Comment fonctionne et fonctionne la protection contre les courts-circuits

Le terme «court-circuit» en électrotechnique fait référence au fonctionnement d'urgence des sources de tension. Se produit en cas de violation des processus technologiques de transmission d'énergie, lorsque les bornes de sortie sont court-circuitées (court-circuit) d'un générateur de travail ou d'un élément chimique.

Dans ce cas, la pleine puissance de la source est immédiatement appliquée au court-circuit. D'énormes courants le traversent, ce qui peut brûler l'équipement et causer des blessures électriques aux personnes à proximité. Pour arrêter le développement de tels incidents, des protections spéciales sont utilisées.

Quels sont les types de courts-circuits

Anomalies électriques naturelles

Ils apparaissent lors de décharges de foudre accompagnées de éclair puissant.

Les sources de leur formation sont des potentiels élevés d'électricité statique de différents signes et amplitudes, accumulés par les nuages ​​lorsqu'ils sont déplacés par le vent sur de longues distances. En raison du refroidissement naturel, à mesure qu'il monte en hauteur, l'humidité dans les nuages ​​se condense, formant de la pluie.

Un environnement humide a une faible résistance électrique, ce qui crée une rupture de l'isolation de l'air pour le passage du courant sous forme de foudre.

Une décharge électrique glisse entre deux objets de potentiels différents :

• sur les nuages ​​qui approchent ;

• entre un nuage d'orage et le sol.

Le premier type de foudre est dangereux pour les avions, et la décharge au sol peut détruire des arbres, des bâtiments, des installations industrielles, des lignes électriques aériennes. Pour s'en protéger, on installe des paratonnerres qui remplissent successivement les fonctions suivantes :

1. recevoir, attirer le potentiel de foudre vers un parafoudre spécial ;

2. passage du courant reçu à travers un conduit vers le circuit de mise à la terre du bâtiment ;

3. la décharge de la décharge haute tension de ce circuit au potentiel de terre.

Courts-circuits en courant continu

Les sources de tension galvaniques ou les redresseurs créent une différence entre les potentiels positifs et négatifs des contacts de sortie, ce qui, dans des conditions normales, assure le fonctionnement du circuit, par exemple la lueur d'une ampoule d'une batterie, comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Les processus électriques qui se déroulent dans ce cas sont décrits par une expression mathématique Loi d'Ohm pour un circuit complet.

La force électromotrice de la source est répartie pour créer une charge dans les circuits internes et externes en surmontant leurs résistances « R » et « r ».

En mode d'urgence, un court-circuit à très faible résistance électrique se produit entre les bornes «+» et «-» de la batterie, ce qui coupe pratiquement le flux de courant dans le circuit externe, désactivant cette partie du circuit. Par conséquent, par rapport au mode nominal, nous pouvons supposer que R = 0.

Tout le courant ne circule que dans le circuit interne, qui a une petite résistance et est déterminé par la formule I = E / r.

Comme l'amplitude de la force électromotrice n'a pas changé, la valeur du courant augmente très fortement. Un tel court-circuit traverse le fil de court-circuit et la boucle interne, provoquant une énorme génération de chaleur dans ceux-ci et des dommages structurels ultérieurs.

Courts-circuits dans les circuits alternatifs

Tous les processus électriques ici sont également décrits par le fonctionnement de la loi d'Ohm et procèdent selon un principe similaire. Les caractéristiques de leur passage nécessitent :

• l'utilisation de réseaux monophasés ou triphasés avec différentes configurations ;

• la présence d'une boucle de terre.

Types de courts-circuits dans les circuits alternatifs

Des courants de court-circuit peuvent se produire entre :

• phase et terre ;

• deux phases différentes ;

• deux phases et mise à la terre différentes ;

• trois phases ;

• triphasé et terre.

