Постоянный ток в доме. Риски, которые никто не замечает / Хабр
Постоянный ток с каждым днём завоёвывает всё новые рубежи в каждом доме. К кому-то он приходит со светодиодными лентами, кому то с DIY и Arduino. Время идёт, и вот уже вчерашние любители без страха и упрёка начинают делать мощные аккумуляторные сборки и запитывать бытовую технику напрямую от солнечных панелей. За кадром остаётся главный нюанс – безопасности. Ведь токи и напряжения выросли вместе с игрушками, а о последствиях почти никто не задумывается…
Идёт тихая революция, которую почти никто не замечает – всё больше приборов домашнего обихода переходит на постоянный ток, и если раньше только автолюбители сталкивались с постоянным током и аккумуляторами, то теперь скорее тяжело найти дом, где нет ни одного аккумулятора. По мере проникновения постоянного тока всё больше в дома, появляются соблазны отказаться от цепей переменного тока, например в освещении, проложив чуть более толстые кабеля и ограничившись светодиодными лампами / лентой (не буду скрывать, такой соблазн был и у меня, просто я не нашёл в своё время нормальных лампочек на 12 В по хорошей цене).
А на светодиодной ленте у меня вообще очень много завязано.
Видеоверсия:
Вы удивитесь от того, сколько бытовых приборов могут работать на постоянном токе.
На Хабре была шикарная статья, в которой был рассмотрен вопрос приборов и постоянного тока, но не безопасности.
Краткий список приборовКратко все нагревательные приборы, не заметят разницы между постоянным и переменным током. Это ТЭН-ы нагревателей, электроплиты, утюги и прочее.
Из освещения будут работать лампы накаливания и даже светодиодные лампы с правильным источником питания.
Подавляющее большинство другой бытовой техники, с коллекторными двигателями – мясорубки, фены, пылесосы и даже стиральные машины.
А вот синхронные и асинхронные двигатели работать не будут. Это микроволновки, кондиционеры и холодильники.
Сгорят старые трансформаторные блоки питания, но новые, импульсные, установленные в большинстве современной техники, вполне выживут. Может не смогут выдавать полную мощность, но это второй вопрос.
Кажется, рукой подать до перевода всего дома на постоянный ток, ведь у нас и так уже почти всё работает через блоки питания и выпрямители.
И тут как раз самое время поговорить про опасности, которые несёт за собой постоянный ток, и о которых многие не знают или не желают даже знать.
С падением цен на солнечные панели, всё больше людей их использует как в развлекательных так и более практичных целях. “Экономия должна быть экономной” – основной лозунг создателей DIY систем на солнечных панелях, и из цепей безжалостно выбрасываются “лишние” детали, с точки зрения создателей, и идёт экономия на материалах.
Если вы пропустили этот момент – я объясню. В стандартной схеме, солнечные панели генерируют постоянный ток, который солнечный инвертор ( не важно – микро / стринговый) преобразует в переменный и подаёт в общую сеть.
Цена солнечных инверторов довольно высока, поэтому рынок завоевали я бы сказал понижающие устройства (контроллеры), которые работают в связке солнечная панель – так называемый “солнечный инвертор” (с гордыми буквами МРРТ на коробке и без оного в середине) – аккумулятор и всё это без перехода на переменный ток.
К этому контроллеру можно подключить преобразователь напряжения с 12/24/48 В в привычные 220В, по желанию, или довольствуются подключением телефонов, светодиодов и прочих маломощных устройств на постоянном токе.
Схема очень простая, но все недо-инверторы, имеют сильные ограничения по напряжению / токам, и так просто к ним ничего интересного и мощного не подключить из нагрузок.
Максимальную мощность с панелей они и так не умели снимать, поэтому любители просто выкидывают их из цепи, как и аккумуляторы.
Конечный результат – присоединение напрямую к солнечным панелям одного из устройств, способного работать на постоянном токе. В основном сейчас это ТЭН-ы отопления, электроплиты и т.д. Проблема приобретает массовый характер, и такие решения уже вовсю продаются.
Вот тут мы подошли к главному моменту – вместо игрушечного блока питания, при присоединении которого у нас иногда проскакивала искорка, ну или шёл дымок при неправильном присоединении, в руки DIY масс попали источники постоянного тока, способные выдавать 10, а теперь уже и 17 А.
Из них смело собираются комплекты на 50 – 230 В и подключаются в отдельную систему, общей мощностью от 500 Вт до 2+кВт.
По своему профилю, мне пришлось познакомиться с постоянным током несколько ближе, чем многим другим, и мне есть что сказать.
