Меню

Как отключить полюсы источника тока

Что такое полюс источника тока

Латинское слово «polus» происходит от греческого «полос». В широком смысле данный термин обозначает предел, границу или крайнюю точку чего-либо, нечто одно, диаметрально противоположное другому, когда речь идет например о двух полюсах.

У нашей планеты есть северный и южный географические полюса — противоположные края земного шара относительно экватора, а также магнитные полюса (как у постоянного магнита). У постоянного магнита есть северный и южный полюса — они стремятся притянуться друг к другу. Таким же образом полюса источника тока обозначают своеобразные его границы, края, к которым присоединяется внешняя часть электрической цепи, питаемой от данного источника, либо питающей (заряжающей) его.

Северный и южный полюс

Другими словами, полюса — это клеммы, выводы, посредством которых внутренняя структура источника тока соединяется с какой-нибудь внешней цепью, с потребителем или источником электрической энергии.

Говоря о полюсах источника тока, подразумевают всегда источник постоянного тока, поскольку у источника тока переменного полюса периодически меняются местами.

Так, в розетке нулевой вывод остается нулевым постоянно, а на фазном выводе раз в 0,01 секунды значение напряжения плавно изменяется на противоположное, то есть на фазном проводе периодически на мгновение возникает то положительный, то отрицательный полюс относительно нулевого провода, а нулевой провод становится, соответственно, то отрицательным, то — положительным полюсом по отношению к фазному проводу.

Положительный и отрицательный полюс

А если рассмотреть для примера батарейку, то у исправной батарейки все не так. У нее есть конкретно «плюс» и «минус», то есть два постоянных противоположных полюса. Это и есть собственно полюса данного источника тока. Так же и у аккумулятора.

Аккумулятор, будучи химическим источником тока, имеет два противоположных полюса — «плюс» и «минус», к которым внутри аккумулятора присоединены соответственно катодные и анодные пластины, обладающие, при наличии электролита, как говорят, противоположной полярностью.

Между данными полюсами имеется разность потенциалов (электрическое напряжение), измеряемая в вольтах. К данным клеммам аккумулятора присоединяется нагрузка или зарядное устройство.

Выпрямитель

Если постоянный ток получается путем выпрямления переменного тока, то на выходе выпрямителя будет постоянное напряжение, а конденсатор фильтра станет источником постоянного тока, у которого также будут присутствовать полюса — «плюс» и «минус» — положительный и отрицательный полюса.

Когда к данному источнику присоединяется нагрузка, возникает электрический ток, направленный (как принято считать) от положительного полюса — к отрицательному полюсу через цепь нагрузки. Электроны во внешней цепи будут двигаться при этом от отрицательного полюса — к положительному (потому что направление постоянного тока принимается противоположным по отношению к реальному направлению движения электронов — так принято в электротехнике), а внутри источника — от положительного полюса — к отрицательному.

Блок питания

Все конечно знают о так называемых полярных конденсаторах, обычно это электролитические конденсаторы, внутреннее устройство которых предполагает возможность их зарядки только в одном определенном направлении. Таким образом электролитический конденсатор, будучи заряжен, также будет иметь полюса — «плюс» и «минус», так как станет источником постоянного тока, если начать разряжать его на внешнюю нагрузку.

Что такое полюс источника тока

В заключении можно сказать, что практически полюсами источника постоянного тока именуются его клеммы, представляющие собой выводы, электрические потенциалы на которых всегда различаются так, что положительный полюс или «плюс» имеет потенциал выше, чем отрицательный полюс или «минус», поэтому между полюсами исправного источника постоянного тока всегда существует электрическое напряжение.

Источник

Практикум. Подбор защитного оборудования для сетей постоянного тока

Постоянный ток (DC — от англ DirectCurrent) — один из главных способов передачи и распределения электрической энергии. Сегодня он широко используется в следующих областях:

  • преобразование различных видов энергии в электрическую (например, фотогальванические станции);
  • транспорт (трамвайные линии, железные дороги и пр.);
  • питание систем аварийного предупреждения, а также систем собственных нужд;
  • промышленные установки (электролитические процессы и т.п.).

Сети постоянного тока довольно специфичны, поэтому для того, чтобы грамотно выбрать коммутационное оборудование, необходимо следовать определённой последовательности действий.

