Схема стабильна при напряжении от 8 В до 25 В. Если это не так, необходимо отрегулировать значение резистора. R1 должен надежно включать силовой транзистор T1, если он не перегружен. Номинальные значения R2, R3 определяют предел отключения цепи по току.
Максимальная токовая защита: принцип действия, виды, примеры схем
По разным причинам в электросетях часто происходят аварии. В случае короткого замыкания избыточный ток оказывает негативное влияние на все устройства. Если не принять защитных мер, неконтролируемый рост тока может не только повредить оборудование между местом повреждения и источником питания, но и разрушить всю электросеть. Чтобы избежать негативных последствий аварий, используются различные виды систем защиты:
- отсечка;
- дифференциально-фазная;
- высокоэффективная максимальная токовая защита электрических цепей (МТЗ).
Из перечисленных выше типов защиты наиболее распространенной является защита от сверхтока. Этот простой и надежный способ предотвращения опасных перегрузок линий получил широкое распространение благодаря своей селективности, т.е. способности избирательно реагировать на различные ситуации.
Устройство и принцип действия
Защита от сверхтоков состоит из двух важных элементов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в единую конструкцию или смонтированы в отдельные блоки.
Отличия от токовой отсечки
Из всех видов защиты защита автоматическим выключателем является самой надежной. Примером может служить защита бытовой электросети с помощью предохранителей или автоматических выключателей (ACB). Метод автоматического выключателя с прерывистым током обеспечивает отключение защищаемой цепи в аварийной ситуации. Однако для восстановления питания необходимо устранить причину отключения и заменить предохранитель или отключить выключатель.
Недостатком этой системы является то, что не только короткие замыкания, но и внезапные перенапряжения могут вызвать прерывания. Кроме того, для восстановления защиты требуется вмешательство человека. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но неприемлемы для защиты разветвленных линий электропередач.
Поскольку реле защиты от сверхтока разработаны с механизмами замедленного срабатывания, они игнорируют изменения напряжения в течение короткого времени. Кроме того, токовые реле предназначены для сброса после устранения причины размыкания контактов.
Эти два фактора принципиально отличают реле сверхтока от простых реле отключения со всеми их недостатками.
Принцип действия МТЗ
Между блоком задержки и реле тока существует зависимая связь, поэтому отключение происходит не в начальной фазе нарастания тока, а через некоторое время после возникновения неисправности. Этот период слишком мал для того, чтобы ток достиг критического значения, которое может повредить защищаемую цепь. Однако этого достаточно для предотвращения возможной ложной активации защитных устройств.
Работа систем защиты от сверхтоков аналогична работе защиты от сбоев в сети. Разница, однако, заключается в том, что токоограничивающая цепь прерывается немедленно, в то время как защита от сверхтока делает это через определенное время. Этот промежуток времени между нарастанием тока и его прерыванием называется временной задержкой. В зависимости от назначения и типа защиты каждый отдельный шаг по времени определяется расчетом.
Наименьшая временная задержка определяется в наиболее удаленных частях линии. Чем ближе защита от сверхтока находится к источнику тока, тем больше становятся временные задержки. Эти значения определяются временем, необходимым для активации защиты, и называются уровнями селективности. Сети, построенные по этому принципу, являются зонами ступеней селективности.
Этот подход защищает поврежденный участок, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления защиты от сверхтока от места повреждения. Разница в величине шага позволяет устройствам защиты в соседних секциях оставаться в режиме ожидания до восстановления текущих параметров. Поскольку напряжение возвращается в норму практически сразу после отключения зоны короткого замыкания, на работу соседних секций это не влияет.
Примеры использования защиты
- с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
- для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
- для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
- в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.
Расчет тока срабатывания МТЗ
Стабильность и надежность защиты от сверхтоков зависит от настройки параметров тока срабатывания. Расчет должен обеспечить срабатывание реле в случае неисправности, но на его работу не должны влиять параметры тока нагрузки или короткое замыкание при запуске двигателя.
Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызвать ложное срабатывание. С другой стороны, параметры отключения, установленные слишком низко, не могут гарантировать безопасность стабильной работы электрооборудования. Поэтому при расчете уставок необходимо выбирать среднее решение.
Формула для расчета среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле 1 :
где яс.з.— это минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а Ii максимум..— предельное значение для тока нагрузки.
Обратный ток реле выбирается таким образом, чтобы его было достаточно для повторного замыкания контактов отключенного устройства. Используйте формулу для определения этого показателя:
Здесьвз— обратный ток, kн.— это ток, это коэффициент безопасности, kз— коэффициент перезапуска, Iмаксимальная эксплуатация..— максимальный рабочий ток.
