Защита по току схема: Простая схема автоматического ограничителя постоянного тока на транзисторах, защита от перегрузки и КЗ.

Простая схема автоматического ограничителя постоянного тока на транзисторах, защита от перегрузки и КЗ.

Как правило у большинства простой электронной и электрической аппаратуры используются такие же простые блоки питания, которые не имеют внутри себя защиты от перегрузки и короткого замыкания. И нередки случаи, когда при коротком замыкании, произошедшем на устройстве, выходит из строя блок питания, который и обеспечивает током данный прибор. Но не всегда замена такого блока питания может обойтись в копейки. Чтобы обезопасить как блок питания, так и само питаемое устройство от поломки из-за перегрузки или КЗ можно собрать достаточно простую схему защиты.

Как видно сама схема очень проста, имеет минимум компонентов. По стоимости обойдется практически в копейки, а то и вовсе бесплатно, если имеются свои электронные детали. Для тех кто не совсем понимает сам принцип действия данной схемы защиты от токовых перегрузок и коротких замыканий поясню ее работу. В принципе тут все просто.

Итак, имеются два биполярных транзистора. Первый транзистор VT1 является силовым, и выполняет роль ограничителя тока. Данный транзистор в схеме поставлен типа КТ817. Максимальный ток коллектор-эмиттерного перехода у него до 3 ампер. Если этого тока Вам мало, то естественно, VT1 должен быть заменен на более мощный (например КТ819 с коллекторным током до 10 А). Поскольку токи при перегрузке или КЗ могут быть относительно немалые, и данный транзистор может быстро нагреваться, то желательно изначально предусмотреть охлаждающий радиатор подходящих размеров.

Резистор R1 задает смещение транзистору VT1, чтобы на его базу поступает положительный потенциал, что в свою очередь даст возможность быть открытым коллектор-эмиттерному переходу в нормальном режиме работы схемы. То есть, если в схеме будет только эти два компонента (VT1 и R1), то нагрузка будет работать, так как на нее будет подаваться напряжение и поступать ток из-за полностью открытого транзистора VT1.

А вот чтобы данный транзистор закрывался, при перегрузке и коротком замыкании, и нужны другие элементы схемы. Теперь о том, какова роль второго транзистора VT2. По мощности он гораздо меньше первого, так как через него будут проходить относительно малые токи. При своем открытии транзистор VT2 подает отрицательный потенциал (минус) на базу первого транзистора, что в свою очередь его начинает закрывать. И получается, что VT1 будет полностью открыт, когда VT2 полностью закрыт, а когда VT2 полностью открывается, то VT1 полностью закрывается и прекращает подачу электроэнергии на питаемое устройство (нагрузку).

Теперь о роли резисторов R2 и R3 в данной схеме. Датчиком тока является резистор R3. Его сопротивление крайне мало и может быть от 0,1 Ома до 5 или 10 Ом. Именно величиной сопротивления этого резистора и задается предел силы тока, при котором схема начнет ограничивать этот самый ток в выходной цепи питания. Пожалуй, лучше даже будет поставить на место R3 не постоянный резистор, а переменный или подстроечный величиной 5-10 Ом. Учтите, что этот резистор должен быть мощностью не менее 2 Вт, а то и больше.

С правого бока схемы можно увидеть три последовательно соединенных резистора. Это аналогия сопротивлений R3, R нагрузки и проводимости транзисторного коллектор-эмиттерного перехода VT1. То есть, как известно при изменении сопротивления на одном из последовательно соединенных резисторах начинает происходить перераспределение электрического напряжения. Если сопротивление нагрузки уменьшится при перегрузке или коротком замыкании, то на ней уменьшится и напряжение. Вместо этого напряжение увеличится на транзисторном переходе и на резисторе R3. Естественно, поскольку R3 соединен параллельно с база-эмиттерным переходом транзистора VT2 (через резистор R2), то увеличенное напряжение резистора R3 начнет открывать транзистор VT2. Резистор R2 нужен для ограничения тока, и более точной настройки величины тока, при котором уже будет происходить токоограничение и защита схемы нагрузки.

В итоге мы имеем такой процесс. Когда ток меньше порога срабатывания этой схемы (зависящий от величины сопротивления R3), то VT2 закрыт, а VT1 открыт, на нагрузку поступает сила тока в полном объеме. А когда ток в цепи нагрузки становится выше порогового, то происходит закрытие силового транзистора и тем самым начинает ограничиваться ток нагрузки, вплоть до полного отключения питания от нагрузки. Как видно на схеме имеется светодиод. Когда VT2 начинает открываться, то и через светодиод начинает протекать ток. Светодиод начинает светиться, сигнализируя о том, что ток нагрузки достиг величины срабатывания защиты и начало происходить токоограничения в питании нагрузки.

Как видно, все очень просто и понятно. Схема полностью работоспособна. Она проверена годами и многими электронщиками и радиолюбителями. Подобный вариант токовой защиты от перегрузки и КЗ широко используется при изготовлении самодельных блоков питания. И этот узел защиты ставиться на выходе имеющегося блока питания, ранее не имеющего подобной токовой защиты. Величина входного напряжения может быть в пределах от 3 до 15 вольт, хотя можно подавать и больше, при этом нужно будет подобрать более подходящие компоненты схемы для корректной ее работы.

Видео по этой теме:

P.S. Данную схему защиты от перегрузки по току и короткого замыкания можно ставить на любые блоки питания, не имеющие ее. А также и на саму нагрузку, что дополнительно обезопасит ее и имеющийся БП от выхода из строя последнего. По размерам данная схема получится вполне небольшой, так как ее компоненты имеют небольшие габариты. Тем более если использовать SMD компоненты. Так что берите себе на заметку эту простую схему и при необходимости собирайте ее.

Защита от перегрузки по току в системах переменного тока

Защита от перегрузки по току в системах переменного тока

Получите ввод для защиты от перегрузки по току и OCPD (устройства защиты от перегрузки по току).

В этой статье мы рассмотрим типы перегрузки по току, какие устройства максимальной токовой защиты и их место в электрической цепи.

Типы перегрузки по току

Три основные категории или типы перегрузки – перегрузка, короткое замыкание и замыкание на землю.

Перегрузка по току

Перегрузка по току самоопределяется: любой ток, превышающий ток номинальной нагрузки, является, по сути, перегрузкой. Перегрузка возникает, когда для передачи тока нагрузки, превышающего номинальную нагрузку проводников цепи, требуется электрическая цепь, будь то по оригинальной конструкции нового контура или путем изменения существующей схемы.

Например, схема ответвления на 20 ампер изменяется с дополнительной лампой, которая увеличивает ток нагрузки до 22 ампер: это будет перегрузка схемы.

Условия перегрузки могут возникать на уровне обслуживания, фидера или ответвления электрической системы распределения электроэнергии здания.

Электрическая перегрузка по току также возникает, когда двигатель механически перегружен. Это может быть вызвано избыточным трением внутри его внутренних поверхностей подшипников, избыточным теплом (из-за высокой температуры окружающей среды или другого отказа), или связыванием или какой-либо другой механической перегрузкой в ​​используемом им оборудовании для утилизации. Перегрузка – это контролируемая сверхтоковая ситуация, обычно низкая.

Ток короткого замыкания

Токи короткого замыкания (а также токи замыкания на землю, которые мы будем касатьться дальше) представляют собой перегруженные токи большой величины, которые, по сути, создают низкое сопротивление параллельно импедансу подключенной нагрузки (я). Максимальный ток короткого замыкания обычно включает случайное перекрестное соединение, по меньшей мере, двух проводников цепи (питание и возврат). Это накладывает короткое замыкание на обмотку трансформатора питания.

На рисунках 1 и 2 представлены более общие принадлежности трансформатора к конструкции.

На рисунке 1 показан чертеж однофазного переменного, 3-проводного, 120/240-вольтового питания здания, такого как дом или небольшой промышленный объект). Одна первичная обмотка в трансформаторе поставляет (по индукции) две 120-вольтовые обмотки, соединенные последовательно во вторичной обмотке. Нагрузка на оборудование-загрузчик будет работать при напряжении 240 вольт при подключении между двумя концами двух последовательно соединенных 120-вольтовых обмоток.

Нагрузка на утилизацию оборудования будет работать при напряжении 120 вольт при подключении между двумя концевыми последовательно соединенными 120-вольтовыми обмотками и третьим проводом, общим для двух обмоток (см. Рис. 1).

Рисунок 1. Соотношения напряжений трех питающих линий от вторичной обмотки однофазного переменного тока

Трехфазная система распределения электрической энергии переменного тока, как показано на рисунке 2, обычно имеет более высокое значение максимальной токовой защиты от короткого замыкания, поскольку короткое замыкание обычно включает более одной однофазной обмотки трансформатора переменного тока.

Рисунок 2. Отношение напряжения четырех питающих линий от вторичной обмотки трехфазного переменного или коммерческого силового трансформатора

Перегрузка по току

Перегрузка по току замыкания на землю также является условием короткого замыкания, которое обычно воздействует только на один из проводников цепи и заземленной металлической дорожки качения или электрического распределительного устройства или оборудования для использования.

Перегрузка по току замыкания на землю может произойти только в том случае, если система распределения электроэнергии здания или сооружения относится к заземлению. «Справочник заземление» требует общего соединения одного конца одного или нескольких из однофазных обмоток трансформатора переменного тока (конфигурация трансформатора Уай) к системе заземляющего электрода, создавая оба заземленных и незаземленные проводник цепи / питания.

Величина перегрузки по току заземления обычно меньше величины максимальной токовой защиты от короткого замыкания, доступной от одного и того же трансформатора. Короткое замыкание может быть через две или более однофазные переменные обмотки трансформатора. Перегрузка по току замыкания на землю обычно влияет только на одну однофазную обмотку переменного тока в трансформаторе, подавающем питание в неисправное состояние.

Ток короткого замыкания и замыкания на землю представляют собой избыточные токи большой величины, вызванные случайным параллельным подключением низкого сопротивления к подключенному сопротивлению нагрузки.

Без какого-либо устройства защиты от сверхтоков, установленного последовательно с проводниками цепи, единственным пределом максимального тока неисправности является сопротивление проводника и количество мощности, доступной от трансформатора.

Защита от сверхтока

Как показано на рисунке 3, полная максимальная токовая защита для проводников и подключенной нагрузки может быть обеспечена только предохранителем или автоматическим выключателем, установленным в точке, откуда начинается цепь (или где она получает свое питание).

Если OCPD расположен ниже по потоку от источника питания, то максимальная токовая защита технически подразделяется на короткое замыкание, защиту от замыканий на землю, расположенную вверх по потоку, а также отдельную защиту от перегрузки, расположенную ниже по потоку. Предохранители или автоматические выключатели, расположенные ниже по потоку, обеспечивают полную максимальную токовую защиту для любых цепей или оборудования, расположенного на их стороне нагрузки, обеспечивая при этом только защиту от перегрузки для своей линии или линии со стороны питания.

Рисунок 3. Разделительная максимальная токовая защита трансформаторной цепи

Форма и функция устройств защиты от перегрузки по току

Существует три основных компонента электрической цепи: источник питания, нагрузка и соединение между ними.

Эти три основных компонента дополняются средством управления ВКЛ / ВЫКЛ и средством контроля предельного значения. Оба типа управления ограничивают количество тока, которое может протекать в цепи. Средства управления ВКЛ / ВЫКЛ обычно имеют форму переключателя (ручного, автоматического, электронного или электромеханического). Средством предельного управления обычно является устройство защиты от перегрузки по току, которое на уровне распределения электрической энергии является предохранителем или автоматическим выключателем (как показано на рисунке 4).

Рисунок 4. Устройства защиты от перегрузки по току

Как показано на рисунке 5, система распределения электроэнергии внутри здания или другой структуры имеет три основные классификации: сервис, цепи фидера и ответвительные цепи.

