Obmedzovače prúdu na ochranu elektrických a elektronických sietí pred ničivými účinkami napätia

Obmedzovač prúdu (OT) - zariadenie, ktoré sa používa v elektrických alebo elektronických obvodoch na zníženie hornej hranice jednosmerného (DC) alebo striedavého (AC) prúdu dodávaného do záťaže. To zaisťuje včasnú spoľahlivú ochranu generačných obvodov alebo elektronických systémov pred škodlivými účinkami dopady v dôsledku skratu v sieti alebo iných negatívnych procesov vedúcich k prudkému nárastu AC / DC.

Obmedzovacie techniky sa používajú na riadenie množstva prúdu tečúceho v obvode jednosmerného alebo striedavého prúdu. Zariadenie zaručuje, že v prípade prekročenia jeho limitnej veľkosti bude ochrana spoľahlivo a včas fungovať. Zariadenia na obmedzenie prúdu môžu byť použité v rôznych modifikáciách v závislosti od citlivosť, menovité prúdové zaťaženie, čas odozvy a možné príčiny skratu skraty v sieti.

Vo vnútornom obvode môže dôjsť k nadmernému striedaniu AC / DC v dôsledku skratovaných komponentov, ako sú diódy, tranzistory, kondenzátory alebo transformátorov, ako aj vonkajších problémov pri preťažení sieťových objektov, v uzatváracom obvode alebo prepätí na vstupných svorkách výživa.

Typy obmedzovacích zariadení

Výber ochranných zariadení závisí od viacerých faktorov. Zariadenia sú pasívne a aktívne, možno ich používať samostatne alebo v kombinácii. Zvyčajne je zvodič zapojený do série so záťažou.

Typy obmedzovacích zariadení:

1. Poistky a odpory. Používajú sa na jednoduché obmedzenie prúdu. Poistka zvyčajne vyhorí, ak jej AC / DC prekročí nominálnu veľkosť. Rezistory sú integrované do konštrukcie obvodu. Správnu hodnotu odporu je možné vypočítať aj pomocou Ohmovho zákona I = V / R (kde I je prúd, V je napätie a R je odpor). Na elektrickom trhu existuje veľa rôznych poistiek, ktoré dokážu splniť akúkoľvek požiadavku na stratový výkon.
2. Automatické spínače. Používajú sa na odpojenie napájania, rovnako ako poistka, ale ich odozva je pomalšia a nemusia sa spúšťať na obzvlášť citlivých obvodoch v drahých zariadeniach.
3. Termistory. Termistory so záporným teplotným koeficientom (NTC) sa používajú na obmedzenie počiatočných impulzných prúdov, ktoré tečú, keď je zariadenie pripojené k elektrickej sieti. Termistory majú výraznú odolnosť proti chladu a nízky odpor pri významných teplotách. NTC okamžite obmedzí štartovací prúd.
4. Tranzistory a diódy. Regulované napájacie zdroje využívajú obmedzujúce obvody, ako sú integrované obvody, tranzistory a diódy. Aktívne obvody sú vhodné pre citlivé siete a fungujú pri znížení záťaže alebo vypnutí napájania, pri chybnom skrate alebo v celej sieti.
5. Diódy obmedzujúce prúd sa používajú na obmedzenie alebo reguláciu v širokom rozsahu napätia. Dvojkontaktné OT zariadenie pozostáva z uzávierky skratovanej na zdroj. Udržuje jednosmerný prúd bez ohľadu na zmeny napätia.

Obmedzovač záťažového prúdu v elektrických sieťach

Elektrické rozvody majú ističe na vypnutie napájania v prípade poruchy. Majú určité nevýhody pri zabezpečovaní potrebnej spoľahlivosti, pretože nemôžu vždy odpojiť minimálnu potrebnú núdzovú časť siete na opravu. Problém nastáva pri rekonštrukcii napájacieho zdroja pridaním novej kapacity alebo krížových prepojení, ktoré musia mať prípojnice a ističe dodatočne vybavené pre vyššie limity skratového prúdu (TKZ).

