Регулируемый блок питания с защитой от кз. самодельный блок питания с системой защиты от коротких замыканий

Последствия короткого замыкания

Согласно закону Ома, при снижении сопротивления в цепи, которое характерно при КЗ, происходит пропорциональное многократное увеличение силы тока. При этом увеличение тока сопровождается значительным выделением тепла, согласно закону Джоуля Ленца, что приводит к возгоранию, пожару, нагреву и расплавлению изоляции на проводах с током.

Что такое КЗ и его последствия, часто видят и знают пожарные службы, которым приходится устранять возгорания, а также электромонтёры с опытом работы в электроустановках. Короткое замыкание у одного из потребителей способно нарушить электроснабжение и привести к отключению целого участка энергосистемы, поэтому установка, обслуживание, а также проверка срабатывания токоограничивающей защиты являются очень важными и актуальными.

Чем опасно КЗ и его последствия

Контроллеры «горячего» подключения питания на отрицательное напряжение

Напряжение -48 В традиционно используется для питания систем телекоммуникации. Например, это системы ATC, оптические сети, базовые станции и блейд-серверы (серверы с высокой плотностью компоновки). Изначально напряжение питания обеспечивалось мощными батареями свинцовых аккумуляторов, поэтому было выбрано напряжение -48 В, как достаточно высокое для передачи питания и сигнала на большие расстояния и в то же время достаточно низкое для обеспечения безопасности при работе. Общим проводом в таких системах является положительный электрод. Контроллеры «горячего» подключения модулей в стойках телекоммуникационного оборудования обеспечивают безопасное подключение и отключение модулей без риска нарушения работы соседних работающих модулей. В первую очередь обеспечивается ограничение пускового тока, что предотвращает разрушение контактов питания соединителей при подключении, а также провалы или скачки напряжения. В номенклатуре TI представлен широкий набор контроллеров Hotswap, работающих с напряжением отрицательной полярности до -80 В. В защитных элементах контроллеров реализованы различные функции и сценарии работы защиты: с защелкой или с автовосстановлением после аварии по питанию. В таблице 6 представлены основные параметры Hotswap-контроллеров компании TI.

Таблица 6. Микросхемы контроллеров «горячего» подключения на отрицательное напряжение

Причины возникновения короткого замыкания

Логическая защита шин

Несмотря на то, что этот нежелательный аварийный процесс считается случайным, на его создание могут влиять следующие причины, связанные с некачественным монтажом или неправильной эксплуатацией электрического оборудования (цепей). Вот основные причины появления короткого замыкания:

1. Снижение качества изоляции токоведущих проводников. Это одна из самых распространенных причин перехода сети в режим КЗ, который возникает вследствие пересыхания, механического повреждения или разрушения изоляции между проводниками с разным потенциалом. Чаще всего все перечисленные причины снижения сопротивления изоляции и её разрушения связаны с воздействием на неё вредных факторов, на которые она не рассчитана. Например, при длительном воздействии солнечных лучей на изоляцию, которая боится ультрафиолетового излучения, происходят пересыхание, потрескивание и, как следствие, короткое замыкание.

Нужно отметить! У любой изоляции есть свой срок использования, старение её приводит к аварийным режимам.

1. Изменение физических параметров электрической сети, например, перенапряжение. Такое явление возможно во время грозы, а именно попадания молнии в проводник с током.
2. Неправильная коммутация, ошибки монтажа или укладки кабеля, с несоответствием техническим условиям, заявленным заводом производителем.

Любой электромонтажник или электромонтер не застрахован от ошибочных, неправильных действий при монтаже электропроводки или при выполнении оперативных переключений. В низковольтных цепях такие ошибки менее опасны, чем в высоковольтных цепях с мощными источниками энергии, например, на высоковольтных силовых подстанциях электроснабжения. Даже с современными элементами и устройствами защиты от превышения нагрузок процесс КЗ в силовых высоковольтных цепях опасен не только для оборудования, но и для обслуживающего персонала, из-за появления мощной электрической дуги.

