överströmsskydd i växelströmssystem

få en introduktion till överströmsskydd och OCPDs (överströmsskydd).

i den här artikeln kommer vi att täcka typer av överström, vilka överströmsskyddsanordningar är och deras plats i en elektrisk krets.

typer av överström

de tre huvudkategorierna eller typerna av överström är överbelastning, kortslutning och jordfel.

Överbelastningsöverström

Överbelastningsöverström är självdefinierande: Varje ström som överstiger märkbelastningsströmmen är i själva verket en överbelastning. En överbelastning uppstår när en elektrisk krets, antingen genom den ursprungliga utformningen av en ny krets eller genom modifiering av en befintlig krets, krävs för att förmedla belastningsström som överstiger kretsledarnas nominella belastningsstyrka.

till exempel modifieras en 20-amp grenkrets med en extra lampa, vilket ökar belastningsströmmen till 22 ampere: detta skulle vara en kretsöverbelastning.

överbelastningsförhållanden kan uppstå på service -, matar-eller grenkretsnivån i en byggnads elkraftdistributionssystem.

en elektrisk överbelastningsöverström uppstår också när en motor är mekaniskt överbelastad. Detta kan orsakas av överflödig friktion inom dess inre lagerytor, överskottsvärme (på grund av hög omgivningstemperatur eller annat fel) eller av bindningen eller någon annan mekanisk överbelastning i användningsutrustningen som den Driver. Överbelastning är en kontrollerad överströmssituation, normalt av låg storlek.

Kortslutningsöverström

kortslutningsströmmar (såväl som jordfelströmmar, som vi kommer att beröra nästa) är överströmmar med hög storlek som i själva verket placerar ett lågt motstånd parallellt med impedansen hos de anslutna belastningarna. Kortslutningsöverström innebär normalt en oavsiktlig korsanslutning av minst två kretsledare (tillförsel och retur). Detta placerar en kortslutning över matningstransformatorns lindning.

figurerna 1 och 2 representerar de vanligaste transformatortillförseln till en struktur.

Figur 1 är ritningen av en enfas AC, 3-tråds, 120/240-voltsförsörjning till en byggnad som ett hem eller en liten industrianläggning). En enda primärlindning i transformatorn levererar (genom induktion) två 120-voltslindningar kopplade i serie i sekundären. En belastning på utnyttjandeutrustningen kommer att fungera vid 240 volt när den är ansluten mellan de två ändarna av de två seriekopplade 120-voltslindningarna. En belastning på utnyttjandeutrustningen kommer att fungera vid 120 volt när den är ansluten mellan vardera änden av de två seriekopplade 120-voltslindningarna och den tredje ledningen som delas av de två lindningarna (se Figur 1).

Figur 1. Spänningsförhållanden mellan de tre matarledningarna från sekundären av en enfas AC-bostadstjänst krafttransformator

ett trefas AC-elfördelningssystem, som visas i Figur 2, kommer normalt att ha ett högre värde av kortslutningsöverström eftersom den korta normalt kommer att involvera mer än en enfas AC-transformatorlindning.

Figur 2. Spänningsförhållanden mellan de fyra matarledningarna från sekundären av en trefas AC kommersiell eller industriell service krafttransformator

Jordfelsöverström

Jordfelsöverström är också ett kortslutningsförhållande som normalt endast påverkar en av kretsledarna och den jordade metallbanan eller den elektriska Distributions-eller utnyttjandeutrustningen.