Для коммутации цепей постоянного тока подавляющее большинство использует всё те же выключатели или пакетники. Когда лет 7 назад, я хотел перевести своё освещение на постоянный ток, я тоже про это не думал.
А задуматься нужно – при коммутации постоянного тока возникает дуговой разряд, который не гаснет каждые пол периода, как в переменном токе. Остановить его может только достаточно большой зазор между контактами. Но даже обеспечив зазор, мы получим временное решение, которое выйдет из строя на порядок раньше, т.к. полностью избавиться от дуги нельзя.
Есть альтернативы, и в целом те кто обожглись, переходят на следующий уровень коммутации – с помощью специализированных переключателей.
или твердотельных реле.
Твердотельные реле не обеспечивают безопасность, а спец.
переключатели несколько неудобны для бытового применения и всё равно имеют ограниченный ресурс. Даже поборов этот этап, мы снимаем только часть проблемы.
Электрическая дуга в кабелях переменного тока, в домашнем обиходе – довольно редкое явление. Нужно постараться, чтоб фазу закоротило на ноль или землю. Да и при закорачивании на землю у нас сразу сработает УЗО, а при закорачивании на ноль, сработает автомат. Для борьбы с дугой переменного тока при плохом контакте, тоже есть методы борьбы, обкатанные временем и приборы защиты от дугового пробоя довольно дёшевы и продаются в каждом магазине электротоваров.
В постоянном токе, любое нарушение контакта сразу превращается в дугу, и гаснет она очень не скоро. Начали появляться методы, способные детектировать дугу в линиях длиной до 200 м. Но детекция не стопроцентная, и в жилом доме может вообще не заработать, или давать постоянные ложные срабатывания из-за наличия различных типов потребителей.
Но сейчас вообще никто не ставит как эти детекторы в домашнюю цепь, как и многие не понимают азов источников тока, в т.
ч. солнечных панелей, защищая линию простым автоматом.
Не поняли? Попробую объяснить. У вас есть стабильный источник тока, на 20 А (солнечные панели). Вы поставили предохранители на 25 А, и пакетник, на 25 А. У вас возникло короткое замыкание. Вы думаете у вас сработает автомат, или сгорит предохранитель? Нет, у вас сгорит дом.
Я уже описывал ошибки в монтаже СЭС, и там такое не редкость.
Приводятся данные, что постоянный ток не так опасен для жизни, как переменный, особенно при напряжении до 500 В.
Возможно.
Но проблема в том, что подавляющее большинство переделок на постоянный ток, вообще не предусматривает кабеля заземления. Всё идёт по двухпроводной системе. Уже есть УЗО и для постоянного тока, но кто ж его ставит-то.
И большинство поделок направленно именно на подогрев воды, где поражение электрическим током может иметь самые печальные последствия.
Прошу понять – постоянный ток, даже меньшего напряжения, не прощает ошибок.
Есть готовые решения, проверенные временем. Поставьте нормальный инвертор, и работайте с переменным током, для которого в доме уже есть обычно защита. Вы оцениваете свою жизнь или имущество в 500$?
Дешёвые контроллеры не могут снимать максимальную мощность с солнечных панелей, и вы теряете 15-20% только на этом. При прямом подключении, потери увеличиваются ещё больше, у вас простая резистивная нагрузка. Только на снятии максимальной мощности с солнечных панелей, вы на протяжении 10 лет окупите правильный инвертор. И не забываем, что с нормальным инвертором вы получите универсальность – и сможете запитать абсолютно все приборы, которые есть в доме, а не отдельные экземпляры.
Это только верхушка айсберга. И сколько в себе таят опасностей самодельные аккумуляторные сборки, различные попытки отделить от массива солнечных панелей небольшую часть, для запитывания других устройств, можно только догадываться.
Многие могут возразить – вон сколько роликов в интернете, где это работает.
Это типичная ошибка выжившего. Очень многие, у кого эксперимент прошёл не успешно, не смогут про это написать.
Цените свою жизнь, электрика не прощает ошибок.
На правах рекламы – добро пожаловать на форум, посвященный солнечной энергетике. Визуалов прошу подписываться на канал.
Обзор вебинара «Распределительные устройства постоянного тока высокого напряжения: пришло ли время реванша?»
