Zaštita od kratkog spoja Kako funkcioniše zaštita od kratkog spoja. Kako nas mašina štiti

Dijagram povezivanja tranzistora na napajanje je prikazan na slici 1, a strujno-naponske karakteristike tranzistora za različite otpore otpornika R1 prikazane su na slici 2. Ovako funkcioniše zaštita. Ako je otpor otpornika nula (tj. izvor je spojen na kapiju), a opterećenje povlači struju od oko 0,25 A, tada pad napona na tranzistoru s efektom polja ne prelazi 1,5 V, a praktično sve ispravljeni napon će biti na opterećenju. Kada se pojavi kratki spoj u krugu opterećenja, struja kroz ispravljač naglo raste i, u nedostatku tranzistora, može doseći nekoliko ampera. Tranzistor ograničava struju kratkog spoja na 0,45...0,5 A, bez obzira na pad napona na njemu. U tom slučaju, izlazni napon će postati nula, a cijeli napon će pasti na FET-u. Dakle, u slučaju kratkog spoja, potrošnja energije iz izvora napajanja u ovom primjeru neće se više nego udvostručiti, što je u većini slučajeva sasvim prihvatljivo i neće utjecati na "zdravlje" dijelova napajanja.

Rice. 2

Struju kratkog spoja možete smanjiti povećanjem otpora otpornika R1. Potrebno je odabrati otpornik tako da struja kratkog spoja bude približno dvostruko veća od maksimalne struje opterećenja.
Ovaj način zaštite je posebno pogodan za izvore napajanja sa izravnavajućim RC filterom - tada se umjesto filtarskog otpornika uključuje tranzistor sa efektom polja (takav primjer je prikazan na slici 3).
Budući da gotovo sav ispravljeni napon pada na tranzistoru s efektom polja tijekom kratkog spoja, može se koristiti za svjetlosnu ili zvučnu signalizaciju. Evo, na primjer, dijagrama za uključivanje svjetlosnog signala - slika 7. Kada je sve u redu sa opterećenjem, zelena LED HL2 svetli. U ovom slučaju, pad napona na tranzistoru nije dovoljan da zapali HL1 LED. Ali čim se pojavi kratki spoj u opterećenju, HL2 LED se gasi, ali HL1 treperi crveno.

Rice. 3

Otpornik R2 se bira u zavisnosti od željenog ograničenja struje kratkog spoja prema gornjim preporukama.
Šema povezivanja uređaja za zvučnu signalizaciju prikazana je na sl. 4. Može se povezati ili između drena i izvora tranzistora, ili između drena i gejta, kao HL1 LED.
Kada se na signalnom uređaju pojavi dovoljan napon, AF generator, napravljen na jednospojnom tranzistoru VT2, stupa u akciju, a zvuk se čuje u slušalicama BF1.
Jednospojni tranzistor može biti KT117A-KT117G, telefon je malog otpora (može se zamijeniti dinamičkom glavom male snage).

Rice. 4

Ostaje da se doda da se za niskostrujna opterećenja može uvesti limitator struje kratkog spoja na tranzistoru sa efektom polja KP302V u napajanje. Prilikom odabira tranzistora za druge blokove treba uzeti u obzir njegovu dopuštenu snagu i napon odvod-izvor.
Naravno, takva automatizacija se može uvesti i u stabilizirano napajanje koje nema zaštitu od kratkih spojeva u opterećenju.

Prilikom postavljanja razne elektro-radio opreme ponekad sve krene po zlu kako bismo htjeli i dođe do kratkog spoja (kratkog spoja). Kratki spoj je opasan i za uređaj i za osobu koja ga podešava. Da biste zaštitili opremu, možete koristiti uređaj, čiji je dijagram prikazan u nastavku.

