В режиме короткого замыкания, на первичную обмотку трансформатора подается переменное напряжение небольшой величины, выводы вторичной обмотки соединяют накоротко. Величину напряжения на входе устанавливают такую, чтобы ток короткого замыкания равнялся номинальному (расчетному) току трансформатора. В таких условиях величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. Мощность потерь можно вычислить, умножив напряжение короткого замыкания на ток короткого замыкания.

Режим с нагрузкой

При подключении нагрузки к вторичной обмотке во вторичной цепи возникает ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе, направленный противоположно магнитному потоку, создаваемому первичной обмоткой. В результате в первичной цепи нарушается равенство ЭДС индукции и ЭДС источника питания, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке до тех пор, пока магнитный поток не достигнет практически прежнего значения.

Схематично процесс преобразования можно изобразить следующим образом:

Мгновенный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора определяется интегралом по времени от мгновенного значения ЭДС в первичной обмотке и в случае синусоидального напряжения сдвинут по фазе на 90° по отношению к ЭДС. Наведённая во вторичных обмотках ЭДС пропорциональна первой производной от магнитного потока и для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке.

КПД трансформатора

,

где

P₀ — потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении

P_L — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе

P₂ — активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку

n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1).

Виды трансформаторов

Трансформаторы

Силовой трансформатор — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии.

Автотрансформатор— вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения.

Трансформатор тока — трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение — для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации.

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях и измерительных цепях.

Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического. Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью.

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.

Пик-трансформатор — трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся через каждые полпериода полярностью.

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Трансфлюксор — разновидность трансформатора, используемая для хранения информации. Основное отличие от обычного трансформатора — это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Помимо этого, трансфлюксоры часто снабжались дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволяла (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов.

Поиск по сайту:

что это такое, виды, причины возникновения

Определение и особенности.

Короткое замыкание (short-circuit) — это случайный или преднамеренно созданный проводящий путь между двумя или более проводящими частями, вызывающий уменьшение разности электрических потенциалов между этими проводящими частями до нуля или значения, близкого к нулю (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]).

Харечко Ю.В. в своей книге [2] дополняет:

« Короткое замыкание характеризуется током короткого замыкания, который может многократно превышать значение номинального тока электрической цепи и допустимые длительные токи ее проводников. Даже кратковременное воздействие тока короткого замыкания на элементы электроустановки здания может вызвать их возгорание и явиться причиной пожара в здании. Поэтому в электроустановках зданий всегда проводят мероприятия, направленные на снижение вероятности возникновения короткого замыкания, а также выполняют защиту от короткого замыкания с помощью устройств защиты от сверхтока – автоматических выключателей и плавких предохранителей. »

Причины возникновения короткого замыкания.

Харечко Ю.В. в своей книге [2] описывает причины возникновения короткого замыкания следующим образом:

« Короткое замыкание обычно возникает в условиях единичного или множественных повреждений изоляции каких-то проводящих частей, находящихся под разными электрическими потенциалами. Эти проводящие части замыкаются друг на друга, образуя между собой электрические контакты с ничтожно малыми переходными сопротивлениями. Такие короткие замыкания обычно возникают из-за случайных повреждений изоляции проводящих частей. »

« В электроустановках зданий могут происходить однофазные короткие замыкания, когда замыкаются фазный и нейтральный проводники, двух- и трехфазные короткие замыкания, когда замыкаются два или три фазных проводника. В условиях повреждений возможно также короткое замыкание на землю, когда части, находящиеся под напряжением, замыкаются на открытые и сторонние проводящие части, а также защитные проводники. Если подобное короткое замыкание на землю происходит в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN‑S, TN‑C или TN‑C‑S, ток замыкания на землю может быть равен току однофазного короткого замыкания. »

В качестве примера, на рисунке 1 показан путь протекания тока замыкания на землю Iз для распространенной системы TN-C-S, который возник при коротком замыкании между фазным и нейтральным проводниками в электроустановке здания. При этом, максимальное значение тока замыкания на землю в системе TN-C-S равно току однофазного короткого замыкания между фазным и нейтральным проводниками.

Короткое замыкание также может быть результатом действий, совершаемых персоналом при монтаже и эксплуатации электроустановки здания, когда по ошибке соединяют между собой проводящие части, которые в нормальных условиях находятся под разными электрическими потенциалами. Например, ошибочное электрическое соединение между собой фазного и нейтрального проводников или двух фазных проводников разных фаз какой-то электрической цепи переменного тока, полюсного и среднего проводников или двух полюсных проводников электрической цепи постоянного тока неминуемо приводит к короткому замыканию.

Частные виды коротких замыканий.

В стандарте МЭК 60909‑0 [3] также определены следующие термины, характеризующие частные виды короткого замыкания:

1. короткое замыкание между линиями – случайный или преднамеренный проводящий путь между двумя или более линейными проводниками с присоединением к земле или без него;
2. короткое замыкание линии на землю – случайный или преднамеренный проводящий путь в системе с глухозаземленной нейтралью или в системе с нейтралью, заземленной через полное сопротивление, между линейным проводником и локальной землей.

В электрических системах переменного тока первому термину соответствует термин «двухфазное короткое замыкание», посредством которого идентифицируют замыкание между двумя фазными проводниками разных фаз. Применительно к электрическим системам постоянного тока применяют термин «двухполюсное короткое замыкание», с помощью которого определяют замыкание между двумя полюсными проводниками. Аналогом второго термина является термин «короткое замыкание на землю».

Список использованной литературы

1. ГОСТ 30331.1-2013
2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 4// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2015. – № 6. – 160.
3. МЭК 60909‑0
4. Харечко В.Н., Харечко Ю.В. О токе замыкания на землю, токе утечки и дифференциальном токе// Главный энергетик. – 2007. – № 7.

Что называется коротким замыканием. Причины возникновения короткого замыкания

КЗ образуется вследствие замыкания двух проводов цепи, которые подсоединены к разным контактам (это плюс и минус). В данном случае происходит это через маленькое сопротивление, которое можно сравнить с сопротивлением самого провода. При этом ток может превысить номинальное значение в несколько раз. Чтобы предотвратить возгорание, электрическая цепь должна быть разорвана до того, как провода нагреются до критической температуры.

Что такое короткое замыкание?

Ежедневно, где бы мы не находились, мы осуществляем замыкание электрической цепи. При этом ничего опасного не происходит, так как при подсоединении вилки электрооборудования в розетку электрическая энергия превращается в:

• механическую энергию;
• тепловую мощность.

Данные виды замыкания можно условно назвать «длинными». Короткое замыкание — это, говоря простым языком, такой вид энергии, которая выражается в виде искры, хлопка или возгорания. Это такое состояние, когда сопротивление самой нагрузки становится меньше сопротивления источника питания. При коротком замыкании мгновенно увеличивается сила тока, которая приводит к сильному выделению тепла. Это — в свою очередь — может привести к расплавлению проводки и её последующему возгоранию. Такое КЗ способно не только нарушить работоспособность элемента электрической цепи, но и привести к снижению входного напряжения у других потребителей.

В нормальном рабочем режиме ток между фазным и нулевым проводом протекает лишь в том случае, когда подсоединена нагрузка, которая и осуществляет его ограничение на безопасном уровне для электрической проводки. Как происходит короткое замыкание? В тех случаях, когда появляется нарушение изоляционного покрытия, приводящее к замыканию плюса и минуса, ток минует нагрузку и течёт между этими проводами. Данный вид контакта называется «коротким», в связи с тем, что минует электрические приборы.

Металлическое короткое замыкание — это такое замыкание, в котором не учитывается переходное сопротивление. Оно возможно только в случае его специальной подготовки при помощи болтового соединения токоведущих частей.

Ток короткого замыкания — это такой ток, который появляется вследствие повреждения изоляции токоведущих частей, обладающих различным электрическим потенциалом. Возникнуть он может и просто при случайном соединении проводящих частей с теми же потенциалами.

Ударный ток короткого замыкания — это максимальная величина тока, которая возникает при трёхфазном КЗ.

Режим короткого замыкания — это такое состояние двухполюсника, когда его выходы соединены между собой при помощи проводника с нулевым сопротивлением. В данном режиме вторичная обмотка замыкается накоротко. При проведении такого опыта можно определить величину потерь в обмотках самого трансформатора.

Также стоит знать, что напряжение короткого замыкания трансформатора — это такое напряжение, которое необходимо подать на обмотку, когда вторая замкнута. И тогда в последней обмотке начнёт протекать номинальный ток.

Как его обнаружить и предотвратить?

Можно вспомнить всем известный закон Ома, который гласит: «Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению». Как раз на последнее и стоит обращать в данном случае пристальное внимание. В связи с тем, что сопротивление проводки очень мало, его принято считать равным «0». В случае с КЗ его величина — наоборот — очень велика, так как в замкнутой цепи начинает течь ток.

Для того чтобы предотвратить короткое замыкание, необходимо периодически производить замеры сопротивления проводки. Если вы самостоятельно не можете это делать, то стоит обратиться за помощью к специалистам. Они на профессиональном уровне проведут все измерения, касающиеся проводки, а также помогут провести испытание измерительных трансформаторов тока, что также убережет ваше оборудование и повысит пожарную безопасность.

Рассмотрим особый случай параллельного соединения проводников — так называемое короткое замыкание. Им называется параллельное включение в цепь проводника с очень маленьким сопротивлением. Рассмотрим пример.
Пусть лампы и выключатель соединены так, как показано на схемах. Обратите внимание, что выключатель и вторая лампа соединены параллельно, кроме того, замкнутый выключатель на правой схеме — проводник с очень маленьким сопротивлением. Следовательно, согласно определению, на правой схеме существует короткое замыкание лампы.

Пусть, например, напряжение источника тока подобрано так, что при разомкнутом выключателе обе лампы светятся не очень ярко — в полнакала (поэтому на первой схеме они наполовину закрашены). Если же выключатель замкнуть, то левая лампа будет гореть ярко, а правая лампа вообще погаснет. Таким образом, увеличение яркости левой лампы указывает нам, что при существовании в цепи короткого замыкания сила тока резко возрастает. Согласно закону Джоуля-Ленца, возрастание силы тока может привести к перегреванию проводов и возникновению пожара.
Объясним, почему левая лампа загорается ярче. Вспомним, что при параллельном соединении проводников их общее сопротивление становится меньше меньшего из них, то есть даже меньше, чем сопротивление выключателя (у которого оно и так почти равно нулю). Согласно закону Ома, уменьшение сопротивления приводит к возрастанию силы тока. А возрастание тока, согласно закону Джоуля-Ленца, приводит к более сильному накалу спирали левой лампы.
Объясним теперь, почему гаснет правая лампа. Поскольку при параллельном соединении проводников напряжение на каждом из них одинаково, то напряжения на правой лампе и на выключателе одинаковы. По закону Ома U=I·R. Как мы выяснили в предыдущем абзаце, сопротивление этого соединения почти равно нулю, то есть R»0. Подставляя ноль в формулу, получим: U=I·0=0. То есть, напряжение на выключателе и лампе равно нулю (точнее, очень маленькое). Такого напряжения явно недостаточно, чтобы поддерживать свечение лампы, поэтому она гаснет.

