Consultanță - inginer care specifică Cât de importantă este protecția circuitului în distribuția electrică
Inginerul electric este responsabil pentru proiectarea sistemelor de distribuție a energiei electrice pentru clădiri. Înțelegerea cerințelor complete de protecție a circuitului îi va permite inginerului să proiecteze cele mai sigure și mai fiabile sisteme de distribuție electrică pentru clădiri.
obiective de invatare
- Înțelegeți diferitele tipuri de strategii de protecție împotriva supracurentului pe care să le aplicați în construcția sistemelor electrice.
- Recunoașteți diferența dintre protecția la pământ la echipamente (GFPE) și întrerupătoarele de circuit la pământ (GFCI; protecție pentru personal).
- Înțelegeți cum să vă protejați împotriva diferitelor tipuri de defecțiuni.
Inginerul electric are o mare responsabilitate față de public atunci când proiectează sisteme de distribuție a energiei electrice pentru clădiri. Proiectarea trebuie să protejeze împotriva defecțiunilor și supraîncărcărilor, asigurând în același timp o protecție adecvată a personalului și minimizând întreruperile. Din păcate, nu există o „rețetă” clară și concisă de urmat pentru astfel de modele. Mai degrabă, necesită un studiu constant al codurilor și standardelor în continuă schimbare, care pot fi interpretate în diferite moduri, și apoi aplicându-le în mod corespunzător într-un design acționabil. Chiar și codurile în sine întăresc faptul că, oferind în același timp un ghid practic pentru protejarea oamenilor și a bunurilor împotriva pericolelor electrice, acestea nu sunt „concepute ca o specificație de proiectare sau ca un manual de instrucțiuni pentru persoanele neinstruite” (NFPA 70: National Electrical Code [NEC], articolul 90.1 ).
Prin urmare, este extrem de important ca inginerul electric să înțeleagă și să aplice în mod corespunzător strategii de protecție a circuitelor în proiectele lor pentru a asigura sisteme de operare sigure. Când vine vorba de protecția circuitului, NEC este cartea de cod primară cu care inginerii electrici trebuie să se familiarizeze. NEC conține principii fundamentale de siguranță care cuprind protecția împotriva șocurilor electrice, efectelor termice, supracurentului, curenților de defect și supratensiunii. Este esențial să înțelegeți și strategiile de protecție a circuitelor, deoarece acestea se referă la NEC.
Aproape fiecare articol din NEC include o formă de protecție a circuitelor, subliniind importanța problemei. Obiectivele de bază ale protecției circuitului sunt: 1) localizarea și izolarea stării sau defecțiunii și 2) prevenirea și minimizarea oricărei pierderi inutile de energie. Există mai multe tipuri de condiții anormale care pot apărea de-a lungul vieții unei clădiri, în care un sistem electric trebuie proiectat pentru a corecta sau depăși. Acestea includ suprasarcini, scurtcircuite, sub/supratensiuni, supratensiuni tranzitorii și alte probleme de putere, cum ar fi monofazarea sistemelor trifazate și rotația inversă a fazei de putere.
O suprasarcină este cauzată de o cerere excesivă din partea echipamentelor de utilizare care este mai mare decât capacitatea nominală. Suprasolicitarea sistemului poate fi tolerată pentru o perioadă scurtă de timp înainte de a fi luate măsuri corective. Pe de altă parte, defecțiunile la scurtcircuit sunt cauzate de defectarea componentelor electrice. Deoarece avariile pot fi imediate, partea defectă a sistemului trebuie izolată cât mai repede posibil. Există mai multe tipuri de defecte, inclusiv defecte de arc de la linie la linie, defecte de la linie la sol și defecte cu șurub trifazate. Multe defecte încep ca defecte intermitente, arcuite cu impedanță variabilă și curenți de magnitudine relativ redusă, caracterizate prin eliberarea necontrolată de energie.
Pe de altă parte, o eroare trifazată cu șuruburi este cea care creează cantități imense de curent pe sistem și va menține acest curent până când circuitul este deschis sau izolat prin anumite mijloace. Deși un proiectant trebuie să țină seama de cel mai rău scenariu, o defecțiune trifazată este destul de rară. Cel mai frecvent tip de defecțiune este o defecțiune linie-masă, cauzată în mod obișnuit de contactul involuntar dintre un conductor alimentat și masa sau cadrul echipamentului, care provoacă un flux neintenționat de curent printr-o cale diferită de echipamentul de utilizare. Acest lucru ar putea apărea din probleme cum ar fi o defecțiune a echipamentului de izolare, izolația conductorului sau o întrerupere slabă. Când se întâmplă acest lucru, calea de întoarcere, care ar fi în mod normal prin sistemul de împământare, se deplasează acum prin orice cadru de echipament, suprafață metalică sau persoană în contact cu sistemul, deoarece acestea devin, în esență, parte a unui circuit electric înapoi la sursă.
Dispozitive de protecție la supracurent pentru sisteme electrice
Echipamentul de intrare în serviciu oferă primul pas în protejarea împotriva suprasolicităților termice și a defecțiunilor în care dispozitivele de protecție a circuitului sunt introduse în sistemul electric. Dispozitivele de protecție la supracurent (OCPD) includ relee, întrerupătoare de circuit sau siguranțe și sunt unul dintre elementele de bază ale sistemelor de distribuție a energiei și protecția acestora. La nivelul cel mai de bază, aceste dispozitive sunt introduse în sistemul de distribuție a energiei pentru a „rupe”, a izola sau a deconecta circuitul dacă există o suprasarcină sau un scurtcircuit. Aceste dispozitive au fost utilizate de la sfârșitul secolului al XIX-lea și continuă să fie aplicate astăzi. Cu toate acestea, protecția circuitului continuă să evolueze cu o tehnologie în continuă schimbare. Astăzi, există tehnologii care utilizează strategii complexe de comunicare și control și pot raporta ce tip de suprasarcină sau defecțiune a deschis un întrerupător, oferă informații despre calitatea energiei electrice, măsoară armonicele, alarmează anumite evenimente, cum ar fi defectul la sol și multe altele.
O tehnologie care oferă o reducere suplimentară a energiei de trecere pentru o defecțiune în regiunea dintre două întreruptoare electronice cu declanșare poate fi realizată prin ZSI (blocare selectivă a zonei). ZSI constă din cablarea a două unități de declanșare a întrerupătorului, astfel încât o defecțiune este eliminată de întrerupătorul cel mai apropiat de defecțiune în timpul minim posibil. Acestea funcționează astfel încât, dacă întrerupătorul în aval detectează o defecțiune, acesta trimite un semnal de restricție către întrerupătorul în amonte. Întreruptorul în amonte va continua apoi să expire așa cum se specifică pe curba sa caracteristică, declanșând numai dacă dispozitivul din aval nu elimină defecțiunea. Scopul principal este de a opri curentul de defecțiune în cel mai scurt timp posibil, afectând în același timp cea mai mică cantitate de echipamente conectate. ZSI nu este o tehnologie nouă, dar tinde să fie mai scumpă. Producătorii au modalități diferite de a realiza același principiu, deci este important să înțelegem nuanțele. Cu toate acestea, NEC din 2014 a adăugat o cerință de a furniza o reducere a energiei arcului (articolul 240.87) și enumeră ZSI ca metodă acceptabilă, făcând din ZSI o practică mai obișnuită.