1. Длительная эксплуатация электрического оборудования и линий в режиме перегрузок или в условиях с завышенными температурами окружающей среды. Это приводит к перегреву изоляции между обмотками электрооборудования, значит, происходит снижение сопротивления изоляции, которое в какой-то момент достигает критического значения.

Выполнение монтажа качественными материалами, правильная организация работ в электроустановках, а также своевременное обслуживание, с заменой повреждённых участков линии, снизят риск появления короткого замыкания.

Схемы защиты от КЗ

Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты  от переполюсовки питания и от Кз (короткого замыкания). Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.В этой статье будет рассмотрено 3 варианта схемы защиты бп  от переполюсовки, которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Модель защиты 1

Это схема защиты бп наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Схема универсальная 2

Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.

При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.

Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Вариант простой 3

Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

Анализ схемы защиты бп

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

Прикрепленные файлы: zashita_ot_perep

Какие могут быть последствия?

Во время замыканий наблюдается резкое увеличение силы тока, что приводит к расплавлению металлов. «Брызги» могут разноситься во все стороны, приводя к воспламенению предметов вокруг и пожарам. Это особенно опасно для домашних условий, так как КЗ может стать причиной потери имущества и жилья. Последствиями на предприятиях является аварийная ситуация, повреждение техники и риск того, что могут пострадать люди.

Замыкание, в зависимости от места его образования, может привести к системой аварии, последствиями которой станет экономический и технический урон. Оборудование, которое находилось под действием усиленной силы тока, выходит из стоя или получает серьезные повреждения.

Еще одним последствием замыкания является ухудшение условий работы персонала и потребителей – резкое понижение давления приводит к остановке производственных мощностей и экономическому ущербу. Наибольший урон наносится тому месту, в котором непосредственно возникло замыкание.

Способы защиты

Наиболее надежным и действенным способом предотвращения КЗ является установка автоматических выключателей. Альтернативой служат плавкие предохранители. Автомат своевременно улавливает возникновение замыкания и отключает питание, благодаря чему возникновение аварийной ситуации является невозможным.

Прочие меры предосторожности:

• регулярная ревизия электропроводных каналов – визуальное определение слабых мест кабеля, где изнашивается изоляция и своевременное устранение проблемы;
• использование электрических реакторов, которые регулируют подачу тока;
• использование специальных электроцепей, которые в случае необходимости отключают секционные выключатели;
• использование понижающих трансформаторов, которые оснащены расщепляемой обмоткой низкого напряжения.

Совет:

для домашнего использования рекомендуется устанавливать автоматические выключатели. Они рассчитаны на определенный ток, после превышения величины которого, разрывается цепь. Прочие меры в основном указаны для промышленного использования.

В чем заключается угроза КЗ?

Замыкание в первую очередь представляет угрозу здоровью и жизни человека. Это связано с пожарной опасностью: возгорание изоляции проводов, воспламенение окружающих предметов, способность изоляции распространять горение. Так же изменение силы тока может быть губительным для используемых устройств и приборов, приводя к катастрофическим последствиям

КЗ может стать причиной экономического убытка Поэтому важно использовать меры профилактики возникновения явления и прибегать к установке методов защиты

Короткие замыкания и методы борьбы с ними

Короткие замыкания достаточно часто возникают в процессе эксплуатации электрических систем. Чаще всего с такими проблемами сталкиваются собственники старых объектов, в которых электрические системы организованы пару десятилетий назад. Причиной возникновения коротких замыканий в электросети может стать состарившаяся электропроводка или слишком высокая нагрузка на элементы системы от подключенного электрического оборудования.

Собственникам нужно помнить о расчетной мощности установленной электрической системы. Если мощность сети составляет 11-12 кВт, то в доме нельзя одновременно использовать электробытовое оборудование, которое в сумме создаст нагрузку на сеть выше ее максимальной мощности. Если все эти приборы жизненно необходимы и сократить нагрузку на электросистему невозможно, владельцу дома следует заказать разработку новой электрической сети, мощность которой будет соответствовать числу и характеристикам используемых бытовых приборов на объекте.