Высоковольтные сети постоянного тока будут иметь решающее значение для передачи огромного количества возобновляемой энергии. Такие сети пока не распространены в Европе по разным причинам, одной из которых является отсутствие проверенного защитного оборудования. Европейский проект «PROMOTioN» публично продемонстрировал, что технология защиты больше не является технологическим препятствием на пути развития таких сетей. Участникам вебинара, который 07.07.2020 провела итальянская компания CESI (владеет KEMA Labs с октября 2019 года), было предложено познакомиться с последними достижениями KEMA Labs в области испытаний ключевых систем защит и управления, таких компонентов как высоковольтные выключатели постоянного тока и высоковольтные КРУЭ постоянного тока.
Основными преимуществами высоковольтных линий постоянного тока перед сетями переменного тока являются дешевизна сооружения ЛЭП, низкий уровень потерь в линиях, повышенная устойчивость электрической системы, в том числе при передаче энергии на дальние расстояния и др. Журнал «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» постоянно публикует на своих страницах научно-технические и аналитические статьи по этой тематике и информацию о планах различных стран мира по их строительству до 2050 года. По оценкам европейских коллег, к 2050-му году величина передаваемой по сетям постоянного тока мощности возрастет до уровня свыше 200 ГВт, однако в настоящий момент вопрос защиты подобных систем от аварий является одним из наиболее актуальных.
Раскрывая данную тему, сотрудники KEMA labs Рене Питер Пол Смитс (René Peter Paul Smeets) и Надью Адису Бельда (Nadew Adisu Belda) рассказали об основных сложностях коммутации в высоковольтных сетях постоянного тока. Перед размыканием контактов как в нормальном, так и в аварийном режиме нужно уменьшить ток в цепи до нуля, в противном случае возникает электрическая дуга, которая обладает высокой энергией и приводит к чрезмерному износу контактов.
На данный момент основной методикой коммутации высоковольтного постоянного тока в аварийном режиме является переключение на противодействующее напряжение с последующим поглощением излишней энергии. Графики тока и напряжения в точке короткого замыкания в момент срабатывания выключателя представлены на рисунке:
В качестве двух основных видов высоковольтных выключателей постоянного тока выступают выключатели с включением активного тока и с гибридным способом гашения дуги. В первом случае коммутация реализуется с помощью заряженного конденсатора, после разрядки которого ток в вакуумном выключателе опускается до нуля.
После краткого обзора схем, которые были использованы для тестирования высоковольтных выключателей постоянного тока, докладчики рассказали о совершенных ранее опытах, которые транслируются в прямом эфире во время их проведения.
Тестирование выключателя SciBreak 24 kV 10 kA.
Тестирование выключателя Mitsibishi Electric 160-200 kV / 10 kA.
Тестирование выключателя ABB 350 kV 20 kA.
Для полного анализа воздействия коммутационных импульсов на используемое электрооборудования производится оценка уровня износа всех элементов КРУЭ.
В ближайшее время KEMA Labs планирует приступить к тестированию высоковольтных выключателей в энергосистеме Китая. Также ведущие вебинара поделились планами о создании единой европейской прибрежной сети, а также собственными планами тестирования выключателей номинальным напряжением 80 кВ.
Демонстрация результатов тестирования ВВ и УВН-выключателей постоянного тока, проведенная сотрудниками KEMA Labs, наглядно показала участникам вебинара возможности и пути преодоления ключевых технических ограничений при создании сетей постоянного тока. Таким образом, реализация европейских проектов по развитию чистой энергетики имеет под собой мощный технический фундамент и поддержку со стороны крупнейших инжиниринговых организаций.
Подписывайтесь на Telegram-канал журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»
Подписаться
Как уменьшить ток, не влияя на напряжение?
Источник
Ток — это поток электрических зарядов через определенную область в определенное время; напряжение и ток могут быть прямо пропорциональны, когда мощность постоянна.
Однако ток можно уменьшить для определенных целей, не затрагивая при этом напряжение; например, вы можете использовать несколько методов, таких как предохранители, резисторы, автоматические выключатели, термисторы, транзисторы или диоды.
Вы можете уменьшить или ограничить ток в электрических цепях.
Как уменьшить ток, не влияя на напряжение?
Чтобы уменьшить ток или ограничить его в электрической цепи, не влияя на напряжение , вы можете использовать несколько методов, таких как предохранители, резисторы, автоматические выключатели , термисторы , транзисторы или диоды.
Вы можете уменьшить или ограничить ток в электрических цепях, чтобы защитить компоненты цепи от перегрузки , или вы можете уменьшить ток до определенного предела, где, если ток превышает этот предел, активируется метод защиты.
Компоненты снижения тока могут различаться в зависимости от нескольких факторов , например, времени отклика, величины тока, чувствительности цепи или причин перегрузки по току.