Для защиты электроприборов от короткого замыкания применяют предохранители. Их назначение — отключать электроэнергию в случае, если ток возрастает больше допустимой величины. На рисунке справа вы видите автоматический предохранитель с винтовым цоколем как у лампы. Такие предохранители (в просторечии «пробки») вворачивают в специальные патроны, которые укрепляют на стене.
Существуют также плавкие предохранители. В них основной деталью является тонкая (диаметром около 0,1 мм) проволочка из олова или свинца (см. рисунок ниже). В случае сильного возрастания тока она практически мгновенно плавится, и цепь размыкается, прерывая ток. В отличие от «многоразовых» автоматических предохранителей, плавкие предохранители являются одноразовыми электроприборами.

Если предположить, что провода, подводящие ток к квартирной проводке, сделаны из алюминия и имеют диаметр 1 мм, то площадь сечения свинцовой проволочки окажется в 100 раз меньше. Кроме того, заглянув в таблицу, мы увидим, что удельное сопротивление свинца примерно в 10 раз больше, чем у алюминия. Следовательно, сопротивление проволочки примерно в 1000 раз больше сопротивления алюминиевого провода такой же длины.
Поскольку провод и предохранитель (то есть проволочка внутри него) соединены последовательно, то сила тока в них одинакова. Так как по закону Джоуля-Ленца Q=I2Rt, следовательно, количество теплоты, выделяющееся в проволочке, в каждый момент времени в 1000 раз больше, чем в проводе. Именно поэтому проволочка плавится, а электропроводка остаётся в сохранности. В настоящее время плавкие предохранители практически не применяются в технике, уступив место автоматическим.

Любой человек, чья работа связана с обслуживанием электротехники, очень хорошо знает о тех неприятностях, которые таит в себе короткое замыкание (к.з.). Иногда считается, что оно представляет собой повреждение. Это не так. Короткое замыкание — это процесс, или, если угодно, аварийный режим работы какого-либо участка электроустановки. А вот последствия его действительно приводят к повреждениям. Общепринятое определение гласит: «Короткое замыкание — это непосредственное соединение двух или более точек электрической цепи, обладающих различным потенциалом. Является ненормальным (непредусмотренным) режимом работы».

Чтобы понять, что именно происходит в цепи в тот момент, когда там возникает короткое замыкание, необходимо вспомнить принципы функционирования элементов контура. Представим простейшую цепь, состоящую из двух проводников и нагрузки (например, лампочки). В обычных условиях в проводнике существует направленное движение заряженных элементарных частиц, обусловленное постоянным воздействием источника. Они перемещаются от одного полюса источника к другому через два участка провода и лампу. Соответственно, лампа излучает свет, так как частицы совершают в ней определенную работу.

При направление движения постоянно изменяется, но в данном случае это не принципиально. Количество электронов, проходящих по определенному участку цепи за единицу времени, ограничивается сопротивлением лампы, проводников, источника ЭДС. Другими словами, ток не растет бесконечно, а соответствует установившемуся режиму.

Но вот по какой-либо причине повреждается изоляция на участке цепи. К примеру, лампу залило водой. В этом случае ее уменьшается. В результате текущий по контуру ток ограничивается суммарным сопротивлением источника питания, проводов и водного «перешейка» на лампе. Обычно эта сумма настолько ничтожна, что в расчетах не учитывается (исключение составляют специализированные вычисления).

Итогом является практически бесконечный рост тока, определяемого по классическому закону Ома. В данном случае часто упоминают мощность короткого замыкания. Она определяется предельным значением электрического тока, который способен выдать источник питания до выхода из строя. Кстати, именно поэтому запрещается соединять проводком (закорачивать) противоположные контакты батареек.

Хотя в примере мы рассматриваем устранение из цепи сопротивления лампы вследствие попадания на нее воды, причин короткого замыкания множество. К примеру, если говорить об этой же схеме, то к.з. также может возникнуть, если будет нарушена изоляция хотя бы одного провода и он соприкоснется с землей. В этом случае ток от источника питания последует по пути наименьшего сопротивления, то есть в землю, обладающую огромной емкостью. Повреждение изоляции сразу двух проводов и их соприкосновение приведет к тому же самому результату.

Вышесказанное можно обобщить: к.з могут быть с землей и без нее. На происходящие процессы это не влияет.

О каких же повреждениях шла речь в начале статьи? Как известно, чем выше значение тока, протекающего по участкам цепи, тем больше их нагрев. При достаточной мощности источника при к.з. некоторые участки цепи попросту выгорают, превращаясь в медную пыль (для медных элементов).

Защита от короткого замыкания довольно проста и эффективна. Сообщения о разрушениях из-за замыкания возникают, прежде всего, по причине неправильно подобранных параметров аппаратов защиты, неверной селективности. Если речь идет о бытовой цепи 220 В, то применяют В них при чрезмерном возрастании тока электромагнитный расцепитель, находящийся внутри, разрывает цепь.

Нормальным установившимся режимом работы электроустановки считается такой режим, параметры которого находятся в пределах нормы. Ток короткого замыкания (ток КЗ) возникает при аварии в работе электроустановки. Он чаще всего появляется из-за повреждения изоляции токоведущих частей.

В результате короткого замыкания нарушается бесперебойное питание потребителей, и влечет за собой неисправности и выход из строя оборудования. Вследствие этого при подборе токоведущих элементов и аппаратов необходимо производить их расчет не только для нормальной работы, но и производить проверку по условиям предполагаемого аварийного режима, который может быть вызван коротким замыканием.

• Воздействие на изоляцию механическим путем.
• Электрический пробой токоведущих частей вследствие чрезмерных нагрузок или перенапряжения.
• Подобно нарушению изоляции можно считать причиной повреждения схлестывание неизолированных проводов воздушных линий от сильного ветра.
• Наброс металлических предметов на линию.
• Воздействие животных на проводники, находящиеся под напряжением.
• Ошибки в работе обслуживающего персонала в электроустановках.
• Сбой в функционировании защит и автоматики.
• Техническое старение оборудования.
• Умышленное действие, направленное на повреждение изоляции.

Ток короткого замыкания во много раз превышает ток при нормальной работе оборудования. Возможными последствиями такого замыкания могут быть:

• Перегрев токоведущих частей.
• Чрезмерные динамические нагрузки.
• Прекращение подачи электрической энергии потребителям.
• Нарушение нормального функционирования других взаимосвязанных приемников, которые подключены к исправным участкам цепи, из-за резкого снижения напряжения.
• Расстройство системы электроснабжения.

Понятие короткого замыкания подразумевает электрическое соединение, которое не предусмотрено условиями эксплуатации оборудования между точками различных фаз, либо нейтрального проводника с фазой или земли с фазой (при наличии контура заземления нейтрали источника питания).

При эксплуатации потребителей напряжение питания может подключаться различными способами:

• По схеме трехфазной сети 0,4 киловольта.
• Однофазной сетью (фазой и нолем) 220 В.
• Источником постоянного напряжения выводами положительного и отрицательного потенциала.

В каждом отдельном случае может возникнуть нарушение изоляции в некоторых точках, вследствие чего возникает ток короткого замыкания.

Для 3-фазной сети переменного тока существуют разновидности короткого замыкания:

1. Трехфазное замыкание.
2. Двухфазное замыкание.
3. Однофазное замыкание на землю.
4. Однофазное замыкание на землю (Изолированная нейтраль).
5. Двухфазное замыкание на землю.
6. Трехфазное замыкание на землю.

При выполнении проекта снабжения электрической энергией предприятия или оборудования подобные режимы требуют определенных расчетов.

До начала возникновения короткого замыкания величина тока в электрической цепи имела установившееся значение i п. При резком коротком замыкании в этой цепи из-за сильного уменьшения общего сопротивления цепи электрический ток значительно повышается до значения i к. Вначале, когда время t равно нулю, электрический ток не может резко измениться до другого установившегося значения, так как в замкнутой цепи кроме активного сопротивления R, есть еще и индуктивное сопротивление L. Это увеличивает во времени процесс возрастания тока при переходе на новый режим.

В результате в начальный период короткого замыкания электрический ток сохраняет первоначальное значение iK = i но. Чтобы ток изменился, необходимо некоторое время. В первые мгновения этого времени ток повышается до максимального значения, далее немного снижается, а затем через определенный период времени принимает установившийся режим.

Период времени от начала замыкания до установившегося режима считается переходным процессом. Ток короткого замыкания можно рассчитать для любого момента в течение переходного процесса.

Ток КЗ при режиме перехода лучше рассматривать в виде суммы составляющих: периодического тока i пt с наибольшей периодической составляющей I пт и апериодического тока i аt (его наибольшее значение – I am).

Апериодическая составляющая тока КЗ во время замыкания постепенно затухает до нулевого значения. При этом ее изменение происходит по экспоненциальной зависимости.

Возможный максимальный ток КЗ считают ударным током i у. Когда нет затухания в начальный момент замыкания, ударный ток определяется:

I у – i п m + i а t=0 ’, где i п m является амплитудой периодической токовой составляющей.

Считается, что короткое замыкание является отрицательным и нежелательным явлением, от которого происходят разрушительные последствия в электроустановках. Оно может создать условия для пожара, отключения защитной аппаратуры, обесточиванию объектов и другим последствиям.

Однако ток короткого замыкания может принести реальную пользу на практике. Есть немало устройств, функционирующих в режиме повышенных значений тока. Для примера можно рассмотреть . Наиболее ярким примером для этого послужит электродуговая сварка, при работе которой накоротко замыкается сварочный электрод с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют кратковременно. Мощность сварочного трансформатора обеспечивает работу при таких значительных перегрузках. Во время сварки в точке соприкосновения электрода возникает очень большой ток. В итоге выделяется значительное количество теплоты, достаточное для расплавления металла в месте касания, и образования сварочного шва достаточной прочности.

Еще в начале развития электротехники появилась проблема защиты электрических устройств от чрезмерных токовых нагрузок, в том числе и короткого замыкания. Наиболее простым решением стала установка , которые перегорали от их нагревания вследствие превышения тока определенной величины.

Такие плавкие вставки функционируют и в настоящее время. Их основным достоинством является надежность, простота и невысокая стоимость. Однако имеются и недостатки. Простая конструкция предохранителя побуждает человека после сгорания плавкого элемента заменить его самостоятельно подручными материалами в виде скрепок, проволочек и даже гвоздей.

Такая защита не способна обеспечить необходимой защиты от короткого замыкания, так как она не рассчитана на определенную нагрузку. На производстве для отключения цепей, в которых возникло замыкание, используют . Они намного удобнее обычных плавких предохранителей, не требуют замены сгоревшего элемента. После устранения причины замыкания и остывания тепловых элементов, автомат можно просто включить, тем самым подав напряжение в цепь.

Существуют также более сложные системы защиты в виде . Они имеют высокую стоимость. Такие устройства отключают напряжение цепи в случае наименьшей утечки тока. Такая утечка может возникнуть при поражении работника током.

