininko izoliacinės dangos arba elektrinio tipo grandinės gedimas. Atsiranda srovės nuotėkis ir pakyla lanko temperatūra, sukurdama trumpalaikį lankinį gedimą.
• Sena izoliacinė danga: šis trumpasis jungimas dažnai įvyksta gyvenamuosiuose ir pramoniniuose pastatuose, kur elektros instaliacija nebuvo pakeista. Izoliacinė danga turi tam tikrą tarnavimo laiką, kuris laikui bėgant dėl aplinkos veiksnių trumpėja. Laiku nepakeitus izoliacijos, gali įvykti trumpasis jungimas.
• Išorinis mechaninis poveikis: užgriebus ar nutraukus apsauginį laidų pynės apvalkalą arba sugadinus laidų pynę, gali kilti gaisras ir trumpasis jungimas.
• Pašalinių medžiagų patekimas į grandinę: ant laidų užkritusios dulkės, šiukšlės ar kiti smulkūs daiktai gali sukelti trumpąjį jungimą mechanizme.
• Žaibo smūgis: padidėjus įtampai, laidas ar grandinė praduria izoliacinę dangą, todėl grandinėje įvyksta gedimas.

Trumpasis jungimas vadinamas trumpuoju jungimu, nes jis susidaro apeinant prietaisą, t. y., einant trumpuoju keliu. Paprastai tariant, teigiamas ir neigiamas laidininkas sujungiami (trumpasis jungimas), todėl varžos vertė tampa lygi 0. Kad mechanizmas tinkamai veiktų, būtina varža, o jos nebuvimas lemia įtampos šaltinio gedimą ir trumpąjį jungimą.

Trumpojo jungimo pavojai ir apsauga

Trumpojo jungimo pasekmės gali būti itin pavojingos:

• Elektros grandinėje sumažėja įtampa: dėl to gali sugesti ir sudegti elektros prietaisas arba sutrikti prietaiso veikimas.
• Mechaniniai ir šiluminiai pažeidimai: atvira grandinė, laidų ar atskirų laidų, kištukinių lizdų ir jungiklių pažeidimai. Priklausomai nuo trumpojo jungimo stiprumo, gali užsidegti laidai ir aplinkinės medžiagos bei daiktai.
• Destruktyvus elektromagnetinis poveikis: telefono linijai, kompiuteriui, televizoriui ir kitiems elektros prietaisams.
• Pavojus gyvybei: jei įvykus gedimui šalia trumpojo jungimo šaltinio yra žmogus, jis gali nudegti.
• Sutrinka elektros tiekimo sistemos veikimas.
• Požeminės komunikacijos: priklausomai nuo trumpojo jungimo parametrų, požeminės komunikacijos gali būti pažeistos dėl elektromagnetinio poveikio.

Trumpojo jungimo srovės skaičiavimas

Daugelį žmonių domina, kaip apskaičiuoti trumpojo jungimo srovės stiprį. Tam naudojamas Omo dėsnis: srovė grandinėje yra tiesiogiai proporcinga įtampai jos galuose ir atvirkščiai proporcinga grandinės varžai. Trumpieji jungimai apskaičiuojami pagal formulę: I = U/R (I - srovė, U - įtampa, R - varža).

Apsaugos nuo trumpojo jungimo parinktys

Norint pašalinti arba sumažinti trumpojo jungimo padarinius, reikia tinkamai apskaičiuoti trumpojo jungimo srovę, suprojektuoti relinę apsaugą ir parinkti elementus, kurie riboja trumpojo jungimo srovę. Apsauga nuo trumpojo jungimo gali būti užtikrinama šiais būdais:

• Elektros reaktoriai, ribojantys srovę.
• Elektros grandinės lygiagretinimas.
• Sekcinių jungiklių atjungimas.
• Žeminantys transformatoriai su žemos įtampos dalomosiomis ritėmis.
• Greito veikimo skirstomieji įrenginiai su srovės ribojimo galimybe.
• Saugiklių elementai.
• Jungiklių įrengimas.
• Laiku pakeisti laidininkų izoliaciją ir reguliariai tikrinti, ar laiduose nėra defektų.
• Relinės apsaugos įtaisai, kurie išjungia sugedusias grandinės dalis.

