Схема мтз на переменном оперативном токе: схемы, принцип работы, уставки, время

Содержание

Схема — максимальная токовая защита

Cтраница 4

На рис. 2.22 показаны схемы максимальных токовых защит на постоянном оперативном токе: трехфазной ( рис. 2.22, а) и двухфазной двухрелейной ( рис. 2.22, б) с независимой выдержкой времени, а также двухфазной однорелейной ( рис. 2.22, в) с ограниченно зависимой характеристикой.
[46]

На рис. 2.81 приведены схемы максимальной токовой защиты, в которой в связи с использованием индукционного токового реле типа РТ-80 оперативный ток, как и в защите на постоянном оперативном токе ( см. рис. 2.79), необходим только для питания катушки отключения выключателя. В отличие от схемы на постоянном оперативном токе здесь выключатель отключается за счет энергии, запасенной в конденсаторе С, заряд которого осуществляется с помощью зарядного устройства УЗ-400, питаемого от трансформатора напряжения или трансформатора собственных нужд. Кроме того, в цепи катушки отключения выключателя не предусмотрен блок-контакт для разрыва этой цепи при отключении выключателя. Отказ от блок-контакта возможен в связи с кратковременностью протекания тока разряда конденсатора в катушке отключения при срабатывании защиты. В остальном схемы аналогичны и действуют одинаково.
[47]

Схема максимальной токовой защиты.
[48]

На рис. 221 показана схема максимальной токовой защиты с зависимой выдержкой времени на переменном оперативном токе с применением реле РТ-80. При нормальном режиме работы через обмотку реле и первичную обмотку быстронасыщающегося трансформатора тока НТ протекает разность рабочих токов от трансформаторов тока ТТ, величина которой в 1 / 3 раз больше тока в каждом трансформаторе. Реле настроено так, что этот ток не вызывает срабатывания защиты. При коротких замыканиях и перегрузках ток в обмотке реле и первичной обмотке НТ возрастает и реле срабатывает. О, питающейся от НТ, и выключатель мощности отключает поврежденный участок сети.
[49]

Схема максимальной токовой зашиты со вторичными реле прямого действия и зависимой характеристикой.
[50]

На рис. 147 приведена схема максимальной токовой защиты со вторичным реле прямого действия, например реле типа РТВ или РТМ, встраиваемых в привод выключателя.
[51]

На рис. 244 приведена схема максимальной токовой защиты с двумя токовыми реле ЭТ, реле времени ЭВ и сигнальным реле ЗС. Защита работает на постоянном оперативном токе.
[52]

Схема трехступенчатой максимальной токовой.
[53]

На рис. 93 приведена схема трехступенчатой максимальной токовой защиты от замыканий на землю, применяемых в сетях напряжением ПО / се и выше.
[54]

Принципиальная схема двухфазной максимальной токовой защиты с независимой характеристикой времени срабатывания на постоянном оперативном токе.

| Принципиальная схема двухфазной максимальной токовой защиты с независимой характеристикой времени срабатывания на переменном оперативном токе.
[55]

На рис. 85 приведена двухфазная двухрелейная схема максимальной токовой защиты на постоянном оперативном токе с независимой характеристикой выдержки времени.
[56]

На рис. 86 приведена схема двухфазной двухрелейной максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выдержки времени на оперативном переменном токе.
[57]

Принципиальная схема двухфазной двухре-лейной максимальной токовой защиты с независимой характеристикой времени срабатывания на постоянном оперативном токе.| Принципиальная схема двухфазной максимальной токовой защиты с независимой характеристикой времени срабатывания на переменном оперативном токе.
[58]

На рис. 81 показана двухфазная двухрелейная схема максимальной токовой защиты на постоянном оперативном токе с независимой характеристикой выдержки времени. Схема защиты аналогична рассмотренной выше схеме защиты ( рис. 80), но выполнена в двух фазах.
[59]

На рис. 82 приведена схема двухфазной двухрелейной максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выдержки времени на переменном оперативном токе.
[60]

Страницы:

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 >

Проводники, токи и защита цепей — Сторона переменного тока — Журнал IAEI

Прежде чем мы углубимся в детали проводников, токов и защиты цепей на стороне переменного тока фотоэлектрической системы, давайте сделаем шаг назад и попытаемся получить более полную картину. где находятся некоторые из опасностей или опасностей, которые необходимо учитывать.