Другим способом защиты от короткого замыкания является токоограничивающий реактор. Он служит для защиты цепей в сетях высокого напряжения, где величина тока КЗ способна достичь такого размера, при котором невозможно подобрать защитные устройства, выдерживающие большие электродинамические силы.

Реактор представляет собой катушку с индуктивным сопротивлением. Он подключен в цепь по последовательной схеме. При нормальной работе на реакторе имеется падение напряжения около 4%. В случае возникновения КЗ основная часть напряжения приходится на реактор. Существует несколько видов реакторов: бетонные, масляные. Каждый из них имеет свои особенности.

В основе расчета замыканий цепи лежит принцип, который определяет вычисление силы тока по напряжению, путем его деления на подключенное сопротивление. Такой же принцип работает и при определении номинальных нагрузок. Отличие в следующем:

• При возникновении аварийного режима процесс протекает случайным образом, стихийно. Однако он поддается некоторым расчетам по разработанным специалистами методикам.
• В процессе нормальной работы электрической цепи сопротивление и напряжение находятся в уравновешенном режиме и могут незначительно изменяться в рабочих диапазонах в пределах нормы.

По этой мощности выполняют оценку энергетической силовой возможности разрушительного действия, которое может осуществить ток короткого замыкания, проводят анализ времени протекания, размер.

Для примера рассмотрим, что отрезок медного проводника с площадью сечения 1,5 мм 2 длиной 50 см сначала подсоединили непосредственно к батарее «Крона». А в другом случае этот же кусок провода вставили в бытовую розетку.

В случае с «Кроной» по проводнику будет протекать ток КЗ, который нагреет эту батарею до выхода ее из строя, так как мощности батареи не достаточно для того, чтобы нагреть и расплавить подключенный проводник для разрыва цепи.

В случае с бытовой розеткой сработают защитные устройства. Представим, что эти защиты вышли из строя, и не сработали. В этом случае ток короткого замыкания будет протекать по бытовой проводке, затем по проводке всего подъезда, дома, и далее по воздушной линии или кабеля. Так он дойдет до на подстанции.

В результате к трансформатору подсоединяется длинная цепь с множеством кабелей, проводов, различных соединений. Они намного повысят электрическое сопротивление нашего опытного отрезка провода. Однако даже в таком случае остается большая вероятность того, что этот кусок провода расплавится и сгорит.

Участок линии электропередач от источника питания до места короткого замыкания обладает некоторым электрическим сопротивлением. Его значение влияет на величину тока короткого замыкания. Обмотки трансформаторов, катушек, дросселей, пластин конденсаторов вносят свой вклад в суммарное сопротивление цепи в виде емкостных и индуктивных сопротивлений. При этом создаются апериодические составляющие, которые искажают симметричность основных форм гармонических колебаний.

Существует множество различных методик, с помощью которых производится расчет ток короткого замыкания. Они позволяют рассчитать с необходимой точностью ток короткого замыкания по имеющейся информации. Практически можно измерить сопротивление имеющейся схемы по методике «фаза-ноль». Это сопротивление делает расчет более точным, вносит соответствующие коррективы при подборе защиты от короткого замыкания.

Что такое короткое замыкание? Чаще всего эту фразу можно услышать от электриков, а также людей, которые вообще не понимают в электронике и электрике. На любой вопрос, почему пошел дым с какого-либо прибора либо устройства, все как один глаголят:» Произошло короткое замыкание». Очень универсальный отмаз для тех, кто желает показаться умным незнайкой).

Природа короткого замыкания

Давайте рассмотрим простейшую цепь, состоящую из лампочки и автомобильного аккумулятора:

В данном случае, по цепи потечет ток и лампочка будет светиться.

Предположим, что наши провода, которые ведут к лампочке, абсолютно голые. Вдруг каким-то чудом на эти проводки падет еще один такой же голый провод. Этот проводок замыкает наши два оголенных провода и начинается самое интересное — в схеме возникает короткое замыкание (КЗ). Короткое замыкание — это короткий путь для прохождения электрического тока по цепи, где наименьшее сопротивление.

Теперь ток течет и по лампочке, и по проводку. Но у нас проводка намного меньше, чем сопротивление лампочки, и почти весь ток потечет туда, где меньшее сопротивление — то есть по проводку. А так как сопротивление у нашего провода очень мало, то и ток, следовательно, потечет очень большой, согласно Закону Ома . А если потечет большой ток, следовательно, и количество теплоты, выделяемое проводком, будет очень большим, согласно Закону Джоуля-Ленца . В конце концов, по цепи, которая выделена красным цветом , будет течь большая и эта цепь будет очень сильно нагреваться. Нагрев проводов может привести к их выгоранию или даже к возгоранию. Этот случай как раз носит название короткого замыкания .

Вы, наверное, не раз слышали в сводке новостей, что пожар произошел из-за короткого замыкания. В этом случае оголенный провод фазы в каком-то месте задевал оголенный провод нуля, либо фаза задевала землю. Возникало короткое замыкание, и провода стали нагреваться до такой степени, что своим нагревом воспламенили близлежащие предметы. Отсюда пожар.

В основном короткое замыкание происходит в старых домах от старого кабеля, который трещит по швам и может замкнуть между собой. Поэтому, первое, что надо сделать, покупая квартиру либо дом на вторичном рынке — это посмотреть состояние проводки.

Типичные признаки короткого замыкания

• сгоревшие предохранители в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА)
• нагрев цепи, в которой течет ток короткого замыкания
• низкое напряжение источника напряжения
• большой ток
• дым
• обугленные провода
• выгоревшие дорожки печатной платы
• черный нагар в месте, где произошло КЗ

Как же бороться с коротким замыканием? Это, конечно же, устанавливать предохранители, автоматические выключатели и стараться делать аккуратный монтаж проводки.

Причины возникновения и последствия коротких замыканий

Короткое замыкание возникает при соединении двух проводов цепи, присоединенных к разным зажимах (например, в цепях постоянного тока это «+» и «-«) источника через очень малое сопротивление, которое сравнимо с сопротивлением самих проводов.

Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений. 

Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты — плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Короткие замыкания могут возникнуть также при перенапряжениях в результате грозовых явлений, прямых ударов молнии, механических повреждении изолирующих частей, ошибочных действий обслуживающего персонала.

При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.

Короткие замыкания бывают:

• трехфазные (симметричные), при которых накоротко замыкаются все три фазы;

• двухфазные (несимметричные), при которых накоротко замыкаются только две фазы;

• двухфазные на землю в системах с глухо заземленными нейтралями;

• однофазные несимметричные на землю заземленными нейтралями.

Наибольшей величины ток достигает при однофазном коротком замыкании. В результате применения специальных искусственных мер (например заземления нейтралей через реакторы, заземление только части нейтралей) наибольшее значение тока однофазного короткого замыкания может быть снижено до величины тока трехфазного короткого замыкания, для которого чаще всего и ведутся расчеты. 

Причины возникновения коротких замыканий

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

1. Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями),

2. Прямыми ударами молнии,

3. Старением изоляции,

4. Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов,

5. Неудовлетворительным уходом за оборудованием.

Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

Преднамеренные короткие замыкания

При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты — короткозамыкатели, которые создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.

Последствия коротких замыканий

В результате возникновения короткого замыкания токоведущие части сильно перегреваются, что может привести к нарушению изоляции, а также возникновению больших механических усилий, способствующих разрушению частей электроустановок. 

При этом нарушается нормальное электроснабжение потребителей в неповрежденных участках сети, так как аварийный режим короткого замыкания в одной линии приводит к общему снижению напряжения. В месте короткого замыкания спряжение становится равным нулю, а во всех точках до места короткого замыкания напряжение резко снижается, и нормальное питание неповрежденных линий становится невозможным.

При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. Степень снижения напряжения зависит от работы устройств автоматического регулирования напряжения и удаленности от места повреждения.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.

При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки. 

Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения. 

Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.

Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера. 

Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей). 

Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.

При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т.е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.

Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:

1. Механические и термические повреждения электрооборудования.

2. Возгорания в электроустановках.

3. Снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их.

4. Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии.

5. Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п.

Для чего нужен расчет токов короткого замыкания

Короткое замыкание цепи вызывает переходный процесс в ней, в ходе которого ток можно рассматривать как сумму двух составляющих: вынужденной гармонической (периодической, синусоидальной) iп и свободной (апериодической, экспоненциальной) iа. Свободная составляющая уменьшается с постоянной времени Тк = Lк/rк = xк/ωrк по мере затухания переходного процесса. Максимальное мгновенное значение iу суммарного тока i называется ударным током, а отношение последнего к амплитуде Iпm — ударным коэффициентом.

Вычисление токов короткого замыкания необходимо для правильного выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и автоматики, выбора средств ограничения токов короткого замыкания.

Короткие замыкания (КЗ) происходят обычно через переходные сопротивления — электрических дуг, посторонних предметов в месте повреждения, опор и их заземлений, а также сопротивления между проводами фаз и землей (например, при падении проводов на землю). Для упрощения расчетов отдельные переходные сопротивления в зависимости от вида повреждения принимаются равными между собою или равными нулю («металлическое», или «глухое» КЗ). 

Вызвать электрика в Ростове на Дону можно по телефонам 89081775067 и 241 92 67

http://rostovelectric.ru/ 
http://vk.com/elektrik89381019528 
http://ok.ru/group/51833654542481 
http://vk.com/stroikarus 
http://elektrik-rostov-do.wix.com/220-380 
http://vk.com/gruzoperevozki_rostov_61 
http://vk.com/parket_rostov_89064173503 
https://vk.com/moto_rostov_na_donu 
https://www.instagram.com/motoelektrik_rnd/ 
https://vk.com/skuter_rostov 
https://ok.ru/group/54561223475345 
https://yandex.ru/uslugi/profile/AlexSergeev-204022 
https://vk.com/motovel 
http://89081775067.tt34.ru/ 
http://wikimapia.org/39762599/ru/

268

Режим короткого замыкания двигателя — Справочник химика 21

    Пуск синхронного двигателя осуществляется со шкафа — ключом управления или дистанционно — нажатием кнопки пуска с внешнего пульта управления, воздействуя на электромагнит включения масляного выключателя В. Остановка синхронного электродвигателя осуществляется ключом управления, дистанционно — нажатием кнопки останова или от действия защит, воздействующих на электромагнит отключения масляного выключателя В. При отключении двигателя ключом управления, дистанционно или от действия защит (кроме защиты от короткого замыкания) отключается выключатель В, преобразователь переводится в инверторный режим и происходит форсированное гашение поля ротора. По окончании гашения поля импульсы управления перестают поступать в преобразователь. При срабатывании защиты от короткого замыкания импульсы управления снимаются без предварительного перехода в инверторный режим. [c.101]

    От коротких замыканий и перегрузок свыше 200% электрические цепи и двигатели защищаются электромагнитными реле тока (максимальная защита). Тепловая защита на кранах обычно не применяется, так как крановые электродвигатели рассчитаны на повторно-кратковременный режим и значительные перегрузки, при которых возможны ложные срабатывания тепловых реле. [c.38]