В общем, проводники всех этих цепей должны быть снабжены средством максимальной токовой защиты в точке, где они получают свое электропитание. OCPD должен быть установлен в соответствии с требованиями Национального электрического кодекса. Как проводники, так и подключенная ими нагрузка должны быть защищены от правильной силы тока.

Рисунок 5. Система распределения электроэнергии внутри здания

Номинальная прочность проводников, номинальный ток нагрузки при подключенной нагрузке и размер или грузоподъемность OCPD взаимосвязаны. Ток номинальной нагрузки подключенной нагрузки определяет размер (по номинальной мощности) питающих проводников, а также рейтинг или настройку OCPD.

Точно так же рейтинг или настройка OCPD и номинальная прочность проводников схемы определяют максимальный ток полной нагрузки, который может быть подан из сервисной, фидерной или ветвящей цепи. Любая максимальная величина тока, превышающая номинальную мощность транспортирующих проволок или ток номинальной нагрузки электрооборудования, например, светильники, двигатели или трансформаторы, описывается как перегрузка по току.

Основная цель устройства защиты от перегрузки по току (плавкий предохранитель, автоматический выключатель или какой-либо другой тип устройства ограничения тока) заключается в том, чтобы ограничить температуру проводников цепи до значения, которое не повредит проводники или их изоляцию. Это достигается путем ограничения количества (величины) тока, которое проводники должны передавать. Защита проводников цепи от перегрева путем ограничения количества тока, которое требуется проводникам для передачи, по своей сути защищает поставляемое электрическое распределительное и утилизационное оборудование (подключенная нагрузка) от воздействия перегрузки по току.

Я надеюсь, что эта статья помогла вам лучше понять устройства защиты от перегрузки по току и максимальной токовой защиты. Если вы хотите узнать больше о конкретной теме, касающейся перегрузки по току, поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже.

Схема защиты блока питания и зарядных устройств

Представлена конструкция защиты для блока питания любого типа. Данная схема защиты может совместно работать с любыми блоками питания – сетевыми, импульсными и аккумуляторами постоянного тока. Схематическая развязка такого блока защиты относительна проста и состоит из нескольких компонентов. 

Схема защиты блока питания

 Силовая часть – мощный полевой транзистор – в ходе работы не перегревается, следовательно в теплоотводе тоже не нуждается. Схема одновременно является защитой от переплюсовки питания, перегруза и КЗ на выходе, ток срабатывания защиты можно подобрать подбором сопротивления резистора шунта, в моем случае ток составляет 8 Ампер, использовано 6 резисторов 5 ватт 0,1 Ом параллельно подключенных. Шунт можно сделать также из резисторов с мощностью 1-3 ватт.

Более точно защиту можно настроить путем подбора сопротивления подстроечного резистора. Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока

 ~~~При КЗ и перегрузе выхода блока, защита мгновенно сработает, отключив источник питания. О срабатывании защиты осведомит светодиодный индикатор. Даже при КЗ выхода на пару десятков секунд, полевой транзистор остается холодным

~~~Полевой транзистор не критичен, подойдут любые ключи с током 15-20 и выше Ампер и с рабочим напряжением 20-60 Вольт. Отлично подходят ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные – IRF3205, IRL3705, IRL2505 и им подобные.

~~~Данная схема также отлично подходит в качестве защиты зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, если вдруг перепутали полярность подключения, то с зарядным устройством ничего страшного не произойдет, защита спасет устройство в таких ситуациях.

~~~Благодаря быстрой работе защиты, ее можно с успехом применить для импульсных схем, при КЗ защита сработает быстрее, чем успеют сгореть силовые ключи импульсного блока питания. Схематика подойдет также для импульсных инверторов, в качестве защиты по току. При перегрузе или кз во вторичной цепи инвертора, мигом вылетают силовые транзисторы инвертора, а такая защита не даст этому произойти.

Комментарии
Защита от короткого замыкания, переплюсовки полярноси и перегруза собрана на отдельной плате. Силовой транзистор использован серии IRFZ44, но при желании можно заменить на более мощный IRF3205 или на любой другой силовой ключ, который имеет близкие параметры. Можно использовать ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и другие ключи с током более 20 Ампер. В ходе работы полевой транзистор остается ледяным,. поэтому в теплоотводе не нуждается.

Мощность блока питания довольно приличная, выходной ток доходит до 6-7 Ампер, что вполне достаточно для зарядки автомобильного аккумулятора.

Резисторы шунта выбрал с мощностью 5 ватт, но можно и на 2-3 ватт.

Если все сделано правильно, то блок начинает работать сразу, замыкайте выход, должен загореться светодиодный индикатор защиты, который будет гореть до тех пор, пока выходные провода находятся в режиме КЗ.

Собираем схему индикатора.

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ДЛЯ ЛЮБОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

---

   Это небольшой блок универсальной защиты от короткого замыкания, что предназначен для использования в сетевых источниках питания. Она специально разработана так, чтобы вписаться в большинство блоков питания без переделки их схемы. Схема, несмотря на наличие микросхемы, очень проста для понимания. Сохраните её на компьютер, чтоб увидеть в лучшем размере.

Схема блока защиты БП

   Чтобы спаять схему вам понадобится:

1. 1 – TL082 сдвоенный ОУ
2. 2 – 1n4148 диод
3. 1 – tip122 транзистор NPN
4. 1 – BC558 PNP транзистор BC557, BC556
5. 1 – резистор 2700 ом
6. 1 – резистор 1000 ом
7. 1 – резистор 10 ком
8. 1 – резистор 22 ком
9. 1 – потенциометр 10 ком
10. 1 – конденсатор 470 мкф
11. 1 – конденсатор 1 мкф
12. 1 – нормально закрытый выключатель
13. 1 – реле модели Т74 “G5LA-14”

Подключение схемы к БП

   Здесь резистор с низким значением сопротивления соединен последовательно с выходом источника питания. Как только ток начинает течь через него, появится небольшое падение напряжения и мы будем использовать это падение напряжения, чтобы определить, является ли питание результатом перегрузки или короткого замыкания. В основе этой схемы операционный усилитель (ОУ) включенный в качестве компаратора.

• Если напряжение на неинвертирующем выходе выше, чем на инвертирующем, то на выходе устанавливается “высокий” уровень.
• Если напряжение на неинвертирующем выход ниже, чем на инвертирующем, то на выходе устанавливается “низкий” уровень.

   Правда это не имеет ничего общего с логическим 5 вольтовым уровнем обычных микросхем. Когда ОУ находится в “высоком уровне”, его выход будет очень близким к положительному потенциалу напряжения питания, поэтому, если питание +12 В, “высокий уровень” будет приближаться к +12 В. Когда ОУ находится в “низком уровне”, его выход будет почти на минусе напряжения питания, поэтому, близко к 0 В.

   При использовании ОУ в качестве компараторов, мы обычно имеем входной сигнал и опорное напряжение для сравнения этого входного сигнала. Итак, у нас есть резистор с переменным напряжением, которое определяется в соответствии с током, который течет через него и опорным напряжением. Этот резистор является наиболее важной частью схемы. Он подключен последовательно с питанием выходного. Вам необходимо выбрать резистор, падение напряжения на котором составляет примерно 0.5~0.7 вольт при перегрузке тока, проходящего через него. Ток перегрузки появляется в тот момент, когда схема защиты срабатывает и закрывает выход питания для предотвращения повреждений на нем.

   Вы можете выбрать резистор, используя закон Ома. Первое, что нужно определить, является перегрузка током блока питания. Для этого надо знать максимальный допустимый ток блока питания.

   Допустим, ваш блок питания может выдать 3 ампера (при этом напряжение блока питания не имеет значения). Итак, мы получили Р= 0,6 В / 3 А. Р = 0.2 Ом. Следующее, что вы должны сделать, это рассчитать рассеиваемую мощность на этом резисторе по формуле: Р=V*I. Если мы используем наш последний пример, то получим: Р=0.6 В * 3 А. Р = 1,8 Вт – 3 или 5 Вт резистора будет более чем достаточно.

   Чтобы заставить работать схему, вы должны будете подать на неё напряжение, которое может быть от 9 до 15 В. Для калибровки подайте напряжение на инвертирующий вход ОУ и поверните потенциометр. Это напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от стороны, куда вы поворачиваете его. Значение необходимо скорректировать согласно коэффициента усиления входного каскада 0.6 Вольт (что-то около 2.2 до 3 вольт если ваш усилительного каскада похож на мой). Эта процедура занимает некоторое время, и лучший способ для калибровки это метод научного тыка. Вам может потребоваться настроить более высокое напряжение на потенциометре, так чтоб защита не срабатывала на пиках нагрузки. Скачать файл проекта.

Поделитесь полезными схемами

---

КАК СДЕЛАТЬ МАШИНКУ ДЛЯ ТАТУИРОВОК    Делаем машинку для татуировки своими руками. Само понятие наколки было сформулировано еще в 20- x годов 20 века. На сей день люди накаливают на своем теле все что угодно и платят за ниx большие деньги, но не многие знают, что сама татуировка родилась в зонаx еще 100 лет назад. И сегодня мы будем рассматривать устройство которое позволит делать татуировки профессиональным образом.

---

ИОНИЗАТОР ДЛЯ АВТО       Конструкция ионизатора воздуха достаточно проста. Состоит из высоковольтного преобразователя напряжения. На выходе устройство образуется высокое напряжение с номиналом в несколько десятков тысяч Вольт.

---

СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ      Выпрямленный ток и напряжение на нагрузочном сопротивлении являются пульсирующими. Для сглаживания пульсаций параллельно нагрузочному сопротивлению можно включить конденсатор. Для более совершенного сглаживания пульсации вместо одного конденсатора между выпрямителем и нагрузочным сопротивлением R включают сглаживающий фильтр из элементов L и С.

---

---

САМОДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АВТОАККУМУЛЯТОРОВ    Добрый вечер всем автолюбителям. Наступила зима со всеми своими проблемами и появляется множество проблем связанных с автомобилем, чаще всего с аккумулятором. Как правило старые аккумуляторы быстро разряжаются или теряют часть заряда и не у каждого есть зарядное устройство под рукой.

Схемы устройств релейной защиты и автоматики на переменном оперативном токе

В качестве примера приведено несколько типовых схем устройств РЗА на переменном оперативном токе, применяемых для трансформаторных подстанций типа КТПБ 110/6 – 10 кВ и 110/35/6 – 10 кВ.

Схема организации переменного оперативного тока, цепей управления, сигнализации и телемеханики. Питание цепей осуществляется от трансформаторов собственных нужд. Шинки 1ЕС, 2ЕС, 1ЕН, 2ЕН образуются от шинок обеспеченного питания EY.N, EY.О, питающихся от стабилизатора напряжения TSV1 (рис. 13.5). Схемы выполняются с автоматическим включением резервного источника питания (контакторы KL1, KL2). Питание оперативным током от трансформаторов напряжения применяется для цепей АВР.

Рис. 13.5. Схема организации переменного оперативного тока

Цепи управления, сигнализации, телемеханики. На рис. 13.6 представлена схема управления выключателем. Шинки управления запитываются через автоматический выключатель SF типа АП-50/2 МТ с I= 3,5 I. Включение выключателя может осуществляться как непосредственно ключом управления, так и по цепям АПВ и телеуправления, для чего предусмотрен переключатель положения типа ПКЧЗ-12Е3035. Отключение также может осуществляться по цепям телеотключения, например при АЧР.

Рис. 13.6. Принципиальная схема управления выключателем

Максимальная защита. Поясняющая схема и цепи защиты даны на рис. 13.7. В схеме используются встроенные реле прямого действия РТМ1, РТМ2, промежуточные реле KL1, KL2 типа РП-341, реле  времени КТ типа РВМ-12. Защита выполнена на переменном оперативном токе с дешунтированием катушек отключения. Амперметр РА служит для измерения тока линии.