Опасность поражения электрическим током . На стороне переменного тока фотоэлектрической системы многие вещи такие же, как и на стороне постоянного тока. Большинство специалистов-электриков знают, что напряжение переменного тока выше 15 В и напряжение постоянного тока выше 30 В может представлять опасность поражения электрическим током, а если токи превышают 10–25 мА, опасность поражения электрическим током может стать смертельной. Напряжение фотоэлектрических модулей постоянного тока может достигать 1500 В, и даже в бытовых фотоэлектрических системах обычно используется напряжение 600 В на стороне постоянного тока. Даже автономные низковольтные аккумуляторные системы с батареями на 24 В и 48 В имеют напряжения, которые могут быть смертельными. Токи на стороне постоянного тока могут составлять сотни, если не тысячи ампер, в зависимости от размера фотоэлектрической системы. В системах с напряжением более 600 В, особенно в цепях переменного тока при напряжении 5000 В и выше, к проектированию должны привлекаться инженеры, а подключения должны выполнять сертифицированные электрики.

Эти напряжения и токи, безусловно, опасны. В предыдущих статьях были рассмотрены требования и методы Национального электротехнического кодекса ( NEC), с помощью которых ими можно управлять, а также способы защиты цепей и оборудования от неисправностей. Конечно, безопасность во время установки и проверки этих систем требует, чтобы мы по возможности избегали работы с цепями под напряжением и всегда использовали надлежащие средства индивидуальной защиты (СИЗ).

Напряжения и токи, как правило, превышают значение ударного и смертельного тока, поэтому цепи и компоненты должны иметь соответствующие номинальные характеристики. Однако есть новая опасность, о которой мы должны знать и с которой должны иметь дело на стороне переменного тока. Это концепция доступного тока короткого замыкания, который может протекать в фотоэлектрическую систему в условиях неисправности.

Токи короткого замыкания переменного тока. Большинство жилых и коммерческих фотоэлектрических систем подключены к существующей электрической системе переменного тока, которая подключена к коммунальной сети. В целом, фотоэлектрическая система имеет выходную мощность, которая меньше, чем мощность службы, питающей существующую установку. Конечно, есть исключения из этого правила, когда очень большая фотоэлектрическая система установлена на относительно небольшой сети переменного тока, и рейтинг фотоэлектрической системы может быть равен рейтингу услуги. В крупных коммунальных системах, где интерактивная фотоэлектрическая система общего назначения является единственным подключением к сети, обычно рейтинг фотоэлектрической системы будет равен рейтингу услуги. Однако в большинстве этих случаев выход переменного тока инвертора, независимо от размера инвертора(ов), будет ограничен по току. [См. Фото 1.]

Фото 2. Один распределительный трансформатор может питать несколько служебных входов в жилые помещения и иметь защиту от перегрузки по току только на первичной стороне.

С другой стороны, электросеть, за исключением устройств защиты от перегрузки по току, не ограничена доступным током короткого замыкания до уровней, связанных с номиналом фотоэлектрической системы. Например, в распределительной сети жилого района один большой трансформатор может снабжать несколько домов защитой от перегрузки по току только на первичной стороне трансформатора. [См. Фото 2.] Доступный ток короткого замыкания от трансформатора при каждом обслуживании будет значительно больше, чем номинальный выходной ток фотоэлектрической системы.

Когда адресована защита от перегрузки по току для выходных цепей переменного тока фотоэлектрической системы от выхода инвертора до точки подключения к существующей электросети, доступные токи короткого замыкания в цепях будут намного больше при источнике от энергосистемы, чем при от интерактивного инвертора утилиты.

Оборудование в этих цепях переменного тока, включая устройства защиты от перегрузки по току, отключающие устройства и другие устройства, размыкающие цепь или проводящие токи короткого замыкания, должно иметь номинальный ток короткого замыкания (SCCR) и/или номинальный ток прерывания (IR). В условиях неисправности все правильно применяемые устройства, которые имеют соответствующие SCCR и IR, смогут справиться с токами короткого замыкания, разомкнуть цепь без повреждений и защитить подключенные цепи и компоненты ниже по потоку.