    Напряжение с выхода электромашинного усилителя подается через стабилизирующий трансформатор СТ в обмотку обратной связи ОС. Режим работы печи задается установкой тока дуги при помощи автотрансформатора АТ. Ъ заданном режиме работы печи при определен-1юм соотношении между величинами тока и напряжения дуги, поток обмотки ОУ равен нулю, напряжение на выходе усилителя отсутствует, электродвигатель Д не обтекается током, электрод неподвижен. После подачи напряжения на печь при поднятых электродах на выпрямителе появляется максимальное напряжение, электромашинный усилитель возбуждается, и двигатель Д опускает электрод Э с максимальной скоростью. При соприкосновении электрода с шихтой напряжение на выпрямителе ВН этого электрода исчезает, и двигатель быстро тормозится. При соприкосновении с шихтой другого электрода к обмотке ОУ усилителя регулятора первого электрода прикладывается максимальное напряжение ВТ как следствие тока короткого замыкания двух фаз. На якоре электромашинного усилителя ЭМУ появляется напряжение, и начинается разгон электродвигателя Д на подъем электрода. Затем ток выпрямителя ВТ уменьшается, а ток выпрямителя ВН увеличивается поток обмотки ОУ уменьшается, и скорость двигателя снижается. При достижении током заданного значения поток обмотки ОУ станет равным нулю. Обмотка ОС, размагничивающая усилитель, ускоряет остановку электродвигателя гашением оставшегося напряжения на якоре усилителя. Используемые для регулирования мощности регуляторы с электромашинным усилителем имеют малые постоянные времени (быстродействие) и большие коэффициенты усиления. [c.116]

    Высоковольтные провода и кабели с фторопластовой изоляцией находят широкое применение в со1В(ре1мен- ой электронной аппаратуре для В нутри- и межблочных соединений, для выводов высоковольтных трансформаторов и в качестве проводов зажигания авиационных двигателей. В цепях анодного титания и цепях накаливания находят применение кабели иостояиного тока. Для соединения трансформаторов с выпрямительными блоками, а также блоков высокого напряжения различной радиоаппаратуры применяют кабели переменного тока. Импульсные кабели используют как в линиях формирования импульсов (в режиме короткого замыкания постоянного напряжения), так и для передачи напряжения к первичной обмотке импульсных трансформаторов или от них на магнетроны. Работа высокочастотных фидерных кабелей в реж>им е радиоимпульсов связана с передачей значительной импульсной мощности. [c.36]

режимов переноса металла: короткое замыкание

Режимы переноса металла относятся к различным способам переноса присадочного металла (электрода) через сварочную дугу в сварочную ванну. Мы можем написать книгу по этой теме, но мы постараемся упростить ее, чтобы дать представление о различных способах передачи, их потребностях и их преимуществах и ограничениях.

Переменные, которые определяют режим переноса металла, включают: диаметр проволоки, силу тока, напряжение и состав защитного газа.

Основные режимы переноса металла:

1. Перевод короткого замыкания (короткая дуга)
2. Шаровидный
3. Спрей
4. Импульсный спрей

Существуют вариации, которые создают подкатегории внутри этих четырех, но нет необходимости усложнять вещи по большей части теоретической дифференциацией.

Эта статья будет посвящена передаче короткого замыкания, а остальные три режима мы рассмотрим в следующих статьях.

Короткое замыкание переключения

Короткое замыкание, обычно называемое «короткой дугой» и формально называемое GMAW-S, представляет собой режим передачи металла с низким тепловложением, при котором перенос металла от электрода к сварочной ванне происходит в результате серии коротких замыканий.По мере подачи сварочной проволоки она вступает в физический контакт с основным материалом и создает короткое замыкание. Когда происходит короткое замыкание, напряжение сразу падает до нуля. Однако сварочные аппараты MIG являются источниками питания постоянного напряжения, и их основная задача — поддерживать постоянное напряжение. Чтобы сделать это в случае короткого замыкания, которое стремится снизить напряжение до нуля, источник питания увеличит силу тока, чтобы разорвать короткое замыкание.

Короткое замыкание по существу сносится скачком силы тока, вызывая своего рода взрыв.Этот взрыв производит брызги и треск, который мы слышим. Некоторые люди сравнивают звук при коротком замыкании со звуком жарки бекона. Каждый раз, когда проволока замыкается на основной металл, сварочная дуга гаснет. Сварочный аппарат мгновенно отреагирует всплеском силы тока, чтобы устранить короткое замыкание и снова зажгнуть дугу. Это происходит много раз в секунду (до 200 раз в секунду!), Поэтому мы никогда не видим, чтобы дуга погасла.

Этот график зависимости силы тока и напряжения от времени показывает, как короткое замыкание доводит напряжение до нуля, и в то же время источники питания увеличивают силу тока, чтобы разорвать короткое замыкание .

Передача короткого замыкания генерирует низкое тепловложение из-за низкой силы тока и низкого напряжения. Из-за этого ограничивается тонкими материалами. Американское сварочное общество запрещает использование короткого замыкания в процедурах сварки, прошедших предварительную квалификацию, из-за высокой вероятности отсутствия плавления.

Типичные защитные газы для переноса короткого замыкания включают 100% диоксид углерода и смеси, содержащие до 75% аргона, остальное — диоксид углерода.

Преимущества переключения при коротком замыкании

• Подходит для более тонких материалов (1/8 дюйма и меньше) — низкое тепловложение предотвращает продувку основного материала, а при соответствующей скорости движения также предотвращает деформацию.
• Сварка во всех положениях — благодаря низкому тепловложению сварочная ванна быстро затвердевает, что позволяет выполнять сварку во всех положениях.
• Отлично подходит для зазоров и плохой подгонки — короткое замыкание хорошо подходит для плохой подгонки, включая зазоры. По этой причине короткое замыкание широко используется для выполнения корневого прохода на трубе.
• Низкая стоимость — низкие требования к силе тока при передаче короткого замыкания означают, что можно использовать базовые источники питания низкого уровня. Двуокись углерода также относительно недорога по сравнению со смесями с высоким содержанием аргона.

Ограничение переключения при коротком замыкании

• Ограничивается листовым металлом — как упоминалось выше, низкое тепловложение приводит к потере плавления на более толстых секциях.
• Брызги — короткое замыкание дуги и последующее подрыв дуги из-за всплеска силы тока образуют брызги, которые увеличивают время очистки и снижают эффективность электрода.
• Не разрешено для использования в процедурах сварки, прошедших предварительную квалификацию (из-за подверженности отсутствию плавления).

Самая большая проблема с переносом короткого замыкания заключается в том, что мы можем сделать очень красивый сварной шов, который создает иллюзию качества. Ежедневно выполняются одно- и многопроходные переходные швы короткого замыкания на рамах прицепов, стальных зданиях и других несущих конструкциях. Вот почему так важно иметь квалифицированные сварочные процедуры. Следующие нормы, такие как AWS D1.1 «Правила сварки конструкций (сталь)», следует рассматривать не как неудобство, а как возможность повысить качество, следуя проверенным рекомендациям.

Чтобы проиллюстрировать, что может означать использование передачи короткого замыкания в элементах конструкции, взгляните на изображения ниже. Первый сварной шов (слева) был выполнен с использованием передачи короткого замыкания. Сварка справа была выполнена методом распыления.

Сварочный шов слева был получен с помощью короткого замыкания, и при изменении движения электрода образуются отчетливые ряби. Сварной шов справа был стрингером (без каких-либо манипуляций), выполненным методом распыления. Оба шва были выполнены на пластине толщиной 3/8 дюйма.

Глядя на внешний вид этих сварных швов, мы можем предположить, что оба шва являются хорошими.Некоторые люди предпочитают сварной шов слева, потому что им нравится вид ряби. Но что находится под этими сварными швами? Давайте взглянем.

На протравленном поперечном сечении шва короткого замыкания (слева) видно отсутствие плавления. Изображение справа показывает глубокое проникновение, связанное с переносом распылением.

Хотя оба сварных шва имеют одинаковый размер, сварной шов справа (перенос распылением) имеет почти вдвое большую несущую способность из-за глубокого проплавления корня.Передаточный шов короткого замыкания справа показывает значительное отсутствие плавления. Эти сварные швы были выполнены на материале толщиной 3/8 дюйма, чтобы показать, что перенос короткого замыкания не следует использовать на толстых секциях. Для получения дополнительной информации по этой теме прочтите «Как определить прочность на сдвиг углового сварного шва».

Пришло время подумать о качестве сварных швов?

Ссылка: Руководство по процедуре дуговой сварки, 14-е издание

Короткое замыкание — обзор

6.09.2.2.2 Дуговая сварка металлическим газом

Процесс GMAW обеспечивает значительное повышение производительности по сравнению с GTAW и хорошо подходит как для ручной, так и для автоматической сварки. Хотя уровень контроля ниже по сравнению с GTAW, скорость осаждения WM и простота эксплуатации значительно выше. Режимы переноса металла, которые возможны при GMAW: (1) короткое замыкание, (2) глобулярное, (3) распыление и (4) импульсное распыление. Для выбора режима переноса WM требуется информация о конструкции / толщине соединения, положении сварки, желаемой скорости наплавки и уровне квалификации сварщика.

Режим передачи с коротким замыканием используется во всех положениях сварки, обеспечивает хороший контроль сварочной ванны и считается процессом сварки с низким тепловложением. Однако, поскольку этот режим передачи работает в самом низком диапазоне силы тока, он более подвержен дефектам неполного плавления. Шаровидный режим в основном используется только для наплавки, например, для наплавки. Распылительный перенос происходит при самых высоких уровнях тока и напряжения и, таким образом, характеризуется как сварочный процесс со средним и высоким тепловложением с относительно высокими скоростями наплавки.Распылительный перенос хорошо подходит для сварки толстых секций в плоском положении благодаря хорошему сплавлению, высокой производительности и низким характеристикам разбрызгивания. В то время как перенос распылением менее подвержен дефектам неполного плавления по сравнению с коротким замыканием, его относительно высокий подвод тепла может вызвать выделение вторичной фазы в ЗТВ коррозионно-стойких сплавов на основе никеля и снизить их коррозионную стойкость после сварки. Импульсный режим распыления — это вариант распыления, при котором мощность сварки циклически меняется от низкого до высокого уровня.Хотя перенос распылением по-прежнему достигается при самых высоких уровнях тока, более низкая средняя мощность позволяет использовать импульсную сварку распылением на более тонких основных металлах и во всех положениях сварки. Его главное преимущество связано с более низким средним током, что снижает общее тепловложение сварного шва и сопутствующими преимуществами. Для получения импульсного выходного сигнала требуется специально разработанный источник питания. Электрическая полярность в GMAW — положительный электрод постоянного тока (DCEP). Обычно расход защитного газа находится в диапазоне 15–20 л мин. ^{– 1} .Для обеспечения оптимальной защиты рекомендуется, чтобы газовый баллон сварочной горелки был как можно больше. В качестве защитных газов можно использовать чистый Ar и смеси Ar + He, Ar + He + CO ₂ и He + Ar + CO ₂ . Газы, содержащие CO ₂ , создают очень стабильную дугу, отличные сварочные характеристики в нестандартном положении и отличные характеристики сварки на основе никелевой основы с углеродистой сталью. Однако из-за присутствия углекислого газа поверхность WM будет сильно окислена. Это окисленное состояние может увеличить вероятность дефектов неполного плавления.Поэтому настоятельно рекомендуется, чтобы многопроходные сварные швы, выполненные с газами, содержащими CO ₂ , между проходами слегка шлифовали, чтобы удалить окисленную поверхность. При использовании смесей Ar + He ожидается, что поверхность шва будет яркой и блестящей с минимальным окислением. При многопроходной сварке шлифование между проходами не является обязательным. Если используется 100% Ar, на поверхности сварного шва может наблюдаться некоторое окисление. Рекомендуется чистка толстой проволочной щеткой и / или легкое шлифование (зерно 80) между проходами. Как и в случае GTAW, необходима обратная продувка для предотвращения сильного окисления корневой части сварного шва.В качестве альтернативы производители могут выполнять сварку без обратной продувки, если они шлифуют корневую сторону сварного шва для удаления окисления.