Princip rada

Relej P1 djeluje kao kontrolni element protiv kratkog spoja, povezan je paralelno s opterećenjem. Kada se napon dovede na ulaz uređaja, struja teče kroz namotaj releja, relej povezuje opterećenje, dok lampa ne svijetli. Za vrijeme kratkog spoja, napon na releju će naglo pasti, te će isključiti opterećenje, dok će lampica upaliti i signalizirati kratki spoj. Otpornik R1 se koristi za podešavanje strujnog praga, njegova vrijednost se izračunava po formuli

R1=U mreža /dodajem

U mreža - napon mreže, dodajem - maksimalna dozvoljena struja.

Na primjer, napon mreže je 220V, struja na kojoj će relej raditi je 10A. Smatramo 220 V / 10 A \u003d 22 Ohm.

Snaga releja se izračunava po formuli 0,2 * dodam

Otpornik R1 treba uzeti sa snagom od 20 vati ili više.

To je sve. Ako imate bilo kakve komentare ili sugestije na ovaj članak, pišite administratoru stranice.

Spisak korišćene literature: V.G. Bastanov Moskovski radnik. "300 praktičnih savjeta"

Ovo je mala univerzalna jedinica za zaštitu od kratkog spoja koja je dizajnirana za korištenje u mreži. Posebno je dizajniran da se uklopi u većinu izvora napajanja bez ponovnog ožičenja njihovih kola. Krug je, unatoč prisutnosti mikrokola, vrlo lako razumjeti. Sačuvajte ga na računar da biste ga videli u najboljoj veličini.

Za lemljenje kruga trebat će vam:

1. 1 - TL082 dvostruko operacijsko pojačalo
2. 2 - 1n4148 dioda
3. 1 - tip122 NPN tranzistor
4. 1 - BC558 PNP tranzistor BC557, BC556
5. 1 - 2700 ohm otpornik
6. 1 - 1000 ohm otpornik
7. 1 - 10 kΩ otpornik
8. 1 - 22 kΩ otpornik
9. 1 - potenciometar 10 kΩ
10. 1 - kondenzator 470 mikrofarada
11. 1 - kondenzator 1 mikrofarad
12. 1 - normalno zatvoren prekidač
13. 1 - relej model T74 "G5LA-14"

Povezivanje kola na PSU

Ovdje je otpornik male vrijednosti povezan serijski sa izlazom napajanja. Čim struja počne da teče kroz njega, doći će do malog pada napona i koristićemo taj pad napona da utvrdimo da li je napajanje rezultat preopterećenja ili kratkog spoja. U srcu ovog kola je operaciono pojačalo (op-amp) uključeno kao komparator.

• Ako je napon na neinvertirajućem izlazu veći od napona na invertirajućem izlazu, tada se izlaz postavlja na "visoki" nivo.
• Ako je napon na neinvertirajućem izlazu niži od napona na invertirajućem izlazu, tada se izlaz postavlja na "niski" nivo.

Istina, ovo nema nikakve veze s logičnim nivoom od 5 volti konvencionalnih mikro krugova. Kada je operacijsko pojačalo "visoko", njegov izlaz će biti vrlo blizu pozitivnom potencijalu napona napajanja, tako da ako je napajanje +12 V, "visoko" će se približiti +12 V. Kada je operacijsko pojačalo "nisko" ", njegov izlaz će biti gotovo na minusu napona napajanja, dakle, blizu 0 V.

Kada koristimo op pojačala kao komparatore, obično imamo ulazni signal i referentni napon sa kojim možemo uporediti ovaj ulazni signal. Dakle, imamo otpornik s promjenjivim naponom koji je definiran prema struji koja teče kroz njega i referentnom naponu. Ovaj otpornik je najvažniji dio kola. Povezuje se serijski sa izlaznom snagom. Morate odabrati otpornik koji ima pad napona od oko 0,5~0,7 volti kada postoji struja preopterećenja kroz njega. Struja preopterećenja nastaje kada zaštitni krug radi i zatvara izlaz snage kako bi se spriječilo oštećenje.

