Overstrømsbeskyttelse i VEKSELSTRØMSSYSTEMER

få en introduktion til overstrømsbeskyttelse og OCPD ‘ er (overstrømsbeskyttelsesanordninger).

i denne artikel vil vi dække typer af overstrøm, hvad overstrømsbeskyttelsesanordninger er, og deres plads i et elektrisk kredsløb.

typer af overstrøm

de tre hovedkategorier eller typer af overstrøm er overbelastning, kortslutning og jordfejl.

Overbelastningsoverstrøm

Overbelastningsoverstrøm er selvdefinerende: Enhver strøm, der overstiger nominel belastningsstrøm, er faktisk en overbelastning. En overbelastning opstår, når et elektrisk kredsløb, hvad enten det er ved det originale design af et nyt kredsløb eller ved ændring af et eksisterende kredsløb, er påkrævet for at formidle belastningsstrøm ud over kredsløbsledernes nominelle belastningsampacitet.

for eksempel ændres et 20-amp grenkredsløb med en ekstra lampe, hvilket øger belastningsstrømmen til 22 ampere: dette ville være en kredsløbsoverbelastning.

overbelastningsforhold kan forekomme på service -, feeder-eller grenkredsløbsniveau i en bygnings elektriske strømdistributionssystem.

en elektrisk overbelastningsstrøm opstår også, når en motor er mekanisk overbelastet. Dette kan være forårsaget af overskydende friktion inden for dets indre lejeflader, overskydende varme (på grund af høj omgivelsestemperatur eller anden fejl) eller af bindingen eller en anden mekanisk overbelastning i det udnyttelsesudstyr, det driver. Overbelastning er en kontrolleret overstrømssituation, normalt af lav størrelse.

Kortslutningsoverstrøm

kortslutningsstrømme (såvel som jordfejlstrømme, som vi vil røre ved næste) er overstrømninger med høj styrke, der faktisk placerer en lav modstand parallelt med impedansen for den eller de tilsluttede belastninger. Kortslutningsoverstrøm involverer normalt en utilsigtet krydsforbindelse af mindst to kredsløbsledere (forsyning og retur). Dette placerer en kortslutning på tværs af forsyningstransformatorviklingen.

Figur 1 og 2 repræsenterer de mere almindelige transformatorforsyninger til en struktur.

Figur 1 er tegningen af en enfaset AC, 3-leder, 120/240 volt forsyning til en bygning som et hjem eller et lille industrianlæg). En enkelt primær vikling i transformeren leverer (ved induktion) to 120 volt viklinger, der er forbundet i serie i sekundæret. En udnyttelsesudstyrsbelastning vil fungere ved 240 volt, når den er forbundet mellem de to ender af de to serieforbundne 120 volt viklinger. En udnyttelsesudstyrsbelastning vil fungere ved 120 volt, når den er tilsluttet mellem hver ende af de to serieforbundne 120 volt viklinger og den tredje ledning, der deles af de to viklinger (se figur 1).

Figur 1. Spændingsforhold mellem de tre forsyningsledninger fra sekundæret til en enfaset VEKSELSTRØMSTRANSFORMATOR

et trefaset vekselstrømsdistributionssystem, som vist i figur 2, vil normalt have en højere værdi af Kortslutnings overstrøm, fordi den korte normalt involverer mere end en enfaset VEKSELSTRØMSTRANSFORMATORVIKLING.

figur 2. Spændingsforhold mellem de fire forsyningsledninger fra sekundæret til en trefaset AC kommerciel eller industriel servicekrafttransformator

Jordfejlstrøm

jordfejlstrøm er også en kortslutningstilstand, der normalt kun påvirker en af kredsløbslederne og den jordede metalbane eller elektriske distributions-eller udnyttelsesudstyrskabinet.

overstrømning af jordfejl kan kun forekomme, hvis bygningens eller strukturens elektriske distributionssystem henvises til jordbunden. “Reference grounding” kræver den fælles forbindelse af den ene ende af en eller flere af de enfasede AC-transformatorviklinger (vitransformatorkonfiguration) til et jordforbindelse-elektrodesystem, hvilket skaber både jordede og ujordede kredsløbs – /forsyningsledere.

størrelsen af jordfejloverstrøm er normalt mindre end størrelsen af kortslutningsoverstrøm, der er tilgængelig fra den samme transformer. Kortslutningen kan være på tværs af to eller flere transformator-enfasede AC-viklinger. Overstrømmen med jordfejl påvirker normalt kun en enfaset vekselstrøm i transformatoren, der leverer strøm til den fejlbehæftede tilstand.

både Kortslutnings-og jordfejlstrømme er overstrømme i høj størrelse forårsaget af en utilsigtet parallelforbindelse med lav modstand til den tilsluttede belastningsmodstand. Uden en eller anden form for overstrømsbeskyttelsesanordning installeret i serie med kredsløbsledere, er den eneste grænse for fejlstrømmen ledningsmodstanden og mængden af strøm, der er tilgængelig fra transformeren.