Рис. 13.7. Принципиальная схема токовых цепей и оперативных цепей максимальной токовой защиты линии 35 кВ

Защиты силового трансформатора 110/6-10 кВ. На  рис. 13.8 представлена поясняющая схема зaщиты, трансформатора, а на рис. 13.9 – токовые цепи и цепи оперативного тока  дифференциальной токовой защиты, максимальной токовой защиты, защиты от перегрузки, реле  обдува трансформатора и реле контроля тока короткозамыкателя. В схеме используются реле типа ДЗТ-11 (KAW1, KAW2), РТ 40/Р5 (KSA1), РТ 40 (KA1-KA4), реле промежуточное РП-321 (KLF1, KLF2), реле времени РВМ 12 (КТ1).

Рис. 13.8. Поясняющая схема защиты силового трансформатора 110/6 – 10 кВ

         

Рис. 13.9. Схема токовых цепей и цепей оперативного тока дифференциальной защиты, максимальной защиты, защиты от перегрузки силового трансформатора 110/6 – 10 кВ

На рис. 13.10 приведена схема цепей оперативного тока газовой защиты трансформатора (контакты KSG1, KSG2) и цепи отключения отделителя и включения короткозамыкателя с использованием блока питания и  заряда конденсаторов типа БПЗ-401 (UGC1) на 220 В, подключаемого к шинкам EY.N, EY.O блоков конденсаторов БК-402 на 80 мкФ и 400 В и БК-401 на 40 мкФ и 400 В.

Рис. 13.10. Схема цепей оперативного тока газовой защиты силового трансформатора 110/6 – 10 кВ и цепи отключения отделителя и включения короткозамыкателя

Включение короткозамыкателя производится от действия защит (контакты KLF3, KLF4) на электромагнит включения короткозамыкателя YAC1-QN1 220 В. Отключение отделителя производится контактом реле блокировки KLB1 с контролем отсутствия тока линии (KSA1) и  тока через короткозамыкатель (КАВ1).

На схеме показаны цепи заряда и разряда блоков конденсаторов, лампы и сопротивления разряда блоков конденсаторов, применяемых в реальной схеме.

Питание газовой защиты по рассмотренной схеме допустимо только при наличии дифференциальной защиты трансформатора.

< Предыдущая		Следующая >

Схема защиты блока питания от короткового замыкания » Паятель.Ру

Большинство самодельных лабораторных источников питания с регулируемым напряжением обеспечивают регулировку напряжения начиная с 23V. При замыкании на нагрузке, естественно, напряжение падает до нуля, каким бы ни было оно установлено. В связи с этими обстоятельствами хочу предложить схему электронного предохранителя (защиты от КЗ на выходе блока питания), в основе которой свойство светодиода светиться при напряжении на нем не ниже 1,5-1,8V.

Схема довольно проста и состоит из оптотранзисторной оптопары. транзисторного ключа и реле с контактами достаточной мощности. Детали VD1-VD4 и С1, – это детали выпрямителя источника питания, поэтому на данной схеме их параметры не приводятся.

Обратите внимание, контакты реле включаются сразу после выпрямителя, но до стабилизатора. Кнопка S1, без фиксации, она служит для запуска источника питания (после включения питания её нужно нажать и отпустить), а так же. для возобновления работы после устранения короткого замыкания в нагрузке.

Питание на светодиод оптопары поступает с выхода стабилизатора, через токоограничительное сопротивление R1. Величина этого сопротивления должна быть такой, чтобы при максимальном выходном напряжении ток через светодиод оптопары не превышал допустимого максимума, а при минимальном напряжении не было самопроизвольного срабатывания защиты.

После включения источника питания контакты реле разомкнуты, и питание на стабилизатор не поступает. Чтобы начать работу нужно нажать пусковую кнопку S1. Ток через неё поступит на стабилизатор, и на его выходе появится некоторое напряжение (не менее 2V).

Этого напряжения будет достаточно для зажигания светодиода опотопары. Её транзистор откроется, а вслед за ним откроется ключ VT1, который пропустит ток на обмотку реле К1. Контакты реле замкнутся. После этого можно отпустить кнопку S1, — ток на стабилизатор теперь будет поступать через контакты реле.

При возникновении короткого замыкания в нагрузке напряжение на выходе источника, естественно, упадет ниже 1,5V. Светодиод оптопары погаснет (либо его яркость свечения станет недостаточной), и транзистор оптопары, а также транзистор VT1, закроются.

Контакты реле разомкнутся и отключат стабилизатор от выпрямителя. После устранения короткого замыкания восстановить работу источника можно нажатием пусковой кнопки S1.

Реле следует выбирать исходя из максимального тока в нагрузке, а мощность ключевого транзистора, – исходя из номинального тока обмотки реле.

Микросхема LTC4366: надежная защита от скачков напряжения до 500 В

29 Июн 2017

Авторы статьи

Вячеслав Гульванский, Дмитрий Каплун, к. т. н., Юрий Сердитов, Павел Башмаков [email protected]

(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №1 2017)

Скачать статью в формате PDF (220 КБ)

---

В транспортных средствах электроника сталкивается с уникальными проблемами, основной из которых является работа при кратковременных всплесках электроэнергии. Без должной схемы защиты скачки напряжения способны моментально вывести аппаратуру из строя. Из-за сложностей с неустойчивым питанием в этой области были разработаны стандарты, устанавливающие регламенты для электрических систем, действующих от источников питания 12 В и 28 В в различных транспортных средствах. Проектирование систем, устойчивых к скачкам напряжения и связанным с ними переходными процессами, обычно требует больших и дорогих пассивных компонентов. Подавляющая скачки напряжения линейка продуктов от компании Linear Technology не только предназначена для защиты систем от подобных скачков, но и способна сократить стоимость и размер решения.

 

Традиционные способы, позволяющие устранить скачки напряжения, — это подавления с помощью индуктивностей, конденсаторов, разрядников и предохранителей. Компания Linear Technology создала микросхему LTC4366, защищающую электронные системы от скачков напряжения свыше 500 В интеллектуальным регулированием через транзистор с диапазоном рабочих температур –40… +150 ° С. Главной особенностью данной схемы является «плавающая» топология, способная работать с высокими напряжениями независимо от максимально допустимых напряжений внутренних цепей микросхемы. Два внутренних параллельных стабилизатора соединены с внешними резисторами, образуя цепь питания микросхемы. Максимальное напряжение скачков ограничивается параметрами внешних резисторов и транзистора. Микросхема LTC4366 — первый продукт подобного класса, способный, к примеру, предохранить 12-В цепь от скачков напряжения до 500 В без использования дополнительных защитных компонентов.

«Плавающая» топология позволяет LTC4366 функционировать в широком диапазоне входных напряжений 9–500 В. Хорошо регулируемый выход обеспечивает гибкость контроля уровня выходного напряжения, не влияя на работу системы. Суммарное потребление во включенном состоянии не превышает 20 мкА. Применение этой микросхемы снижает затраты при производстве низковольтного оборудования, поскольку исчезает потребность в высоковольтных компонентах. Микросхемы изготавливаются в 8-выводных корпусах TSOT-23 и DFN (размер 3×2 мм).

 

Существующие разновидности

Выпускаются две версии LTC4366, отличающиеся друг от друга реакцией на неисправности. После того как неисправность устранена, LTC4366-1 выключается, в то время как LTC4366-2 автоматически повторяет попытку включения. LTC4366-1 и транзистор остаются выключенными до того момента, пока контакт SD не будет переведен в низкий уровень (LOW), а затем в высокий (HIGH). Данной операцией стирается ошибка, а затем LTC4366-1 включает транзистор. LTC4366-2 ожидает 9 с, потом автоматически стирает все ошибки и перезапускается.

Существует возможность изменения времени выключения питания из-за скачка напряжения. Настраиваемый таймер неисправности ограничивает рассеивание мощности на внешнем транзисторе. Во время «ошибки» по питанию на контакт TIMER подается ток, заряжающий конденсатор (С_T). Это позволяет работать транзистору в нижних зонах SOA-диаграмм. Путем регулирования скорости нарастания выходного напряжения на контакте GATE пусковое ограничение исключает выбросы тока, проходящие через транзистор на выход.

В выключенном режиме LTC4366 отключает внешний транзистор, соединяя контакты GATE и OUT вместе с коммутацией на транзистор, что позволяет уменьшить потребление тока до значения, не превышающего 20 мкА. В автомобильной промышленности низкий ток отключения минимизирует разряд аккумулятора при стоянке в течение долгого времени, а в портативной электронике позволяет дополнительно сохранить заряд батареи.

 

Режимы работы

Плата LTC4366 имеет три режима работы: старт, рабочий и регулирование. В рабочем режиме и режиме регулирования микросхема получает большую часть своей мощности с выхода платы, таким образом транзистор изолирует скачок напряжения от контактов питания микросхемы. Соответственно, можно поднять напряжение до напряжения пробоя внешнего транзистора.

В режиме старта протекающий ток номиналом 15 μA течет через резистор R_IN, где половина напряжения предназначена для подачи на затвор, а другая половина используется в качестве тока смещения. При подаче напряжения с контакта GATE внешний транзистор подает питание на контакт OUT (рис. 1). Данные события переводят микросхему в рабочий режим, где выход достаточно высок для питания схемы с накачкой заряда, которая управляет затвором транзистора.

Как только на микросхему LTC4366 поступает питание, она готова к защите нагрузки от мгновенного перенапряжения. Защита нагрузки происходит в режиме регулирования при помощи усилителя регулирования перенапряжения, подключенного к источнику напряжения 1,23 В. Если падение напряжения в резисторе обратной связи R_FB1 превышает 1,23 В, усилитель регулирования опускает напряжение затвора, чтобы вернуть напряжение R_FB1 к значению 1,23 В. Это позволяет отношению R_FB1/R_FB2 установить выходное напряжение на заданном уровне (рис.1).

Рис. 1. Функциональная схема LTC4366

Во время контроля скачков напряжения избыточное напряжение падает на транзисторе. Для предотвращения перегрева транзистора микросхема LTC4366 ограничивает время контроля перенапряжения, используя внутренний таймер, подключенный к контакту TIMER. Контакт заряжается током номиналом 9 μA, пока напряжение не превысит 2,8 В. В этот момент он устанавливает ошибку перенапряжения, транзистор выключается, и микросхема переходит в 9-с период. При охлаждении транзистора напряжение с контакта GATE подключается к контакту OUT.

В начале пуска, во время завершения работы или после ошибки перенапряжения контакт GATE замыкается на контакте OUT, тем самым отключая транзистор. Это позволяет замкнуть контакты V_SS и OUT на «землю» при помощи выходной нагрузки и R_SS. В таком состоянии контакт V_DD замыкается через 12-В шунтирующий регулятор на V_SS. Полное напряжение питания –12 В подается на RIN, который устанавливает шунтирующий ток, достигающий 10 мА — на несколько порядков выше, чем типичный для V_DD ток покоя номиналом 9 μA.

 

Ошибка перенапряжения

Как правило, внешний транзистор полностью включен, питая нагрузку с очень небольшим падением напряжения. По мере увеличения входного напряжения, напряжение на выходе также увеличивается, пока не достигнет точки регулирования (V_REG). С этой точки дальнейшее увеличение напряжения сбрасывается на транзисторе. Транзистор не выключается, так как LTC4366 разрешает продолжить работу в течение короткого времени перенапряжения.

Рис. 2. Схема включения для защиты от скачков при входном напряжении 28 В

LTC4366 имеет два регулятора в сочетании с внешним резистором для отработки перенапряжения, R_SS и R_IN, для генерирования внутреннего питания на выводах V_DD и OUT. Это шунтирующее внутреннее питание позволяет защитить от перенапряжения при неограниченных высоковольтных переходных процессах, независимо от номинального напряжения внутренней электрической схемы LTC4366.