Otpornik možete odabrati koristeći Ohmov zakon. Prva stvar koju treba odrediti je trenutno preopterećenje napajanja. Da biste to učinili, morate znati maksimalnu dozvoljenu struju napajanja.

Recimo da vaše napajanje može isporučiti 3 ampera (u ovom slučaju napon napajanja nije bitan). Dakle, dobili smo P = 0,6 V / 3 A. P = 0,2 Ohm. Sljedeće što biste trebali učiniti je izračunati rasipanje snage na ovom otporniku koristeći formulu: P=V*I. Ako koristimo naš posljednji primjer, dobićemo: P = 0,6 V * 3 A. P = 1,8 W - otpornik od 3 ili 5 W će biti više nego dovoljan.

Da bi kolo funkcionisalo, moraćete da primenite napon na njega, koji može biti od 9 do 15 V. Za kalibraciju, primenite napon na invertujući ulaz op-amp i okrenite potenciometar. Ovaj napon će se povećati ili smanjiti ovisno na koju stranu ga okrenete. Vrijednost se mora podesiti prema pojačanju ulaznog stupnja od 0,6 volti (nešto oko 2,2 do 3 volta ako je stepen vašeg pojačala sličan mom). Ovaj postupak traje neko vrijeme, a najbolji način za kalibraciju je naučna metoda bockanja. Možda ćete morati postaviti potenciometar na viši napon kako se zaštita ne bi aktivirala pri vršnim opterećenjima. Preuzmite datoteku projekta.

Radio-amaterska kola za zaštitu izvora napajanja ili punjača predstavljena u nastavku mogu raditi zajedno sa gotovo svim izvorima - mrežnim, impulsnim i punjivim baterijama. Implementacija kola ovih dizajna je relativno jednostavna i može je ponoviti čak i radio-amater početnik.

Snažni dio je napravljen na moćnom tranzistoru sa efektom polja. Tokom rada se ne pregreva, pa se hladnjak ne može koristiti. Uređaj je ujedno i odlična zaštita od preokretanja, preopterećenja i kratkog spoja u izlaznom kolu, struja rada se može odabrati odabirom šant otpornika, u našem slučaju to je 8 Ampera, 6 otpornika spojenih paralelno sa snagom od Koristi se 5 vati 0,1 oma. Šant se može napraviti i od otpornika od 1-3 vata.

Preciznije, zaštita se može fino podesiti podešavanjem otpora podešavanja otpornika. U slučaju kratkog spoja i preopterećenja na izlazu, zaštita će gotovo odmah proraditi, isključujući napajanje. LED će vam reći da li je zaštita aktivirana. Čak i kada je izlaz zatvoren na 30-40 sekundi, radnik na terenu ostaje gotovo hladan. Njegov tip nije kritičan, gotovo svi ključevi za napajanje sa strujom od 15-20 Ampera za radni napon od 20-60 Volti će moći. Tranzistori iz IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 ili snažnijih serija su savršeni.

Ova verzija kruga bit će korisna vozačima u ulozi zaštite punjača za olovne baterije, ako iznenada pobrkate polaritet veze, tada se punjaču neće dogoditi ništa loše.

Zbog brzog odziva zaštite može se savršeno koristiti za impulsne sklopove; u slučaju kratkog spoja zaštita će raditi mnogo brže nego što će pregorjeti prekidači za napajanje impulsnog PSU-a. Dizajn je pogodan i za impulsne pretvarače, kao strujna zaštita.

Ako vaši izvori napajanja i punjači koriste tranzistor s efektom polja (MOSFET) za prebacivanje opterećenja, tada možete lako dodati zaštitu od kratkog spoja ili preopterećenja takvom kolu. U ovom primeru koristićemo unutrašnji otpor RSD, koji ima pad napona proporcionalan struji koja teče kroz MOSFET.