Jordfelsöverström kan endast uppstå om byggnadens eller strukturens elektriska kraftdistributionssystem refereras till jordjord. ”Referensjordning” kräver gemensam anslutning av ena änden av en eller flera av enfas AC-transformatorlindningarna (wye-transformatorkonfiguration) till ett jordningselektrodsystem, vilket skapar både jordade och ojordade krets – /matningsledare.

storleken på jordfelsöverström är normalt mindre än storleken på kortslutningsöverström som är tillgänglig från samma transformator. Kortslutningen kan vara över två eller flera transformator enfas AC lindningar. Jordfelsströmmen påverkar normalt endast en enfas AC-lindning i transformatorn som levererar ström till det felaktiga tillståndet.

både kortslutning och jordfelsströmmar är överströmmar med hög storlek som orsakas av en oavsiktlig parallellkoppling med låg resistans till det anslutna belastningsmotståndet. Utan någon form av överströmsskyddsanordning installerad i serie med kretsledarna är den enda gränsen för felströmmen ledarmotståndet och mängden ström som är tillgänglig från transformatorn.

överströmsskydd

som visas i Figur 3 kan fullständigt överströmsskydd för ledarna och den anslutna belastningen endast tillhandahållas av en säkring eller strömbrytare installerad vid den punkt där kretsen har sitt ursprung (eller där den får sin tillförsel).

om en OCPD är placerad nedströms från tillförseln är överströmsskyddet Tekniskt uppdelat med kortslutning, markfelskydd placerat uppströms samt separat överbelastningsskydd placerat nedströms. Säkringarna eller brytarna placerade nedströms ger fullt överströmsskydd för alla kretsar eller utrustning som finns på deras lastsida samtidigt som de endast ger överbelastningsskydd för deras linje – eller matningssida.

Figur 3. Split överströmsskydd för en transformatorkrets

formen och funktionen hos Överströmsskyddsanordningar

det finns tre huvudkomponenter i en elektrisk krets: en strömkälla, en belastning och en anslutning mellan de två.

dessa tre huvudkomponenter kompletteras med ett medel för PÅ/AV-kontroll och ett medel för gränskontroll. Båda typerna av kontroll begränsar mängden ström som kan strömma i kretsen. Medlen för PÅ / AV-kontroll är normalt i form av en omkopplare (antingen manuell, automatisk, elektronisk eller elektromekanisk). Gränskontrollmedlen är normalt en överströmsskyddsanordning, som vid elfördelningsnivån är en säkring eller strömbrytare (som framgår av Figur 4).

Figur 4. Överströmsskyddsanordningar

som visas i Figur 5 har det elektriska kraftdistributionssystemet i en byggnad eller annan struktur tre huvudklassificeringar: tjänsten, matarkretsarna och grenkretsarna.

i allmänhet måste ledarna i alla dessa kretsar vara försedda med ett medel för överströmsskydd vid den punkt där de får sin elförsörjning. OCPD måste installeras i enlighet med kraven i National Electric Code. Både ledarna och den anslutna lasten de levererar måste skyddas med rätt strömstyrka.

Figur 5. Det elektriska kraftdistributionssystemet i en byggnad

ledarnas nominella ampacitet, fullbelastningsströmmen för den anslutna belastningen och OCPD: s storlek eller belastningsgrad är inbördes relaterade. Fullbelastningsströmmen för den anslutna belastningen dikterar storleken (med nominell ampacitet) för matningsledarna och klassificeringen eller inställningen för OCPD.

på samma sätt dikterar klassificeringen eller inställningen av OCPD och den nominella ampaciteten hos kretsledarna den maximala fullbelastningsströmmen som kan levereras från tjänsten, mataren eller grenkretsen. Varje strömstorlek som är större än den nominella ampaciteten hos transportledningarna eller den nominella belastningsströmmen hos den elektriska användningsutrustningen-såsom ljusarmaturer, motorer eller transformatorer—beskrivs som en överström.

det primära syftet med en kretsöverströmsskyddsanordning (en säkring, en strömbrytare eller någon annan typ av strömbegränsande anordning) är att begränsa kretsledarnas temperatur till ett värde som inte skadar ledarna eller deras isolering. Detta uppnås genom att begränsa mängden (värdet) av strömmen som ledarna måste förmedla. Att skydda kretsledarna mot överhettning genom att begränsa mängden ström som ledarna krävs för att förmedla skyddar i sig den medföljande elektriska distributions-och användningsutrustningen (den anslutna belastningen) från effekterna av överström.