Помимо высокой нагрузки на электрическую систему, причиной возникновения замыканий и других проблем в работе сети могут становиться неисправности проводки и других электрических устройств. В современном законодательстве оговаривается необходимость проведения периодических электроизмерительных работ во всех электросетях. Эти профессиональные измерения должны показать качество и безопасность электросети, находящейся в эксплуатации пользователей. Заказывать услуги электролаборатории следует достаточно часто, чтобы специалисты могли своевременно обнаружить любые неполадки в работе электрической системы, до того, как они станут причиной возникновения аварийной, опасной для жильцов ситуации.

По сравнению с прошлым веком, сегодня, при организации электрических систем принято использовать значительно более надежные и долговечные материалы, тем не менее, все провода и электрические устройства имеют свои сроки годности, все они стареют и могут выходить из строя. Именно поэтому собственник должен быть готов к тому, что в его доме может понадобиться полная замена электросети для предотвращения аварий и опасных ситуаций.

Организация контура заземления в частном секторе

Не секрет, что сегодня многие квартируют в собственных домах. Не всегда проектирующие организации предусматривают все. В электрическом проекте дома может отсутствовать проверка контура заземления. Можно достаточно качественно собрать эту конструкцию самостоятельно. Для этого понадобятся немного арматуры, хорошая лопата и умелые руки. Необходимо вырыть во дворе ров любой формы глубиной порядка одного метра и шириной около трети метра. Длина ямы должна быть не менее 8 метров. Через каждые полтора метра в дно ямы вбиваются стержни арматуры длиной 50 см. Вся конструкция напоминает ленточно-свайный фундамент, поэтому для людей, следующих в строительстве, сама картина не будет нова.

Контур заземления

Вбитые стержни арматуры нужно объединить между собой стальным профилем любой формы и достаточно большого сечения. Как правило, подойдут практически любые уголки

Важно, чтобы в месте сварки был надежный электрический контакт. Можно ли соединить углы проволокой, как делают с арматурой наливного фундамента? Мы не гарантируем, что через какое-то время такая конструкция не выйдет из строя

Наверняка углы проржавеют, и электрический контакт потеряется.

Собранную конструкцию нужно соединить с домовой шиной заземления достаточно толстым медным проводом. Не имеет значения одна жила имеется или несколько, главное, чтобы сопротивление было достаточно малым. Это может быть, к примеру, обычный медный провод для внешнего монтажа сравнительно большого сечения. Допустим, 6 квадратных миллиметров.

После сборки контура заземления необходимо проверить его сопротивление. Нормальное значение должно составлять доли Ома. Наверняка у многих не имеется дома специального оборудования для измерения сопротивления заземления. На этот случай радиолюбители предлагают использовать весьма оригинальный метод. Для этого неплохо бы под рукой иметь трансформатор, чтобы не перегрузить сеть. Выходное напряжение его может быть достаточно стандартным, например, 9, 12 или 27 вольт. Через сопротивление небольшого номинала допустим, 50 ом, мы начинаем пропускать ток сквозь наш контур заземления. В результате образуется резистивный делитель, значения плеч которого пропорциональны падающему здесь напряжению.

Затем нужно измерить падение напряжения на нашем сопротивлении. Допустим, что при номинале 27 вольт у нас получился значение 26,8. Теперь мы можем посчитать сопротивление нашего заземления из простой пропорции. 26,8/0,2 = 50/R, где R и является искомым значением. В результате получается 0,37 Ом. Вычисленная величина немного превышает желаемое значение. Поэтому со стороны присоединения шины контура заземления можно выкопать ров в другую сторону и дополнительно в контур вбить арматуру и сварить стальным профилем. Это увеличит контакт конструкции с землей, что приведет к снижению сопротивления до заданного значения. Напоминаем, что это 0,1 Ома.

Внутри помещений лепесток каждой розетки должен присоединяться к смонтированной шине заземления. Отдельно нужно поговорить про кухню и ванную комнату. В этих местах полагается по стандарту монтировать системы уравнивания потенциалов. Столь грозно звучащие слова на самом деле означают лишь то, что все металлические части, контактирующие с водой, объединяются между собой медными жилами достаточно большого сечения. В свою очередь оба контура уравнивания потенциалов объединяются между собой и вместе присоединяются к шине заземления дома.