Napon koji prati unutrašnji otpornik može se detektovati pomoću komparatora ili čak tranzistorske komutacije na nivou napona od 0,5 V, tj. moguće je izostaviti upotrebu strujnog otpornika (shunt), koji obično ima višak voltaža. Komparator se može nadzirati pomoću mikrokontrolera. U slučaju kratkog spoja ili preopterećenja, možete programski pokrenuti PWM kontrolu, alarm, zaustavljanje u nuždi). Također je moguće spojiti izlaz komparatora na gejt tranzistora sa efektom polja, ako je u slučaju kratkog spoja potrebno odmah isključiti poljski uređaj.

Termin "kratki spoj" u elektrotehnici odnosi se na hitni rad izvora napona. Nastaje kada dođe do kršenja tehnoloških procesa prijenosa energije, kada su izlazni terminali kratko spojeni (kratko spojeni) na radnom generatoru ili kemijskom elementu.

U ovom slučaju, cjelokupna snaga izvora se trenutno primjenjuje na kratki spoj. Kroz njega teku ogromne struje koje mogu zapaliti opremu i uzrokovati električne ozljede ljudima u blizini. Da bi se zaustavio razvoj ovakvih nezgoda, koriste se posebne zaštite.

Koje su vrste kratkih spojeva

Prirodne električne anomalije

Pojavljuju se tokom pražnjenja groma, praćeni.

Izvori njihovog nastanka su visoki potencijali statičkog elektriciteta različitih znakova i vrijednosti, akumulirani od strane oblaka kada ih vjetar pomjera na velike udaljenosti. Kao rezultat prirodnog hlađenja, kada se diže na visinu, para vlage unutar oblaka se kondenzira, stvarajući kišu.

Vlažna okruženja imaju nizak električni otpor, što stvara kvar zračne izolacije za prolaz struje u obliku groma.

Električno pražnjenje skače između dva objekta s različitim potencijalima:

• na oblacima koji se približavaju;

• između grmljavinskog oblaka i zemlje.

Prva vrsta groma je opasna za avione, a pražnjenje u zemlju može uništiti drveće, zgrade, industrijske objekte i nadzemne dalekovode. Za zaštitu od toga postavljaju se gromobrani koji uzastopno obavljaju sljedeće funkcije:

1. prijem, privlačni potencijal munje na posebnom hvataču;

2. propuštanje primljene struje kroz strujni vod do petlje uzemljenja zgrade;

3. uklanjanje visokonaponskog pražnjenja ovim strujnim krugom do potencijala zemlje.

Kratki spojevi u DC krugovima

Galvanski izvori napona ili ispravljači stvaraju razliku između pozitivnih i negativnih potencijala na izlaznim kontaktima, koji u normalnim uvjetima osiguravaju rad kola, na primjer, sjaj sijalice iz baterije, kao što je prikazano na donjoj slici.

Električni procesi koji se dešavaju u ovom slučaju opisani su matematičkim izrazom.

Elektromotorna sila izvora se raspoređuje kako bi se stvorilo opterećenje u unutrašnjim i vanjskim krugovima savladavanjem njihovih otpora "R" i "r".

U hitnom režimu dolazi do kratkog spoja s vrlo niskim električnim otporom između terminala baterije „+“ i „-“, što praktički eliminira protok struje u vanjskom kolu, čime se ovaj dio kruga isključuje. Stoga, u odnosu na nominalni mod, možemo pretpostaviti da je R=0.

Sva struja kruži samo u unutrašnjem krugu, koji ima mali otpor, a određuje se formulom I = E / r.

Budući da se veličina elektromotorne sile nije promijenila, vrijednost struje raste vrlo naglo. Takav kratki spoj teče kroz kratko spojeni vodič i unutrašnji krug, uzrokujući ogromnu proizvodnju topline unutar njih i naknadni kvar konstrukcije.

Kratki spojevi u AC krugovima

Svi električni procesi ovdje su također opisani djelovanjem Ohmovog zakona i odvijaju se po sličnom principu. Karakteristike za njihov prolaz nameću:

primjena shema jednofaznih ili trofaznih mreža različitih konfiguracija;

prisustvo petlje uzemljenja.