Причины электрического короткого замыкания и меры по их предотвращению

Короткое замыкание — это серьезный тип электрических проблем, которые могут значительно повредить всю вашу электрическую систему. Если неисправную секцию не отсоединить сразу, это может даже привести к повреждению прибора, поражению электрическим током, возгоранию или взрыву. Причин короткого замыкания может быть много, например, существующая проблема со шнурами или переключателями, неисправная проводка, электрическая перегрузка и т. Д.Наем профессионального электрика для проверки вашей электрической системы — это способ предотвратить превращение этих проблем в опасные.

Короткое замыкание происходит, когда нейтральный и горячий провода соприкасаются друг с другом из-за поврежденной изоляции, или это может быть вызвано ослабленным соединением проводов. Неисправная проводка в старых или сломанных устройствах — еще одна причина, и иногда вредители, такие как белки, мыши и т. Д., Могут съесть проводку, что может вызвать короткое замыкание.

1. Отключайте электронику, когда она не используется

Это один из самых простых способов избежать короткого замыкания в вашем доме. Многие электронные устройства в вашем доме потребляют электроэнергию, даже когда они не используются. Например, мигание индикатора на приборах даже после того, как они выключены, показывает, что они все еще потребляют энергию в режиме ожидания. Это может создать возможность короткого замыкания.

2.Избегайте использования нескольких сокетов

Следует избегать одновременного использования нескольких розеток в одной вилке. Если цепь перегружена, она может загореться, что подвергнет опасности вас и вашу собственность. Поэтому, если к одной розетке подключено слишком много приборов, отключите те, которые не нужны.

3. Установите предохранители

Каждый раз, когда ток превышает пороговое значение, которое цепь должна удерживать, предохранитель прерывает ток, чтобы предотвратить короткое замыкание.Поэтому, чтобы предотвратить короткое замыкание и соответствующее повреждение, которое оно может вызвать, рекомендуется установить предохранители.

4. Проверьте состояние электропроводки

Резиновое покрытие на проводах может со временем изнашиваться или ломаться, обнажая провода. Это может привести к пожару в доме, поэтому регулярно проверяйте всю электрическую проводку, если она работает в надлежащем состоянии или нет, а также есть ли какие-либо повреждения или поломки. Немедленно замените поврежденную проводку.

5. Техническое обслуживание автоматического выключателя

Автоматические выключатели предназначены для прерывания прохождения тока в электрической цепи в целях безопасности. Они отключаются, когда электрические токи нестабильны. Поэтому мы советуем вам выполнить базовое обслуживание автоматического выключателя, чтобы убедиться в его правильной работе. Проверьте гидромолот на предмет повреждений, трещин, неплотных соединений или скопившейся грязи. Замените или отремонтируйте прерыватель, если он поврежден.

Atlas проверит вашу электрическую систему и диагностирует электрическую проблему, чтобы определить порядок действий при необходимом ремонте. Позвоните (956) 585-7775, чтобы назначить встречу сегодня.

Как найти короткое замыкание в вашем доме

Отличные впечатления! Я генеральный подрядчик, и работа с этой небольшой семейной компанией всегда была именно тем, что я ищу.Своевременное, точное и отличное обслуживание клиентов. Я бы рекомендовал Дэниела и его техников каждый раз.

Отличный сервис и профессионализм. Отличная цена, меня сопровождали, чтобы осмотреть и оценить работу, и я нашел время, чтобы ответить на все мои вопросы и проблемы.Я настоятельно рекомендую Citywide Electric

Отличный сервис и отличное качество работы. Они также быстрые и по разумной цене. Я их очень рекомендую!

Были приглашены люди из Citywide для решения нескольких проблем, и каждый раз они проделали большую работу.Самым последним была полная переустановка моего дома. Я бы рекомендовал Даниэля и его сотрудников в любое время.

Быстрое и эффективное обслуживание! Профессиональный персонал.Настоятельно рекомендую всем при любых коммерческих и жилых потребностях 👍

Как они возникают и как их предотвратить — pv magazine USA

Эта статья является четвертой из серии, в которой обсуждаются конкретные проблемы надежности системы, возникающие в системах Северной Америки.Каждая статья будет посвящена конкретному режиму отказа, с обзором и примерами представления дефектов. За этой серией последует более длинная сводная статья, посвященная более широкому отраслевому контексту и распространенности дефектов.

Эта статья является четвертой в серии, в которой обсуждаются конкретные проблемы надежности системы, возникающие в системах Северной Америки (щелкните здесь, чтобы увидеть первую, вторую и третью статьи). В каждой статье рассматривается конкретный режим отказа, дается обзор и примеры представления дефектов.За этой серией последует более длинная сводная статья, посвященная более широкому отраслевому контексту и распространенности дефектов.

Кристин Синклер и доктор Роб Эндрюс (Heliolytics), Гейб Кантор (Strata Solar)

Большинство отказов проводки на уровне цепочки приводят к тому, что модули цепочки остаются в состоянии разомкнутой цепи. Это может произойти, например, если перегорел предохранитель струны или если отсутствует соединитель вдоль струны. Однако также возможно, что модули будут подключены к состоянию короткого замыкания, что больше беспокоит как с точки зрения долгосрочной надежности модуля, так и с точки зрения безопасности объекта.В этой статье обсуждается дефектный режим короткого замыкания цепочек и важность надежных протоколов безопасности сайта.

Цепочки в разомкнутом и короткозамкнутом состояниях легко отличить с помощью воздушного инфракрасного контроля, как показано на примере, приведенном на рисунке 1. Когда в разомкнутой цепи ток не течет внутри цепочки, каждый модуль рассеивает генерируемую мощность в виде тепла. равномерно. И наоборот, при коротком замыкании ток течет по пути наименьшего сопротивления. Присущее изменение сопротивления ячейки модуля к модулю и внутри модуля приводит к неравномерному нагреву, что дает вид «пятнистости».

Heliolytics

Строка, соединенная коротким замыканием, может находиться в этом состоянии из-за того, что она соединена в обратном порядке в сумматоре. На рисунке 2 показан пример инцидента, связанного с безопасностью, который возник в результате такой ошибки.

Strata Solar

Другой пример того, как модули могут быть неправильно подключены к короткому замыканию, — это ошибки межмодульного соединения. На рисунке 3 приведен пример, в котором клеммы неправильного модуля были ошибочно подключены друг к другу в цепочке при подключении через структуру трекера. Это привело к тому, что половина струны была подключена к разомкнутой цепи, а половина — к короткому замыканию.

Heliolytics

Более вероятно, что проблемы с коротким замыканием возникнут во время строительства площадки, а не во время стандартных операций по эксплуатации и обслуживанию. Надежный процесс ввода в эксплуатацию, включая проверки, которые позволят выявить любые подобные происшествия, позволит максимально увеличить выработку энергии на площадке и, что более важно, минимизировать риски для безопасности как можно раньше.

Чтобы реагировать на ошибки на последующих этапах, которые возникают между вводом в эксплуатацию и повседневными операциями, Strata Solar внедрила полную программу управления качеством, которая выходит за рамки всех этапов проекта, чтобы предотвратить ошибки, которые ставят под угрозу безопасность.«Правильно с первого раза» — это ответ Strata на то, чтобы с первого раза правильно принять меры по обеспечению качества и безопасности, что устраняет необходимость реагировать на меры безопасности.

«Как EPC и оператор завода с опытом работы более 1,2 ГВт, мы обнаружили, что аэрофотоснимки особенно полезны при диагностике проблем на объектах с тонкопленочными модулями, где несколько цепочек обычно соединяются вместе с помощью соединенных жгутов в полевых условиях», — говорит Гейб Кантор, директор по архитектуре и новым технологиям компании Strata.«Эти проблемы со здоровьем DC являются пагубными, и их трудно диагностировать другими способами. Неисправные предохранители или соединения в этих жгутах могут не отображаться при мониторинге производительности сумматора и даже могут быть пропущены при проверке напряжений и токов постоянного тока в сумматоре ».

Придерживаясь передовых практик компании, делающих упор на обеспечение безопасности и качества заранее, Strata фокусируется на предотвращении коротких замыканий еще до их начала.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно.Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].

Как найти короткое замыкание с помощью мультиметра

Короткое замыкание возникает, когда возникает случайное соединение между нулевым проводом или землей в цепи. Если вы замечаете, что предохранители постоянно перегорают или часто срабатывает автоматический выключатель, это может быть признаком короткого замыкания. Вы также можете услышать громкие хлопающие звуки, когда цепь активирована.

Решив короткое замыкание как можно скорее, вы снизите вероятность ухудшения состояния провода и его изоляции, а также предотвратите возгорание прерывателя.

Ниже вы найдете инструкции, как найти короткое замыкание с помощью мультиметра.

Шаг 1. Проверьте оборудование

Первое, что вам нужно сделать, чтобы найти короткое замыкание, — это поискать физические признаки. Это может включать видимые ожоги или металлические детали на проводах, запах гари или мерцающий свет. Как только вы определили возможное короткое замыкание, используйте мультиметр, чтобы подтвердить напряжение, установив для него значение сопротивления или непрерывности.

Если вы заметили сопротивление ниже ожидаемого, это явный признак того, что ток отводится от области и произошло короткое замыкание.

Шаг 2. Проверка и ремонт

После того, как вы подтвердили источник короткого замыкания, убедитесь, что вы отключили питание электрической цепи, отключив автоматический выключатель. Затем вам следует переключить мультиметр с настройки сопротивления на напряжение переменного тока и вставить металлические щупы в проблемную розетку или выключатель.

Ваш мультиметр должен показывать ноль вольт. Это указывает на то, что в электрической цепи нет питания. Если по какой-либо причине напряжение присутствует, вам нужно будет найти правильный автоматический выключатель и повторить процедуру, чтобы убедиться, что в электрической цепи нет тока.

Шаг 3. Проверьте клеммные коробки

Теперь, когда в электрической цепи нет напряжения, вы можете переключить мультиметр на сопротивление и проверить провода. Если ваш мультиметр показывает бесконечное сопротивление или OL, это означает, что прерыватель мог выйти из строя и сработать из-за меньшего тока. В этом случае вам нужно получить доступ к главной панели и заменить ее.

