Trumpojo jungimosi srovės apribojimo principai naujos kartos Record PliusTM automatiniuose jungikliuose.
Pramoniniai (MCCB – Moulded Case Circuit Breakers) automatiniai jungikliai yra pagrindiniai apsauginiai įrenginiai šiuolaikinėse elektros skirstomosiose sistemose. Paskutiniaisiais metais srovę apribojantys pramoniniai MCCB automatiniai jungikliai pagerino apsaugą, turėdami galimybę smarkiai apriboti elektros sroves trumpojo jungimo metu, ir padidino įrenginių apsaugą bei saugumą. Specialiosios konstrukcijos, srovę apribojantys automatiniai jungikliai yra sukurti kaip sistema, galinti koreguoti nepageidaujamus trumpojo jungimo srovės veiksnius.
Pagrindiniai faktoriai, veikiantys grandinės trumpojo jungimo atveju
1. Elektrodinaminės jėgos
Šios jėgos yra proporcingos maksimalios apkrovos srovės vertės kvadratui.
Elektrodinaminės jėgos, priklausomai nuo maksimalios apkrovos srovės vertės, gali labai smarkiai pažeisti įrenginius, pvz., srovėlaidžius, jų laikiklius, galios grandinės jungiklius.
2. Magnetiniai laukai
Aukšto lygio trumpasis jungimas sukelia magnetinius laukus, kurie trikdo elektros įrenginių, matavimo prietaisų ir kompiuterių darbo režimą.
3. Šiluminis poveikis
Šiluminis poveikis yra proporcingas efektyvios srovės vertės kvadratui.
Laidų izoliacijos ir elektros įrenginių šiluminio poveikio apribojimai gali būti išreiškiami K2xS (K – faktorius, priklausantis nuo laidininko medžiagos ir nuo jo izoliacijos rūšies; S – laidininko skerspjūvis) verte. Ši elektros energijos vertė privalo turėti nustatytus aiškius apribojimus, kad būtų išvengta perkaitimo.
Kad sumažėtų minėtų veiksnių įtaka, naudojama srovės ribojimo įranga, kuri riboja trumpojo jungimo maksimaliąją srovės vertę ir drauge mažina elektrodinamines jėgas, magnetinius laukus bei šiluminį poveikį.
Grandinės pertraukimas vykdant kontaktų atstūmimą ir atpalaidavimą (popping of Contacts)
Trumpojo jungimo metu staigiai išauga srovės. Esant trumpajam jungimui, elektros indukcija priverčia susiformuoti aukštus asimetrinius srovės pikus, kurie veikia automatinio jungiklio srovinę dalį. Ši energija gali būti naudojama kontaktams atjungti kaip papildoma jėga, veikianti atjungimo mechanizmą. Šios jėgos naudojamos srovę ribojančiuose automatiniuose jungikliuose, kurie yra sukurti greitam atjungimui. Tokiuose jungikliuose paprastai naudojami dvigubi besusukantys kontaktai.
Srovę ribojantys automatiniai jungikliai su pasukamu dvigubu kontaktu, kuriuose veikia magnetinio atstūmimo poveikis, gali būti dviejų pagrindinių tipų. Pirmasis tipas naudoja ribojančius srovę tiesioginius kontaktus (1 pav.). Šiuo atveju magnetinio atstūmimo jėgos yra sukuriamos tik tame taške, kur kontaktai liečiasi. Tokio tipo automatinių jungiklių trūkumas – neryškus srovės ribojimas. Toks automatinis jungiklis turės privalumą tik prieš senojo tipo jungiklius, kur naudojamas viengubas kontaktas. Antrojo tipo srovę ribojantys automatiniai jungikliai yra su atbulinės srovės formavimo dalimi (3 pav.). Būtent tokio tipo srovę ribojantys kontaktai naudojami „General Electric” automatinių jungiklių grupėje Record PlusTM.
Šiuo atveju srovių kryptys l dalyje išdėstytos lygiagrečiai ir taip, kad judančio kontakto srovė yra priešingos krypties, palyginti su srove, tekančia per fiksuotą stacionarų kontaktą. Jeigu per kontaktus tekanti srovė smarkiai išauga, magnetinio atstūmimo jėgos, atsiradusios tarp lygiagrečių laidininkų, išauga taip, kad priverčia kontaktus įveikti juos suspaudžiančią jėgą, ir tokiu būdu jie labai greitai vienas nuo kito pradeda atsiskirti. Tai vadinama kontaktų atstūmimu, atpalaidavimu ar atjungimu (Popping of Contacts).
Išaugus srovėms, susidaro laiko momentas, kai magnetinis atkabiklis dar neįvykdė automatinio jungiklio atjungimo, o magnetinio atstūmimo jėga l dalyje jau sukelia kontaktų atstūmimą. Taip kontaktuose sukuriamas elektros lanko – įtampos generacijos – procesas, kuris apriboja išaugusią srovę. Išvardytų jėgų ir automatinio atjungimo atkabiklių sistemos derinys suteikia automatiniam jungikliui ypatingų bruožų.