ШАГ 1. Определение топологии сети

Отключение постоянного тока связано с существенными трудностями при гашении дуги. Проблема обусловлена тем, что в системах постоянного тока отсутствует естественный переход кривой зависимости I(t) через ноль и необходимо принудительно снижать значение тока. Характер уменьшения указанной величины до нуля зависит от напряжения источника питания, параметров электроустановки и сопротивления, возникающего во время гашения дуги. Чем больше соединённых последовательно полюсов, тем выше сопротивление дуги, и больше максимальный коммутируемый ток короткого замыкания (КЗ). Для улучшения работы автоматических выключателей в условиях КЗ в зависимости от напряжения электроустановки и топологии сети необходимо использовать специальные комбинации соединения полюсов. Эта информация позволяет оценить возможные неисправности, после чего выбрать подходящий тип соединения полюсов выключателя с учётом характеристик электроустановки (ток КЗ, напряжение питания, номинальная величина нагрузки и т.д.).

Рассмотрим три основные системы распределения на постоянном токе.

1. Сеть, изолированная от земли (IT)


Рис. 1. Система IT постоянного тока

Описание. Все токоведущие части источника питания изолированы, открытые проводящие части заземлены.

Читайте также:  Удар тока через воду

Топологии повреждения Самая Опасная для IT неисправность — короткое замыкание между положительным и отрицательным полюсами.

Соединение полюсов оборудования. Зависит от напряжения источника питания и требуемой отключающей способности.

NB!

Возможность двойного замыкания на землю (первое — замыкание одного из полюсов со стороны источника питания, второе — замыкание другого полюса со стороны нагрузки) не рассматривается. Однако следует использовать устройство контроля изоляции сети относительно земли.

2. Сеть с одной заземлённой полярностью


Рис. 2. Система ТТ (слева) и TN-C-S (справа) постоянного тока
для сети с одной заземлённой полярностью

Описание. Один из полюсов сети соединён с землёй. Такой тип системы может привести к перенапряжениям вследствие статического электричества, стекающего через землю.

Топология повреждений. В данном случае основное повреждение — это короткое замыкание между двумя полярностями. Но необходимо брать в рассмотрение также замыкание между незаземлённой полярностью и землёй, поскольку ток может течь под полным напряжением.

Соединение полюсов оборудования. Зависит от напряжения источника питания и требуемой отключающей способности. Заземление должно быть осуществлено со стороны питания автоматического выключателя.

3. Сеть с заземлённой средней точкой источника питания


Рис. 4. Система ТТ (слева) и TN-C-S (справа) постоянного тока
для сети с заземлённой средней точкой

Описание. Средняя точка источника питания соединена с землёй. Основной недостаток данного соединения в сравнении с другими типами заключается в том, что замыкание между любой из полярностей и землёй вызывает ток с приложенным напряжением, равным половине напряжения питания.

Топология повреждений Основное повреждение, как и в предыдущем случае — короткое замыкание между двумя полярностями НО необходимо брать в рассмотрение также замыкание между полярностью И землёй, поскольку ток может течь под напряжением, равным U / 2.

Соединение полюсов оборудования. Необходимо устанавливать автоматические выключатели таким образом, чтобы на каждую полярность приходилось по два полюса автоматического выключателя. При возникновении короткого замыкания между двумя полюсами сети напряжение цепи равно номинальному, и такой сверхток отключается четырьмя последовательно соединёнными полюсами автоматического выключателя.

ШАГ 2. Электрические параметры

Для верного выбора защитного устройства в сети постоянного тока необходимо знать несколько электрических параметров, характерных для этого аппарата:

  1. Номинальное напряжение установки Un. Оно определяет рабочую величину Ue, которая зависит от соединения полюсов и проверяется соотношением Un ≤ Ue.
  2. Ток короткого замыкания в месте установки автоматического выключателя Ik. Он определяет исполнение автоматического выключателя (зависит от типоразмера и соединения полюсов) и проверяется выражением

