Защита от късо съединение. Как работи и работи защитата от късо съединение
Мисля, че всеки радиолюбител, който редовно проектира електронни устройства, има регулирано захранване у дома. Нещото е наистина удобно и полезно, без което, след като го изпробвате в действие, става трудно. Всъщност, ако трябва да проверим например светодиод, ще трябва точно да зададем работното му напрежение, тъй като ако напрежението, подадено към светодиода, бъде значително превишено, последният може просто да изгори. Също така с цифрови схеми задаваме изходното напрежение на мултиметъра на 5 волта или всяко друго напрежение, от което се нуждаем, и продължаваме.
Много начинаещи радиолюбители първо сглобяват просто регулирано захранване, без да регулират изходния ток и без защита от късо съединение. Така беше и с мен, преди около 5 години сглобих просто захранване само с регулируемо изходно напрежение от 0,6 до 11 волта. Диаграмата му е показана на фигурата по-долу:
Но преди няколко месеца реших да надстроя това захранване и да добавя малка верига за защита от късо съединение към неговата верига. Намерих тази диаграма в един от броевете на списание Радио. При по-внимателно разглеждане се оказа, че веригата в много отношения напомня на горната електрическа схема на захранването, което сглобих по-рано. Ако има късо съединение в захранващата верига, светодиодът за късо съединение изгасва, сигнализирайки това и изходният ток става равен на 30 милиампера. Беше решено да взема част от тази схема и да я допълня със собствена, което направих. Оригиналната диаграма от списание Radio, която включва допълнение, е показана на фигурата по-долу:
Следващата снимка показва частта от тази верига, която ще трябва да бъде сглобена.
Стойността на някои части, по-специално резистори R1 и R2, трябва да се преизчисли нагоре. Ако някой все още има въпроси относно това къде да свържете изходните проводници от тази верига, ще предоставя следната фигура:
Ще добавя също, че в сглобената схема, независимо дали е първата верига или веригата от списанието Radio, трябва да поставите резистор 1 kOhm на изхода, между плюс и минус. На диаграмата от списание Radio това е резистор R6. Всичко, което остава, е да ецваме платката и да сглобим всичко заедно в кутията на захранването. Огледални дъски в програмата Спринт оформлениеняма нужда. Чертеж на платка за защита от късо съединение:
Преди около месец попаднах на диаграма на приставка за регулатор на изходен ток, която може да се използва заедно с това захранване. Взех диаграмата от този сайт. След това сглобих тази приставка в отделен корпус и реших да го свържа, ако е необходимо, за зареждане на батерии и подобни действия, при които наблюдението на изходния ток е важно. Ето диаграмата на приемника, транзисторът KT3107 в него е заменен с KT361.
Но по-късно ми хрумна идеята да обединя, за удобство, всичко това в една сграда. Отворих кутията на захранването и погледнах, нямаше достатъчно място, променливият резистор не влизаше. Схемата на регулатора на тока използва мощен променлив резистор, който има доста големи размери. Ето как изглежда:
Тогава реших просто да свържа двата корпуса с винтове, като направих връзката между платките с жици. Също така поставих превключвателя на две позиции: изход с регулируем ток и нерегулиран. В първия случай изходът от основната платка на захранването беше свързан към входа на токовия регулатор, а изходът на токовия регулатор отиде към скобите на корпуса на захранването, а във втория случай скобите бяха свързани директно към изхода от основната платка на захранването. Всичко това се превключваше с шест-пинов превключвател на 2 позиции. Ето чертеж на печатната платка на токовия регулатор:
На фигурата на печатната платка R3.1 и R3.3 показват първия и третия извод на променливия резистор, като се брои отляво. Ако някой иска да го повтори, ето диаграма за свързване на превключвател за превключване:
В архива са приложени печатни платки на захранването, вериги за защита и вериги за контрол на тока. Материалът е подготвен от АКВ.