Pour la transmission de l'électricité via des lignes électriques aériennes, les systèmes électriques peuvent utiliser un schéma de connexion neutre différent :

1. isolé ;

2. sourdement mis à la terre.

Dans chacun de ces cas, les courants de court-circuit formeront leur propre chemin et auront une valeur différente. Par conséquent, toutes les options ci-dessus pour l'assemblage d'un circuit électrique et la possibilité de courants de court-circuit dans ceux-ci sont prises en compte lors de la création d'une configuration de protection de courant pour elles.

Un court-circuit peut également se produire dans les consommateurs d'électricité, par exemple un moteur électrique. Dans les structures monophasées, le potentiel de phase peut traverser la couche d'isolation jusqu'au boîtier ou au conducteur neutre.Dans les équipements électriques triphasés, un défaut supplémentaire peut survenir entre deux ou trois phases ou entre leurs combinaisons masse/terre.

Dans tous ces cas, comme dans le cas d'un court-circuit dans les circuits à courant continu, un courant de court-circuit de très grande amplitude traversera le court-circuit formé et l'ensemble du circuit qui y est connecté au générateur, provoquant un mode d'urgence.

Pour éviter cela, des protections sont utilisées qui coupent automatiquement la tension des équipements exposés à des courants accrus.

Comment choisir les limites de fonctionnement de la protection contre les courts-circuits

Tous les appareils électriques sont conçus pour consommer une certaine quantité d'électricité dans leur classe de tension. Il est admis d'évaluer la charge non pas en puissance, mais en courant. Il est plus facile de mesurer, de contrôler et de créer une protection contre cela.

L'image montre des graphiques de courants qui peuvent se produire dans différents modes de fonctionnement de l'équipement. Pour eux, les paramètres de réglage et de réglage des dispositifs de protection sont sélectionnés.

Le graphique en couleur marron montre l'onde sinusoïdale du mode nominal, qui est sélectionné comme initial dans la conception du circuit électrique, en tenant compte de la puissance du câblage et de la sélection des dispositifs de protection actuels.

Onde sinusoïdale de fréquence industrielle 50 hertz dans ce mode, il est toujours stable et la période d'une oscillation complète se produit en un temps de 0,02 seconde.

L'onde sinusoïdale du mode de fonctionnement est représentée en bleu sur l'image. Elle est généralement inférieure à l'harmonique nominale. Les gens utilisent rarement pleinement toutes les réserves de leur capacité assignée.Par exemple, si un lustre à cinq bras est suspendu dans une pièce, un groupe d'ampoules est souvent inclus pour l'éclairage : deux ou trois, pas les cinq.

Pour que les appareils électriques fonctionnent de manière fiable à la charge nominale, ils créent une petite réserve de courant pour le réglage des protections. La quantité de courant à laquelle ils s'ajustent pour déclencher s'appelle le point de consigne. Lorsqu'ils sont atteints, les interrupteurs coupent la tension de l'équipement.

Dans la gamme des amplitudes sinusoïdales entre le mode nominal et la consigne, le circuit fonctionne en mode légère surcharge.

Une possible caractéristique temporelle du courant de défaut est représentée sur le graphique en noir. Son amplitude dépasse le réglage de protection et la fréquence d'oscillation a considérablement changé. Il est généralement de nature apériodique. Chaque demi-onde change d'amplitude et de fréquence.

Algorithme de protection contre les surintensités

Chaque protection contre les courts-circuits comprend trois étapes principales de fonctionnement :

1. surveillance constante de l'état de la sinusoïde de courant surveillée et détermination du moment du dysfonctionnement ;

2. analyse de la situation et émission d'une commande à l'organe exécutif à partir de la partie logique ;

3. libération de la tension de l'équipement au moyen d'appareils de commutation.

Dans de nombreux appareils, un autre élément est utilisé - l'introduction d'un délai de réponse. Il est utilisé pour fournir le principe de sélectivité dans les circuits complexes et ramifiés.