Zlepšenie kvality elektrickej energie v sieťach priamo závisí od spoľahlivosti prevádzkového režimu sieťového zariadenia. Medzi rôzne druhy rušenia, ktoré ovplyvňujú kvalitu sieťového napätia (prepätia, harmonické skreslenie atď.) ), najvážnejšou prekážkou sú poklesy napätia, pretože súvisiace skoky fázového uhla môžu viesť k poruche zariadení, až po úplné zastavenie výroby, bývania a zariadení komunálnych služieb, ktoré rýchlosťou reťazovej reakcie vytvoria hrozbu pre podporu života populácia.

Bežnou príčinou poklesu napätia je skratový prúd. V prípade poruchy v rozvodnej sieti prudko klesá napätie na všetkých poškodených pneumatikách. Úroveň závisí od miesta pripojenia a elektrickej vzdialenosti autobusu od miesta nehody.

Na zníženie negatívnych procesov a odpojenie chybných úsekov siete sa použijú tieto obmedzovače:

• Distribučný statický kompenzátor;
• dynamický rekuperátor napätia;
• tyristorom riadený kondenzátor;
• polovodičový statický prepínač;
• pevný obmedzovač poruchového prúdu.

Takéto ochranné zariadenia nie sú vždy dokonalé. Niektoré z nich majú nevýhodu kvôli ich vysokej cene, zatiaľ čo iné môžu obmedziť poruchový prúd na menej ako 5-násobok normálneho prúdu, čo nestačí na preťaženie.

Miesta použitia obmedzovačov prúdu v energetických zariadeniach:

• Do bodu činnosti hlavného vypínača na núdzovom napájači spotrebiteľských záťaží, s neprípustnosťou prerušenia napájania;
• o zariadeniach, ktorých výkon prestáva zodpovedať obmedzujúcemu skratovému prúdu, ktorý sa zvýšil v dôsledku havarijnej situácie v napájacích sústavách.

Jednoduchým OT riešením v zariadeniach elektrickej siete je pridanie odporu do obvodu. To obmedzuje rýchlosť, ktorou sa môže zvýšiť TCZ pred otvorením ističa, ale tiež obmedzuje schopnosť obvody spĺňajú rýchlo sa meniace požiadavky spotrebiteľov, takže pridávanie alebo odstraňovanie veľkých záťaží spôsobuje nestabilitu moc.

Aplikácia prúdovej ochrany v elektronických obvodoch

Nábehový prúd nastáva, keď je spínač pod napätím. Je to preto, že rozdiel medzi ekvivalentným sériovým odporom kondenzátora a odporom vedenia je len niekoľko milolov a výsledkom je veľký nábehový prúd. Štyri faktory, ktoré môžu ovplyvniť tento proces:

1. Vstupná hodnota AC.
2. Minimálny odpor požadovaný NTC termistorom (pri t = 0).
3. Konštantný DC.
4. Teplota okolia.

Obmedzovač prúdu je zariadenie alebo skupina zariadení používaných na ochranu prvkov obvodu pred nárazovým zaťažením. Termistory a rezistory Záporný teplotný koeficient (NTC) sú 2 jednoduché možnosti ochrany. Ich hlavnými nevýhodami sú dlhé časy chladenia a vysoký stratový výkon. Dióda obmedzujúca prúd reguluje alebo obmedzuje prúd v širokom rozsahu. Pozostávajú z JFET s hradlom skratovaným na zdroj a fungujúcim ako dvojpólový obmedzovač prúdu.

Umožňujú, aby prúd prechádzajúci nimi stúpol na určitú hodnotu a porovnával sa s danou hodnotou. Na rozdiel od Zenerových diód, udržujú konštantný prúdskôr ako stres. Diódy obmedzujúce prúd udržujú prúd, ktorý nimi preteká, konštantný pri akejkoľvek zmene zaťaženia.

Typy prúdových obmedzujúcich diód

Existuje mnoho rôznych typov diódy obmedzujúce prúd klasifikované podľa:

• menovitý prúd regulátora;
• maximálne limitné napätie;
• pracovné napätie;
• spotreba energie.