Най-простата защита от късо съединение е подходяща както за опитни, така и за начинаещи радиолюбители, тъй като никой не е имунизиран от грешки. Тази статия предоставя проста, но много оригинална диаграма, която ще ви помогне да защитите устройството си от нежелан отказ. Самовъзстановяващият се предпазител изключва веригата, а светодиодите сигнализират за авария, бързо, надеждно и лесно.
Верига за защита от късо съединение:
Веригата, показана на фигура 1, е много лесна за настройка защита за захранване на любителско радио или друга верига.
Фигура № 1 – Схема за защита от късо съединение. Работа на веригата за защита от късо съединение:
Схемата е много проста и разбираема. Тъй като токът протича по пътя на най-малкото съпротивление, докато предпазителят FU1 е непокътнат, изходният товар Rн (Фигура № 2) е свързан и през него протича ток. В този случай светодиодът VD4 свети постоянно (за предпочитане зелен).
Фигура № 2 - Работа на веригата с пълен предпазител Ако токът на натоварване надвиши максималния допустим ток за предпазителя, той се задейства, като по този начин прекъсва (прескача) веригата на натоварване, Фигура № 3. В този случай LED VD3 светва (червено) и VD4 изгасва. В този случай нито вашият товар, нито веригата страдат (разбира се, при условие че предпазителят се задейства своевременно).
Фигура № 3 – Предпазителят е задействал Диоди VD1, VD5 и ценеров диод VD2 предпазват светодиодите от обратни токове. Резисторите R1, R2 ограничават тока в защитната верига. За предпазител FU1 препоръчвам да използвате самовъзстановяващ се предпазител. И вие избирате стойностите на всички елементи на веригата в зависимост от вашите нужди.
Представените по-долу любителски радиосхеми за защита на захранвания или зарядни устройства могат да работят заедно с почти всеки източник - мрежа, импулс и акумулаторни батерии. Електрическото изпълнение на тези проекти е сравнително просто и може да се повтори дори от начинаещ радиолюбител.
Силовата част е направена от мощен полеви транзистор. Не прегрява по време на работа, така че няма нужда да използвате радиатор. Устройството в същото време осигурява отлична защита срещу пренапрежение, претоварване и късо съединение в изходната верига, работният ток може да бъде избран чрез избор на шунтиращ резистор, в нашия случай е 8 ампера, 6 паралелно свързани съпротивления с мощност от Използват се 5 вата 0,1 ома. Шунт може да се направи и от съпротивление с мощност 1-3 вата.
Защитата може да се регулира по-точно чрез регулиране на съпротивлението на резистора за подстригване. В случай на късо съединение и претоварване на изхода, защитата ще работи почти веднага, изключвайки захранването. Светодиодът ще покаже, че защитата е задействана. Дори когато изходът е затворен за 30-40 секунди, полевият работник остава почти студен. Типът му не е критичен, подходящи са почти всички превключватели с ток от 15-20 ампера за работно напрежение от 20-60 волта. Транзисторите от сериите IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или по-мощни са перфектни.
Тази версия на веригата ще бъде полезна за автомобилните ентусиасти като защита на зарядното устройство за оловни батерии; ако внезапно обърнете полярността на връзката, тогава нищо лошо няма да се случи със зарядното устройство.
Благодарение на бързата реакция на защитата, тя може да се използва перфектно за импулсни вериги; в случай на късо съединение защитата ще работи много по-бързо, отколкото превключвателите на захранването на импулсното захранване ще изгорят. Конструкцията е подходяща и за импулсни инвертори, като токова защита.
MOSFET защита от късо съединение |
Ако вашите захранвания и зарядни устройства използват транзистор с полеви ефекти (MOSFET) за превключване на товара, тогава можете лесно да добавите защита от късо съединение или претоварване към такава верига. В този пример ще използваме вътрешно съпротивление RSD, което създава спад на напрежението, пропорционален на тока, протичащ през MOSFET.