Когда напряжение на выходе больше или равно V_REG, запускается таймер, предотвращающий чрезмерное нагревание транзистора. Обычно TIMER удерживается на низком уровне с током 1,8 μA. Во время регулирования TIMER заряжается током 9 μA. Если режим регулирования держится достаточно долго, чтобы на контакте TIMER оставалось напряжение большее или равное 2,8 В, микросхема генерирует ошибку превышения напряжения.

После ошибки перенапряжения микросхема позволяет транзистору остыть и запустить питание заново (LTC4366-2), или выставляется уровень на контакте SD, пока на микросхему не будет подана команда перезапуска (LTC4366-1).

Правильный выбор R_SS резистора (рис. 2) является важным фактором. Во время перенапряжения выходной контакт OUT находится под напряжением регулирования (V_REG), а напряжение на R_SS соответствует V_REG –5,7 В. Большое различие между минимальным напряжением питания и напряжением регулирования может потребовать сопротивления R_SS с высокой номинальной мощностью.

Полное напряжение питания –12 В может появиться на сопротивлении R_IN во время перенапряжения. Обычно R_IN в несколько раз больше, чем R_SS, что позволяет снизить требования к мощности и физическим размерам R_IN.

 

Применение

Высоковольтное применение

Рис. 3. Защита от высокого переменного напряжения

На рисунке 3 представлена схема, которая выпрямляет напряжение 110 В AC до 160 В DC и защищает нагрузку от случайного подключения к 220 В AC, ограничивая выходной сигнал до 200 В DC.

Данная схема может работать в диапазоне 100–800 В на входе, где напряжением пробоя транзистора служит максимальное входное напряжение. Во внутреннюю схему с накачкой заряда встроен 0,47-μF шунтирующий конденсатор (C₁), что обеспечивает хорошую устойчивость к шумам при перепадах напряжения.

 

Автомобильное применение

На рис. 4 показана электрическая схема, которая защищает от обратного напряжения и применяется в автомобильных задачах. Когда положительное напряжение сначала подается на вход, D3 и база-коллектор узла Q2 позволяют получать М2 входное напряжения минус падение напряжение на двух диодах. Диод M2 передает мощность на LTC4366. После подачи питания на LTC4366 напряжение поступает на M1 и M2. Транзисторы M1 и M2 обеспечивают низкий импеданс нагрузке. Во время перенапряжения D1 блокирует избыточное положительное напряжение питания на входе, подходящего к контакту GATE LTC4366. D4 устраняет протекание тока через R6, когда вход положительный. D3 предотвращает пробой между эмиттером и базой Q2, если к входу подключено питание.

Во время отрицательного входного напряжения Q2 включается, когда ток от R6 усиливает прямое падение напряжение диодов на R5. Q2 удерживает затвор M2 на входном напряжении, что приводит к выключению M2.

Рис. 4. Включение при применении в автомобильных задачах

 

Заключение

Продукты ограничения скачков напряжения компании Linear Technology, использующие транзисторы для блокировки входных скачков и пиков высокого напряжения, обеспечивают бесперебойное питание по всей схеме. Блокирование напряжения групповыми компонентами позволяет избежать перегорания предохранителей и повреждений, возникающих при попытке микросхемы подать большую мощность на «землю» при помощи громоздких пассивных компонентов. Если при максимальном рассеивании переходных процессов(например, при скачке напряжения) превышаются возможности одного полевого транзистора, можно создать группу из нескольких транзисторов, что позволит поддерживать более высокие уровни мощности.

LTC4366 идеальна для жестких промышленных, автомобильных и авиационных применений, когда система должна функционировать при ощутимых перепадах и скачках напряжения. Примерами подобных применений могут служить цепи защиты с высоковольтным питанием, защита от переходных процессов электрического двигателя или защита от неправильного подключения к источникам питания.

Защита от перегрузки по току – обзор

•

Защита от короткого замыкания —Проверьте работу встроенного устройства защиты от перегрузки по току для блоков и ячеек с помощью жесткого короткого замыкания менее 1 секунды за 10 минут.

•

Защита от перезарядки – Зарядка происходит с постоянной скоростью тока, продолжаясь до тех пор, пока проверяемое оборудование не прервет зарядку путем автоматического отключения главных контакторов.Тест прекращается, когда уровень SOC превышает 130% или когда уровень температуры элемента превышает 55 ° C. Сбор данных / мониторинг должны продолжаться в течение 1 часа после остановки зарядки.

•

Защита от переразряда —Тестирование функциональности защиты от переразряда. Система управления батареями должна прерывать ток сверхразряда, чтобы предотвратить дальнейшие серьезные события, связанные с проверяемым оборудованием, вызванные током избыточного разряда. Испытание на разряд прекращается вручную, если было достигнуто 25% от номинального уровня напряжения или 30 минут после прохождения нормальных пределов разрядки проверяемого оборудования.Измерения включают напряжение, ток и температуру в зависимости от времени и сопротивления изоляции между корпусом проверяемого оборудования и положительной и отрицательной клеммами до и после испытания.

•

Тест на осушение – моделирует использование системы / компонента в условиях высокой влажности окружающей среды. Устранение неисправностей, вызванных электрическими неисправностями, вызванными влажностью.

•

Испытание на тепловой удар – для определения устойчивости проверяемого оборудования к резким изменениям температуры.Испытание требует определенного количества температурных циклов, которые начинаются при комнатной температуре, за которыми следуют циклы высокой и низкой температуры. Рассматриваемые виды отказов – это электрические и механические неисправности, вызванные ускоренным циклическим изменением температуры.

•

Вибрация – Проверка на неисправности и отказы, вызванные вибрацией – случайной вибрацией, вызванной движением по неровной дороге, а также внутренней вибрацией трансмиссии. Основные неисправности, которые должны быть идентифицированы этим испытанием, – это обрыв и потеря электрического контакта.

•

Shock – Испытание применимо к пакетам и системам, предназначенным для установки в жестких точках кузова или на раме транспортного средства. Нагрузка возникает, например, при наезде на бордюрный камень на большой скорости. Режим отказа – это механическое повреждение компонентов из-за возникающих в результате высоких ускорений.

•

Crush – для характеристики реакции ячейки на внешние силы нагрузки, которые могут вызвать деформацию упаковки.

•

Drop – моделирует механическую нагрузку во время обслуживания, когда аккумуляторная система снята с автомобиля. Во время испытания и в течение 1-часового периода наблюдения после испытания аккумуляторная система не должна иметь признаков возгорания или взрыва.

•

Краш-тест – моделирует инерционную нагрузку, которая может возникнуть во время аварии автомобиля.

•

Контакт для точечной нагрузки – моделирует контактную нагрузку, которая может возникнуть во время аварии транспортного средства.

•

Погружение в воду – Испытания на устойчивость к сценариям погружения в воду, которые могут возникнуть при затоплении транспортного средства.

•

Тепловая нагрузка – моделирует тепловую нагрузку, которая может возникнуть при пожаре транспортного средства.

•

Система охлаждения – повторяет системный отказ терморегулятора / охлаждения аккумуляторной батареи или системы.

Примечание: Испытания на раздавливание и проникновение, проведенные на аккумуляторных блоках, привели к зарегистрированным событиям теплового разгона на испытательных объектах в Европе, последствия которых становятся более потенциально опасными при проведении в замкнутом пространстве здания.Использование приспособленных для этой цели уличных снегоходов может показаться разумной процедурой, особенно при испытании единиц нового химического состава или конфигурации.

Функции и особенности устройств защиты от перегрузки по току

В электроэнергетической системе перегрузка по току или перегрузка по току вызывают отказ или неисправность. Это больше, чем предполагалось, электрический ток, который существует в проводниках цепи, что приводит к чрезмерному выделению тепла и риску возгорания или повреждения оборудования.

Возможные причины перегрузки по току включают:

• Перегрузка
• Неправильный дизайн
• Короткие замыкания
• Дуговые замыкания
• Замыкания на землю

Электрическая терминология для защиты от сверхтоков

Электрическая терминология важна для лучшего понимания функций и характеристик максимальной токовой защиты.

• Пропускная способность : Максимальный ток в амперах, который проводник может непрерывно выдерживать в условиях эксплуатации без превышения его температурного номинала.Допустимая нагрузка на проводник зависит от условий использования, а также от номинальной температуры изоляции проводника.
• Перегрузка по току : Любой ток, превышающий номинальный ток оборудования или допустимую нагрузку на проводник. Это может быть результатом перегрузки, короткого замыкания или замыкания на землю. Они могут возникать в результате нормальных условий, таких как запуск двигателя, или аномальных условий, таких как неисправность.
• Перегрузка : Эксплуатация оборудования с превышением номинальной номинальной полной нагрузки или проводника с превышением номинальной допустимой токовой нагрузки, которая, если сохраняется в течение достаточного периода времени, может вызвать повреждение или опасный перегрев.Важно отметить, что перегрузка не является неисправностью. Пример распространенной перегрузки – когда в цепи слишком много устройств. Автоматический выключатель можно сбросить, как только цепь разряжается, просто отсоединив приборы от розетки (розеток).
• Короткое замыкание : Неисправность, обычно возникающая из-за пробоя изоляции и неправильного обслуживания оборудования.
• Замыкание на землю
• Дуговое замыкание
• Болтовая неисправность

Устройства максимальной токовой защиты

Стандартные предохранители и автоматические выключатели обычно используются в устройствах защиты от перегрузки по току (OCPD) для управления перегрузкой по току (перегрузка и неисправности).Производители автоматических выключателей специально обращаются к дуговому замыканию и замыканию на землю в своих индивидуальных конструкциях.

Автоматические выключатели

GFCI предназначены для обнаружения дисбаланса в 5 миллиампер между однополюсными автоматическими выключателями – L1-N или двухполюсными автоматическими выключателями – L1-L2.

• GFCI предназначены для использования во влажных помещениях.
Автоматические выключатели
• AFCI предназначены для обнаружения и реагирования на дугу низкого уровня, указывающую на повреждение проводников ответвленной цепи.
• AFCI предназначены для использования в жилых помещениях.

Следует соблюдать осторожность при сбросе неисправности короткого замыкания; более тщательная оценка причины неисправности имеет решающее значение. Устранение неисправности может потребовать проверки квалифицированным специалистом, чтобы гарантировать безопасную работу без опасности возгорания и поражения электрическим током.

Статья 240 Национального электротехнического кодекса (NEC) содержит требования к выбору и установке устройств защиты от сверхтоков (OCPD) в зависимости от вашего приложения.

Устройство защиты от сверхтоков: предохранители и автоматические выключатели

Устройства защиты от перегрузки по току должны обеспечивать защиту сервисных, фидовых и параллельных цепей и оборудования.Это должно выполняться во всем диапазоне сверхтоков от номинального тока до отключающей способности.

Устройства максимальной токовой защиты для обслуживания, фидера и параллельной цепи поставляются с номиналом цепи прерывания тока короткого замыкания с отметкой AIC. Рейтинг AIC должен соответствовать предполагаемому использованию, но не менее 5000 ампер.

Устройства защиты от перегрузки по току, такие как предохранители и автоматические выключатели, имеют временные / токовые характеристики (TCC), которые определяют время, необходимое для устранения повреждения для данного значения тока повреждения.Если цепь не разомкнута, чрезмерный ток приведет к перегреву изоляции проводов, сожжению проводов и, возможно, к возгоранию электрического тока.

Предохранители

Предохранители

бывают разных типов и размеров в зависимости от области применения; предохранители одноразовые OCPD. Обычно считается, что они реагируют в шесть раз быстрее в случае отказа автоматического выключателя, хотя его необходимо заменить после возникновения перегрузки по току (короткого замыкания или перегрузки).

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели, как и предохранители, предназначены для обнаружения чрезмерного тока и реагирования на него.Эта реакция известна как «отключение», что означает размыкание цепи из-за перегрузки по току. Автоматические выключатели восстанавливаются после перегрузки по току (неисправности или перегрузки).