Najbežnejšie maximálne použiteľné napätia sú 1,7 V, 2, 8 V, 3, 1 V, 3,5 V a 3,7 V a 4,5 V. Menovitý prúd regulátora sa môže pohybovať od 0,31 mA do 10 mA, pri bežne používanom prúde regulátora 10 mA.

Obvod obmedzujúci konštantný prúd

Väčšina napájacích zdrojov má oddelené jednosmerné a napäťové riadiace slučky na reguláciu ich výstupov buď v režime konštantného napätia (CV), resp v režime konštantného prúdu (CC), ktoré sú zahrnuté v ovládaní v závislosti od toho, ako sa odpor záťaže zhoduje s výstupným napätím a aktuálnymi nastaveniami.

Ochrana sa teda vykonáva hlavne obmedzením hodnoty prúdu. V tomto prípade sa môžete prihlásiť jednoduchý obvod pre obmedzovač zdroja pomocou dvoch diód a odporu. Pri akomkoľvek napájacom zdroji vždy existuje riziko skratu na výstupe. Preto je v týchto podmienkach potrebné chrániť ho pred poškodením. Existuje množstvo obvodov, ktoré možno použiť na ochranu napájacieho zdroja.

Jeden z najjednoduchších obvodov obsahuje iba dve diódy a prídavný odpor. Obvod používa odpor na meranie šumu v sérii s výstupným tranzistorom. Ochranu zabezpečujú dve diódy umiestnené medzi výstupom obvodu a bázou tranzistora. Keď obvod pracuje vo svojom normálnom prevádzkovom rozsahu, na rezistore je malé napätie. Toto napätie plus základný radiačný tranzistor je oveľa menšie ako úbytok diódového prechodu potrebný na zapnutie dvoch diód. Keď sa však jednosmerný prúd zvyšuje, napätie na rezistore sa zvyšuje. Keď sa rovná napätiu potrebnému na prevádzku, zapnú sa, napätie tranzistora klesne, čím sa obmedzí prúd.

Obvod tohto diódového obmedzovača prúdu pre napájanie je jednoduchý. Hodnotu sériového odporu možno vypočítať tak, aby na ňom bolo napätie zvýšené na 0,6 voltu (zapínacie napätie pre kremíkovú diódu), keď je maximum prúd. Vždy je však najlepšie zabezpečiť určitú mieru ochrany a najlepšie ju obmedziť na požadovanú úroveň.

Obmedzovač spätnej väzby

Rovnaká jednoduchá diódová forma obmedzenia prúdu môže byť začlenená do výkonových obvodov, ktoré používajú spätná väzba na určenie skutočného výstupného napätia a poskytnutie presnejšie nastaviteľného výkon. Ak sa merací bod výstupného napätia vezme po sériový prúdový odporpotom je možné korigovať pokles napätia na výstupe.

Tento obvod poskytuje oveľa lepšiu reguláciu ako priamy emitorový regulátor a môže tiež zodpovedať za pokles napätie na rezistore s prúdovým limitom, ak je dostatočný pokles napätia na tranzistore v obvode zdroja výživa. Výstupné napätie je možné upraviť aj na získanie požadovanej hodnoty pomocou variabilného odporu. Diódovú formu obmedzenia prúdu je možné jednoducho integrovať do napájacieho obvodu. Navyše je to lacné a pohodlné.

Aplikácie diód obmedzujúcich prúd

Diódy obmedzujúce prúd ponúkajú vynikajúci výkon a jednoduché použitie v porovnaní s bipolárnymi tranzistormi v ochranných systémoch. Sú všestranné a majú vynikajúci výkon z hľadiska dynamického teplotného posunu. Zariadenia využívajúce diódy:

• obvody generátora signálu;
• synchronizačné schémy;
• nabíjacie zariadenie;
• LED ovládanie;
• výmena prídržných cievok v telefónnych komunikačných zariadeniach.

Prúdové upínacie diódy sú dostupné od mnohých svetových výrobcov polovodičov, ako sú Calogic, Central Semiconductor, Diodes Inc., O. N. Polovodič alebo Zetex. Trh s elektronikou má veľmi široký výber diód, použitých diódových obvodov alebo akéhokoľvek iného zariadenia, ktoré môže vyžadovať obmedzenie prúdu.