Проводники . В фотоэлектрической системе проводники, связанные с проводкой переменного тока, аналогичны проводникам переменного тока, используемым в любой коммерческой или жилой системе электроснабжения. Хотя они не являются ответвлениями, они устанавливаются аналогичным образом. Исключением может быть случай, когда выход переменного тока инвертора соединен соединением на стороне питания с служебным входом. Эти подключенные со стороны питания проводники требуют большего внимания при их конструкции и установке, поскольку они могут подвергаться воздействию всех возможных токов короткого замыкания от коммунальных служб [705.12(A), 705.31]. Последующие статьи этой серии будут более конкретно посвящены соединениям со стороны питания и со стороны нагрузки.

Фото 3. Модуль AC PV с указанным магистральным кабелем для выходной цепи переменного тока.

Другие цепи переменного тока, которые немного отличаются, включают перечисленные магистральные кабели, используемые для соединения выходов нескольких микроинверторов или фотоэлектрических модулей переменного тока [см. защита от перегрузки по току или дискретные разъединители для каждого инвертора. [См. Фото 4A, 4B и 4C.] В Код для выходных проводников переменного тока от инвертора, которые должны быть заключены в металлические желоба, как это требуется для проводников постоянного тока внутри здания [690.31]. Конечно, в коммерческих зданиях часто существуют местные правила и требования, которые требуют, чтобы все цепи были заключены в металлические кабелепроводы. Существуют ограничения на объединение проводников разных цепей в одной дорожке. Из соображений безопасности цепи постоянного тока от массива фотоэлектрических модулей не могут быть заключены в кабелепроводы с цепями от других систем без фотоэлектрических модулей, включая выходную цепь переменного тока инвертора [69].0,31(В)]. Вместимость . Допустимая нагрузка проводников на выходе переменного тока интерактивных инверторов общего назначения основана на номинальном постоянном токе на выходе инвертора, известном как максимальный ток этой цепи [690,8 (A) (3)]. Сила тока проводника составляет либо 125 процентов от максимального тока, либо мощность после применения условий использования [без коэффициента 125 процентов], в зависимости от того, что больше.

Фото 4А. Трехфазный сетевой инвертор, взаимодействующий с коммунальными службами, протестирован и внесен в список для использования разъемов в качестве разъединителей для входов постоянного тока и выходов переменного тока.

Фото 4Б. Перечисленный кабель и разъем указаны как отключение переменного тока.

Фото 4С. Блок объединения переменного тока, который объединяет выходы трех инверторов без защиты от перегрузки по току на каждом выходе. Предоставлено Hi-Q Solar.

Защита от перегрузки по току. Как отмечалось ранее, цепи переменного тока, подключенные к выходу инверторов, взаимодействующих с сетью, подвержены потенциальным токам неисправности как от инвертора, так и от источника сети. При межфазных замыканиях и замыканиях на землю цепи защиты от изолирования инвертора обычно обнаруживают напряжение, выходящее за пределы спецификации, и немедленно отключаются. Однако в некоторых случаях возникновения дуги инвертор может продолжать работать и подавать токи повреждения.

В большинстве сценариев неисправности коммунальное предприятие будет источником самых высоких доступных токов неисправности. Когда на данную цепь воздействуют потенциальные токи короткого замыкания от двух источников, общий источник признается источником токов короткого замыкания, которые должны быть устранены с помощью устройств защиты от перегрузки по току [690.9(A)]. Это особенно верно в случае сетевого питания. интерактивные инверторы, которые имеют выходы с ограничением по току.

Несмотря на то, что не требуется устанавливать устройство защиты от перегрузки по току непосредственно на выходе инвертора, взаимодействующего с сетью, это может усложнить или увеличить требования к токовой нагрузке проводников из-за требований, изложенных в Разделе 705.12(B). Почти во всех случаях устройство защиты от перегрузки по току, защищающее проводник цепи на выходе сетевого интерактивного инвертора, будет находиться на конце цепи, подключенном к сети. Номинальное значение этого устройства защиты от перегрузки по току обычно составляет 125 процентов от номинального выходного тока [максимального тока] инвертора.

В руководстве по эксплуатации инвертора будут указаны особые требования к максимальному внешнему устройству защиты от перегрузки по току, которое можно использовать в выходной цепи переменного тока. Это ограничение может быть связано с требованием защиты проводников внутри инвертора от перегрузки по току с помощью внешнего устройства, но оно никогда не должно быть меньше 125 процентов от номинального продолжительного выходного тока инвертора после того, как это число будет округлено до следующего стандарта. рейтинг устройства перегрузки по току.