Если мультиметр показывает обрыв, короткое замыкание. Это может быть вызвано неисправным выключателем, обрывом провода или неисправной розеткой или переключателем.Чтобы устранить короткое замыкание, замените неисправную розетку или выключатель. Если вы все еще получаете показания целостности на вашем мультиметре, обязательно проверьте все провода, чтобы убедиться, что ни на одном из них нет оголенной меди, которая может где-то коснуться и замкнуть. Если все в порядке, прикрутите кабели обратно к их исходным клеммам, а затем снова установите их в коробку с настенной пластиной.

Мультимедийная обучающая система Simutech

Устранение коротких замыканий может быть опасным, если вы не соблюдаете правильные процедуры.Система обучения Simutech Multimedia охватывает передовые методы поиска и устранения различных электрических неисправностей, с которыми вы можете столкнуться в своей производственной среде. Вы узнаете, как найти короткое замыкание с помощью мультиметра в полностью безопасной трехмерной среде. Забронируйте демо сегодня, чтобы начать!

Для получения дополнительной помощи в поиске и устранении неисправностей на учебной платформе Simutech есть все необходимое, чтобы ваша группа технического обслуживания прошла необходимое обучение. С помощью наших симуляторов вы можете составить свой собственный учебный план и предоставить профессионалам безопасную, захватывающую среду, в которой они смогут расширить свой набор навыков и укрепить свои основы.Запланируйте демонстрацию для наших 2D-симуляций по устранению электрических неисправностей или наших облачных 3D-симуляций по устранению неисправностей.

Границы | Расчет тока короткого замыкания в системе распределения постоянного тока на основе линеаризации MMC

Введение

С постоянным развитием общества методы производства людей становятся все более и более распространенными, и спрос на использование электроэнергии также растет. В настоящее время распределительная сеть переменного тока в некоторых крупных городах сталкивается с проблемой отсутствия коридоров электроснабжения и недостаточной мощности электроснабжения.В то же время традиционная распределительная сеть переменного тока имеет такие проблемы, как трехфазный дисбаланс и недостаточная поддержка реактивной мощности узлов, которые становятся все более заметными в условиях значительного увеличения спроса на электроэнергию. Кроме того, рост многих высокотехнологичных отраслей выдвинул более высокие требования к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. Однако добиться качественного электропитания сложно из-за таких проблем, как гармоники и ударные нагрузки, вызванные преобразовательным оборудованием в сети.Эта серия проблем способствовала технологическим инновациям в распределительной сети (Feng, 2019).

Поскольку страны придают большое значение возобновляемым источникам энергии и развитию технологий силовой электроники, технология распределения энергии постоянного тока постепенно входит в поле зрения людей. В то же время распределительная сеть постоянного тока стала реальным способом решения ряда проблем в традиционной распределительной сети переменного тока с ее преимуществами большой пропускной способности, низкой стоимости линии, низких потерь в сети, высокой надежности источника питания и высокого качества электроэнергии. (Баран и Махаджан, 2003; Саннино и др., 2003; Старке и др., 2008). Более того, распределительная сеть постоянного тока с преобразователями и рядом силового электронного оборудования хорошо управляема и может стать важной частью гибких и активных распределительных сетей. В распределительной сети постоянного тока преобразователь является одним из ключевых устройств. Как новое поколение преобразователей, преобразователь источника напряжения обладает такими преимуществами, как способность управлять направлением потока мощности, невосприимчивость к сбоям коммутации и простота подключения к многополюсной сети постоянного тока (Лю и др., 2016; Hao et al., 2019). Следовательно, преобразователь источника напряжения обеспечивает возможность для распределительной сети постоянного тока. В настоящее время, как своего рода преобразователи источника напряжения, MMC не только имеет высокое качество формы выходного сигнала, но также имеет низкую частоту переключения и низкие потери (Xu, 2013). В настоящее время это ключевой объект исследований технологии постоянного тока.

Расчет тока короткого замыкания является важной основой для обнаружения неисправностей и выбора оборудования в системе распределения постоянного тока (Li et al., 2018). В настоящее время многие исследователи изучали расчет постоянного тока короткого замыкания в распределительной сети постоянного тока, образованной MMC. Franquelo et al. (2008) провели качественный анализ различных типов неисправностей в многополюсной сети постоянного тока, состоящей из MMC. Некоторые исследователи применили методы моделирования для анализа короткого замыкания на стороне постоянного тока MMC (Bucher and Franck, 2013; Zhang, Xu, 2016; Han et al., 2018; Tünnerhoff et al., 2018). Хотя такое моделирование является точным, моделирование является сложным и требует много времени, поэтому оно не подходит для системного планирования и проектирования.Чтобы избежать этих недостатков моделирования, мы можем использовать упрощенную модель для аналитических расчетов. Чжоу и др. (2017) провели теоретический анализ распределительной сети постоянного тока, сформированной MMC, когда сторона постоянного тока не была заземлена, и исследовали эквивалентную схему разряда до блокировки MMC после короткого замыкания на выходе MMC и одиночного -полюсное замыкание на землю. На основе схемной модели эквивалентного разрядного контура получено аналитическое выражение тока разряда при коротком замыкании.Сюй (2013) проанализировал эквивалентную схему MMC до того, как MMC заблокируется при коротком замыкании на выходе MMC. В его исследованиях была решена установившаяся ситуация после блока ГМК и выявлено аналитическое выражение всего процесса разлома. Кроме того, Xu (2013) также представил модель схемы, которая применяет теорему суперпозиции для расчета при столкновении со сложной топологией многополюсной сети постоянного тока, и смоделировал расчетную модель. В (Wang et al., 2011) разрядная цепь субмодуля после межэлектродного короткого замыкания на выходе MMC была разделена на две стадии до и после блокировки MMC, и аналитическое выражение была представлена ​​максимальная токовая защита субмодуля.Gao et al. (2020) применили модель преобразователя, состоящую из последовательной цепи RLC и параллельного источника тока, и выполнили эффективный приближенный расчет короткого замыкания между полюсами. Ши и Ма (2020) проанализировали цепь повреждения при коротком замыкании с однополюсным заземлением и рассчитали ток короткого замыкания для двухполюсной системы постоянного тока.

Судя по предыдущему обсуждению, в распределительной сети постоянного тока, в которой широко применяется симметричная однополярная структура, у людей больше исследований по коротким замыканиям между полюсами на выходе MMC, но меньше по однополюсным замыканиям на землю.Кроме того, когда на линии происходит отказ, трудно получить аналитическое выражение тока короткого замыкания в сложной многополюсной системе постоянного тока, а метод расчета требует более подробных исследований.

Чтобы восполнить эти пробелы, в данной статье представлена ​​линеаризованная модель перед блоком MMC для двух типов разломов. Кроме того, для сложной модели распределительной сети постоянного тока с несколькими терминалами предлагается эффективный метод решения.

Остальная часть этого документа организована следующим образом.В Анализ и моделирование системы распределения постоянного тока представлена ​​модель системы распределения постоянного тока. В методе решения модели предлагается метод решения представленной модели. В Case Studies тематические исследования проводятся для оценки эффективности и точности предложенной модели. Заключительные замечания представлены в Заключении .

Анализ и моделирование системы распределения постоянного тока

Топология MMC показана на рисунке 1.Поскольку характеристики неисправности различных субмодулей в основном одинаковы до блокировки MMC, субмодуль полумоста здесь взят в качестве представителя. MMC — это преобразователь, который полагается на постоянное переключение между субмодулями для приближения синусоидальной волны к ступенчатой, поэтому MMC — это изменяющаяся во времени схема. Однако, если мы сделаем время анализа достаточно коротким и полагаем, что входные и обходные подмодули MMC остаются неизменными, мы можем рассматривать MMC как линейную и инвариантную во времени схему и использовать теорему суперпозиции для анализа.Следующая исследовательская работа основана на этом предположении.

РИСУНОК 1 . Топология MMC.

Анализ и моделирование при межполюсных коротких замыканиях

Когда межполюсное короткое замыкание происходит в распределительной сети постоянного тока, теорема суперпозиции может использоваться в точке отказа f для разделения межполюсного замыкания напряжение в точке повреждения на нормальный компонент и компонент повреждения, как показано на рисунке 2. Тогда реакция, генерируемая всеми другими источниками возбуждения, за исключением напряжения компонента повреждения в точке повреждения, является реакцией нормального рабочего состояния схемы.В нормальном рабочем состоянии ток короткого замыкания в точке повреждения равен нулю, а ток, переносимый каждой линией, является током при нормальной работе. Ток при нормальных условиях эксплуатации может быть получен путем расчета расхода нагрузки или прямого измерения и не будет рассчитываться в этой статье. В этой статье будет вычислен ток компонента повреждения, который представляет собой ток срабатывания схемы в нулевом состоянии при возбуждении источника питания компонента повреждения. Если нет переходного сопротивления, источник питания неисправного компонента можно рассматривать как источник напряжения.Если в точке короткого замыкания имеется переходное сопротивление, ток составляющей короткого замыкания может быть выражен реакцией при возбуждении источника тока составляющей короткого замыкания. Этот источник тока может быть получен путем преобразования источника напряжения составляющей короткого замыкания и переходного сопротивления с помощью эквивалентного закона Нортона.

РИСУНОК 2 . Принципиальная схема теоремы суперпозиции.

При рассмотрении реакции в нулевом состоянии источника напряжения компонента неисправности в цепи, MMC может быть преобразован в эквивалентную модель схемы, как показано на рисунке 3. R , L и C в модели все рассчитываются по формуле. 1 (Сюй, 2013). Если MMC заземлена через середину конденсатора, соответствующее значение емкости может быть добавлено к C .

Где R ₀ и L ₀ — сопротивление и индуктивность реактора мостового плеча, соответственно, R _dc и L _dc — сопротивление и индуктивность сглаживающего реактора на выходе преобразователя, соответственно, N, — количество подмодулей в каждом плече моста, а C ₀ — емкость подмодуля.

РИСУНОК 3 . Модель эквивалентной схемы с нулевым откликом MMC в частотной области.

Линия постоянного тока может быть описана как модель эквивалентной схемы π-типа. Чтобы упростить последующий расчет, параметры модели преобразуются в положительный полюс или между полюсами, как показано на рисунке 4. При расчете с током положительного полюса и напряжением между полюсами модель до и после преобразование эквивалентно.

РИСУНОК 4 .Эквивалентная модель схемы до и после преобразования линии постоянного тока (A) До преобразования. (B) После преобразования.