Automatinius jungiklius galima įrengti tik visai sistemai, o ne atskiroms fazėms ir nulinei grandinei. Priešingu atveju, įvykus gedimui, nulinis jungiklis suges ir visa sistema bus įjungta, nes bus įjungtas fazinis jungiklis. Dėl tos pačios priežasties nerekomenduojama montuoti mažesnio skerspjūvio laido, nei leidžia automatinis įrenginys.

Trumpojo jungimo reiškinio panaudojimas

Trumpojo jungimo reiškinys, nors ir pavojingas nekontroliuojamas, yra naudojamas tam tikrose srityse:

• Lankiniame suvirinime: veikimo principas pagrįstas strypo sąveika su metalo paviršiumi. Paviršius įkaitinamas iki lydymosi temperatūros, todėl susidaro nauja tvirta jungtis. Suvirinimo elektrodas trumpai sujungiamas su įžeminimo elektrodu. Šie trumpojo jungimo režimai veikia trumpą laiką. Suvirinimo metu strypo ir paviršiaus sandūroje susidaro nestandartinis srovės krūvis, todėl išsiskiria daug šilumos. To pakanka, kad metalas išsilydytų ir susidarytų suvirinimo siūlė.
• Pramonės automatizavimo srityje: naudojamas informacinėms sistemoms, atspindinčioms dabartinio signalo perdavimo parametrus, kurti.
• Elektrodinaminiuose jutikliuose: pavyzdžiui, indukciniuose vibrometruose, seisminiuose imtuvuose. Trumpasis jungimas suteikia galimybę dar labiau sumažinti judančios sistemos svyravimus.
• Derinant elektronikos kaskadas: kai pirmojo aktyviojo komponento išėjimas veikia trumpojo jungimo režimu.

Akumuliatorių sistemos ir saulės elektrinės: trumpojo jungimo prevencija

Saulės elektrinės su akumuliatoriais leidžia sukaupti perteklinę energiją, kurią saulės baterijos pagamina saulėtomis dienomis, ir panaudoti ją tada, kai reikia. Tai ypač aktualu atokiau nuo miestų gyvenantiems arba norintiems būti visiškai nepriklausomiems nuo elektros tinklų. Prieš pradedant jungti laidus, reikia suprasti, kas sudaro tokią sistemą:

1. Saulės baterijos: energijos šaltinis.
2. Akumuliatorius arba akumuliatorių bankas: energijos saugykla.
3. Įkrovimo reguliatorius (įkrovos kontroleris): svarbiausias komponentas, kontroliuojantis energijos srautą iš saulės baterijų į akumuliatorių. Be jo akumuliatorius gali būti perkrautas arba per giliai iškrautas, o tai labai sutrumpina jo tarnavimo laiką. Yra dviejų tipų reguliatoriai: PWM (impulsinės pločio moduliacijos) ir MPPT (maksimalios galios taško sekimo).
4. Inverteris: paverčia akumuliatoriuje saugomą nuolatinę srovę į kintamąją, jei planuojama naudoti įprastus 220V prietaisus.

Jungimo schemos ir laidų parinkimas

Pagrindinis principas paprastas: saulės baterijos → įkrovimo reguliatorius → akumuliatorius → inverteris → jūsų prietaisai. Saulės baterijas galima jungti nuosekliai (plius prie minuso) arba lygiagrečiai (plius prie pliuso, minusas prie minuso). Nuoseklus jungimas didina įtampą, o lygiagretis - srovės stiprumą. Pavyzdžiui, jei dvi 12V 100W baterijos sujungiamos nuosekliai, gaunama 24V sistema. Schemos pasirinkimas priklauso nuo akumuliatoriaus įtampos ir įkrovimo reguliatoriaus tipo. Jei turite MPPT reguliatorių, galite drąsiai jungti baterijas nuosekliai ir gauti aukštesnę įtampą - reguliatorius viską suvaldys.