Номинальный ток короткого замыкания и прерывания. Из-за высоких допустимых токов короткого замыкания [токов короткого замыкания] от сети электроснабжения цепи, подключенные к сети, должны быть рассмотрены дополнительно. Очевидно, проводники рассчитаны на нормальные непрерывные токи, с которыми они должны работать. Как правило, в фотоэлектрической системе, взаимодействующей с коммунальными службами, нет непостоянных токов. Все цепи рассчитаны на основе постоянного номинального выходного тока инвертора, что является подходящим, поскольку инверторы имеют ограничение по току.

Подключенное оборудование между точкой подключения электросети и выходом переменного тока инвертора должно реагировать на токи неисправности, исходящие от электросети. Это достигается с помощью SCCR и IR оборудования. Любое устройство, которое должно отключать большие токи [большие токи или токи короткого замыкания], должно иметь IR или отключающую способность (IC), превышающую эти токи [110.9, 110.10]. К устройствам, прерывающим токи, относятся переключатели, предохранители, автоматические выключатели, реле, контакторы и, в некоторых случаях, полупроводниковые устройства.

Доступные токи короткого замыкания на клеммах оборудования в цепях постоянного тока рассчитываются с использованием сопротивления проводников цепи [Таблица 8, Глава 9]. В цепях переменного тока доступные токи короткого замыкания рассчитываются с использованием полного сопротивления цепи [Таблица 9, Глава 9]. Эти более сложные расчеты начинаются с информации и спецификаций коммунального предприятия, касающихся распределительного трансформатора.

Устройства, которые не прерывают ток или используются таким образом, что не требует активации функции прерывания [например, замкнутый переключатель], должны иметь SCCR, соответствующий доступным токам, которые устройство должно проводить в условиях неисправности.

В электроснабжении жилых домов на одну и две семьи, а также в небольших коммерческих службах предполагается, что допустимые токи короткого замыкания от коммунальных услуг составляют менее 10 000 А. Такие элементы, как розетки для счетчиков, счетчики, главные выключатели и ответвления все автоматические выключатели рассчитаны на 10 000 А для SCCR [розетки и счетчики] и 10 000 А для предохранителей IR или автоматических выключателей IC. Однако это предположение может быть неверным, если коммунальное предприятие модернизировало распределительную систему по соседству и новое оборудование может подавать более 10 000 А доступного тока.

При подключении фотоэлектрических систем со стороны питания рекомендуется всегда проверять значение тока короткого замыкания, обеспечиваемого сетью, в точке подключения фотоэлектрической системы. В некоторых случаях может потребоваться модернизация оборудования служебного входа для более высоких рейтингов SCCR и IR/IC. Любое фотоэлектрическое оборудование, подключенное к источнику питания, должно иметь аналогичные характеристики. [См. Фото 5.]

Фото 5. Хмм… Каков доступный ток короткого замыкания от этой большой квартиры при отключении переменного тока от фотоэлектрических модулей?

Тщательно определите SCCR и IR. При установке разъединителей без предохранителей в цепях переменного тока, которые могут быть подвержены воздействию высоких доступных токов короткого замыкания, очень важно определить фактический SCCR и/или IR разъединителя. Разъединители без предохранителей могут иметь IR от 5 000 до 10 000 A и требуют последовательного предохранителя с номиналом прерывания 10 000 A, но они могут быть отмечены более высоким IR, если защищены последовательным устройством максимального тока [обычно предохранителем] с более высоким номиналом. . [См. Фото 6.]

Фото 6. Отключение переменного тока без предохранителей. Тщательно проверьте значения тока прерывания и тока короткого замыкания.

Иногда этикетки могут сбивать с толку, и всегда полезно проверить полный техпаспорт производителя. Некоторые производители имеют разъединители без предохранителей, которые могут иметь высокое сопротивление излучению, если они защищены специальным автоматическим выключателем. Другие разъединители без предохранителей должны быть защищены плавким предохранителем. Листы технических данных будут очень конкретными в этих различных требованиях. [См. Фото 6.]

Рецензенты плана могут отметить добавление [или потребовать добавления] трансформатора в выходных цепях переменного тока фотоэлектрической системы, чтобы уменьшить доступные токи короткого замыкания от сети до уровней, которые могут быть обеспечены установленным фотоэлектрическим оборудованием, разъединителями и защита от сверхтока.

Падение и повышение напряжения. В стандарте NEC есть информационные примечания относительно падения напряжения и предлагается поддерживать их в пределах 3 или 5 процентов в данной цепи. Эти предложения могут оказаться недостаточными для хорошо спроектированной цепи переменного тока от инвертора, взаимодействующего с коммунальными службами.