Правильный выбор OCPD основан на устройстве, ближайшем к неисправности, которая начинает работать до следующего устройства в восходящем направлении. Например, любая неисправность в ответвленной цепи должна размыкать автоматический выключатель ответвления, а не максимальную токовую защиту фидера.

Чтобы узнать больше о функциях и характеристиках устройств защиты от сверхтоков, а также других электрических устройств и о том, как решать проблемы, связанные с ними, ознакомьтесь с курсом SkillMill ™ Electrical Devices.

Чад Суси

Interplay Learning Electrical Expert

Чад – специалист по электрике Interplay и старший электрик. На протяжении всей своей карьеры Чад развивался как профессионал-электрик, в начале своей карьеры он занимался ремонтом / электромонтажом домов на предприятиях контроля качества / вводом в эксплуатацию, попутно оттачивая свои навыки во всех аспектах торговли электроэнергией. Он перешел в свою карьеру через жилые, коммерческие и промышленные объекты, а в 2012 году расширил свою миссию и стал обучаться на протяжении всей жизни, став инструктором по электрике.Он продолжил свой путь в качестве разработчика онлайн-курсов и твердо привержен принципам электробезопасности и здравым теориям обучения взрослых.

Цепь защиты от перегрузки по току – Электротехническая стековая биржа

Если ток через R1 равен 500 мА, то падение напряжения на нем будет:

$$ E = IR = 0,5A \ times 1 \ Omega = 0,5 \ \ text {volt} $$

Затем, поскольку напряжения на U1A-4 и 5 должны быть равны, U1A должен управлять своим выходом, пока не достигнет:

$$ Vout = \ frac {Vin \ times {(R3 + R4)}} {R4} = \ frac {0.5V \ times {(100k \ Omega + 25k \ Omega)}} {25k \ Omega} = \ \ text {2,5 вольт.} $$

При равных резисторах в делителе напряжения R5R6 они подадут половину Vcc, 2,5 В на вход + компаратора IC1B.

Затем, пока IC1A-2 остается ниже IC1B-6, IC1B-1 будет оставаться на высоком уровне, сигнализируя «NO OVERLOAD».

Если, однако, есть перегрузка и IC1A-5 ​​поднимается выше 0,5 вольт, IC1A-2 и IC1B-6 поднимутся выше 2,5 вольт, приводя выход IC1B в низкий уровень, сигнализируя «OVERLOAD».

Ура !, ваша схема работает, но, как вы заметили, сигнал ПЕРЕГРУЗКИ прерывистый, потому что на входе подается переменный ток.

Я как-нибудь сегодня выложу альтернативную схему.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Поскольку вы решили использовать защелку или что-то подобное, чтобы отключить источник питания, когда выходной импульс становится низким, альтернативной схемы не требуется.

Ваша последняя схема работает, но, как заметил кто-то другой, соединения источника постоянного тока с операционными усилителями и компараторами не показаны, и – даже если вы упомянули об этом в тексте – это может сбивать с толку; особенно с операционными усилителями, использующими минус пять вольт, и компараторами, использующими землю для входов низкой мощности.

Возникает вопрос относительно номинала нагрузочного резистора R1 на моей схеме и также существует проблема с настройкой усиления операционного усилителя, поскольку опорное напряжение 2,5 В для компараторов – это постоянный ток, а измеряемый вход переменного тока – среднеквадратичное значение.

Более конкретно, если ток через R1 и R2 предполагается равным 500 миллиампер, когда напряжение на них равно 12 вольт, среднеквадратичное значение, тогда из закона Ома:

$$ R = \ frac {E} {I} = \ frac {12V} {0.5A} ​​= \ text {24 Ом.} $$

Если R2 равен 1 Ом, то падение напряжения на нем будет:

$$ E = IR = 0.5A \ times 1 \ Omega = 0,5 \ text {вольт, RMS.} $$

Так как отношение пикового значения к среднеквадратичному значению для чистой синусоидальной волны равно \ $ \ sqrt {2} \ $, пиковое напряжение на R2 будет составлять 0,707 В при токе через него 500 мА (среднеквадратичное значение).

Затем, поскольку точка срабатывания постоянного тока U2A и B установлена ​​на 2,5 вольта (Vcc / 2 в силу делителя напряжения R7R8), коэффициент усиления U1A должен быть установлен таким образом, чтобы при 500mARMS через R2 и падении 0,7 вольт, пик, на выходе U1A будет 2,5 вольта.

U1A – инвертирующий усилитель с биполярным питанием, коэффициент усиления по напряжению определяется выражением:

$$ Av = \ frac {R4} {R3} $$

Итак, поскольку мы должны сгенерировать вывод с 2.Пик 5 вольт, когда на входе 0,7 вольта, пик, нам нужно усиление:

$$ Av = \ frac {Vout} {Vin} = \ frac {2.5V} {0.7V} \ приблизительно 3.6, $$

и произвольно выбрав R4 на уровне 100K, значит, R3 должен быть около 28k.

В любом случае, я взял на себя смелость перерисовать вашу схему ниже, используя LTspice. схематический редактор с изменением резистора усиления R3 и измененным резистором нагрузки, чтобы пропускать через него 500 мА с напряжением 12 В, среднеквадратичное значение на нем.

Наконец, LTspice.asc находится здесь, если вы хотите поиграть со схемой.

Защита от перегрузки по току цепи – журнал IAEI

Время считывания: 15 минут.

Устройства максимального тока защищают проводники цепи и изоляцию проводов от перегрева. Они также ограничивают ущерб, связанный с перегревом и неисправностями оборудования, расположенного ниже по потоку. Плавкие предохранители выполняли эту функцию в первые дни распространения электроэнергии, но с начала 1900-х годов доступны автоматические выключатели все большей сложности.В этой статье основное внимание уделяется автоматическим выключателям и описывается широкий спектр доступных устройств. Основное внимание уделяется низковольтному жилому, промышленному и коммерческому оборудованию, где напряжение в цепи колеблется от 120 до 600 вольт. Это область, с которой обычно сталкиваются электрические инспекторы. Жилой район в основном обслуживается одно- и двухполюсными автоматическими выключателями в литом корпусе, в то время как промышленный и коммерческий мир в основном обслуживается более мощными одно- и двухполюсными выключателями и трехполюсными автоматическими выключателями в литом корпусе.В статье также обсуждаются силовые выключатели низкого напряжения и вакуумные выключатели среднего напряжения. В конце статьи приводится краткое описание защитных функций, доступных с помощью электронных расцепителей. К ним относятся расцепители с регулируемыми настройками и встроенным датчиком замыкания на землю, а также автоматические выключатели с возможностью связи с удаленными мониторами, в том числе через Интернет. Электроника также привносит дополнительные функции безопасности в промышленную и коммерческую область, такие как блокировка зон между автоматическими выключателями в литом корпусе и силовыми выключателями, а также дополнительные функции безопасности в жилых помещениях, такие как прерыватели цепи замыкания на землю и прерыватели цепи дуги в сочетании с автоматические выключатели для жилых помещений.

Введение

Рис. 1. Типичный однополюсный автоматический выключатель

изнутри.

Поскольку предметом данной статьи является защита от перегрузки по току, в ней сначала рассматриваются значения слов «перегрузка» и «перегрузка по току». Также имеется краткое описание метода прерывания цепи; а именно гашение дуги в автоматическом выключателе. Затем в документе основное внимание уделяется автоматическим выключателям для жилых помещений, иногда называемым миниатюрными автоматическими выключателями, за которым следует описание промышленных / коммерческих автоматических выключателей в литом корпусе.Сюда входит обсуждение обслуживания выключателя в литом корпусе. Далее приводится описание силовых выключателей низкого напряжения и вакуумных выключателей среднего напряжения. Документ завершается обсуждением роли электроники в защите цепей, включая ссылки на последние разработки в области коммуникационных возможностей через Интернет и упоминание новых устройств безопасности, таких как прерыватели цепи от дугового замыкания.

Максимальная токовая защита и прерывание дуги

Рисунок 2.Типичный диапазон продолжительного тока составляет 15–225 А, а типичные номинальные значения тока короткого замыкания составляют 10–42 кА. Представлены типичные автоматические выключатели для жилых помещений

Все автоматические выключатели имеют основную функцию защиты проводников цепи путем обнаружения и отключения сверхтоков. Такие повреждения могут включать относительно небольшие токи, такие как перегрузки, или большие сверхтоки короткого замыкания, связанные с замыканиями между проводниками. Определения терминов из Национального электротехнического кодекса1 следующие:

Перегрузка по току. Любой ток, превышающий номинальный ток оборудования или допустимую нагрузку на проводник. Это может быть результатом перегрузки, короткого замыкания или замыкания на землю.

Перегрузка. Эксплуатация оборудования с превышением номинальной полной нагрузки или номинальной допустимой нагрузки, которая, если она сохраняется в течение достаточного периода времени, может вызвать повреждение или опасный перегрев. Неисправность, такая как короткое замыкание или замыкание на землю, не является перегрузкой.

Определение перегрузки2 по МЭК дает дополнительную ясность:

Перегрузка .Условия эксплуатации в электрически неповрежденной цепи, вызывающие перегрузку по току.

Рисунок 3. Схема трехфазного выключателя в литом корпусе

Все автоматические выключатели прерывают ток, разделяя токоведущие контакты. Электрическая дуга возникает в последней точке контакта, и в цепи переменного тока эта дуга проводит ток в цепи до тех пор, пока волна тока не пройдет через ноль. Плазма дуги состоит из ионизированного окружающего материала, например воздуха и паров металла, и имеет температуру, превышающую 5000 ° C.Дуга непрерывно получает мощность от цепи, измеряемую напряжением дуги, умноженным на ток дуги, и постоянно теряет мощность из-за теплопроводности, излучения и конвекции. При нулевом токе потребляемая мощность отключается, полярность контактов меняется на противоположную, и существует гонка между факторами, которые имеют тенденцию охлаждать плазму дуги, и факторами, такими как напряжение цепи, которые имеют тенденцию вызывать повторное зажигание дуги. Следует отметить, что управляемые дуги в устройствах максимального тока выполняют чрезвычайно полезную функцию.Если дуга не возникнет во время разъединения контактов, ток в цепи мгновенно упадет до нуля, вызывая высокие перенапряжения в индуктивных элементах, таких как двигатели и трансформаторы. Автоматические выключатели предназначены для прерывания токов короткого замыкания в диапазоне от 10 кА в электрических цепях жилого помещения до 200 кА в промышленных и коммерческих цепях, и большая часть этой конструкции включает управление соответствующей сильноточной дугой внутри автоматического выключателя с гашением дуги и прерывание цепи при нулевом токе.

Автоматические выключатели в литом корпусе для жилых помещений

Бытовые устройства защиты от сверхтоков, такие как миниатюрные автоматические выключатели, предназначены для защиты проводников цепи путем автоматического размыкания до того, как повреждение проводника будет вызвано чрезмерным омическим нагревом в квадрате I. Защита достигается за счет того, что кривая срабатывания выключателя (время-токовая кривая) ниже соответствующих характеристик теплового повреждения проводника. Как и в большинстве автоматических выключателей, заряженная пружина вызывает разъединение контактов при срабатывании механизма.

Рис. 4. Ассортимент промышленных / коммерческих автоматических выключателей в литом корпусе

Выключатели бытовые – это термомагнитные устройства. При слаботочных перегрузках выключатель срабатывает из-за нагрева внутреннего биметалла. На токи короткого замыкания автоматический выключатель должен срабатывать быстрее, а выключатель срабатывает «мгновенно» из-за внутренних магнитных сил. Типичный однополюсный автоматический выключатель изнутри показан на рисунке 1.