Короткое замыкание

Полупроводниковая конфигурация для ограничения тока

В патенте Германии 19717614 (2002 г.) описана полупроводниковая конфигурация для ограничения тока. На рис.2 показана схема подключения электрического потребителя 12 к двухпроводной сети (фаза R и «земля» Mp).

Рис. 2. Полупроводниковая конфигурация для ограничения тока, патент.

В линии установлен электронный ограничитель тока 13 (специальная полупроводниковая конструкция, описанная в патенте). Его выводы 13А и 13В подключены к устройству 16, которое срабатывает при превышении заданного напряжения. При срабатывании устройства 16 линия 17 разрывается контактами реле 14.

Токовая защита от многофазных замыканий в обмотке статора двигателя

Защиты от многофазных замыканий в обмотке статора должны срабатывать по возможности с минимальным временем. Для этой цели используется максимальная токовая защита с зависимой или независимой выдержкой времени. При этом для быстрого отключения при сверхтоках короткого замыкания используется токовая отсечка, отстраиваемая от максимального значения пускового тока в момент включения двигателя. Остальной диапазон возможных токов коротких замыканий перекрывается ступенями МТЗ с независимой (зависимой) выдержкой времени.

Функция динамического переключения параметров (уставок) защиты обеспечивает ее загрубление на определенное время (при включении электродвигателя после предшествующей паузы) и тем самым позволяет повысить чувствительность к коротким замыканиям. При этом генерируется сигнал наличия предшествующей паузы в подаче напряжения, и переключаются уставки МТЗ, чем обеспечивается блокировка защиты во время последующего пуска двигателя.

Как выбрать софстартер

Вопрос, как выбрать устройство плавного пуска, возникает довольно часто, ведь подбирается механизм под конкретный электродвигатель и источник питания.

Чтобы не ошибиться с параметрами и возможностями, рекомендуется обращать внимание на следующие показатели:

• Максимальное значение тока, вырабатываемого мотором при самых высоких нагрузках;
• Наибольшее число запусков в один час;
• Номинальное напряжение на питающей системе;
• Способность контролировать и ограничивать вырабатываемый ток;
• Возможность шунтирования – отключения питающего блока от цепи, чтобы исключить перегрев и возгорание;
• Количество фаз (две – компактнее и дешевле, три – надежнее и долговечнее при частых запусках);
• Цифровое или аналоговое управление.

Главное, чтобы выдвигаемые к софтстартеру требования соответствовали с критериями, условиями работы, мощностью двигателя и номинальным значениям сети. Помогут в выборе и сводные таблицы, расчетные алгоритмы, предлагаемыми многими поставщиками для более удобного и качественного поиска подходящего прибора.

Работа схемы защиты

Тр1 – трансформатор тока, R11 – нагрузка трансформатора, VD3 и 4 – выпрямительные диоды – это преобразователь длительности проходящих через первичную обмотку рабочих импульсов тока в пропорциональное напряжение на его выходе. Чем больше длительности рабочих импульсов, тем на большее положительное напряжение заряжается конденсатор С7. Преобразователь имеет двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой, на которой появляются только положительные по знаку импульсы. Напряжение пропорциональное длительности рабочих импульсов с конденсатора С7 поступает на резистивный делитель R7 и R6. Вместо этого делителя можно поставить потенциометр со шкалой и при необходимости выставлять нужный ток защиты. Цепь, состоящая из резистора R5 и конденсатора С4 – это Т-образный фильтр, от емкости С4 также зависит время реакции защиты на внештатную ситуацию. Если выбрать этот конденсатор недостаточной емкости, то защита сработает раньше, чем закончатся все переходные процессы при включении блока питания. БП просто напросто не успеет включиться. Здесь нужен компромисс, чтобы блок питания стабильно включался, и чтобы время срабатывания защиты было как можно меньше.