L'onde sinusoïdale atteignant son amplitude en un temps de 0,005 sec, cette durée est au minimum nécessaire à sa mesure par les protections. Les deux prochaines étapes de travail ne sont également pas réalisées immédiatement.

Pour ces raisons, le temps de fonctionnement total des protections de courant les plus rapides est légèrement inférieur à la période d'une oscillation harmonique de 0,02 s.

Caractéristiques de conception de la protection contre les courts-circuits

Le courant électrique circulant dans chaque fil provoque :

• chauffage thermique du conducteur ;

• diriger un champ magnétique.

Ces deux actions sont prises comme base pour la conception des dispositifs de protection.

Protection actuelle

L'effet thermique du courant, décrit par les scientifiques Joule et Lenz, est utilisé pour protéger les fusibles.

Garde de sécurité

Il est basé sur l'installation d'un fusible dans le chemin de courant, qui résiste de manière optimale à la charge nominale, mais brûle en cas de dépassement, interrompant le circuit.

Plus la valeur du courant de secours est élevée, plus la coupure de circuit est rapide - supprimant la tension. Si le courant est légèrement dépassé, il peut s'éteindre après une longue période de temps.

Les fusibles fonctionnent avec succès dans les appareils électroniques, les équipements électriques des voitures, les appareils électroménagers, les appareils industriels jusqu'à 1000 volts. Certains de leurs modèles sont utilisés dans les circuits d'équipements à haute tension.

Protection basée sur le principe de l'influence électromagnétique du courant

Le principe d'induction d'un champ magnétique autour d'un fil conducteur de courant a permis de créer une vaste classe de relais et d'interrupteurs électromagnétiques utilisant une bobine de déclenchement.

Sa bobine est située sur un noyau - un circuit magnétique dans lequel des flux magnétiques sont ajoutés à chaque tour. Le contact mobile est relié mécaniquement à l'armature, qui est la partie oscillante du noyau. Il est pressé contre le contact fixe par la force du ressort.

Le courant nominal circulant dans les spires de la bobine en spirale crée un flux magnétique qui ne peut pas vaincre la force du ressort. Par conséquent, les contacts sont définitivement fermés.

En cas de courants de secours, l'armature est attirée vers la partie fixe du circuit magnétique et coupe le circuit créé par les contacts.

L'un des types de disjoncteurs fonctionnant sur la base de la suppression de la tension électromagnétique du circuit protégé est illustré sur la photo.

Il utilise:

• arrêt automatique des modes d'urgence ;

• système d'extinction d'arc électrique ;

• démarrage manuel ou automatique.

Protection numérique contre les courts-circuits

Toutes les protections décrites ci-dessus fonctionnent avec des valeurs analogiques. En plus de ceux-ci, depuis peu dans l'industrie et surtout dans le secteur de l'énergie, les technologies numériques sont activement introduites sur la base du travail dispositifs à microprocesseur et relais statiques. Les mêmes appareils aux fonctions simplifiées sont produits pour les besoins domestiques.

La mesure de l'amplitude et de la direction du courant traversant le circuit protégé est effectuée par un transformateur de courant abaisseur intégré avec un haut degré de précision. Le signal mesuré par celui-ci est numérisé par superposition impulsions rectangulaires à haute fréquence selon le principe de la modulation d'amplitude.

Ensuite, il passe à la partie logique de la protection du microprocesseur, qui fonctionne selon un certain algorithme préconfiguré. En cas de situations d'urgence, la logique de l'appareil envoie une commande à l'actionneur d'arrêt pour couper la tension du réseau.

Pour l'opération de protection, un bloc d'alimentation est utilisé, qui prend la tension du secteur ou de sources autonomes.

La protection numérique contre les courts-circuits possède un grand nombre de fonctions, de paramètres et de capacités allant jusqu'à l'enregistrement de l'état d'urgence du réseau et de son mode d'arrêt.