Overstrømsbeskyttelse

som vist i figur 3 kan fuld overstrømsbeskyttelse for lederne og den tilsluttede belastning kun leveres af en sikring eller afbryder installeret på det sted, hvor kredsløbet stammer fra (eller hvor det modtager sin forsyning).

hvis en OCPD er placeret nedstrøms fra forsyningen, er overstrømsbeskyttelsen teknisk opdelt med kortslutning, jordfejlbeskyttelse placeret opstrøms samt separat overbelastningsbeskyttelse placeret nedstrøms. Sikringerne eller afbrydere placeret nedstrøms giver fuld overstrømsbeskyttelse for ethvert kredsløb eller udstyr, der er placeret på deres belastningsside, mens de kun giver overbelastningsbeskyttelse for deres linje – eller forsyningsside kredsløb.

figur 3. Split overstrømsbeskyttelse for et transformerkredsløb

form og funktion af Overstrømsbeskyttelsesanordninger

der er tre hovedkomponenter i et elektrisk kredsløb: en strømkilde, en belastning og en forbindelse mellem de to.

disse tre hovedkomponenter suppleres med et middel til tænd/sluk-kontrol og et middel til grænsekontrol. Begge typer kontrol begrænser mængden af strøm, der kan strømme i kredsløbet. Midlerne til tænd / sluk-kontrol er normalt i form af en kontakt (enten manuel, automatisk, elektronisk eller elektromekanisk). Midlerne til grænsekontrol er normalt en overstrømsbeskyttelsesanordning, som på det elektriske strømfordelingsniveau er en sikring eller afbryder (som det ses i figur 4).

figur 4. Overstrømsbeskyttelsesanordninger

som vist i figur 5 har det elektriske strømfordelingssystem i en bygning eller anden struktur tre hovedklassifikationer: tjenesten, fødekredsløbene og grenkredsløbene.

generelt skal lederne af alle disse kredsløb være forsynet med et middel til overstrømsbeskyttelse på det punkt, hvor de modtager deres elforsyning. OCPD skal installeres i overensstemmelse med kravene i National Electric Code. Både ledere og den tilsluttede belastning, de leverer, skal beskyttes med den korrekte strømstyrke.

figur 5. Det elektriske strømdistributionssystem i en bygning

ledernes nominelle ampacitet, fuldbelastningsstrømmen for den tilsluttede belastning og størrelsen eller belastningsgraden for OCPD er indbyrdes forbundne. Den fulde belastningsstrøm for den tilsluttede belastning dikterer størrelsen (efter nominel ampacitet) af forsyningslederne og klassificeringen eller indstillingen af OCPD.

på samme måde dikterer klassificeringen eller indstillingen af OCPD og kredsløbsledernes nominelle ampacitet den maksimale fuldbelastningsstrøm, der kan leveres fra service -, feeder-eller grenkredsløbet. Enhver strømstørrelse, der er større end den nominelle ampacitet af transportledningerne eller den nominelle belastningsstrøm for det elektriske udnyttelsesudstyr-såsom lysarmaturer, motorer eller transformere—beskrives som en overstrøm.

det primære formål med en kredsløbsbeskyttelsesanordning (en sikring, en afbryder eller en anden type strømbegrænsende enhed) er at begrænse kredsløbsledernes temperatur til en værdi, der ikke beskadiger lederne eller deres isolering. Dette opnås ved at begrænse mængden (værdien) af strøm, som lederne skal formidle. Beskyttelse af kredsløbsledere mod overophedning ved at begrænse mængden af strøm lederne er forpligtet til at formidle i sagens natur beskytter den medfølgende elektriske distribution og udnyttelse udstyr (den tilsluttede belastning) fra virkningerne af overstrøm.