Резистор R8 – подтягивающий резистор вывода 4 DD1 к общей шине схемы ИИП. R9 и С11 – цепь мягкого запуска. При включении ИИП на воде 14 контроллера появляется стабильное напряжение +5 вольт от внутреннего стабилизатора микросхемы. Начинается заряд конденсаторы С11 через резисторы R8,9R. На выводе 4 DD1 начинает плавно нарастать напряжение. По мере его нарастания увеличивается длительность рабочих импульсов. Диод VD1 служит для развязки формирующей цепочки от схемы защиты.

В рабочем состоянии блока питания в режиме номинального тока нагрузки напряжения с выхода фильтра R5, С4 не хватает для того, что бы открыть транзистор VT1. В таком режиме оба транзистора VT1 и VT2 закрыты и не влияют на работу микросхемы DD1. При увеличении тока нагрузки контроллер начнет увеличивать длительность выходных импульсов. Увеличение длительности рабочих импульсов мощных транзисторов VT3 и VT4 приводит к увеличению напряжения на базе транзистора VT1. Через открывающийся транзистор VT1 и резистор R2 начинает поступать открывающее отрицательное напряжение базу VT2. Процесс приобретает лавинообразный характер, в результате оба транзистора открываются и могут находиться в таком состоянии сколь угодно долго (транзисторный аналог тиристора). Через открытые транзистор VT2 на вывод 4 DD1 поступит напряжения превышающее +3,2В, что приведет к блокировке цифровой части контроллера. Оба его выходных транзистора окажутся в закрытом состоянии и на выходах 8,11 и 9,10 появятся статические потенциалы, которые не смогут передаваться на базы транзисторов VT3 и VT4, так как связь с ними происходит через согласующий трансформатор (на схеме не показан). Если ИИП имеет схему с запуском посредством самовозбуждения, то после закрытия мощных транзисторов пропадет и питание на контроллере и восстановить работоспособность блока питания можно, если его отключить и снова включить. Восстановить рабочее состояние ИИП с принудительным запуском можно, поставив кнопку рестарта, параллельно переходу база-эмиттер транзистора VT1.

Данная схема была проверена в четырех ИИП и показала прекрасные результаты. В качестве ТР1 можно использовать сердечники и каркасы к ним от энергосберегающих ламп. Смотрим фото. Но в данных сердечниках имеется конструктивный зазор на среднем керне, поэтому для трансформатора тока потребуется два одинаковых дросселя. На фото три показан самодельный трансформатор тока в ИИП.

Можно применить и ферритовые кольца. Как рассчитать трансформатор тока на ферритовом кольце можно посмотреть в статье «Расчет трансформатора тока»

Вторичная обмотка ТР1 содержит 120 х 2 витков провода диаметром 0,12 мм, мотается в два провода сразу. Вторичная обмотка содержит 2 витка провода – 0,8 или можно применить плоский жгут из нескольких проводов. Диоды VD3 и VD4 – КД522, 1N4148. VD1 – любой. Транзисторы 1 и 2 – КТ315 и КТ361, у меня стоят КТ209 и С945.

На этом все. Успехов. К.В.Ю.

Защита от перепадов напряжения

От перенапряжения и его недостатка, компьютер защищает одна и та же схема, отключающая девайс, если напряжение на любой из линий не соответствует номинальному. Обозначается функция английской аббревиатурой UVP / OVP.

Некоторое неудобство в том, что контрольные точки, при достижении которых срабатывает защита, могут находиться на некотором удалении от номинального напряжения, но при этом устройство будет соответствовать спецификации ATX.

Например, допускается подача напряжения до 15 Вольт, однако при длительной работе в таком режиме, комплектующие могут попросту перегореть.

Похожие записи:

Какой пеноплекс выбрать для утепления стен снаружи частного дома Муз центр из автомагнитолы своими руками. как смастерить музыкальный центр своими руками. бумбокс из автомагнитолы. самодельная аудиосистема Как лучше всего хранить лук зимой в домашних условиях Как сделать простую вентиляцию в каркасном доме своими руками Многодиапазонная кв антенна «несимметричный диполь» Как сделать весы в домашних условиях из подручных средств