Действие теплового отключения достигается за счет использования биметалла, нагреваемого током нагрузки. Биметалл состоит из двух скрепленных вместе металлических полос. Каждая полоса имеет разную скорость теплового расширения. Нагревание биметалла из-за тока перегрузки приведет к изгибу или деформации биметалла. Металл с большей скоростью расширения будет находиться за пределами кривой изгиба. При длительной перегрузке отклоняющий биметалл физически толкает переключающую планку, вызывая разблокировку рабочего механизма.Время, необходимое для изгиба биметалла, разблокировки механизма и отключения автоматического выключателя, изменяется обратно пропорционально току.

Действие магнитного отключения достигается за счет магнитных сил, связанных с высокими токами короткого замыкания. Якорь перемещается в ответ на эти силы, освобождает механизм и вызывает срабатывание прерывателя.

Автоматические выключатели

для жилых помещений соответствуют требованиям UL 4893 и относятся к общей категории4, которая включает одно- и двухполюсные автоматические выключатели с длительным током 225 А или менее и номинальным напряжением 120 В, 127 В, 120/240 В.Эти выключатели могут также использоваться в промышленных / коммерческих приложениях. Типичный диапазон продолжительного тока составляет 15–225 А, а типичные номинальные значения тока короткого замыкания составляют 10–42 кА. Типичные автоматические выключатели для жилых помещений показаны на рисунке 2.

Промышленные / коммерческие автоматические выключатели в литом корпусе

Схема трехфазного автоматического выключателя в литом корпусе показана на рисунке 3. Функция литого корпуса (рамы) заключается в обеспечении изолированного корпуса для установки всех компонентов.Приводной механизм одновременно размыкает и замыкает три набора контактов (обычное размыкание) и приводится в действие подпружиненным механизмом. Пружины заряжаются при перемещении рукоятки сначала в положение «выключено», а затем в положение «включено». Движение расцепителя отключает механизм, а в термомагнитном выключателе это движение снова инициируется либо биметаллом, либо магнитным расцепителем. На рисунке 3 каждый полюс содержит электромагнит, обмотка которого включена последовательно с током нагрузки. Когда происходит короткое замыкание, ток, проходящий через проводник цепи, вызывает быстрое увеличение напряженности магнитного поля электромагнита в выключателе и притягивает якорь.Когда якорь притягивается к электромагниту, якорь вращает расцепляющий стержень, вызывая расцепление механизма и срабатывание автоматического выключателя.

В каждом полюсе обычно есть один неподвижный и один подвижный контакт. При отключении между разделительными контактами возникает дуга, и затем эта дуга регулируется дугогасителями (дугогасителями) с прерыванием при нулевом токе. Промышленные / коммерческие автоматические выключатели в литом корпусе могут быть оснащены множеством функций. Корпуса большего размера часто оснащаются электронными расцепителями, позволяющими лучше контролировать время-токовые отключающие характеристики.Это позволяет, например, точно согласовать между собой последовательно подключенные устройства максимального тока. Электронные расцепители также могут быть разработаны для обнаружения замыканий на землю и токов утечки на землю, а устройства, оснащенные возможностями связи, могут отправлять информацию о состоянии автоматического выключателя и дополнительную информацию, такую ​​как потребление энергии в цепи, на удаленные мониторы или системы удаленного сбора данных.

Все трехполюсные автоматические выключатели, а также одно- и двухполюсные выключатели с номинальным током более 225 А и номинальным напряжением выше 240 В обычно классифицируются4 как промышленные / коммерческие автоматические выключатели.Эти автоматические выключатели также соответствуют требованиям UL 4893. Важной подкатегорией являются автоматические выключатели с ограничением тока, которые спроектированы так, чтобы вызывать чрезвычайно быстрое нарастание дугового напряжения. Эти выключатели4 при работе в пределах своего диапазона ограничения тока ограничивают пропускаемый квадрат I до значения, меньшего, чем квадрат I полупериода симметричного предполагаемого тока короткого замыкания.

Типовые размеры корпуса промышленных / коммерческих автоматических выключателей находятся в диапазоне от 125 до 3000 А, типичное напряжение составляет от 120 до 600 В, а номинальный ток короткого замыкания – от 10 кА до 200 кА.На рис. 4 показан ряд промышленных / коммерческих автоматических выключателей в литом корпусе.

Три основных особенности автоматических выключателей: 1) они являются общими срабатываниями и, следовательно, изолируют все фазы цепи, 2) они могут быть снабжены электронными усовершенствованиями, и 3) их можно многократно сбрасывать без замены. Поскольку автоматические выключатели в литом корпусе не предназначены для размыкания для проверки и технического обслуживания, срок службы и техническое обслуживание этих переустанавливаемых автоматических выключателей будет рассмотрено.

Необходимо техническое обслуживание всех устройств защиты от сверхтоков. Их необходимо содержать в подходящей среде, и их состояние необходимо периодически проверять. В частности, когда устройство защиты от перегрузки по току срабатывает автоматически, надлежащая практика требует, чтобы источник перегрузки по току был локализован, и что состояние устройства защиты от перегрузки по току должно быть проверено до повторного включения цепи. Конкретные требования к обслуживанию выключателя в литом корпусе и связанные с этим соображения относительно срока службы выключателя следующие.

Рис. 5. Типичные рамки силовых выключателей низкого напряжения

При надлежащем обслуживании автоматические выключатели в литом корпусе обеспечивают надежную защиту в течение многих лет. Однако точный срок службы выключателя зависит от его режима работы и окружающей среды. Что касается рабочего режима, для большинства цепей будут периодические условия перегрузки или условия слаботочного замыкания. Здесь срок эксплуатации составит десятки лет.В других цепях время от времени будут возникать сильные замыкания, связанные с током короткого замыкания. Это сократит срок службы автоматического выключателя и может потребовать замены автоматического выключателя. Здесь отмечается, что автоматические выключатели в литом корпусе при оценке в соответствии со стандартом UL 489 «Автоматические выключатели в литом корпусе, переключатели в литом корпусе и корпуса автоматических выключателей» 3 подвергаются условиям замыкания на болтах при максимальном коротком замыкании – текущий рейтинг в двух отдельных тестах. Таким образом, автоматические выключатели имеют ограниченную отключающую способность, а выключатели, которые испытывают несколько коротких замыканий, должны пройти тщательный осмотр с заменой при необходимости.

Что касается воздействия окружающей среды, автоматические выключатели иногда подвергаются воздействию высоких температур окружающей среды, высокой влажности и других условий окружающей среды, которые препятствуют длительной работе. Например, промышленные предприятия могут иметь агрессивную среду или могут быть связаны с запыленной средой, которая может повлиять на рабочие части.

Не предполагается, что автоматические выключатели в литом корпусе разбираются для проверки. Однако состояние автоматических выключателей в литом корпусе можно оценить с помощью NEMA AB4 «Руководства по проверке и профилактическому обслуживанию автоматических выключателей в литом корпусе, используемых в промышленных и коммерческих целях».”5

На этот документ следует обращаться во время периодического технического обслуживания или во время специальной проверки после сбоя, связанного с высоким током короткого замыкания. Документ предназначен для обеспечения надлежащего технического обслуживания автоматических выключателей в литом корпусе и содержит рекомендации по замене автоматического выключателя.

NEMA AB4 разделен на отдельные разделы, посвященные:

• Процедуры проверки
• Профилактическое обслуживание
• Процедуры испытаний
• Процедуры тестирования вспомогательного устройства

Раздел, посвященный процедурам проверки, описывает тепловые и визуальные проверки состояния выключателя.Перегрев автоматического выключателя потребует дальнейшего исследования, а трещины в литом корпусе, безусловно, потребуют замены автоматического выключателя.

Раздел, посвященный профилактическому обслуживанию, гарантирует, что срок службы выключателя не зависит от внешних условий. Цели заключаются в том, чтобы автоматический выключатель работал в чистой окружающей среде, чтобы соединения на выводах были затянуты должным образом и находились в хорошем состоянии, а также чтобы автоматический выключатель был правильно подключен.

Рис. 6. Как показано в разрезе на рис. 6, два контакта расположены напротив друг друга внутри вакуумной оболочки

Раздел, посвященный процедурам испытаний, посвящен неразрушающим испытаниям, которые могут использоваться для проверки конкретных рабочих характеристик автоматических выключателей в литом корпусе: испытание механической работы, испытание сопротивления изоляции, испытание сопротивления отдельных полюсов (испытание на падение милливольт), перегрузка по току с обратнозависимой выдержкой времени. Испытание, испытание на срабатывание при мгновенной перегрузке по току и испытание на удержание номинального тока.Несоблюдение одного или нескольких из этих тестов может привести к замене автоматического выключателя.

Таким образом, после автоматического отключения по току состояние любого защитного устройства должно быть проверено до повторного включения цепи. Для автоматических выключателей в литом корпусе состояние выключателя оценивается без размыкания или разборки выключателя. Для событий отключения, вызванных перегрузками и слаботочными неисправностями, оценка обычно принимает форму визуального осмотра и механической работы.Однако автоматические выключатели, которые испытали несколько коротких замыканий, что подтверждается условиями в источнике сбоев, должны пройти тщательную проверку в соответствии с рекомендациями NEMA AB4. Этот документ также следует использовать для рекомендуемого периодического профилактического обслуживания.

Силовые автоматические выключатели

В целом автоматические выключатели в литом корпусе применяются после силовых выключателей низкого напряжения и предназначены для подключения к цепям, состоящим из изолированных проводов и изолированных кабелей, а не из неизолированных шин.Как упоминалось ранее, основной функцией этих автоматических выключателей в литом корпусе является защита проводника и изоляции проводника, поэтому испытания в стандарте UL 489 включают провод в процедуры испытаний. Напротив, силовые выключатели низкого напряжения обычно подключаются через шинную сеть в распределительном устройстве. Поэтому стандарты ANSI6 включают проводники шин в процедуры тестирования. Другое общее отличие состоит в том, что силовые выключатели низкого напряжения, расположенные на входе, обычно имеют «кратковременный номинальный ток», который позволяет этим автоматическим выключателям оставаться включенными во время устранения повреждения с помощью автоматического выключателя, расположенного на выходе.Это оптимизирует доступность питания для параллельных цепей ниже по потоку, защищенных одним выключателем на входе.

Для силовых выключателей типичные диапазоны постоянного тока составляют 800–5000 А, типичные диапазоны напряжения 240–600 В и типичные диапазоны тока короткого замыкания 40–100 кА. На Рисунке 5 показаны типичные корпуса силовых выключателей низкого напряжения.

Основные различия между силовыми выключателями низкого напряжения и выключателями в литом корпусе заключаются в следующем7:

Силовые выключатели низкого напряжения проходят испытания на «кратковременный рабочий цикл».Это испытание демонстрирует, что силовой выключатель низкого напряжения может оставаться замкнутым (или «удерживаться») в течение не менее 0,5 секунды, в то время как выключатель, расположенный ниже по цепи (фидер), имеет возможность устранить неисправность. Кроме того, главный автоматический выключатель должен продолжать «удерживаться» в том случае, если последующий выключатель впоследствии снова замыкается, неисправность все еще присутствует, и последующий выключатель должен снова размыкаться, чтобы изолировать неисправность.

Низковольтные силовые выключатели

также проходят испытание на «рабочий цикл по току короткого замыкания».Испытание демонстрирует, что главный выключатель низковольтной цепи питания может оставаться включенным в течение не менее 0,5 секунды, в то время как выключатель цепи ниже по потоку (фидер) имеет возможность устранить неисправность, но если ток повреждения сохраняется, главный выключатель должен отключиться и прерывать. Опять же, продолжающееся замыкание главного выключателя обеспечивает бесперебойную подачу электропитания в незатронутые нижестоящие цепи и оптимизирует координацию.

Рис. 7. Типовые выключатели среднего напряжения, использующие технологию вакуумных прерывателей

Силовые выключатели низкого напряжения оснащены механизмами накопления энергии.Это позволяет выполнять последовательности размыкания контактов, повторного замыкания контактов и повторного размыкания контактов, которые могут быть активированы удаленно или локально.