В обычной [не фотоэлектрической] электрической системе падение напряжения обычно представляет собой снижение напряжения в цепи, начинающейся от общего источника и заканчивающейся в определенной точке цепи, обычно на стороне нагрузки цепи. Напряжение на розетке счетчика, например, выше, чем напряжение на выходе из розетки из-за того, что когда электроны проходят через сопротивление соответствующих проводников цепи, они создают падение напряжения.

Падение напряжения удерживается под контролем за счет увеличения размера проводника [уменьшения сопротивления] там, где это необходимо, по сравнению с минимальными требованиями к емкости. Иногда существует компромисс между увеличением размера проводника и неотъемлемыми затратами на увеличение количества меди по сравнению с экономией энергии, потерянной в проводнике меньшего размера. Хотя это не является распространенным компромиссом в жилых и небольших коммерческих установках.

В фотоэлектрических системах, взаимодействующих с сетью, инвертор становится источником тока в выходной цепи переменного тока к точке подключения сети, а сеть похожа на нагрузку. Напряжение на выходной цепи переменного тока инвертора будет выше на клеммах инвертора и ниже, чем напряжение в точке подключения к сети.

Предполагая, что напряжение сети является эталонным напряжением для системы, напряжение будет повышаться от розетки счетчика к клеммам инвертора, взаимодействующего с сетью, когда фотоэлектрическая система подает питание в сеть. Даже когда фотоэлектрическая мощность поглощается местными нагрузками, напряжение на выходных клеммах инвертора будет выше, чем напряжение на конце цепи, подключенной к этим нагрузкам и сети.

Коммунальные службы обычно поддерживают [или должны поддерживать] напряжение в точке подключения в пределах +10 процентов, -12% процентов от номинального напряжения [240, 208, 480 и т. д.]. Если сетевое напряжение находится в верхней части диапазона, скажем, +10 процентов, а повышение напряжения в цепи переменного тока до инвертора составляет 3 или 5 процентов, то напряжение на клеммах инвертора может составлять от 13 до 13 процентов. на 15 процентов выше номинала. Этого, конечно, не могло бы произойти с текущими схемами защиты от изолирования в инверторе, которые ограничивают напряжение на клеммах инвертора до +10 процентов, -12 процентов. Инвертор отключился бы.

Такая ситуация не является редкостью. Некоторые установщики не уделяют достаточного внимания размерам проводников [кроме базовых требований по току] для выходных цепей инвертора. Там, где цепи длинные, повышение напряжения может составлять от 2 до 3 процентов и более. В полдень коммунальное предприятие подключает конденсаторы поддержки напряжения к системе распределения, чтобы учесть увеличение нагрузки на кондиционер [что приводит к снижению напряжения в сети] во второй половине дня, когда люди возвращаются домой с работы.

Возникающее в результате повышение линейного напряжения может привести к тому, что напряжение в точке подключения к фотоэлектрической системе приблизится к +10%. Это приведет к отключению фотоэлектрического инвертора до тех пор, пока напряжение сети не вернется к более низкому значению, позволяющему инвертору видеть напряжения на клеммах не более чем на +10 процентов выше номинального. В этой ситуации инвертор будет включаться и выключаться каждые пять минут, пока не будет выполнено удовлетворительное измерение напряжения на клеммах.

По этой причине повышение напряжения в выходных цепях переменного тока инвертора должно быть ограничено практически минимальным значением, но обычно от 1/2 до 1 процента. Это означает, что размеры проводников в цепи будут увеличены по сравнению с минимальными требованиями к токовой нагрузке, а размер заземляющего проводника оборудования также должен быть увеличен [250.122].

Цепи переменного тока в фотоэлектрических системах питаются от инверторов, взаимодействующих с сетью, с ограничением тока, на одном конце и подключаются к источнику сети на другом. Размер проводника зависит от номинального постоянного выходного тока инвертора. Защита от перегрузки по току обычно устанавливается на конце цепи со стороны источника сети из-за более высоких допустимых токов короткого замыкания от этого источника.

IR и IC, которые все устройства используют для отключения токов в цепи
, должны быть достаточно большими, чтобы справиться со всеми доступными токами, которые должны быть отключены, включая токи короткого замыкания. Устройства, не прерывающие токи в этих цепях, должны иметь SCCR, достаточный для работы с любыми потенциальными нормальными токами или токами короткого замыкания. Установление фактических номиналов отключения непредохранительных разъединителей важно для обеспечения надлежащего функционирования в условиях отказа.