  • Номинальный ток, потребляемый нагрузкой Ib. От данной величины зависит номинальный ток В термомагнитного или электронного расцепителя. Должно выполняться следующее соотношение: Ib≤In.
  • Словарь инженера
    Номинальное рабочее напряжение Ue – задаётся из стандартизированного ряда величин, определяющих уровень изоляции сети и электрооборудования.
    Номинальный непрерывный ток Iu – величина, которую оборудование может выдерживать в течение долгого времени работы.
    Номинальный ток автоматического выключателя In – определяет защитные характеристики аппарата в соответствии с возможными настройками расцепителя.
    Предельная отключающая способность автоматического выключателя Icu –максимальный ток КЗ, который аппарат способен отключить однократно при соответствующем номинальном рабочем напряжении, без гарантии сохранения работоспособности.
    Номинальная рабочая отключающая способность Ics – максимальный ток КЗ, который аппарат способен отключить три раза 1 при определённом рабочем напряжении (Ue) и определённой постоянной времени. После этого автоматический выключатель должен проводить номинальный ток.
    Номинальный кратковременно выдерживаемый ток КЗ – величина, которую автоматический выключатель способен проводить в замкнутом положении в течение определённого промежутка времени. Аппарат должен выдерживать данный ток в течение установленной временной задержки для обеспечения селективности между последовательно стоящими автоматическими выключателями.

    ШАГ 3. Обеспечение селективности

    Работа аппаратов защиты в цепях постоянного тока координируется путём постепенного повышения порогов токов и задержки срабатывания по мере приближения к источнику питания, то есть обеспечивается так называемая временная селективность. Нужно убедиться, что вышестоящие автоматические выключатели с задержкой срабатывания имеют значение кратковременно выдерживаемого тока, превышающее максимальную величину КЗ, которая может протекать в рассматриваемой части установки.

    «Временная селективность обычно реализуется в электроустановках на уровне вводных устройств и главных распределительных щитов (ГРЩ). Для реализации селективности на нижних уровнях электроустановок следует выбрать другой тип координации устройств защиты. Так, например, для аппаратов в литом корпусе серии Tmax XT и Tmax на постоянном токе можно реализовать энергетическую селективность, а для воздушных автоматических выключателей Emax DC осуществляется также и зонная селективность», — дополняет Игорь Мещеряков , менеджер по группе изделий компании АББ, лидера в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации.

    Для обеспечения селективного срабатывания автоматических выключателей на постоянном токе необходимо:

    • построить времятоковые характеристики автоматических выключателей с термомагнитными и электронными расцепителями с учётом допусков и поправочных коэффициентов;
    • проанализировать построенные характеристики с точки зрения обеспечения функций защиты и селективного срабатывания;
    • составить карту уставок с учётом необходимых настроек расцепителей.
    Читайте также:  Простое выпрямление тока схема

    В случае необходимости обеспечения высоких предельных токов селективности, подобрать выключатели в соответствие с указаниями таблиц координации.

    «Возможностей создать энергетическую систему с учётом требований по селективности на сегодняшний день более чем достаточно, — утверждает Игорь Мещеряков (АББ). — Современные электронные расцепители для постоянного тока, например, такие как PR122/DC — PR123/DC, обладают несколькими селективными задержками от короткого замыкания с обратнозависимой или фиксированной кратковременной задержкой срабатывания. Наличие широкого спектра встроенных защит (от замыкания на землю, превышения температуры, небаланса токов, колебаний напряжения, реверсирования мощности и др.) Позволяет осуществить функции, которые раньше были доступны только для электроустановок переменного тока».

    От теории к практике

    Пример 1. Рассмотрим выбор автоматического выключателя для сетей постоянного тока на примере автоматических выключателей в литом корпусе серии Tmax.

    Параметры установки:
    Тип сети: с одной заземлённой полярностью (только отрицательная)
    Напряжение установки: Un = 250 В постоянного Тока
    Номинальный ТОК, потребляемый нагрузкой: В = 450
    Ток короткого замыкания: 40 кА

    Для выбранного автоматического выключателя должны выполняться следующие условия:
    Ue ≥ Un
    Icu ≥ Ik
    In ≥ Ib

    Как правило, у производителей существуют таблицы для подбора аппаратов постоянного тока, ниже в примерах приведены необходимые выдержки из них.
    В соответствии с типом сети необходимо выбрать таблицу, относящуюся к сети с одной заземлённой полярностью (см. табл. 1).

    Табл. 1. Варианты соединения полюсов автоматических выключателей в литом корпусе Tmax для работы в сети с одной заземлённой полярностью (в рассматриваемых соединениях заземлена отрицательная полярность)

    * Заземление должно быть осуществлено со стороны питания автоматического выключателя

    Выбираем столбец с напряжением сети больше или равным напряжению электроустановки. Нужная строка подбирается по номинальному непрерывному току МЕ автоматического выключателя, который должен быть больше или равен току нагрузки. В соответствии с заданными в примере условиями следует выбирать автоматический выключатель Tmax Т5 c Iu=630A.