Trumpojo jungimo srovės ribojimas Record PlusTM automatiniame jungiklyje
Record PlusTM – tai pramoninis automatinis jungiklis, kur taikoma minėta kontakto konstrukcija su atbulinės srovės formavimu. Konstrukcijoje pritaikyti dvigubi besisukančio judesio jėgos kontaktai, kurie gali nutraukti kuo didesnės srovės grandines kaip galima mažiausiame įrenginio gabarite.
„General Electric” kompanijos konstruktoriai smarkiai patobulino minėtą kontaktų konstrukciją su atbulinės srovės formavimu. Kompanijos sukonstruotoje ir patentuotoje konstrukcijoje papildomai panaudotos magnetinės šerdys (5 pav.), kurios yra stacionaraus kontakto laidininko išlinkime ir tęsiasi išilgai kontakto judėjimo kryptimi. Taip sukuriamas koncentruotas nukreiptas magnetinis laukas visoje pasukamo kontakto judėjimo eigoje, kad padidinti kontaktų atstūmimo jėgą ir greitį trumpojo jungimo metu. Šis jungiklis atlieka savo darbą daugiau nei dvigubai didesniu greičiu ir jėga ir užtikrina puikų trumpojo jungimo srovės apribojimą, nei minėti pirmojo tipo jungikliai be atbulinės srovės formavimo. Rezultatas – daug mažesnės trumpojo jungimo srovių pikinės reikšmės bei išskiriama energija (4 pav.). Taip smarkiai sumažinamos elektrodinaminės jėgos bei šiluminis poveikis apsaugomuose elektros laidininkuose ir įrenginiuose.
Ši Record PlusTM technologija sumažina energijos tiekimo grandinių pažeidimus iki minimumo. Toks įrenginys suteikia maksimalią sistemos apsaugą.
Automatiniai jungikliai, kurie turi savybę riboti trumpojo jungimo srovę, yra žymimi specialiu ženklu, paprastai esančiu šalia kitų techninių parametrų (6 pav.).
Elektrodinaminių jėgų ir šiluminio poveikio apribojimai ir žemesnės pakopos apsauga (Back-up Protection) taikant Record PlusTM automatinius jungiklius
Apsaugos įtaisai, esantys žemesnėse pakopose, einančiose po Record PlusTM automatinio jungiklio (7 pav.), taip pat privalo išlaikyti numatomus šiluminius ir elektrodinaminius poveikius esant trumpajam jungimui. Kai elektros grandinės pirminėje pakopoje naudojamas trumpojo jungimo srovės apribojimas, kuris taikomas Record PlusTM automatiniuose jungikliuose, tada yra galimybė žemesnėse pakopose naudoti įrenginius, turinčius mažesnį pasipriešinimo pajėgumą trumpiesiems jungimams. Tai bus mažesnių matmenų, pigesni ir labiau ekonomiški įrenginiai, palyginti su atvejais, kai pirminėje pakopoje naudojami įprastiniai automatiniai jungikliai be trumpojo jungimo srovių ribojimo.
Šiuo atveju Record PlusTM leidžia įgyvendinti daug pigesnius sprendimus, kai numatytos didelių verčių trumpojo jungimo srovės.
Selektyvumas plius (Selectivity Plus) naudojant Record PlusTM jungiklius
Vienas reikalavimų, keliamų apsaugos aparatui, – pirminės pakopos įrenginys turi atsijungti ir apsaugoti žemesnės pakopos įrenginį taip, kad būtų išvengta jo pažeidimo. Bet yra kitas pageidavimas – kad pirminės pakopos įrenginys liktų įjungtas ir uždelstų tam tikrą laiką, kuris reikalingas žemutinės pakopos reakcijai ir atjungimui įvykdyti esant avarinei situacijai. Tai selektyvumo sąlygos įvykdymas esant trumpajam jungimui, kai pirmiausia atsijungia žemutinė pakopa, o ankstesnės pakopos lieka įjungtos.
Record PlusTM jungiklių šeima su specialiomis LTMD ir SMR charakteristikomis išsprendžia šį paradoksą. Šie jungikliai turi papildomą uždelsimo zoną trumpojo jungimo atjungimo charakteristikos kreivės dalyje (8 pav.) ir yra puikūs trumpojo jungimo srovės ribotojai. Todėl uždelsimo metu tekant didelei srovei jos energija nepadaro didelės neigiamos įtakos žemutinės pakopos jungikliui, kuris privalo pirmas reaguoti į trumpąjį jungimą ir atjungti grandinę.
Autorius: Elektros įranga, UAB