Vrste kratkih spojeva u krugovima naizmjeničnog napona

Struje kratkog spoja mogu se pojaviti između:

faza i zemlja;

dvije različite faze;

dvije različite faze i uzemljenje;

tri faze;

tri faze i uzemljenje.

Za prijenos električne energije preko nadzemnih dalekovoda, sistemi napajanja mogu koristiti drugačiju shemu neutralnog povezivanja:

1. izolovan;

2. gluhih.

U svakom od ovih slučajeva, struje kratkog spoja će formirati svoju putanju i imati različitu veličinu. Stoga se sve navedene opcije za sastavljanje električnog kruga i mogućnost pojave struja kratkog spoja u njima uzimaju u obzir prilikom kreiranja konfiguracije strujne zaštite za njih.

Unutar potrošača električne energije, na primjer, elektromotora, također može doći do kratkog spoja. Za jednofazne strukture, fazni potencijal može probiti izolacijski sloj do kućišta ili neutralnog vodiča. U trofaznoj električnoj opremi, kvar može dodatno nastati između dvije ili tri faze, ili između njihovih kombinacija sa okvirom/uzemljenjem.

U svim ovim slučajevima, kao iu slučaju kratkog spoja u DC krugovima, vrlo velika struja kratkog spoja će teći kroz nastali kratki spoj i cijeli krug spojen na njega do generatora, uzrokujući hitni režim.

Da bi se to spriječilo, koriste se zaštite koje automatski uklanjaju napon sa opreme izložene povećanim strujama.

Kako odabrati granice djelovanja zaštite od kratkog spoja

Svi električni uređaji su dizajnirani da troše određenu količinu električne energije u svojoj naponskoj klasi. Uobičajeno je da se radno opterećenje procjenjuje ne snagom, već strujom. Lakše je mjeriti, kontrolirati i stvarati zaštitu na njemu.

Na slici su prikazani grafikoni struja koje se mogu javiti u različitim režimima rada opreme. Ispod njih se odabiru postavke i podešavanja zaštitnih uređaja.

Grafikon u smeđoj boji prikazuje sinusni val nominalnog moda, koji se odabire kao početni pri projektovanju električnog kruga, uzimajući u obzir snagu električnih instalacija, te odabiru strujnih zaštitnih uređaja.

Frekvencija industrijske sinusoide u ovom režimu je uvek stabilna, a period jedne pune oscilacije se javlja za 0,02 sekunde.

Sinusoid režima rada na slici je prikazan plavom bojom. Obično je manji od nominalnog harmonika. Ljudi rijetko u potpunosti koriste sve rezerve moći koje su im dodijeljene. Na primjer, ako u prostoriji visi luster s pet krakova, tada se za osvjetljenje često uključuje jedna grupa sijalica: dvije ili tri, a ne svih pet.

Da bi električni uređaji radili pouzdano pri nazivnom opterećenju, stvara se mala strujna margina za postavljanje zaštite. Količina struje na koju su podešeni da se isključe naziva se postavka. Kada se dostigne, prekidači uklanjaju napon sa opreme.

U rasponu amplituda sinusoida između nominalnog moda i zadane vrijednosti, električni krug radi u načinu malog preopterećenja.

Moguća vremenska karakteristika struje kvara je na grafikonu prikazana crnom bojom. Njegova amplituda premašuje zaštitnu postavku, a frekvencija oscilacija se dramatično promijenila. Obično ima aperiodični karakter. Svaki poluval varira po veličini i frekvenciji.

Svaka zaštita od kratkog spoja uključuje tri glavne faze rada:

1. kontinuirano praćenje stanja sinusoida kontrolisane struje i utvrđivanje trenutka nastanka kvara;

2. analizu postojećeg stanja i izdavanje naredbe od strane logičkog dijela izvršnom organu;

3. skidanje napona sa opreme pomoću sklopnih uređaja.