На рисунке 4, R _l , L _l и C _l — эквивалентное сопротивление, эквивалентная индуктивность и эквивалентная емкость положительной / отрицательной линии, соответственно. R , L и C на рисунке 4 — их значения после преобразования в положительный полюс или межполюсный.Параметры схемы до и после преобразования имеют следующую взаимосвязь:

Анализ и моделирование при неисправностях однополюсного заземления

При возникновении однополюсного замыкания на землю на переходные характеристики распределительной сети постоянного тока сильно влияет метод заземления. стороны переменного и постоянного тока. При разных методах заземления на сторонах переменного и постоянного тока распределительной сети постоянного тока будут возникать разные петли замыкания и механизмы замыкания. Поэтому перед моделированием необходимо классифицировать различные методы заземления сторон переменного и постоянного тока MMC.Если на стороне переменного тока MMC есть путь нулевой последовательности, сторона переменного тока считается заземленной. В противном случае считается, что сторона переменного тока не заземлена. Как показано на рисунке 5, методы заземления на стороне постоянного тока MMC делятся на три типа: незаземленные, заземленные через среднюю точку зажимного сопротивления и заземленные через среднюю точку конденсатора (Luo, 2019).

РИСУНОК 5 . Метод заземления на стороне постоянного тока MMC.

При моделировании MMC, чтобы сделать модель симметричной относительно положительного и отрицательного полюсов и облегчить последующий анализ и расчет, влияние реактора с мостовым плечом не учитывалось.Учитывая, что индуктивность реактора перемычки не слишком велика, она обычно на порядок меньше индуктивности сглаживающего реактора на выходе преобразователя, поэтому ошибка, вызванная упрощенной моделью, не будет большой, и консервативность модели также могут быть приняты во внимание.

При разных режимах заземления эквивалентная схема нулевого отклика MMC показана на рисунке 6. Пунктирная линия указывает, что соединение существует только тогда, когда стороны переменного и постоянного тока MMC заземлены соответствующим образом. L _ac представляет 1/3 индуктивности нулевой последовательности на стороне переменного тока, когда сторона переменного тока заземлена (Luo, 2019). R _g представляет собой сопротивление зажима. C _g представляет собой емкость заземления. R _cg представляет сопротивление заземления в средней точке конденсатора.

РИСУНОК 6 . Модель эквивалентной схемы нулевого отклика MMC при однополюсных замыканиях на землю.

Линия постоянного тока может быть описана как модель непреобразованной эквивалентной схемы на рис. 4.

Короткое замыкание на однополюсное заземление сделает схему асимметричной. Следовательно, мы можем проанализировать это с помощью преобразования CDM. С точки зрения CDM, он будет разделен на две симметричные схемы, которые легко проанализировать. Преобразование CDM имеет следующую математическую форму (Kimbark, 1970):

Где Σ и Δ соответственно представляют синфазную и дифференциальную составляющие.Кроме того, p и n соответственно представляют положительные и отрицательные параметры. Эта формула применима как к току, так и к напряжению.

После преобразования тока и напряжения CDM модель преобразователя примет следующий вид:

(1) Случай 1: сторона переменного тока не заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку конденсатора.

В этом случае синфазная и дифференциальная модели преобразователя показаны на рисунке 7.

(2) Случай 2: Сторона переменного тока не заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через середину зажимного резистора.

РИСУНОК 7 . Синфазная модель (слева) и дифференциальная модель (справа) преобразователя в случае 1.

В этом случае синфазная и дифференциальная модели преобразователя показаны на рисунке 8. Когда сторона постоянного тока не заземлена, это эквивалентно разомкнутой цепи на R _g , поэтому он не будет отдельно перечисляться позже.

(3) Случай 3: сторона переменного тока заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку конденсатора.

РИСУНОК 8 . Синфазная модель (слева) и дифференциальная модель (справа) преобразователя в случае 2.

В этом случае синфазная и дифференциальная модели преобразователя показаны на рисунке 9.

(4) Случай 4: Сторона переменного тока заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку зажимного резистора.

РИСУНОК 9 . Синфазная модель (слева) и дифференциальная модель (справа) преобразователя в случае 3.

В этом случае синфазная и дифференциальная модели преобразователя показаны на рисунке 10. Когда сторона постоянного тока не заземлена, это эквивалентно разомкнутой цепи на R _g , поэтому он не будет перечисляться отдельно позже.

РИСУНОК 10 . Синфазная (слева) и дифференциальная (справа) модели преобразователя в корпусе 4.

После преобразования тока и напряжения CDM модель линии постоянного тока показана на рисунке 11. Ее синфазная модель такая же, как и ее дифференциальная модель.

РИСУНОК 11 . Модель CDM линии постоянного тока.

С точки зрения CDM, граничные условия неисправности схемы также должны быть преобразованы. Без потери общности, если мы установим короткое замыкание заземления отрицательного полюса в точке короткого замыкания f , граничные условия могут быть выражены как уравнение.4.

Где U _{f, n} — отрицательное напряжение в точке повреждения, I _{f, p} и I _{f, n} — положительное и отрицательное токи, протекающие от точки короткого замыкания к земле, соответственно, и R _f — это переходное сопротивление между точкой замыкания и землей.

Через преобразование CDM уравнения. 4, граничные условия преобразуются в уравнение.5.

Где U _{f, ∑} и U _{f, Δ} — синфазное и дифференциальное напряжение в точке повреждения, соответственно, I _{f, ∑} и I _{f, Δ} — синфазное напряжение. и ток дифференциального режима, протекающий от точки повреждения, соответственно.

Подобно асимметричному анализу неисправностей в сети переменного тока, распределительная сеть постоянного тока также имеет следующие соотношения в точке повреждения:

Где

В уравнении.6, U _{f, Δ (0)} — нормальная составляющая дифференциального напряжения в точке повреждения, Z _Δ и Z _∑ — эквивалентные дифференциальные и синфазное сопротивление распределительной сети постоянного тока, измеренное от точки повреждения, соответственно. В формуле. 7, U _dc — межполюсное напряжение в точке повреждения при нормальной работе.

Согласно формуле. 5 и уравнение. 6 может быть сформирована эквивалентная сеть CDM, показанная на фиг. 12.

РИСУНОК 12 . Эквивалентная сеть CDM при однополюсном замыкании на землю.

Решение проблемы тока компонента при межполюсном коротком замыкании

Поскольку трудно получить аналитические формулы для цепей высокого порядка, когда распределительная сеть постоянного тока имеет сложную топологию, в этом разделе вводится аналитический метод расчета подходит для компьютеров. Набор символьных математических инструментов MATLAB может помочь нам в использовании этого метода.

Перед расчетом структура схемы должна быть классифицирована, и шины должны быть классифицированы в первую очередь:

(1) Шина напряжения: напряжение компонента неисправности шины известно, в то время как ток инжекции компонента неисправности на шине неизвестен. . Этот тип автобуса, как правило, является причиной неисправности.

(2) Токовая шина: ток инжекции компонента неисправности на шине известен, в то время как напряжение компонента неисправности на шине неизвестно. Этот тип шины обычно является шиной без неисправности или в точке неисправности с известным током неисправности.

После этого необходимо классифицировать структуру соединений в цепи:

(1) Структура заземления

Структура заземления показана на рисунке 13. Заземление на рисунке не является заземлением в обычном смысле, а эталонная точка напряжения на шине. В этом расчете межполюсного короткого замыкания для расчета используются межполюсное напряжение и положительный ток, поэтому заземление на Рисунке 13 эквивалентно преобразованной отрицательной цепи на Рисунке 4.

РИСУНОК 13 . Конструкция заземления.

Межполюсное напряжение U _n и положительный ток I _nn в заземляющей конструкции имеют следующие отношения:

Где Y _nn — проводимость заземляющей конструкции.

(2) Структура шинного соединения

Структура шинного соединения показана на рисунке 14.

РИСУНОК 14 .Структура автобусного соединения.

U _n и U _m — межполюсные напряжения на шине n и m соответственно. Положительный ток, протекающий в структуре соединения шины I _nn , и они имеют следующую взаимосвязь:

После классификации структуры распределительной сети постоянного тока, составляющая тока короткого замыкания может быть решена в рамках межполюсного короткого замыкания. неисправность цепи.Следующая матрица была определена и использована в качестве входных данных формулы расчета.

Если предположить, что в цепи присутствуют оригинальные шины N _b , то после добавления неисправной шины в цепи будет N _b +1 (если неисправность возникла на исходной шине, количество автобусов не изменится).

(1) Матрица соединений F (( N _b +1) × ( N _b +1)): описывает подключение распределительной сети постоянного тока:

i) F _nm = 1, если линия соединяет автобусы n и m.

ii) F _нм = 0, если нет линии, соединяющей автобусы n и m.

(2) Матрица проводимости Y (( N _b +1) × ( N _b +1)): диагональный элемент Y _nn в матрице — проводимость на землю на шине n , а недиагональный элемент Y _нм — проводимость линии постоянного тока, соединяющей шины n и m.

С входными матрицами F и Y , согласно KVL и KCL, мы можем перечислить следующие линейные уравнения в n _и текущих шинах.

Где IGn — известный ток инжекции на шине n .

В наборе уравнений, показанном в Ур. 10, в качестве переменных используются текущие напряжения на шине n _i , и это число совпадает с количеством уравнений.Следовательно, выражение неизвестного напряжения в частотной области может быть решено компьютером.

После получения напряжения на каждой шине, уравнение. 11 может использоваться для определения тока составляющей короткого замыкания, вытекающей из выхода MMC на шине n .

Где R _cn , L _cn и C _cn равны сопротивление, индуктивность и емкость в эквивалентной схеме MMC на шине n соответственно.

Ток компонента повреждения, протекающий от шины n к шине m , можно определить по формуле. 12.

Где R _l-nm , L _l-nm и C _l-нм — это сопротивление, индуктивность и емкость в эквивалентной цепи постоянного тока между шиной n и шиной m соответственно.

Тогда уравнение.13 можно использовать для определения тока межполюсного короткого замыкания, протекающего от положительного полюса в точке повреждения f .

После вычисления повсюду токов компонентов повреждения, мы можем использовать компьютер для выполнения обратного преобразования Лапласа, чтобы получить соответствующее выражение во временной области.

Устранение неисправности тока компонента при коротком замыкании в однополюсном заземлении

Для решения проблемы тока компонента повреждения в этом случае сначала следует рассчитать токи CDM в точке повреждения.Согласно схеме, показанной на рисунке 12, синфазный ток I _{f , Σ} и дифференциальный ток I _{f , Δ} , текущий из точки повреждения, могут быть решены с помощью уравнений . 14,15.

Где

В уравнениях. 16,17, Y и Y _Δ — синфазная и дифференциальная матрицы проводимости соответственно.Yff, Σ ∗ и Yff, Δ ∗ — элементы в строке f и столбце f в сопряженных матрицах синфазной и дифференциальной матриц проводимости соответственно. Следует отметить, что для расчета импеданса здесь должны быть сформированы Y _∑ и Y _Δ по следующим правилам: Диагональный элемент Y _{nn , ∑} в Матрица синфазной проводимости — это собственная проводимость шины n в синфазной сети, и ее значение равно сумме проводов ветвей, подключенных к шине. Y _{нм , ∑} ( n ≠ m ) — это взаимный допуск шин n и m в синфазной сети, и его значение равно противоположному значению. вход ответвления, соединенного между двумя автобусами. Элементы в матрице проводимости дифференциального режима подчиняются тем же правилам.