Для того чтобы максимально приблизить ток возврата и пусковой ток, вводится коэффициент возврата, который рассчитывается по следующей формуле
kв= Iвз/ Iс.з.на основании которогоs.w..= kн.×kз.×Iмаксимальная эксплуатация../ kв
В идеале, kв= 1, но на практике этот коэффициент всегда меньше 1. Чем больше значение k, тем чувствительнее защита. Это приводит к выводу, что для увеличения чувствительности необходимо увеличить kвв диапазоне, стремящемся к 1.
Стабилизатор с защитой для блока питания
Регулятор источника питания, показанный на рисунке 2, может быть защищен от перегрузок и короткого замыкания нагрузки путем добавления всего двух элементов — тиристора V3 и резистора R5.
Рисунок 2. Схема регулятора питания с защитой (0-27В).
Устройство защиты активируется, когда ток нагрузки превышает порог, определяемый резистором R5. В это время падение напряжения на резисторе R5 достигает напряжения открытия тиристора V3 (около 1 В), он открывается, и напряжение на базе транзистора V2 падает почти до нуля. Поэтому транзисторы V2 и V4 закрываются и прерывают цепь нагрузки.
Чтобы сбросить настройки AVR, необходимо кратковременно нажать кнопку S1. Резистор R3 используется для ограничения тока базы транзистора V4. Резистор R5 обмотан медной проволокой. Выходное сопротивление AVR можно уменьшить, если включить R5, как показано пунктирной линией на диаграмме. Если при включении регулятора напряжения возникают ложные срабатывания, конденсатор С2 следует удалить из устройства. Максимальный ток нагрузки составляет 2 A.
Вместо транзистора P701A можно использовать KT801A, KT801B. Транзистор V2 можно заменить на KT803A, KT805A, KT805B, P702, P702A.
Стабилизатор с установкой порогового тока для защиты
Устройство защиты 3, показанное на рис., состоит из транзисторов V1 и V2 (в него также входят резисторы R1-R4, литий V3, переключатель S1 и лампочка H1). Желаемое значение пускового тока устанавливается переключателем S1. В рабочем режиме транзистор V1 открыт из-за тока базы, протекающего через резистор R1 (R2 или R3), и падение напряжения на нем мало.
Рисунок 3. Принципиальная схема стабилизатора с пороговым регулированием тока для защиты.
Поэтому ток в цепи базы транзистора V2 очень мал, затвор V3 переключается в прямом направлении и транзистор V2 закрывается.
Когда ток нагрузки стабилизатора увеличивается, падение напряжения на транзисторе V1 возрастает. В определенный момент открывается затвор V3, за ним транзистор V2, в результате чего транзистор V1 закрывается. Теперь этот транзистор испытывает почти полное падение входного напряжения, а ток через нагрузку резко падает до нескольких десятков миллиампер.
Загорается лампочка H1, указывая на то, что предохранитель перегорел. Он сбрасывается путем кратковременного отключения питания. Коэффициент стабилизации составляет около 20.
Транзисторы V1 и V7 установлены в теплоотводы с эффективной площадью рассеивания тепла около 250 см2 каждый. Стабилитроны V4 и V5 установлены на медную охлаждающую пластину размером 150 x 40 x 4 мм. Настройка электронной защиты зависит от выбора резисторов R1-R3 в зависимости от желаемого пускового тока.
Лампа H1 типа KM60-75.
Электронно-механическое устройство защиты от перенагрузки
Электронно-механическое устройство безопасности, показанное на рис. 4, работает в два этапа — сначала прерывает питание электронного устройства, а затем полностью блокирует нагрузку контактами K1.1 электромеханического реле K1. Он состоит из транзистора V3, нагруженного электромагнитным реле с двумя обмотками К1, стабилизирующего диода V2, диодов V1, V4 и резисторов R1 и R2.
Рисунок 4. Электромеханическое устройство защиты, схематическое изображение.
Каскад на транзисторе V3 сравнивает напряжение на резисторе R2, которое пропорционально току нагрузки стабилизатора, с напряжением на стабилизаторе V2, который смещен вперед. Когда регулятор перегружен, напряжение на резисторе R2 становится больше, чем напряжение на диодах Зенера, и транзистор V3 открывается. Благодаря положительной обратной связи между коллектором и базой этого транзистора, в транзисторе V3 системного реле K1 возникает процесс блокировки.
Длительность импульса составляет около 30 мс (для реле PMU, лист данных PC4.533.360SP). Во время импульса напряжение на коллекторе транзистора V3 резко падает. Это напряжение передается через диод V4 на базу управляющего транзистора V5 (напряжение на базе транзистора становится положительным по отношению к эмиттеру), транзистор выключается, и ток через цепь нагрузки резко падает.
Одновременно с открытием транзистора V3 начинает расти ток через коллекторную обмотку реле К1 и через 10 мс оно срабатывает, защелкивается и отключает контакты цепи нагрузки К1.1. Для кратковременного сброса режима работы отключите электропитание. Защита срабатывает при токе 0,4 A, а коэффициент стабилизации составляет 50.