Напрежението, преминаващо през вътрешния резистор, може да бъде открито с помощта на компаратор или дори транзистор, който превключва при ниво на напрежение от 0,5 V, т.е. можете да се откажете от използването на съпротивление за отчитане на ток (шунт), което обикновено произвежда излишно напрежение. Компараторът може да се наблюдава с помощта на микроконтролер. В случай на късо съединение или претоварване, можете програмно да стартирате PWM управление, аларма, аварийно спиране). Възможно е също така да свържете изхода на компаратора към портата на транзистора с полеви ефекти, ако, когато възникне късо съединение, трябва незабавно да изключите транзистора с полеви ефекти.
Захранване със система за защита от късо съединение |
Терминът "късо съединение" в електротехниката се отнася до аварийна работа на източници на напрежение. Възниква при нарушаване на технологичните процеси за пренос на електрическа енергия, при късо съединение на изходните клеми на работещ генератор или химичен елемент.
В този случай цялата мощност на източника незабавно се прилага към късото съединение. През него протичат огромни токове, които могат да изгорят оборудването и да причинят електрически наранявания на близки хора. За да се спре развитието на подобни аварии, се използват специални защити.
Какви са видовете късо съединение?
Естествени електрически аномалии
Те се появяват по време на мълнии, придружени от.
Източниците на тяхното образуване са високи потенциали на статично електричество с различни знаци и стойности, натрупани от облаци, когато се преместват от вятъра на големи разстояния. В резултат на естественото охлаждане при издигане на надморска височина, влагата в облака кондензира, образувайки дъжд.
Влажната среда има ниско електрическо съпротивление, което създава разрушаване на въздушната изолация за преминаване на ток под формата на мълния.
Електрическият разряд прескача между два обекта с различен потенциал:
- при наближаващи облаци;
- между гръмотевичен облак и земята.
Първият вид мълния е опасен за самолетите и изхвърлянето на земята може да унищожи дървета, сгради, промишлени съоръжения и въздушни електропроводи. За защита срещу него са монтирани гръмоотводи, които последователно изпълняват следните функции:
1. приемане, привличане на потенциал на мълния към специален уловител;
2. пропускане на резултантния ток през токопровода към заземителния контур на сградата;
3. разреждане на високоволтовия разряд с тази верига към земния потенциал.
Къси съединения в постояннотокови вериги
Източниците на галванично напрежение или токоизправителите създават разлика от положителни и отрицателни потенциали на изходните контакти, което при нормални условия осигурява работата на веригата, например блясък на електрическа крушка от батерия, както е показано на фигурата по-долу.
Протичащите в този случай електрически процеси се описват с математически израз.
Електродвижещата сила на източника се разпределя за създаване на товар във вътрешните и външните вериги чрез преодоляване на техните съпротивления “R” и “r”.
В авариен режим възниква късо съединение с много ниско електрическо съпротивление между клемите на акумулатора “+” и “-”, което на практика елиминира протичането на ток във външната верига, което прави тази част от веригата неработеща. Следователно по отношение на номиналния режим можем да приемем, че R=0.
Целият ток циркулира само във вътрешната верига, която има ниско съпротивление и се определя по формулата I=E/r.
Тъй като величината на електродвижещата сила не се е променила, стойността на тока нараства много рязко. Такова късо съединение протича през съединения на късо проводник и вътрешната верига, причинявайки огромно генериране на топлина вътре в тях и последваща структурна повреда.
Къси съединения в AC вериги
Всички електрически процеси тук също са описани от закона на Ом и протичат по подобен принцип. Характеристики на тяхното преминаване са наложени:
използването на еднофазни или трифазни мрежови схеми с различни конфигурации;
наличие на заземен контур.
Видове къси съединения във вериги с променливо напрежение
Токове на късо съединение могат да възникнат между:
фаза и земя;
две различни фази;
две различни фази и земя;
три фази;
три фази и земя.
За предаване на електроенергия чрез въздушни електропроводи, захранващите системи могат да използват различни схеми на неутрално свързване:
1. изолиран;
2. здраво заземен.
Във всеки от тези случаи токовете на късо съединение ще формират свой собствен път и ще имат различни величини. Следователно всички изброени опции за сглобяване на електрическа верига и възможността за възникване на токове на късо съединение в тях се вземат предвид при създаването на конфигурация за текуща защита за тях.