После получения I _{f , Σ} и I _{f , Δ} , методы решения, упомянутые в расчете межполюсного короткого замыкания, могут быть применены для решения общих и дифференциальных -режимные сети соответственно.Здесь напряжения и токи CDM, возбуждаемые источником тока составляющей короткого замыкания, должны использоваться в качестве неизвестных переменных. После этого положительные и отрицательные токи компонентов короткого замыкания могут быть получены посредством обратного преобразования CDM, показанного в формуле. 18.

Наконец, выражение во временной области тока компонента повреждения может быть получено с помощью обратного преобразования Лапласа.

Примеры из практики

В этом разделе представлены тематические исследования, которые использовались для оценки эффективности и точности предложенной линеаризованной модели.Мы сравним рассчитанное значение и моделируемое значение в системе распределения постоянного тока кольцевой сети с четырьмя выводами, показанной на рисунке 15. Это значение моделирования предоставляется PSCAD / EMTDC. В таблице 1 представлены соответствующие параметры системы. Система использует стратегию управления ведущий-ведомый. MMC1 — это главная станция, а остальные — подчиненные станции. Активные мощности в таблице — это вводимые мощности на стороне переменного тока. Вводимая реактивная мощность каждой MMC равна нулю.

РИСУНОК 15 .Четырехконтактная система распределения постоянного тока с кольцевой сеткой.

ТАБЛИЦА 1 . Системные параметры четырехконтактной системы распределения постоянного тока кольцевой сети.

Проверка при сбоях межполюсного короткого замыкания

При проверке при сбоях межполюсного короткого замыкания все MMC на Рисунке 15 не заземлены, а переходное сопротивление равно нулю. После того, как цепь стабилизируется, установите межполюсное короткое замыкание в средней точке линии постоянного тока между MMC1 и MMC2 (пусть t = 0 с в это время).Полученные токи короткого замыкания показаны на Рисунке 16.

РИСУНОК 16 . Сравнение расчетного значения и моделируемого значения тока короткого замыкания при межполюсном коротком замыкании (A) Ток короткого замыкания в точке повреждения. (B) Положительный ток, протекающий от MMC1 к MMC2 на линии повреждения. (C) Положительный ток на выходе MMC1.

Из сравнения на рисунке 16 видно, что по сравнению с смоделированным значением рассчитанное значение имеет небольшую ошибку (не более 2.64%), и со временем эта ошибка будет постепенно увеличиваться. Я думаю, что причина этой ошибки в том, что MMC больше не будет поддерживать исходное рабочее состояние после сбоя, установившаяся составляющая тока короткого замыкания изменится, и это изменение будет постепенно увеличиваться с течением времени. Следовательно, метод расчета с использованием теоремы суперпозиции из предыдущей статьи применим только через очень короткое время после сбоя. Однако, учитывая, что MMC будет заблокирован в течение очень короткого времени после отказа постоянного тока, результат расчета все еще будет достаточно надежным в течение этого времени.

Проверка при неисправностях короткого замыкания однополюсного заземления

При проверке неисправностей при коротком замыкании однополюсного заземления, для проверки моделей MMC с различными методами заземления, MMC на Рисунке 15 настроены с различными методами заземления. Для MMC1 сторона переменного тока заземлена ( L _{переменного тока} = 10 мГн), а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку конденсатора ( C _g = 8 мФ, R _cg = 0.5 Ом). Для MMC2 сторона переменного тока не заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку зажимного резистора ( R _g = 4 МОм). Для MMC3 сторона переменного тока не заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку конденсатора ( C _g = 8 мФ, R _cg = 0,5 Ом). Для MMC4 сторона переменного тока заземлена ( L _ac = 10 мГн), а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку зажимного резистора ( R _g = 4 МОм).После того, как цепь стабилизируется, установите отрицательное замыкание на землю ( R _f = 0) в средней точке линии постоянного тока между MMC1 и MMC2 (пусть t = 0 с в это время). Полученные токи короткого замыкания показаны на Рисунке 17.

РИСУНОК 17 . Сравнение расчетного значения и смоделированного значения тока короткого замыкания при коротком замыкании на отрицательную массу (A) Ток короткого замыкания в точке повреждения. (B) Отрицательный ток течет от MMC1 к MMC2 на линии повреждения. (C) Отрицательный ток на выходе MMC1.

Из сравнения на рисунке 17 видно, что по сравнению с смоделированным значением расчетное значение имеет небольшую ошибку (не более 4,53%), и эта ошибка будет постепенно увеличиваться с течением времени. Мало того, погрешность в этом расчете больше, чем при расчете межполюсного короткого замыкания. Думаю, ошибка в этом расчете связана не только с изменением рабочего состояния ММС, но и с пренебрежением реактором мостового плеча.Этот результат расчета не только надежен за очень короткое время, но и консервативен.

Заключение

В этой статье обобщается модель MMC для расчета межполюсного короткого замыкания и предлагается новая линеаризованная модель, основанная на преобразовании CDM для расчета короткого замыкания в однополюсном заземлении. Благодаря проверке результатов моделирования эта новая модель оказалась надежной и консервативной. Кроме того, в этой статье предлагается метод расчета в частотной области, подходящий для расчета сложных распределительных сетей постоянного тока с несколькими терминалами.Этот метод может гибко преобразовывать топологию сети и имеет гораздо более высокую скорость вычислений, чем моделирование. Модели и метод, описанные в этой статье, можно использовать в качестве справочной информации при планировании энергосистемы и выборе оборудования.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Вклад авторов

PS: анализ, моделирование, метод, проверка и написание. ZJ: консультирование, супервизия, написание-рецензирование и редактирование.HG: имитационная модель, концептуализация и методология.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

Баран М. Э. и Махаджан Н. Р. (2003). Распределение постоянного тока для возможностей и задач промышленных систем. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям 39 (6), 1596–1601. DOI: 10.1109 / TIA.2003.818969

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бакер, М. К., и Франк, К. М. (2013). Вклад источников тока короткого замыкания в многополюсных кабельных сетях HVDC. IEEE Transactions on Power Delivery 28 (3), 1796–1803. doi: 10.1109 / TPWRD.2013.2260359

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Feng, T. (2019). Исследование переходных режимов заземления и неисправностей гибкой распределительной сети постоянного тока среднего напряжения. Магистерская работа, Китай: Сианьский технологический университет.

Google Scholar

Franquelo, L. G., Rodriguez, J., Leon, J. I., Kouro, S., Portillo, R., and Prats, M. A. M. (2008). Наступает эпоха многоуровневых преобразователей. Журнал промышленной электроники IEEE 2 (2), 28–39. doi: 10.1109 / MIE.2008.923519

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Gao, S., Ye, H., and Liu, Y. (2020). Точная и эффективная оценка тока короткого замыкания для сетей MTDC с учетом управления MMC. IEEE Transactions on Power Delivery 35 (3), 1541–1552.doi: 10.1109 / TPWRD.2019.2946603

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хан, X., Sima, W., Yang, M., Li, L., Yuan, T., and Si, Y. (2018). Переходные характеристики под землей и короткое замыкание в системе HVDC на основе MMC ± 500 кВ с гибридными автоматическими выключателями постоянного тока. Транзакции IEEE по доставке питания 33 (3), 1378–1387. doi: 10.1109 / TPWRD.2018.2795800

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hao, Q., Li, Z., Gao, F., and Zhang, J. (2019). Малосигнальные модели модульного многоуровневого преобразователя пониженного порядка и высоковольтной сети постоянного тока на основе MMC. IEEE Transactions on Industrial Electronics 66 (3), 2257–2268. doi: 10.1109 / TIE.2018.2869358

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kimbark, E. W. (1970). Переходные перенапряжения, вызванные монополярным замыканием на землю в биполярной линии постоянного тока: теория и моделирование. Системы силовых аппаратов. Транзакции IEEE по PAS 89 (4), 584–592. doi: 10.1109 / TPAS.1970.292605

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли К., Голе А. М. и Чжао К. (2018).Метод быстрого обнаружения повреждений постоянного тока с использованием напряжения реактора постоянного тока в сетях высокого напряжения постоянного тока. IEEE Transactions on Power Delivery 33 (5), 2254–2264. doi: 10.1109 / TPWRD.2018.2825779

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луо, Ф. (2019). Исследование метода заземления и стратегии защиты распределительной сети постоянного тока для электроснабжения в отдаленных районах. Степень магистра, Китай: Сианьский университет Цзяотун.

Google Scholar

Лю, Дж., Цай, X., и Молинас, М. (2016).Анализ стабильности в частотной области HVdc на основе MMC для интеграции ветряных электростанций. IEEE J. Новые и избранные темы в силовой электронике 4 (1), 141–151. doi: 10.1109 / JESTPE.2015.2498182

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саннино А., Постильоне Г. и Боллен М. Х. Дж. (2003). Возможность создания сети постоянного тока для коммерческих объектов. Транзакции IEEE в отраслевых приложениях . 39 (5), 1499–1507. doi: 10.1109 / TIA.2003.816517

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Shi, X., и Ма, Дж. (2020). «Анализ однополюсного замыкания на землю на стороне постоянного тока в системе MMC-HVDC с учетом влияния стратегии управления», 12-я Азиатско-Тихоокеанская конференция по энергетике и энергетике IEEE PES в 2020 г., Нанджинд, Китай, 20–23 сентября 2020 г. doi: 10.1109 / APPEEC48164.2020.9220729

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Старке, М. Р., Толберт, Л. М., и Озпинечи, Б. (2008). «Распределение переменного и постоянного тока: сравнение потерь», на конференции и выставке Transmission and Distribution, 2008 г., Чикаго, Иллинойс, 21–24 апреля 2008 г.doi: 10.1109 / TDC.2008.4517256

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Tünnerhoff, P., Ruffing, P., and Schnettler, A. (2018). Комплексная концепция распознавания типа повреждения для биполярных полномостовых систем MMC HVDC с выделенным металлическим возвратом. Транзакции IEEE по доставке питания 33 (1), 330–339. doi: 10.1109 / TPWRD.2017.2716113

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, С., Чжоу, X., Тан, Г., Хэ, З., Тэн, Л., и Бао, Х. (2011).Анализ сверхтока субмодуля, вызванного межполюсным замыканием постоянного тока в модульной многоуровневой преобразовательной системе HVDC. Труды CSEE 31 (01), 1–7. doi: 10.13334 / j.0258-8013.pcsee.2011.01.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xu, Z. (2013). Гибкая система передачи постоянного тока . Пекин, Китай: China Machine Press.

Чжан, З., и Сюй, З. (2016). Расчет тока короткого замыкания и требования к характеристикам выключателей HVDC для систем MMC-MTDC. IEEJ Transactions по электротехнике и электронной технике 11 (2), 168–177. doi: 10.1002 / tee.22203

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhou, J., Zhao, C., Li, C., Xu, J., and An, T. (2017). Схема граничной защиты многополюсной гибкой сети постоянного тока на основе напряжения реактора постоянного тока. Автоматизация электрических систем 41 (19), 89–94. doi: 10.7500 / AEPS20170331005

CrossRef Полный текст | Google Scholar