Elektrický zkrat je nejčastější příčinou náhodných požárů v domácích, komerčních a průmyslových budovách. Vyskytuje se, když v elektrickém obvodu dochází k abnormálním podmínkám, jako je nadproud, poruchy izolace, lidské kontakty, přepětí atd. V tomto článku jsou diskutovány některé metody prevence zkratu a přepětí.
Prevence elektrického zkratu
Správné elektrické připojení
100% vzniku elektrického zkratu je způsobeno špatnou znalostí elektrikáře nebo jeho neopatrností. Většina elektrikářů se učí tím, že se stane pomocníkem zkušeného a chybí jim základní elektrický nápad.
pojistka
V domácí aplikaci pro 3fázové 4vodičové napájení používají elektrikáři kombinaci 4 MCB zvanou TPN namísto kombinace 3 MCB. Je to hlavní příčina požáru pocházejícího z elektrických problémů. Nikdy tedy nedovolte neutrálu projít spínačem.
Důvod, proč jsou 3 typy MCB nejlepší, je vysvětlen níže. Pro TPN (tři póly plus neutrál) 3 jsou MCB, které mohou vypnout při překročení jmenovitého proudu a čtvrtý je pouze spínač pro neutrál. Necítí žádný proud. Z jakéhokoli důvodu předpokládejme, že se neutrál odpojí na konci domu v TPN, fáze, která je méně nabitá, může zaznamenat nárůst napětí až na 50% a více. To znamená, že jednofázové zatížení by bylo asi 350 voltů oproti 220 voltům. Mnoho gadgetů shoří za chvilku a předměty jako lampa se železnou tlumivkou se mohou vznítit. Představte si, že jeden není během toho okamžiku doma a poblíž je šatník! To je jeden z hlavních důvodů požárního úniku. Stejná situace je také u 3 MCB, pokud se neutrál uvolní. Buďte tedy velmi opatrní, abyste se ujistili, že neutrál neprochází spínačem v a třífázová instalace ani nedovolte, aby se neutrál uvolnil.
Pojďme matematicky vypočítat. Jedna lampa má 100 wattů v jedné fázi na neutrál a dalších 10 wattů je připojeno z jiné fáze na neutrál. Předpokládejme, že oba dostanou 220 RMS z 3fázového vyváženého zdroje. Nyní odpojme neutrál. Takže obě žárovky jsou zapojeny do série napříč fázemi, tj. Čelí napětí 220 X √3 = 381 voltů. Nyní vypočítejte pokles napětí na každé lampě, zatímco jeden odpor je 484 a druhý je 4840. Nyní I = 381 / (484 + 4840) nebo I = 381/5324 nebo I = 0,071. Nyní V čelí 100 wattové lampě = IR = 34 voltů a V čelí 10 wattové lampě = 340 voltů. Nebral jsem v úvahu odpor lampy za studena, který je 10krát menší než odpor za tepla (to znamená, když svítí). Pokud se to vezme v úvahu, 10wattová lampa selže během několika sekund.
Ochrana proti zkratu v napájecím zdroji vestavěného systému
Často je vidět, že při napájení nově sestaveného obvodu se v samotné části napájecího zdroje vyskytne nějaká chyba, pravděpodobně kvůli nějakému zkratu. Obvod vyvinutý níže tento problém eliminuje izolací vložené části od ostatních pomocných částí. Pokud tedy chyba spočívá v této části, vestavěná část zůstane nedotčena. Vestavěná část skládající se z mikrokontroléru odebírá 5 voltů z A, zatímco zbytek obvodu čerpá z B.
Některé ampérmetry, voltmetry a tlačítkové spínače se používají v obvodu k nalezení výsledku v testovacím obvodu v simulaci. V reálném čase takové měřiče nejsou nutné. Q1 je hlavní spínaný tranzistor napájející pomocné úseky z B. Zátěž se zobrazuje jako zátěž 100R a pro kontrolu fungování obvodu se používá zkušební spínač ve formě tlačítka. Tranzistor BD140 nebo SK100 a BC547 se používají k odvození sekundárního výstupu kolem 5V B z hlavního 5V napájení A.