U mnogim uređajima koristi se još jedan element - unos vremenske odgode za rad. Koristi se za osiguranje principa selektivnosti u složenim, razgranatim kolima.

Pošto sinusoida dostiže svoju amplitudu za 0,005 sekundi, ovaj period je najmanje neophodan za njeno merenje zaštitama. Sljedeće dvije faze rada se također ne dešavaju trenutno.

Ukupno vreme rada najbrže strujne zaštite iz ovih razloga je nešto manje od perioda jedne harmonijske oscilacije od 0,02 sec.

Dizajnerske karakteristike zaštite od kratkog spoja

Električna struja koja prolazi kroz bilo koji provodnik uzrokuje:

toplinsko zagrijavanje vodiča;

indukcija magnetnog polja.

Ove dvije radnje su uzete kao osnova za dizajn zaštitnih uređaja.

Zaštita zasnovana na principu izlaganja toplotnoj struji

Toplotni efekat struje, koji su opisali naučnici Joule i Lenz, koristi se za zaštitu osiguračima.

Zaštita osigurača

Zasnovan je na ugradnji topljive veze unutar strujnog puta, koja optimalno podnosi nazivno opterećenje, ali izgara kada se ono prekorači, prekidajući strujni krug.

Što je veća vrijednost struje u slučaju nužde, brže se stvara prekid u krugu - uklanjanje napona. Uz blagi višak struje može doći do okidanja nakon dužeg vremenskog perioda.

Osigurači uspješno rade u elektronskim uređajima, električnoj opremi automobila, kućanskim aparatima, industrijskim uređajima do 1000 volti. Neki od njihovih modela rade u krugovima opreme visokog napona.

Zaštita zasnovana na principu izlaganja elektromagnetnoj struji

Princip induciranja magnetnog polja oko vodiča sa strujom omogućio je stvaranje ogromne klase elektromagnetskih releja i prekidača pomoću okidača.

Njegov namot se nalazi na jezgri - magnetskom kolu, u koji se dodaju magnetni tokovi iz svakog zavoja. Pokretni kontakt je mehanički povezan sa armaturom, koja je ljuljajući dio jezgre. Pritišće se na trajno fiksiran kontakt snagom opruge.

Nazivna struja koja prolazi kroz zavoje zavojnice stvara magnetni tok koji ne može nadvladati silu opruge. Stoga su kontakti stalno u zatvorenom stanju.

Kada dođe do hitnih struja, armatura se privlači u stacionarni dio magnetskog kruga i prekida kolo stvoreno kontaktima.

Na slici je prikazan jedan od tipova prekidača koji rade na bazi uklanjanja elektromagnetnog napona iz štićenog kola.

Koristi:

automatsko isključivanje režima za hitne slučajeve;

sistem za gašenje električnog luka;

ručno ili automatsko aktiviranje.

Digitalna zaštita od kratkog spoja

Sve gore navedene zaštite rade s analognim vrijednostima. Pored njih, digitalne tehnologije zasnovane na radu i statičkim relejima aktivno se uvode u industriju, a posebno u energetski sektor. Isti uređaji s pojednostavljenim funkcijama proizvode se za kućne potrebe.

Mjerenje veličine i smjera struje koja prolazi kroz zaštićeno kolo vrši se ugrađenim opadajućim strujnim transformatorom visoke klase tačnosti. Signal koji je izmjerio digitalizira se superpozicijom po principu amplitudske modulacije.

Zatim se ide na logički dio zaštite mikroprocesora, koji radi po određenom, unaprijed konfigurisanom algoritmu. U slučaju nužde, logika uređaja izdaje naredbu aktivirajućem mehanizmu za isključivanje za uklanjanje napona iz mreže.

Za rad zaštite koristi se jedinica za napajanje koja preuzima napon iz mreže ili autonomnih izvora.

Digitalne zaštite od kratkog spoja imaju veliki broj funkcija, postavki i mogućnosti do registracije predvanrednog stanja mreže i načina njenog gašenja.