Например, перегрузка по току может произойти из-за короткого замыкания в некоторых компонентах, подключенных к электрической цепи , таких как транзисторы, диоды, трансформаторы или конденсаторы.
Кроме того, внешние компоненты вызывают перегрузку цепи, что приводит к возникновению чрезмерного тока в цепи.
Компоненты снижения тока
1). Резисторы и предохранители
- Резисторы
Они обычно находятся в любой электрической цепи; они подключены к цепям многими способами , такими как параллельные и последовательные соединения. Резисторы всегда подчиняются закону Ом ( В = IR ), где R относится к сопротивлению цепи, В является напряжением источника питания, а I — общий ток, проходящий через цепь. При подключении резистора к электрической цепи ток уменьшается в соответствии с номиналом резистора. Если подключить больше резисторов , ток продолжает уменьшаться. Электрический ток обратно пропорционален сопротивлению в цепи, а напряжение остается постоянным независимо от количества подключенных резисторов.
- Предохранители
Используются для ограничения тока, проходящего через цепь; каждый предохранитель имеет определенный предел тока ; если ток превышает этот предел, предохранитель перегорает, вызывая разрыв в цепи; в результате течение тока прекращается. Вы можете использовать предохранители для ограничения проходящего тока, поэтому, если вы хотите, чтобы в цепи всегда сохранялось значение тока ниже 5 ампер , вы можете использовать предохранитель, который перегорает, если ток превышает 5 ампер. Таким образом, вы можете контролировать ток, не влияя на напряжение, и защитить компоненты схемы от перегрузки.
2). Автоматические выключатели
Автоматические выключатели защищают электрическую цепь от перегрузки по току и больших нагрузок, вызванных чрезмерными токами
Недостатком прерывателей является их время отклика; они действуют медленно и не слишком чувствительны. 3). Термисторы
Не все термисторы уменьшают ток, проходящий через электрическую цепь; для этой задачи используются единицы с отрицательным температурным коэффициентом . NTC уменьшает начальную величину тока, генерируемого в цепи, когда она подключена к источнику питания. При высокой температуре термисторы с отрицательным температурным коэффициентом имеют низкое сопротивление; Между тем, они имеют высокое сопротивление при низкой температуре . Поэтому, когда начинает течь ток, температура начинает увеличиваться, что снижает сопротивление NTC до определенного значения, которое пропускает только определенное количество тока.
4). Диоды и трансформаторы
Когда в схеме используется регулируемый источник питания, в них используются активные компоненты для уменьшения или ограничения проходящего тока.
Активные компоненты бывают разных типов, например, диоды, транзисторы или интегральные схемы; они используются, особенно для чувствительных цепей. Они либо отключают питание цепи, либо уменьшают ток ; это может быть применено ко всей цепи или только к короткозамкнутой части. 5). Диоды ограничения тока
Диоды постоянного тока или токоограничивающие диоды CLD используются для уменьшения или ограничения тока в электрических цепях в широком диапазоне напряжений
Источник
Почему напряжение не изменяется при уменьшении тока с помощью резистора?
Поскольку напряжение представляет собой мощность или давление, приложенное к электрическим зарядам для прохождения по определенному пути, давление остается неизменным, даже если электрические заряды уменьшаются.
Таким образом, их количество уменьшилось, но их давление остается постоянным, в то время как на электрические заряды или ток влияет сопротивление резистора, поскольку сопротивление представляет собой физическое препятствие для электрических зарядов.
Следовательно, на их движение влияет и их количество. Потерянные заряды преобразуются в тепловую энергию из-за сопротивления, с которым они сталкиваются в резисторе. Сопротивление имеет обратно пропорциональную зависимость от тока, поэтому, если вы увеличиваете величину сопротивления, ток уменьшается, но напряжение остается постоянным.
Следует ли уменьшить ток источника питания, если он больше, чем вам нужно?
Нет, вас не должен волновать ток, подаваемый источником напряжения, если он превышает то, что вам нужно . Однако перед подключением компонента к источнику напряжения следует учитывать напряжение.
Например, если вы используете компонент, требующий определенного количества вольт, и подключаете его к источнику с более высоким напряжением , компонент будет вынужден потреблять больше тока, чем он должен потреблять, в результате компонент будет уничтожен.
Поэтому при подключении компонента к источнику питания всегда следует учитывать напряжение, а не ток. Если напряжение подходит, компонент будет потреблять только тот ток, который ему нужен, даже если подаваемый ток больше.
Заключение
Подводя итог, можно уменьшить ток в электрической цепи с помощью многих методов , например:
- Резисторы и предохранители.