Късо съединение може да възникне и вътре в електрически консуматори, като електрически двигател. В еднофазни конструкции потенциалът на фазата може да пробие изолационния слой до корпуса или нулевия проводник. В трифазно електрическо оборудване повреда може допълнително да възникне между две или три фази или между техните комбинации с рамка/земя.
Във всички тези случаи, както при късо съединение в DC вериги, много голям ток на късо съединение ще тече през полученото късо съединение и цялата свързана към него верига до генератора, причинявайки авариен режим.
За да се предотврати това, се използва защита, която автоматично премахва напрежението от оборудването, изложено на високи токове.
Как да изберем работните граници на защитата от късо съединение
Всички електрически уреди са проектирани да консумират определено количество електроенергия в своя клас на напрежение. Обичайно е натоварването да се оценява не по мощност, а по ток. По-лесно се измерва, контролира и създава защита върху него.
На снимката са показани графики на токовете, които могат да възникнат в различни режими на работа на оборудването. За тях се избират параметрите за настройка и настройка на защитни устройства.
Графиката в кафяво показва синусоидалната вълна на номиналния режим, която е избрана като първоначална при проектиране на електрическа верига, като се вземе предвид мощността на електрическото окабеляване и избор на токови защитни устройства.
Честотата на индустриална синусоида в този режим винаги е стабилна и периодът на едно пълно трептене се извършва за 0,02 секунди.
Работният режим на синусоида на снимката е показан в синьо. Обикновено е по-малко от номиналния хармоник. Хората рядко използват напълно всички резерви от власт, които са им предоставени. Например, ако в една стая виси полилей с пет рамене, тогава за осветление те често включват една група крушки: две или три, а не всичките пет.
За да могат електрическите уреди да работят надеждно при номинален товар, се създава малък токов резерв за настройка на защитите. Количеството ток, при което те са настроени да се изключват, се нарича настройка. Когато се достигне, превключвателите премахват напрежението от оборудването.
В диапазона на синусоидалните амплитуди между номиналния режим и зададената точка електрическата верига работи в режим на леко претоварване.
Възможната времева характеристика на тока на повреда е показана в черно на графиката. Амплитудата му надвишава защитната настройка и честотата на трептенията се е променила рязко. Обикновено има апериодичен характер. Всяка полувълна варира по големина и честота.
Всяка защита от късо съединение включва три основни етапа на работа:
1. постоянно наблюдение на състоянието на синусоидата на управлявания ток и определяне на момента на възникване на неизправност;
2. анализ на текущата обстановка и издаване на команда от логическата част към изпълнителния орган;
3. Освободете напрежението от оборудването с помощта на превключващи устройства.
Много устройства използват друг елемент - въвеждане на времезакъснение за работа. Използва се за осигуряване на принципа на селективност в сложни, разклонени вериги.
Тъй като синусоидата достига амплитудата си за 0,005 секунди, поне този период е необходим за измерването й от защити. Следващите два етапа на работа също не се случват моментално.
Поради тези причини общото време на работа на най-бързите токови защити е малко по-малко от периода на едно хармонично трептене от 0,02 секунди.
Конструктивни характеристики на защитата от късо съединение
Електрическият ток, преминаващ през всеки проводник, причинява:
термично нагряване на проводника;
индукция на магнитно поле.
Тези две действия са взети като основа за проектиране на защитни устройства.
Защита, базирана на принципа на термично въздействие на тока
Топлинният ефект на тока, описан от учените Джаул и Ленц, се използва за защита чрез предпазители.
Защита с предпазител
Тя се основава на инсталиране на предпазител вътре в токовия път, който оптимално издържа на номиналния товар, но изгаря, когато бъде превишен, прекъсвайки веригата.
Колкото по-висока е величината на аварийния ток, толкова по-бързо се създава прекъсване на веригата - освобождаване на напрежението. Ако токът е леко превишен, изключване може да настъпи след дълъг период от време.