Když je k dispozici výstup 5V DC z regulátoru IC 7805, tranzistor BC547 vede přes rezistory R1 a R3 a LED1. Ve výsledku vede tranzistor SK100 a na svorkách B se objeví výstup 5V DC chráněný proti zkratu. Zelená LED dioda (D2) svítí, což signalizuje to samé, zatímco červená LED dioda (D1) zůstává zhasnutá kvůli přítomnosti stejného napětí na obou jejích koncích. Když jsou svorky B krátké, BC547 se přeruší kvůli uzemnění své základny. Výsledkem je, že SK100 je také cut-off. Během zkratu tedy zelená LED (D2) zhasne a červená LED (D1) svítí. Kondenzátory C2 a C3 napříč hlavním 5V výstupem A absorbují kolísání napětí, ke kterému dochází v důsledku zkratu v B, a zajišťují tak bezporuchové A. Návrh obvodu je založen na níže uvedeném vztahu: RB = (HFE X Vs) / (1,3 X IL) kde, RB = Základní odpory tranzistorů SK100 a BC547 HFE = 200 pro SK100 a 350 pro BC547 Spínací napětí Vs = 5V 1,3 = Bezpečnostní faktor IL = Kolektor-emitorový proud tranzistorů Sestavte obvod na obecném - účel PCB a uzavřít do vhodné skříně. Připojte svorky A a B na předním panelu skříně. Připojte také napájecí kabel k napájení transformátoru 230 V stř. Pro vizuální indikaci připojte D1 a D2.
Indikátor zkratu spolu s regulovaným napájením
Regulovaný napájecí zdroj je nejdůležitějším požadavkem na provoz mnoha elektronických zařízení, která pro svůj provoz potřebují stálé stejnosměrné napájení. Systémy jako notebook, mobilní telefon nebo počítač vyžadují k napájení svých obvodů regulované stejnosměrné napájení. Jedním ze způsobů, jak zajistit stejnosměrné napájení, je použití baterie. Základním omezením je však omezená životnost baterie. Dalším způsobem je použití převodníku AC-DC.
Převodník AC-DC se obvykle skládá z usměrňovací sekce, která se skládá z diod a produkuje pulzující stejnosměrný signál. Tento pulzující stejnosměrný signál je filtrován pomocí kondenzátoru k odstranění zvlnění a poté je tento filtrovaný signál regulován pomocí libovolného IC regulátoru.
Byl navržen 12voltový napájecí obvod s indikací zkratu. Zde je 12voltový napájecí zdroj pro testování prototypů. Poskytuje dobře regulovaných 12 V DC pro napájení většiny obvodů a také pro montáž na desku chleba. Součástí je také přídavný obvod indikace zkratu, který detekuje případný zkrat v prototypu. To pomáhá okamžitě vypnout napájení, aby se šetřily komponenty.
Obsahuje následující komponenty:
- Transformátor 500 mA pro snížení střídavého napětí.
- Regulátor IC 7812 poskytující 12V regulovaný výstup.
- Bzučák signalizující zkrat.
- 3 diody - 2 tvořící součást plného vlnového usměrňovače a jedna omezující proud přes rezistor.
- Dva tranzistory dodávající proud do bzučáku.
Transformátor 14-0-14, 500 miliampérů se používá ke snížení napětí 230 voltů. Diody D1 a D2 jsou usměrňovače a C1 je vyhlazovací kondenzátor, který umožňuje zvlnění stejnosměrného proudu. IC1 je regulátor 7812 kladného napětí, který poskytuje regulovaný výstup 12 voltů. Kondenzátory C2 a C3 omezují přechodové jevy v napájecím zdroji. Z výstupu IC1 bude k dispozici 12 voltů regulovaného stejnosměrného proudu. Indikátor zkratu je sestaven pomocí dvou tranzistorů NPN T1 a T2 s bzučákem, diodou a dvěma odpory R1 a R2.
Za normálního provozu je střídavý signál pomocí transformátoru sestupný. Diody usměrňují střídavý signál, tj. Vytvářejí pulzující stejnosměrný signál, který je filtrován kondenzátorem C1 k odstranění filtrů a tento filtrovaný signál je regulován pomocí LM7812. Jak proud prochází obvodem, dostane tranzistor T2 na své základně dostatečné napětí pro zapnutí a tranzistor T1 je připojen k potenciálu země, a proto je ve vypnutém stavu a bzučák je vypnutý. . Když na výstupu dojde ke zkratu, dioda začne vést proud poklesem R2 a T2 se vypne. To umožňuje vedení T1 a pípnutí bzučáku, což indikuje výskyt zkratu.
2. Přepěťová ochrana
Přepětí způsobené přepětím nebo bleskem způsobí poruchu izolace, což vede k vážným následkům.
2 způsoby přepěťové ochrany
- Přijetím preventivních opatření při stavbě budov a elektrických instalací. To se provádí zajištěním toho, že elektrické spotřebiče s různými hodnotami napětí jsou umístěny samostatně. Jednotlivé fáze lze také rozdělit podle jejich funkčnosti, aby nedošlo k přerušení fází.