- Автоматические выключатели.
- Термисторы.
- Диоды и трансформаторы.
- Токоограничивающие диоды.
Вы можете уменьшить или ограничить ток в электрических цепях, чтобы защитить компоненты цепи от перегрузки , или можно уменьшить ток до определенного предела, где, если ток превышает этот предел, активируется метод защиты.
Компоненты снижения тока могут различаться в зависимости от нескольких факторов , например, времени отклика, величины тока, чувствительности цепи или причин перегрузки по току.
Например, перегрузка по току может произойти из-за короткого замыкания в некоторых компонентах, подключенных к электрической цепи , таких как транзисторы, диоды, трансформаторы или конденсаторы. Кроме того, внешние компоненты вызывают перегрузку цепи, что приводит к возникновению чрезмерного тока в цепи.
Резисторы не влияют на напряжение при уменьшении тока, поскольку напряжение представляет собой мощность или давление, прикладываемое к электрическим зарядам для прохождения по определенному пути . Следовательно, давление остается прежним, даже если электрические заряды уменьшились, их количество уменьшилось, но их давление остается постоянным.
Похожие чтения:
Как определить SMD-транзистор? И как это проверить? Решено
Напряжение обратно пропорционально току? Ответил!
Как определить предохранитель на печатной плате? (Типы…
Почему напряжение уменьшается при увеличении тока?
Почему напряжение в параллельной цепи постоянно, но не…
Как уменьшить напряжение с помощью резистора?
Я амбициозен и миролюбив, всегда стремлюсь совершенствоваться и узнавать больше.
Я люблю читать и писать; письмо помогает мне лучше думать и очищать свой разум. Одно из моих хобби — проекты «сделай сам»; я люблю делать все сам. Хорошо учить других тому, что знаешь сам, помощь людям делает из тебя великого человека.0005
Предельный ток БЕЗ падения напряжения
спросил
Изменено 6 лет, 6 месяцев назад
Просмотрено 63к раз
\$\начало группы\$
Я пытаюсь ограничить ток источника питания 5 В до 100 мкА. Сначала думал поставить резистор на 50к. Что никогда не позволит выше порога.
Однако нагрузка требует не менее 4,5 В и зависит от требуемой величины тока. Так что это, очевидно, слишком простой подход к проблеме.
Как расширить эту схему, чтобы ограничить ток и обеспечить независимость тока нагрузки от напряжения?
- напряжение
- ограничение тока
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Скорее всего, у вас все в порядке с небольшим падением, если оно меньше 0,5 В.
Вот схема, которая ограничивает ток до 100 мкА и падает менее чем на 100 мВ до ограничения.
смоделируйте эту схему — схема создана с помощью CircuitLab
MCP6001 — это недорогой операционный усилитель с шиной ввода-вывода, работающий от источника питания 5 В. Операционный усилитель будет насыщаться на земле до тех пор, пока ток нагрузки не достигнет номинального значения около 98 мкА (с указанными значениями). Таким образом, питание «выглядит как» 5 В при последовательном подключении ~ 1 кОм (полевой МОП-транзистор дает менее 10 Ом при Vgs = -5 В), поэтому оно будет падать от 0 до 100 мВ для бесконечного сопротивления нагрузки до 50 кОм.
Для более низких сопротивлений нагрузки схема регулирует выходной ток до ~98 мкА.
Схема потребляет около 200 мкА от источника питания 5 В в дополнение к току нагрузки 0~100 мкА.
\$\конечная группа\$
6
\$\начало группы\$
Полиция Закона Ома придет за вами, если вы попытаетесь отрегулировать и напряжение, и ток в фиксированной нагрузке.
Если у вас не очень необычная нагрузка, нагрузка будет потреблять любой ток, который ей нужен, если вы поставите правильное напряжение. Любая попытка уменьшить текущий уменьшит приложенное напряжение.
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
Как правило, вашей схеме ограничения тока требуется небольшой «запас» по напряжению для работы. Это означает, что вам понадобится нерегулируемый блок питания > 5 В и регулируйте его до 5 В, контролируя ток.
Давненько я не читал о старых стабилизаторах напряжения LM723, но они предлагают ограничение напряжения и тока. Когда-то они были очень популярны, поэтому вы должны найти множество примеров конфигураций в веб-поиске.
Рис. 1. Базовый регулятор низкого напряжения (VOUT = от 2 до 7 Вольт). (Рисунок 4 таблицы данных).
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Самое простое решение – NCh JFET с затвором, закороченным на исток.