    Исполнение по отключающей способности (НШ и т.д.) определяется с учётом выполнения условия Icu>Ik. В данном случае можно выбрать исполнение S, так как Ik = 40 кА.

    Указанным требованиям удовлетворяют две схемы соединения полюсов, если должен отключаться заземлённый полюс сети, то следует выбрать следующий вариант:

    Среди номинальных токов, доступных для термомагнитного расцепителя выключателя T5S630, может быть выбран In = 500 A, поэтому допустимо применять трёхполюсный термомагнитный автоматический выключатель T5S630 TMA500. Аппарат использует два полюса, соединённых последовательно на изолированной полярности, и один — на заземлённой. При этом при выборе автоматического выключателя с термомагнитным расцепителем необходимо учитывать поправочный коэффициент срабатывания по КЗ. 2

    Пример 2. Рассмотрим выбор воздушного автоматического выключателя на примере серии Emax.

    Параметры установки:
    Тип сети: изолированная
    Напряжение установки: Un = 500 В постоянного Тока
    Номинальный ток, потребляемый нагрузкой: In = 1800 А
    ток короткого замыкания: 45кA

    Выбор автоматического выключателя

    В соответствии с типом сети необходимо выбрать таблицу, относящуюся к сети, изолированной от земли (см. табл. 2).

    Табл. 2. Соединение полюсов воздушных выключателей Emax для работы в изолированной сети

    Исходя из заданной величины номинального напряжения выбираем столбец Un ≤ 500 В. В нём наиболее подходящим по характеристикам тока короткого замыкания является автоматический выключатель E2N (N = 50 кА> IK), но если выбрать этот аппарат, не будет выполняться условие In ≥ Ib.

    Согласно таблице 3, относящейся к номинальному непрерывному току, необходимо выбрать автомат типа E3N, т.к. он имеет ток Iu = 2000 A (это значение соответствует In расцепителя) и только в этом случае выполняется соотношение In ≥ Ib.

    Табл. 3. Исполнения автоматических выключателей Emax для постоянного тока

    Выбран трёхполюсный автоматический выключатель E3N 2000 с расцепителем PR122-123/DC In = 2000A. В таблице 2 показано соединение между трёхполюсным выключателем, нагрузкой и источником питания:


    Стоит отметить, что правильный выбор аппаратов защиты для сетей постоянного тока возможен только в случае строгого соблюдения описанных выше рекомендаций. Важно помнить, что некорректно подобранный автоматический выключатель не только не выполнит свои прямые защитные функции, но и в случае неправильно рассчитанной отключающей способности может выйти из строя и оставить электроустановку полностью незащищённой.

    1 В соответствии с циклом отключений и включений (О-трет-СО-трет-CO).

    2 см. Техническая брошюра «Низковольтные автоматические выключатели АББ для применений на постоянном токе» стр. 33-34.

    Источник

    

    Электрическая полярность — Electrical polarity

    Электрическая полярность — это термин, используемый во всех отраслях и областях, связанных с электричеством . Есть два типа полюсов: положительный (+) и отрицательный (-). Это представляет собой электрический потенциал на концах цепи . Батарея имеет положительный полюс (+ полюс) и отрицательную клемму (- полюс). Для соединения электрических устройств почти всегда требуется соблюдение правильной полярности. Правильная полярность важна для работы вакуумных ламп и полупроводниковых устройств, многих электродвигателей , электрохимических ячеек , электрических инструментов и других устройств.

    Читайте также:  Кни тока что это

    СОДЕРЖАНИЕ

    • 1 Текущее направление
    • 2 Условные обозначения для идентификации
    • 3 системы переменного тока
    • 4 Проверка полярности
    • 5 См. Также
    • 6 Ссылки
    • 7 Внешние ссылки

    Текущее направление

    Обычный ток течет от положительного полюса (клеммы) к отрицательному полюсу. Электроны текут от отрицательного к положительному. В цепи постоянного тока (DC) ток течет только в одном направлении, и один полюс всегда отрицательный, а другой полюс всегда положительный. В цепи переменного тока (AC) два полюса чередуются между отрицательным и положительным, а направление тока (поток электронов) периодически меняет местами.

    Условные обозначения для идентификации

    Символы полярности используются там, где необходимо определить полярность клеммы или провода. Электрический цветовой код или другие соглашения может быть использованы. В цепях постоянного тока положительный полюс обычно обозначается красным (или «+»), а отрицательный полюс — черным (или «-»), но в автомобильных и телекоммуникационных системах иногда используются другие цветовые схемы.