- Použitím součástek nebo obvodů přepěťové ochrany: Tyto obvody obvykle potlačují přes napětí , tj. způsobit jejich zkrat, než se dostane k elektrickým zařízením. Měly by mít rychlou odezvu a vysokou proudovou zatížitelnost.
Přepěťová ochrana
Přepětí jsou extrémně vysoká napětí, která jsou obecně nad předepsaným napětím elektrických a elektronických zařízení a mohou způsobit úplné narušení izolace zařízení (od země nebo jiných součástí pod napětím), a tím poškodit zařízení. K těmto přepětím dochází v důsledku faktorů, jako je blesk, elektrický výboj, přechodné a vadné spínání. K tomu je často zapotřebí přepěťový ochranný obvod.
Navrhování jednoduchého ochranného obvodu proti přepětí
Zde je jednoduché přepěťová ochrana obvod, který přeruší napájení zátěže, pokud napětí vzroste nad nastavenou úroveň. Napájení se obnoví, pouze pokud napětí poklesne na normální úroveň. Tento druh obvodu se používá v stabilizátorech napětí jako ochrana proti přetížení.
Obvod používá následující komponenty:
- Regulovaný napájecí zdroj sestávající z transformátoru s krokem 0-9 V, diody D1 a vyhlazovacího kondenzátoru.
- Zenerova dioda pro ovládání budiče relé.
Fungování systému
Jakékoli zvýšení napětí v primárním obvodu transformátoru (při zvýšení síťového napětí) se projeví jako odpovídající zvýšení napětí i v jeho sekundárním. Tento princip se v obvodu používá ke spuštění relé. Když bude vstupní napětí na primární straně transformátoru (kolem 230 voltů), Zener bude mimo vedení (podle nastavení VR1) a relé bude ve stavu bez napětí. Zátěž získá energii přes společné a NC kontakty relé. V tomto stavu LED nesvítí.
Při zvýšení napětí vede Zenerova dioda a relé bude aktivováno. Tím se přeruší napájení zátěže. LED zobrazuje stav aktivace relé. Kondenzátor C1 funguje jako vyrovnávací paměť na základně T1 pro plynulý chod T1, aby se zabránilo klepnutí relé během jeho aktivace / deaktivace.
Zátěž je připojena přes společné a NC (normálně připojené) kontakty relé, jak je znázorněno na obrázku. Neutrál by měl jít přímo k nákladu.
Před připojením zátěže pomalu upravujte VR1, dokud se LED nerozsvítí za předpokladu, že síťové napětí je mezi 220-230 volty. V případě potřeby zkontrolujte síťové napětí pomocí měřiče střídavého napětí. Obvod je připraven k použití. Nyní připojte zátěž. Když se napětí zvýší, Zener provede a aktivuje relé. Když se síťové napětí vrátí k normálu, zátěž opět získá energii.
Níže je popsán další obvod pro přepěťovou ochranu, který také chrání elektrickou zátěž před přepěťovými napětími.
Někdy se stane, že výkon zdroje na stolním počítači již nebude kvůli poruše řízen a trvale nebezpečně vystřelí. Každé zatížení s tím spojené se tak okamžitě poškodí. Tento obvod poskytuje této situaci úplnou ochranu. MOSFET je v sérii se zátěží. Jeho brána dostane pohon, který vždy způsobí, že odtok a zdroj zůstanou ve vedení, pokud je nastavené napětí IC1 na kolíku 1 pod interním referenčním napětím. V případě vyššího napětí je napětí na pinu č. 1 IC1 nad referenčním napětím a tím se vypne MOSFET zbavený pohonu brány, což způsobí otevření odtoku a zdroje, odpojení napájení zátěžového obvodu.
Varovné příznaky selhání napájení v obvodu
I když je k dispozici síťové napájení, pro testování obvodu se k napájení transformátoru používá spínač. Q1 nereaguje, protože jeho základna a emitor jsou na stejném potenciálu prostřednictvím D1 a D2 ze stejnosměrného proudu vyvinutého můstkovým usměrňovačem. V té době se kondenzátor C1 a C2 nabije na stejnosměrné napětí takto odvozené. Když napájení selže, C1 dodává emitorový proud na základnu Q1 až R1. To má za následek vybití kondenzátoru C1 přes kolektor emitoru Q1, který vede přes bzučák. Krátký zvuk je tak generován pokaždé, když selže hlavní napájení, dokud se C1 zcela nevybije.