Силовые выключатели низкого напряжения могут обслуживаться и ремонтироваться. Это важно для приложений, в которых замена автоматического выключателя неудобна и важен увеличенный срок службы. Кроме того, эти выключатели используются в основном в выкатных распределительных устройствах. Таким образом, силовые выключатели низкого напряжения обычно конструируются с установленными сзади контактами отключения первичной обмотки, чтобы выключатель мог подключаться и отключаться от штырей первичной цепи в распределительном устройстве.

Силовые выключатели

проходят однополюсные испытания при 87% номинального тока отключения при линейном напряжении. Это отражает возможность возникновения высоких однополюсных токов короткого замыкания в верхней части цепи. В частности, такие автоматические выключатели подходят для трансформаторов с заземленным треугольником.

Оба стандарта UL 1066 и UL 489 охватывают аналогичные диапазоны постоянного тока. Однако, поскольку силовые выключатели низкого напряжения применяются перед выключателями в литом корпусе, и поскольку они обычно питают несколько параллельных цепей ниже по потоку, силовые выключатели низкого напряжения обычно представляют собой устройства с большим постоянным током.

Все силовые выключатели низкого напряжения

рассчитаны на 100 процентов номинального постоянного тока в распределительном устройстве. Для автоматических выключателей в литом корпусе в корпусах максимальный ток цепи составляет 80 процентов от номинального тока, хотя доступны автоматические выключатели со 100-процентным номинальным током.

Вакуумные силовые выключатели среднего напряжения

В низковольтных цепях величина тока короткого замыкания в цепи ограничена напряжением, возникающим на дуге между разделительными контактами.Это дуговое напряжение в десятки или, возможно, сотни вольт может приближаться к напряжению цепи, что приводит к ограничению тока. Однако в цепях среднего напряжения от 2,3 кВ до 38 кВ напряжение дуги мало по сравнению с напряжением цепи, и автоматический выключатель испытывает полный доступный ток короткого замыкания.

Для максимальной токовой защиты среднего напряжения предпочтительной является вакуумная технология. Здесь каждый полюс трехфазного выключателя содержит вакуумный прерыватель обманчиво простой конструкции.Как показано в разрезе на фиг. 6, два контакта расположены напротив друг друга внутри вакуумной оболочки.

В условиях перегрузки по току токоведущие контакты разъединяются, и возникает дуга в парах металла, испаряемых из локальных горячих точек, возникающих на контактах. Ток в цепи проходит через плазму дуги, образованную из паров ионизированного металла. Во время протекания тока происходит постоянное испарение из локальных горячих точек на контактах с постоянной конденсацией ионизированного пара металла на более широких контактных поверхностях и на экране конденсации пара.При нулевом токе подвод энергии к дуге прекращается, и испарение прекращается. Однако потеря межконтактного ионизированного пара продолжается, и состояние вакуума восстанавливается. Далее полярность контактов меняется. Это приводит к быстрому изменению области межконтактного контакта с электрического проводника на изолятор в течение микросекунд при нулевом токе.

Ключевыми моментами в конструкции вакуумного прерывателя являются выбор и создание материала контактов, конструкция контактов для управления дугой и создание вакуумной оболочки, которая поддерживает состояние высокого вакуума в течение десятков лет.На рисунке 7 показаны типичные выключатели среднего напряжения, использующие технологию вакуумных прерывателей.

Электроника в цепи защиты

Термомагнитные расцепители экономичны и компактны. Они используются эффективно и результативно на протяжении многих лет. Их функцию также могут выполнять электронные расцепители. Первое использование электроники в 1960-х годах было связано с защитными реле для автоматических выключателей среднего напряжения. С начала 1970-х годов электронные расцепители все чаще применялись в силовых автоматических выключателях и больших типоразмерах промышленных / коммерческих автоматических выключателей в литом корпусе.Настоящее стремление состоит в том, чтобы сделать электронные расцепители доступными вплоть до типоразмера 250 А и ниже. Преимущество электронных расцепителей состоит в том, что кривые время-ток можно легко регулировать; как для уставок фазного тока, так и для уставок встроенных устройств защиты от замыканий на землю 4. Эта гибкость обеспечивает координацию между последовательно соединенными устройствами защиты от перегрузки по току, так что при возникновении неисправности только устройство, находящееся непосредственно перед повреждением, отключает цепь. Еще одним преимуществом является то, что характеристика срабатывания не зависит от температуры окружающей среды.

Электронные схемы автоматических выключателей также могут иметь возможность связи. Сначала это ограничивалось такими приложениями, как зонно-селективная блокировка. Здесь силовой выключатель на входе настроен на отключение без преднамеренной задержки, но сигнал ограничения срабатывания от автоматического выключателя может заставить силовой выключатель оставаться включенным в течение настроек до 0,5 секунды, максимальной кратковременной продолжительности. Когда неисправность происходит на стороне нагрузки селективно скоординированного выключателя, расположенного ниже по цепи, этот выключатель ниже по цепи сообщает, что неисправность обнаружена, а выключатель питания выше по цепи позволяет выключателю ниже по цепи отключить неисправность.Однако, если неисправность возникает между силовым выключателем и последующим выключателем, сигнал ограничения не поступает от нижнего автоматического выключателя, и силовой выключатель устраняет неисправность без какой-либо преднамеренной задержки.

Коммуникационные возможности теперь используются8 для передачи данных на удаленные мониторы или системы сбора данных. Первоначальная информация ограничивалась статусом открытия / закрытия. За этим последовала информация о «причине отключения», а совсем недавно – данные электрических измерений и полные данные о качестве электроэнергии.Фактически, теперь можно из удаленного места контролировать и диагностировать электрическую ситуацию на промышленном предприятии в целом на основе информации, передаваемой через Интернет.

Достижения в области электроники также повысили безопасность автоматических выключателей для жилых помещений. Прерыватели цепи замыкания на землю доступны уже много лет9, и эти прерыватели цепи, помимо защиты проводки параллельной цепи от сверхтоков, обеспечивают защиту персонала от поражения электрическим током в шнурах и оборудовании, подключенном к розеткам.Прерыватели цепи от дугового замыкания10 были внедрены в течение последних пяти лет. Эти устройства распознают специфические характеристики дугового замыкания и затем прерывают цепь. В сочетании с автоматическими выключателями для жилых помещений и расположенными в начале ответвления цепи, эти AFCI уменьшают влияние электрических дуг в проводке ответвленной цепи и в шнурах, подключенных к розеткам. Также доступны автоматические выключатели для жилых помещений с комбинированной защитой GFCI / AFCI.

Сводка

Автоматические выключатели защищают проводники цепи от перегрузки по току.Для этого сначала обнаруживают перегрузку по току, а затем прерывают перегрузку по току с последующей изоляцией. Термомагнитные расцепители или электронные расцепители определяют перегрузку по току. Прерывание и изоляция достигаются путем зажигания дуги между разделяющими контактами с последующим гашением дуги. Автоматические выключатели в целом можно разделить на низковольтные автоматические выключатели в литом корпусе для жилых помещений, низковольтные промышленные / коммерческие автоматические выключатели в литом корпусе, силовые выключатели низкого напряжения и выключатели среднего напряжения.Можно ожидать, что общая система распределения электроэнергии будет включать в себя выключатели всех классов. Электроника повысила уровень сложности расцепителей, включая возможности связи, и позволила использовать дополнительные функции безопасности, такие как защита от ударов с помощью GFCI и усиленная противопожарная защита с помощью AFCI.

---

1 NFPA 70, Национальный электротехнический кодекс 2002, статья 100, (Национальная ассоциация противопожарной защиты, Куинси, Массачусетс, 2002), стр. 70-37.

2 «Международный стандарт на низковольтные распределительные устройства и устройства управления, Часть 1: Общие правила», Стандарт Международной электротехнической комиссии IEC 60947-1, третье издание, 1999-02.

3 «Стандарт UL по безопасности для автоматических выключателей в литом корпусе, переключателей в литом корпусе и кожухов автоматических выключателей», UL-489, (Underwriters Laboratories, девятое издание), 31 октября 1996 г.

4 «Автоматические выключатели в литом корпусе и их применение», NEMA AB3-2001, (Национальная ассоциация производителей электрооборудования).

5 «Рекомендации по проверке и профилактическому обслуживанию автоматических выключателей в литом корпусе, используемых в промышленных и коммерческих целях», NEMA AB4-2000, (Национальная ассоциация производителей электрооборудования).Признан американским национальным стандартом (ANSI).

6 «Стандарт UL по безопасности для силовых выключателей низкого напряжения переменного и постоянного тока, используемых в корпусах», UL 1066, (Underwriters Laboratories, третье издание), 30 мая 1997 г. Признан американским национальным стандартом (ANSI).

7 Кимблин, К. В. и Лонг, Р. В., «Сравнение требований к испытаниям для низковольтных автоматических выключателей», IEEE Industry Applications Magazine, январь / февраль 2000 г., стр. 45-52.

8 Энгель, Дж. К., Мерфи, В. Д., Оравец, Д.М., «Дистанционный мониторинг автоматических выключателей», Протокол конференции IEEE Industry Applications Conference 1999 г., Феникс, Аризона, октябрь 1999 г., стр.2344-2347

9 «Сверхтоки и минимальные токи – все о GFCI и AFCI», Эрл У. Робертс, (Reptec, Mystic, CT), 2000.

10 Кимблин, К.У., Энгель, Дж. К., и Клэри, Р. Дж., «Прерыватели цепей от дугового замыкания, новая технология электробезопасности в жилых помещениях», Новости IAEI, том 72, номер 4, июль / август 2000 г., с. 26-31.

LTC4361-1 LTC4361-2 Лист данных и информация о продукте

Особенности и преимущества

• 2.От 5 В до 5,5 В Эксплуатация
• Защита от перенапряжения до 80 В
• Для большинства приложений не требуется входной конденсатор или TVS
• Порог перенапряжения 5,8 В с точностью 2%
• Автоматический выключатель максимального тока 50 мВ с точностью 10%
• <1 мкс Отключение при перенапряжении, бережное отключение
• Управляет N-канальным полевым МОП-транзистором
• Регулируемое значение dV / dt при включении питания Ограничивает пусковой ток
• Защита от обратного напряжения
• Мощность Хорошая Выходная
• Отключение при низком токе
• Блокировка (LTC4361-1) или автоматический повтор (LTC4361-2) после перегрузки по току
• Доступен в 8-выводных корпусах ThinSOT ^™ и 8-выводных (2 мм × 2 мм) DFN

Подробнее о продукте

Контроллер защиты от перенапряжения / максимального тока LTC4361 обеспечивает защиту 2.Системы от 5 В до 5,5 В от перенапряжения на входе. Он разработан для портативных устройств с несколькими вариантами питания, включая настенные адаптеры, адаптеры автомобильных аккумуляторов и порты USB.

LTC4361 управляет внешним N-канальным MOSFET последовательно с входным источником питания. Во время переходных процессов перенапряжения LTC4361 отключает полевой МОП-транзистор в течение 1 мкс, изолируя компоненты, расположенные ниже по потоку, от входного источника питания. Переходные процессы в индуктивном кабеле поглощаются полевым МОП-транзистором и нагрузочной емкостью. В большинстве приложений LTC4361 обеспечивает защиту от переходных процессов до 80 В без использования ограничителей переходного напряжения или других внешних компонентов.

LTC4361 имеет отложенный запуск и регулируемое нарастание dV / dt для ограничения пускового тока. Вывод PWRGD обеспечивает хороший контроль мощности для V _IN . LTC4361 имеет плавное отключение, управляемое контактом ON, и управляет дополнительным внешним P-канальным полевым МОП-транзистором для защиты от отрицательного напряжения. При возникновении перенапряжения LTC4361 автоматически перезапускается с задержкой запуска. После перегрузки по току LTC4361-1 остается выключенным, а LTC4361-2 автоматически перезапускается после задержки запуска 130 мс.