Jei kuriama paprasta 12V sistema sodybai ar kemperiui ir turite dvi 100W saulės baterijas po 18V, vieną 12V 100Ah akumuliatorių ir PWM reguliatorių, geriausias variantas - sujungti saulės baterijas lygiagrečiai. Jungimo tvarka: pirmiausia prie įkrovimo reguliatoriaus prijunkite akumuliatorių - tai svarbu, nes daugelis reguliatorių nustato sistemos įtampą pagal pirmą prijungtą komponentą. Tik tada prijunkite saulės baterijas.

Dažniausios klaidos ir jų prevencija

1. Per ploni laidai: kai per ploną laidą teka didelė srovė, jis įkaista ir praranda dalį energijos. Tai ne tik neefektyvu, bet ir pavojinga. Bendras principas: kuo didesnė srovė ir kuo ilgesnis atstumas, tuo storesni laidai reikalingi. Tarp saulės baterijų ir reguliatoriaus, jei atstumas iki 5 metrų ir srovė iki 10A, pakanka 2.5mm² laidų. Nepamirškite, kad nuostoliai laido varžoje yra proporcingi atstumo kvadratui.
2. Per mažas akumuliatorius: apskaičiuokite, kiek energijos sunaudojate per parą, ir pridėkite bent 30% atsargos.
3. Netinkamai parinktas įkrovimo reguliatorius: reguliatoriaus galia turi būti bent 20% didesnė už saulės baterijų galią. Jei turite 600W saulės baterijų, reikia bent 50A reguliatoriaus 12V sistemai (600W / 12V = 50A).
4. Prasta ventiliacija: švino rūgštiniai akumuliatoriai išskiria vandenilį, kuris sprogsta. LiFePO4 akumuliatoriams taip pat reikia vėdinimo, nes jie gali įkaisti.
5. Pamirštos apsaugos: kiekviename grandinės taške turėtų būti saugiklis ar automatinis jungiklis. Tarp saulės baterijų ir reguliatoriaus, tarp reguliatoriaus ir akumuliatoriaus, tarp akumuliatoriaus ir inverterio.

Akumuliatorių tipai ir priežiūra

Ne visi akumuliatoriai vienodi. Seniausi ir pigiausi - švino rūgštiniai akumuliatoriai. Jie sunkūs, užima daug vietos ir tarnauja 3-5 metus, bet kainuoja mažiausiai. Šiuolaikinė alternatyva - ličio geležies fosfato (LiFePO4) akumuliatoriai. Jie brangesni, bet tarnauja 10-15 metų, yra daug lengvesni ir gali būti iškraunami giliau be žalos. Svarbu žinoti, kad skirtingiems akumuliatoriams reikia skirtingų įkrovimo parametrų. Švino rūgštiniams reikia apie 14.4V įkrovimo įtampos 12V sistemoje, o LiFePO4 - apie 14.6V.

Reguliariai tikrinkite laidų jungtis - ar neatsijungė, ar neoksiduotos. Oksiduota jungtis kuria varžą, o tai reiškia šilumą ir energijos nuostolius. Švino rūgštiniams akumuliatoriams tikrinkite skysčio lygį (jei tai ne hermetinis tipas) ir kartais atlikite išlyginimą - tai reiškia visiškai įkrauti ir palaikyti aukštą įtampą kelias valandas.

Svarbiausias patarimas - nebijokite eksperimentuoti, bet visada laikykitės saugos taisyklių. Elektra neatleidžia, ypač kai dirbama su didelėmis srovėmis ir akumuliatoriais. Jei kyla abejonių, geriau pasikonsultuoti su specialistu nei spėlioti.

Svarbiausi terminai

Štai keletas svarbių sąvokų, susijusių su elektros sistemomis ir trumpuoju jungimu:

• Apsaugos įtaisas - įtaisas, automatiškai išjungiantis saugomą elektros grandinę, atsiradus trumpajam jungimui ar kitam nenormaliam režimui.
• Atvadas - elektros inžinerinio tinklo dalis nuo laidų arba kabelio gnybtų oro linijos atramoje ar kabelio gnybtų kabelių spintoje iki įvadinės apskaitos spintos (skydo) arba įvadinės apskaitos skirstomosios spintos (skydo).
• Įvadas - elektros inžinerinio tinklo dalis nuo įvadinės apskaitos spintos iki vartotojo pagrindinio skirstomojo skydo.
• Įžeminimo varža - varža tarp įžeminimo įrenginio ir neutralios žemės.
• Įžemintuvas - grunte esančių elektrodų, jungiamųjų laidininkų ir išlyginamojo tinklo visuma.
• Leistinoji ilgalaikė srovė - didžiausia per laidininką tekančios ilgalaikės srovės vertė, kuriai tekant laidininkas įšyla iki didžiausios (esamomis aušinimo sąlygomis) jo izoliacijai arba laidininkui ir laidininko sujungimo vietai leistinos temperatūros.
• Nulinis laidininkas N - laidininkas (laidas, šyna), iki 1000 V įtampos elektros trifaziuose tinkluose sujungtas su generatoriaus ar transformatoriaus tiesiogiai įžeminta neutrale, vienfaziuose tinkluose - su įžemintu apvijos tašku, o nuolatinės srovės tinkluose - su įžemintu viduriniu šaltinio poliumi.
• Pagrindinė izoliacija - srovinių dalių izoliacija, skirta pagrindinei apsaugai nuo tiesioginio prisilietimo prie srovinių dalių.
• Papildomoji izoliacija - nepriklausoma izoliacija, skirta apsaugai nuo tiesioginio prisilietimo prie srovinių dalių ir apsauganti nuo pavojingo elektros srovės poveikio, kai pažeidžiama pagrindinė izoliacija.
• Pasyvioji dalis - laidi elektros įrenginio dalis, normaliomis veikimo sąlygomis neturinti įtampos, tačiau įtampa joje gali atsirasti pablogėjus izoliacijai.
• Potencialų suvienodinimas - potencialų skirtumo tarp pasyviosios dalies, pašalinių laidžiųjų dalių, įžeminimo ir apsauginių laidininkų (PE), taip pat apsauginių nulinių laidininkų (PEN), prie kurių įmanoma vienu metu prisiliesti, sumažinimas, šias dalis elektriškai sujungiant tarpusavyje.
• Prisilietimo įtampa - žmogui tenkanti įžeminimo įrenginio įtampos dalis, kai srovė žmogaus kūnu teka iš rankos į ranką arba iš rankos į kojas, prisilietus prie dviejų grandinės taškų (horizontalusis atstumas tarp liečiamų vietų - 1 m).
• RCD (Residual Current Protective Device) - pažaidos (skirtuminių) srovių apsauginiai įtaisai.
• RCCB - apsauginis jungiklis, automatiškai atjungiantis saugomos grandinės fazinį ir darbinio nulio laidininkus, kai skirtuminės pažaidos srovės viršija nustatytą reikšmę.
• RCBO - automatinis jungiklis su nuotėkio srovių išjungikliu ir apsauga nuo viršsrovių, atliekantis RCCB ir automatinio jungiklio funkcijas viename korpuse.
• Skaičiuojamoji trumpojo jungimo srovė - trumpojo jungimo srovės, kuriai tikrinamas terminis arba mechaninis elektros įrenginio atsparumas, vertė.
• Saugos transformatorius - skiriamasis transformatorius neįžemintoms mažos saugios įtampos (SELV) grandinėms maitinti.
• Sustiprintoji izoliacija - srovinių dalių izoliacija, užtikrinanti tokią pat kaip ir dviguba izoliacija apsaugą nuo tiesioginio prisilietimo prie srovinių dalių.
• Terminis atsparumas trumpojo jungimo srovėms - įrenginio srovinių dalių geba neįkaisti aukščiau nei numatyta temperatūra, per srovines dalis tekant nustatytos vertės trumpojo jungimo srovei.
• Tiesiogiai įžemintos neutralės tinklas - elektros tinklas, kuriame neutralė tiesiogiai sujungta su įžemintuvu.
• Trumpasis jungimas - įtampą turinčios elektros grandinės fazių (polių) susijungimas tarpusavyje, tarpusavyje ir su žeme arba tik su žeme tiesiogiai įžemintos neutralės (įžeminto vidurinio taško) tinkle.
• Trumpojo jungimo srovė - srovė, tekanti trumpojo jungimo metu.
• Vardinis parametras - gamintojo nurodyta elektrotechninio įrenginio parametro vertė.

tags: #akumuliatoriui #trumpo #jungimo #srove #a #1200