Цепь защиты от перегрузки по току с использованием операционного усилителя

Цепи защиты жизненно важны для успеха любой электронной конструкции. В наших предыдущих руководствах по схемам защиты мы разработали множество базовых схем защиты, которые можно адаптировать к вашей схеме, а именно: защита от перенапряжения, защита от короткого замыкания, защита от обратной полярности и т. д. Добавляя к этому списку схем, в этой статье мы узнаете, как спроектировать и построить простую схему для защиты от перегрузки по току с использованием операционного усилителя .

Защита от перегрузки по току часто используется в цепях питания для ограничения выходного тока блока питания. Термин «перегрузка по току» — это состояние, когда нагрузка потребляет ток, превышающий указанные возможности блока питания. Это может быть опасной ситуацией, так как перегрузка по току может повредить источник питания. Поэтому инженеры обычно используют схему защиты от перегрузки по току , чтобы отключить нагрузку от источника питания во время таких сценариев отказа, тем самым защищая нагрузку и источник питания.

Защита от перегрузки по току с использованием операционного усилителя
Существует много типов схем защиты от перегрузки по току; сложность схемы зависит от того, насколько быстро должна реагировать схема защиты в случае перегрузки по току. В этом проекте мы построим простую схему защиты от перегрузки по току с использованием операционного усилителя, который очень часто используется и может быть легко адаптирован для ваших проектов.

Схема, которую мы собираемся разработать, будет иметь регулируемое пороговое значение перегрузки по току , а также будет иметь функцию автоматического перезапуска при сбое . Поскольку это схема защиты от перегрузки по току на основе операционного усилителя, она будет иметь операционный усилитель в качестве ведущего устройства. Для этого проекта используется операционный усилитель общего назначения LM358 . На изображении ниже показана схема контактов LM358.

Как видно на изображении выше, внутри одного корпуса ИС у нас будет два канала операционного усилителя. Однако для этого проекта используется только один канал. Операционный усилитель будет переключать (отключать) выходную нагрузку с помощью полевого МОП-транзистора. За этот проект Используется N-канальный MOSFET IRF540N . Рекомендуется использовать соответствующий радиатор MOSFET, если ток нагрузки превышает 500 мА. Однако в этом проекте полевой МОП-транзистор используется без радиатора. На изображении ниже показана схема выводов IRF540N .

Для питания ОУ и схемы используется линейный стабилизатор напряжения LM7809 . Это линейный стабилизатор напряжения 9В 1А с широким номинальным входным напряжением. Распиновку можно увидеть на изображении ниже

Требуемые материалы:
Список компонентов, необходимых для цепи защиты от перегрузки по току , приведен ниже.

Макет

Источник питания 12 В (минимум) или в соответствии с требуемым напряжением.

ЛМ358

100 мкФ 25 В

ИРФ540Н

Радиатор (согласно требованиям приложения)

Горшок для отделки 50k.

Резистор 1k с допуском 1%

Резистор 1Meg

Резистор 100k с допуском 1%.

Резистор 1 Ом, 2 Вт (максимум 2 Вт при токе нагрузки 1,25 А)

Провода для макетной платы

Схема защиты от перегрузки по току
Простая схема защиты от перегрузки по току может быть разработана с использованием операционного усилителя для измерения перегрузки по току, и на основе результата мы можем управлять полевым транзистором для отключения/подключения нагрузки к источнику питания. поставлять. Принципиальная схема для того же проста, и ее можно увидеть на изображении ниже 9.0003

Работа цепи защиты от перегрузки по току
Как видно из принципиальной схемы, MOSFET IRF540N используется для управления нагрузкой при включении или выключении в нормальных условиях и в условиях перегрузки . Но перед отключением нагрузки необходимо определить ток нагрузки. Это делается с помощью шунтирующего резистора R1 , который представляет собой шунтирующий резистор 1 Ом с номинальной мощностью 2 Вт. Этот метод измерения тока называется Измерение тока шунтирующего резистора 9.0006 , вы также можете проверить другие методы измерения тока, которые также можно использовать для обнаружения перегрузки по току.