Предпазителите успешно работят в електронни устройства, електрическо оборудване на автомобили, домакински уреди и промишлени устройства до 1000 волта. Някои от техните модели се използват във вериги на оборудване за високо напрежение.
Защита на принципа на електромагнитното влияние на тока
Принципът на индуциране на магнитно поле около тоководещ проводник направи възможно създаването на огромен клас електромагнитни релета и прекъсвачи, които използват спирачна намотка.
Неговата намотка е разположена върху сърцевина - магнитна верига, в която се сумират магнитните потоци от всеки оборот. Подвижният контакт е механично свързан с арматурата, която е люлеещата се част на сърцевината. Притиска се към трайно фиксиран контакт с пружинна сила.
Номинален ток, преминаващ през навивките на спирачната намотка, създава магнитен поток, който не може да преодолее силата на пружината. Следователно контактите са постоянно в затворено състояние.
Когато възникнат аварийни токове, котвата се привлича към неподвижната част на магнитната верига и прекъсва веригата, създадена от контактите.
Един от видовете прекъсвачи, работещи на базата на отстраняване на електромагнитно напрежение от защитената верига, е показан на снимката.
Той използва:
автоматично изключване на аварийни режими;
система за гасене на електрическа дъга;
ръчно или автоматично активиране.
Цифрова защита от късо съединение
Всички защити, разгледани по-горе, работят с аналогови стойности. В допълнение към тях напоследък в индустрията и особено в енергетиката започнаха активно да се въвеждат цифрови технологии, базирани на работата на статични релета. Същите устройства с опростени функции се произвеждат за битови нужди.
Големината и посоката на тока, преминаващ през защитаваната верига, се измерва чрез вграден понижаващ токов трансформатор с висок клас на точност. Измереният от него сигнал се дигитализира чрез суперпозиция, използвайки принципа на амплитудна модулация.
След това се преминава към логическата част на микропроцесорната защита, която работи по определен, предварително конфигуриран алгоритъм. Когато възникнат аварийни ситуации, логиката на устройството издава команда към задействащия механизъм за изключване за премахване на напрежението от мрежата.
За да работи защитата, се използва захранване, което поема напрежение от мрежата или автономни източници.
Цифровата защита от късо съединение има голям брой функции, настройки и възможности, включително запис на предаварийното състояние на мрежата и нейния режим на изключване.
Внедряването на защитна верига не е трудно, особено след като е много важно за защита на всички ваши устройства от късо съединение и претоварване. Ако по някаква причина в устройството възникне късо съединение, това може да доведе до непоправими последици за него. За да се предпазите от ненужни разходи и устройството от изгаряне, е достатъчно да направите малка модификация според диаграмата по-долу.
Важно е да се отбележи, че цялата схема е изградена върху комплементарна двойка транзистори. За да разберем, нека дешифрираме значението на фразата. Транзисторите със същите параметри, но различни посоки на p-n преходите се наричат комплементарна двойка.
Тези. всички параметри на напрежение, ток, мощност и други транзистори са абсолютно еднакви. Разликата се появява само в типа транзистор p-n-p или n-p-n. Ще предоставим и примери за допълващи се двойки, за да улесним покупката ви. От руската номенклатура: KT361/KT315, KT3107/KT3102, KT814/KT815, KT816/KT817, KT818/KT819. BD139/BD140 са идеални за вносни. Релето трябва да бъде избрано за работно напрежение най-малко 12 V, 10-20 A.
Принцип на работа:
Когато определен праг бъде превишен (прагът се задава от променлив резистор, експериментално), превключвателите на допълнителната двойка транзистори се затварят. Напрежението на изхода на устройството изчезва и светодиодът светва, което показва, че защитната система на устройството е активирана.
Бутонът между транзистора ви позволява да нулирате защитата (в неподвижно състояние е затворен, т.е. работи за отваряне). Можете да нулирате защитата по друг начин, просто изключете и включете устройството. Защитата е от значение за захранването или зареждането на батерията.