Приложения

• Защита USB
• Карманные компьютеры
• Сотовые телефоны / смартфоны
• MP3 / MP4-плееры
• Цифровые фотоаппараты

Общие сведения об устройствах максимальной токовой защиты в параллельных цепях двигателя – Jade Learning

Общие сведения об устройствах максимальной токовой защиты в параллельных цепях двигателя

Автор: Wes Gubitz | 28 февраля 2020 г.

Основная цель этого обсуждения – объяснить, как устройства максимальной токовой защиты определяются для параллельных цепей одного двигателя.Ссылки будут взяты из Национального электротехнического кодекса (NEC) 2020 года. Эти ссылки относятся к обычным применениям с одним двигателем для энергосберегающего двигателя продолжительного режима NEMA Design B, если не указано иное.

В статье 430 представлена ​​однолинейная схема, Рисунок 430.1, , которая показывает части цепи двигателя и где найти информацию по каждой части. Базовое понимание того, как спроектирована ответвленная цепь двигателя, поможет понять, как ответвленная цепь двигателя защищена во всем диапазоне сверхтоков, перегрузок, коротких замыканий и замыканий на землю.Диаграмма, показанная ниже, рис. 1, поможет идентифицировать компоненты ответвленной цепи двигателя по мере их обсуждения.

Рис.1 Схема двигателя

Устройство защиты двигателя от перегрузки, № 5, защищает двигатель и проводники параллельной цепи от чрезмерных перегрузок во время работы двигателя и в случае проблем с запуском двигателя, 430.31 .Устройство защиты от короткого замыкания и замыкания на землю № 2 защищает двигатель от этих токов короткого замыкания.

Устройства защиты двигателя от перегрузки не реагируют немедленно на условия перегрузки по току при типичной работе двигателя, кратковременных условиях перегрузки или запуске двигателя, когда пусковой ток может быть в 6-8 раз больше тока полной нагрузки. Устройство защиты двигателя от перегрузки защищает двигатель и проводники параллельной цепи. Перегрузки обычно составляют 115% или 125% от номинальной полной нагрузки двигателя, указанной на паспортной табличке, и до 130% или 140%, за исключением 430.32 (А) (1), 430,32 (В), 430,6 (А) (2) . Токопроводы параллельной цепи двигателя должны иметь допустимую нагрузку не менее 125% от номинального тока двигателя при полной нагрузке, как определено в 430,6 (A) (1) для одного двигателя, используемого в непрерывном режиме 430,22 . В ссылке 430,6 (A) (1) указано, что допустимая нагрузка на проводники параллельной цепи двигателя определяется с использованием значений, приведенных в таблицах тока полной нагрузки двигателя в конце статьи 430. Ссылка 430.6 (A) (1) также указывает, что эти таблицы, Таблицы 430.247-250 , используются для определения номинальных значений тока переключателей, защиты от короткого замыкания в параллельной цепи и защиты от замыкания на землю .

Таблица тока полной нагрузки двигателя и таблица 430.52 используются для определения максимального номинала защиты от короткого замыкания в параллельной цепи и замыкания на землю. В качестве устройства защиты от короткого замыкания и замыкания на землю может использоваться любое из четырех устройств защиты от перегрузки по току: плавкие предохранители с временной задержкой, двухэлементные (с временной задержкой) предохранители, мгновенные выключатели срабатывания или автоматические выключатели с обратнозависимой выдержкой времени.Вы должны знать тип двигателя, мощность и напряжение питания, чтобы использовать таблицы для определения значения тока полной нагрузки для двигателя.

Ссылка 430.52 (B) устанавливает одно дополнительное правило, которое применяется к устройству защиты от короткого замыкания в параллельной цепи двигателя и замыкания на землю, устройство должно выдерживать пусковой ток двигателя . Пусковой ток для типичных асинхронных двигателей переменного тока может в 6-8 раз превышать ток полной нагрузки. Максимальный номинал устройства защиты от короткого замыкания и замыкания на землю определяется умножением тока полной нагрузки двигателя на процентное значение, указанное в зависимости от выбранного устройства, за некоторыми исключениями: 430.52 (С) (1) и 430,52 (С) (3) .

Первое исключение относится ко всем четырем защитным устройствам. Если значения, рассчитанные с использованием максимально допустимого процента, не соответствуют стандартному размеру или номиналу для предохранителей и нерегулируемых выключателей, можно использовать следующий больший размер, 430,52 (C) (1) Исключение № 1. Мгновенное отключение автоматический выключатель можно использовать только в том случае, если он является регулируемым и является частью перечисленного комбинированного контроллера мотора, 430.52 (C) (3) .

Второе исключение касается того, может ли выбранное защитное устройство выдерживать пусковой ток двигателя.Если номинал защитного устройства недостаточен для запуска двигателя, примените соответствующее исключение из 430,52 (C) (1) Исключение № 2 или 430,52 (C) (3) Исключение № 1 .

Таблица 430.52 Максимум Максимум с исключением

Предохранитель с временной задержкой 300% 400% (не более)

Двухэлементный предохранитель (с выдержкой времени) 175% 225% (не более)

Выключатель с мгновенным срабатыванием 1100% 1700% (не более)

Прерыватель с обратнозависимой выдержкой времени 250% 400% (не более)

Примечание. Указанные проценты относятся к цепям, в которых используются энергоэффективные двигатели конструкции B.

Плавкий предохранитель с выдержкой времени и автоматический выключатель с обратнозависимой выдержкой времени являются наиболее часто используемыми устройствами защиты от короткого замыкания и замыкания на землю в ответвленной цепи двигателя. Они позволяют пусковому току двигателя переключаться с заблокированного ротора на рабочую скорость без продувки или отключения. Предохранитель без выдержки времени и прерыватель мгновенного отключения реагируют на изменения тока мгновенно или с минимальной задержкой и часто срабатывают или срабатывают во время запуска двигателя из-за высокого пускового тока. Различные проценты указаны в таблице 430.52 учитывают эти индивидуальные характеристики.

Ответвительная цепь двигателя защищена от полного диапазона токов с помощью двух устройств максимальной токовой защиты, устройства защиты двигателя от перегрузки и одного из четырех типов устройств защиты от короткого замыкания и замыкания на землю. Правила различаются в зависимости от двигателя и выбранных устройств, но их легче понять и применять, когда есть понимание токов, связанных с асинхронным двигателем переменного тока.

Взято из NEC 2020, приложение D, пример D8:

Определите проводники цепи двигателя, защиту от перегрузки и защиту от короткого замыкания и замыкания на землю для одного трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 25 л.с., 460 В, ток полной нагрузки 32 А на паспортной табличке, исполнение B и обслуживание Фактор 1.15.

Максимальное сопротивление проводника

Значение тока полной нагрузки для определения минимально необходимой допустимой токовой нагрузки получается из таблицы 430.250, 430,6 (A).

Для мотора мощностью 25 л.с. 34А * 1,25 = 43А.

Защита двигателя от перегрузки

Если двигатель защищен отдельным устройством защиты от перегрузки, то требуется, чтобы двигатель имел защиту от перегрузки, рассчитанную не более чем на 125% тока полной нагрузки, указанного на паспортной табличке, FLA, 430,6 (A) и 430,32 (A) (1).

Для мотора мощностью 25 л.с. 32А * 1,25 = 40А.

Если отдельное устройство защиты от перегрузки является реле перегрузки (не предохранителем или автоматическим выключателем) и его недостаточно для запуска двигателя или выдерживания нагрузки, разрешается увеличить уставку отключения на 140%, 32 A * 1,4 = 44,8 A, 430,32 (С).

Защита ответвления от короткого замыкания и замыкания на землю

Мощность устройства максимальной токовой защиты зависит от типа, выбранного в соответствии с 430.52 и значение из таблицы 430.250.

• Предохранитель с выдержкой времени: номинал предохранителя составляет 175%, 1,75 * 34 А = 59,5 А, 60 А – следующий более высокий номинал стандартного предохранителя типоразмера, 240,6 и 430,52 (С) (1) Исключение № 1. Предохранитель может быть увеличено, за исключением, но не должно превышать 225%, 430,52 (C) Исключение № 2 (2). Стандартный предохранитель на 70 А не превышает номинала 225%, таблица 240.6 (A).
Автоматический выключатель
• с обратнозависимой выдержкой времени: номинальный ток автоматического выключателя составляет 250%, 2,5 * 34 А = 87,5, 90 А – это следующий более высокий стандартный номинал типоразмера, 240.6 и 430,52 (C) (1) Исключение № 1. Выключатель может быть увеличен, за исключением, но не должно превышать 400%, 430,52 (C) Исключение № 2 (3). Стандартный номинальный ток выключателя 125 А не превышает номинального значения 400%, таблица 240.6 (A).

Определение максимального тока в электрической цепи

Перегрузка по току выглядит так: это превышение тока или силы тока в электрической цепи.Перегрузка по току возникает, когда ток превышает номинальную допустимую силу тока этой цепи или подключенного оборудования (например, прибора) в этой цепи. Перегрузка по току может быть вызвана перегрузкой цепи или коротким замыканием, замыканием на землю или дуговым замыканием. Автоматические выключатели и предохранители защищают электрическую проводку от повреждений, вызванных перегрузкой по току.

OCPD – выключатели и предохранители

Автоматические выключатели и предохранители – это два типа устройств защиты от перегрузки по току или OCPD.Каждая электрическая цепь в доме должна быть защищена собственным OCPD, рассчитанным на соответствие проводке цепи. В большинстве домов сегодня есть автоматические выключатели, расположенные на главной служебной панели дома, или «коробке выключателя». В старых домах, которые не обновлялись, вместо выключателей могут быть установлены сервисные панели с предохранителями. Предохранители работают так же хорошо, как автоматические выключатели, но, как и автоматические выключатели, они должны быть правильно подобраны для каждой цепи для защиты от перегрузки по току.

Перегрузка цепи

Перегрузка цепи – это перегрузка по току, которая возникает, когда из цепи потребляется больше тока (силы тока), чем может безопасно выдержать проводка в цепи.Если вы когда-либо подключали слишком много праздничных огней к одной розетке и вызывали срабатывание прерывателя, вы перегружали цепь.

Другой распространенный тип перегрузки – это скачок напряжения. Это происходит, когда большой двигатель, такой как компрессор холодильника, потребляет скачок мощности для запуска. Если мощность цепи превышена более чем на короткое время, это может привести к срабатыванию выключателя. Цепи обычно предназначены для управления запуском двигателя, и потребность двигателя или нагрузка падает после запуска, но в некоторых случаях это все еще слишком много для схемы.

Короткие замыкания

Короткое замыкание происходит, когда «горячий» провод (незаземленный провод , обычно черный или красный) касается другого горячего провода или контактирует с нейтральным проводом (заземленный провод , обычно белый). Короткое замыкание также может произойти при обрыве провода в цепи. Путь короткого замыкания имеет более низкое сопротивление, чем нормальный путь цепи, что позволяет протекать большому току по короткому пути, перегревая провода.

Замыкания на землю и дуговые замыкания

Замыкания на землю и дуговые замыкания аналогичны коротким замыканиям, но имеют свои особенности.Замыкание на землю обычно происходит, когда горячий провод контактирует с заземленным объектом, например, металлической электрической коробкой (когда она устанавливается как часть системы заземления) или металлическим корпусом инструмента или прибора.

Предупреждение

Это ситуация с перегрузкой по току, которая может привести к подаче напряжения на заземленный объект и вызвать опасное поражение электрическим током. Прерыватели цепи замыкания на землю, или GFCI, автоматические выключатели – это специальные OCPD, предназначенные для защиты от опасностей замыкания на землю.

Дуговое замыкание – это электрический разряд, который переходит с одного проводника на другой.Это может произойти, когда горячий провод имеет небольшой разрыв и вступает в контакт только с перерывами или когда горячий провод касается нейтрального или заземляющего провода.