Во время включения МОП-транзистора ток нагрузки протекает через сток МОП-транзистора к истоку и, наконец, к GND через шунтирующий резистор. В зависимости от тока нагрузки шунтирующий резистор создает падение напряжения, которое можно рассчитать по закону для Ом. Поэтому предположим, что для протекающего тока 1 А (ток нагрузки) падение напряжения на шунтирующем резисторе составляет 1 В, поскольку V = I x R (V = 1 А x 1 Ом). Таким образом, если это падение напряжения сравнить с заданным напряжением с помощью операционного усилителя, мы можем обнаружить перегрузку по току и изменить состояние МОП-транзистора, чтобы отключить нагрузку.

Операционный усилитель обычно используется для выполнения математических операций, таких как сложение, вычитание, умножение и т. д. Поэтому в этой схеме операционный усилитель LM358 настроен как компаратор. Согласно схеме, компаратор сравнивает два значения. Первое — это падение напряжения на шунтирующем резисторе, а второе — заданное напряжение (опорное напряжение) с помощью переменного резистора или потенциометра RV1. RV1 действует как делитель напряжения. Падение напряжения на шунтирующем резисторе измеряется инвертирующим выводом компаратора и сравнивается с опорным напряжением, подключенным к неинвертирующему выводу операционного усилителя.

Из-за этого, если измеренное напряжение меньше опорного напряжения, компаратор выдаст на выходе положительное напряжение, близкое к VCC компаратора. Но если измеренное напряжение больше опорного напряжения, компаратор выдаст отрицательное напряжение питания на выходе (отрицательное питание подключено к GND, поэтому в данном случае 0 В). Этого напряжения достаточно, чтобы включить или выключить полевой МОП-транзистор.

Устранение проблем с переходной характеристикой/стабильностью
Но когда высокая нагрузка будет отключена от источника питания, переходные изменения создадут линейную область на компараторе, и это создаст петлю, в которой компаратор не сможет правильно включить или выключить нагрузку и операционный усилитель станет нестабильным . Например, предположим, что с помощью потенциометра устанавливается значение 1 А для перевода полевого МОП-транзистора в состояние ВЫКЛ. Поэтому переменный резистор настроен на выход 1 В. В ситуации, когда компаратор обнаружит, что падение напряжения на шунтирующем резисторе составляет 1,01 В (это напряжение зависит от точности ОУ или компаратора и других факторов), компаратор отключит нагрузку. Переходные изменения происходят, когда высокая нагрузка внезапно отключается от блока питания, и этот переходный процесс увеличивает опорное напряжение, что приводит к плохим результатам на компараторе и заставляет его работать в линейной области.

Лучший способ решить эту проблему — использовать стабильное питание на компараторе, при котором переходные процессы не влияют на входное напряжение компаратора и опорное напряжение. Кроме того, в компаратор необходимо добавить дополнительный метод гистерезиса. В данной схеме это делает линейный стабилизатор LM7809и с помощью гистерезисного резистора R4, резистора 100k. LM7809 обеспечивает правильное напряжение на компараторе, так что переходные изменения в линии питания не влияют на компаратор. Конденсатор C1 емкостью 100 мкФ используется для фильтрации выходного напряжения.

Гистерезисный резистор R4 подает небольшую часть входного сигнала на выход операционного усилителя, что создает разрыв напряжения между низким порогом (0,99 В) и высоким порогом (1,01 В), где компаратор изменяет свой выходной сигнал государство. Компаратор не меняет состояние немедленно, если достигается пороговая точка, вместо этого, чтобы изменить состояние с высокого на низкое, уровень измеренного напряжения должен быть ниже нижнего порога (например, 0,9). 7 В вместо 0,99 В) или для изменения состояния с низкого на высокое, измеряемое напряжение должно быть выше верхнего порога (1,03 вместо 1,01). Это повысит стабильность компаратора и снизит количество ложных срабатываний. Помимо этого резистора, R2 и R3 используются для управления затвором. R3 — подтягивающий резистор затвора полевого МОП-транзистора.

Тестирование цепи защиты от перегрузки по току
Схема построена на макетной плате и протестирована с использованием настольного источника питания и переменной нагрузки постоянного тока.

Цепь проверена, выход успешно отключается при различных значениях, установленных переменным резистором. Видео, представленное в нижней части этой страницы, показывает полную демонстрацию тестирования защиты от перегрузки по току в действии.

Советы по проектированию защиты от перегрузки по току

Резистивно-емкостная цепь демпфера на выходе может улучшить электромагнитные помехи.