    В автомобильном аккумуляторе положительный полюс обычно имеет больший диаметр, чем отрицательный. В современных автомобилях отрицательная клемма аккумулятора подключена к кузову автомобиля, а положительная клемма обеспечивает провод под напряжением к различным системам. Старые автомобили были построены с положительной клеммой аккумулятора, прикрепленной к шасси.

    Системы переменного тока

    В системах переменного тока два провода цепи меняют полярность много раз в секунду. В системах электроснабжения все провода, имеющие одинаковую мгновенную полярность в любой момент, будут иметь общую схему идентификационной маркировки, например цвет провода. В зависимости от условных обозначений, используемых для электромонтажа системы питания, цветовая кодировка или другая маркировка также может указывать на дополнительные свойства проводника, такие как его роль в качестве нейтрали в силовой цепи. В многофазной системе переменного тока идентификация проводов, принадлежащих к общей фазе, важна для обеспечения правильной работы цепи.

    Если цепи переменного тока используются для передачи таких сигналов, как аудио, полярность также требуется для обеспечения надлежащего функционирования системы. Например, комплект громкоговорителей, используемых для воспроизведения стереозвука, будет иметь все клеммы устройств и проводку, помеченные для обеспечения одинаковой мгновенной полярности, чтобы результирующий звук, производимый каждым элементом громкоговорителя, имел одинаковую фазу и правильно складывался для уха слушателя.

    Проверка полярности

    Такие приборы, как аналоговые вольтметры, будут показывать увеличение шкалы, когда отрицательный вывод прибора подключен к отрицательному полюсу тестируемого устройства, а положительный вывод — к положительному выводу. Перевернутый аналоговый прибор покажет уменьшение шкалы, прижимая указатель к конечному упору шкалы; это может повредить чувствительный инструмент. Цифровые приборы могут указывать обратную полярность подключения знаком минус перед численным измерением. Контрольная лампа с неоновой лампой накаливания укажет полярность путем проверки свечения вокруг электродов лампы; электрод, подключенный к отрицательному полюсу цепи, будет светиться вокруг него. Неоновая лампа, подключенная к сети переменного тока, будет иметь свечение, видимое на обоих выводах.

    Проверка полярности в системе переменного тока может выполняться с помощью такого прибора, как двухканальный осциллограф, который может определить, когда две точки имеют мгновенно одинаковые напряжения, или путем измерения между клеммами с помощью вольтметра. Если две точки имеют одинаковую полярность («синфазны»), напряжение будет минимальным.

    Источник

    Как определить полярность источника постоянного тока без прибора

    В любительской практике можно пользоваться следующими способами.

    1. В стакан наливают теплую воду и растворяют в ней столовую ложку поваренной соли. Затем в воду опускают концы проводов, подключенных к выводам батареи. У провода, соединенного с отрицательным выводом батареи, будут интенсивно выделяться пузырьки газа (рис. 61,а).

    2. Сырой клубень картофеля разрезают на две части и в одну из частей со стороны среза втыкают на расстоянии 15—20 мм друг от друга провода от зажимов батареи, зачищенные от изоляции. Около провода, соединенного с положительным полюсом батареи, картофель окрасится в зеленый цвет (рис. 61, б).

    3. Два проводника, подключенных к источнику более высокого напряжения, вводят в пламя свечи. Под действием напряжения пламя свечи станет низким и широким, а на отрицательном электроде появится тонкая ленточка сажи (рис. 6І, в).

    4. Для постоянного пользования можно изготовить простой индикатор для определения полярности неизвестного источника. Он представляет собой стеклянную трубочку, закрытую пробками, с пропущенными внутрь ее электродами (держатели спирали), взятыми от перегоревшей электролампы.

    Для заполнения полости трубочки приготовляют раствор селитры (1 часть) в воде (4 части). К этому раствору добавляется такой же объем смеси из глицерина (5 частей) и раствора фенолфталеина (0,1 части) в винном спирте (1 часть).

    Рис. 61. Определение полярности источника постоянного тока без прибора

    Такой индикатор служит годами, давая красное окрашивание у отрицательного полюса, а если напряжение источника переменное, то на двух электродах возникает розовое окрашивание. Чтобы уничтожить окрашивание, достаточно встряхнуть трубочку (рис. 61, г) ,

    Источник