Защита от сверхтоков что это такое

I_nom — номинальный ток срабатывания предохранителя, А; W_max — максимальная мощность нагрузки, Вт (с запасом примерно 20 %); U — напряжение сети, В.

Предохранитель выбирается из стандартного ряда, с ближайшим номинальным током срабатывания, превышающим полученное значение.

Техника безопасности

Замену предохранителя следует производить только при снятой нагрузке. Замена предохранителя под нагрузкой может привести к возникновению электрической дуги, и, как следствие, повреждению глаз, ожогам рук, порче держателя предохранителя. В электроустановках до 1000 вольт замена производится в срествах защиты лица и глаз специальными клещами либо рукой в диэлектрических перчатках.

Советы по выбору предохранителей

Номинал предохранителя в электроустановках не должен превышать допустимого длительного тока для проводов в сегменте электропроводки ниже предохранителя по ходу распределения энергии. Допустимый ток зависит от характеристик провода и определяется в соответствии с пунктом 1.3.10 ПУЭ. Если в защищаемом сегменте есть элементы с ещё меньшим допустимым током, то номинал предохранителя ограничен их номиналом тока. Например, если провода допускают 25 А, а розетки — только 16, то предохранитель следует брать не более 16 А. При нарушении этих условий чрезмерный ток может повредить розетки и другие элементы электроустановки, а также привести к пожару. Форма патрона для плавких предохранителей может быть такой, что установить в него предохранитель большего номинала невозможно.

При необходимости подключения очень мощного электроприбора сто́ит позаботится о предварительном отключении всех не нужных в данный момент электроприборов, это часто предотвращает срабатывание предохранителя.

Следует также обратить внимание на приборы, способные выйти из строя при неожиданных включениях/выключениях и при больших колебаниях напряжения в сети: электромоторы (в том числе холодильники), компьютеры, цветные телевизоры (с катушкой размагничивания на кинескопе) и видеомагнитофоны.

Жучок

Иногда при отсутствии в наличии необходимого предохранителя, или с целью сознательного обхода защиты, используют металлическую перемычку — «жучок». Это недопустимо и часто является причиной пожаров.

Источники

Корякин-Черняк С. Л. Краткий справочник домашнего электрика. Изд. 2-е — СПб.: Наука и Техника, 2006. С. 272. ISBN 5-94387-176-4

См. также

Защита от сверхтоков и перенапряжений и снижение коммутационных потерь в силовых импульсных преобразователях напряжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Резников Станислав, Чуев Денис

В статье рассмотрены схемотехнические средства защиты от сверхтоков и перенапряжений и снижения коммутационных потерь в силовых импульсных преобразователях: бестрансформаторных и трансформаторных конверторах, обратимых активных делителях напряжения, инверторах прямоугольного тока и напряжения и регулируемых многофазных инверторах синусоидального напряжения. Они весьма эффективны, базируются на простейших L-C-D-цепочках и представляются полезными для широкого круга разработчиков.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Резников Станислав, Чуев Денис

Высоковольтно-составные транзисторные преобразователи с обеспечением электроэнергетической и электромагнитной совместимости

Комбинированные автономные системы электроснабжения переменного и постоянного тока с повышенным качеством электроэнергии и ЭМС

Универсальная система электроснабжения железнодорожно-транспортного средства с сетевым и дизель-генераторным электропитанием

Двухсетевой импульсный тяговый электропривод для железнодорожного транспорта

Схемы защиты от импульсных напряжений системы преобразования переменного тока в промышленных электровозах

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Защита от сверхтоков и перенапряжений и снижение коммутационных потерь в силовых импульсных преобразователях напряжения»

Защита от сверхтоков и перенапряжений и снижение коммутационных потерь

в силовых импульсных преобразователях

Станислав РЕЗНИКОВ, д. т. н. Денис ЧУЕВ, к. т. н.

В статье рассмотрены схемотехнические средства защиты от сверхтоков и перенапряжений и снижения коммутационных потерь в силовых импульсных преобразователях: бестрансформаторных и трансформаторных конверторах, обратимых активных делителях напряжения, инверторах прямоугольного тока и напряжения и регулируемых многофазных инверторах синусоидального напряжения. Они весьма эффективны, базируются на простейших L-C-D-цепочках и представляются полезными для широкого круга разработчиков.

Источники сверхтоков и потерь на включение

На рис. 1 показаны основные источники сверхтоков и потерь на включение транзисторов:

а) «сквозной» сверхток в паре УТ-УТ (при несанкционированной синхронизации);

б) «сквозной» сверхток в паре УТ-УБ (из-за инверсной проводимости предварительно проводящего диода);

в) сверхток при подключении источника напряжения к трансформаторно-выпрямительному блоку с емкостным фильтром (из-за малой индуктивности рассеяния трансформатора);

г) аналогичный сверхток из-за инверсной проводимости предварительно проводящего выпрямителя с индуктивным фильтром.

Источники перенапряжений и потерь на выключение

На рис. 2 приведены основные источники перенапряжений и потерь на выключение транзисторов:

а) перенапряжение на транзисторе при выключении индуктивно-активной цепи;

б) перенапряжение на транзисторе при выключении трансформаторно-активной нагрузки (из-за индуктивности рассеяния);

в) перенапряжение на диоде при включении транзистора в цепи диод-демпфирующий дроссель (УБ-Ьд) после окончания запирания предварительно проводящего диода;

Рис. 3. Эквивалентная схема силового диода сучетом эффекта рассасывания носителей при инверсной проводимости (эффекта «захлопывания»)

Рис. 4. Защитно-демпфирующие L-C-D-цепочки (ЗДЦ): а) первого типа; б) второго типа

г) аналогичное перенапряжение на диодах

На рис. 3 представлена упрощенная эквивалентная схема силового диода с учетом эффекта рассасывания носителей при инверсной проводимости (эффекта «захлопывания»). В течение промежутка времени инверсной проводимости, то есть времени рассасывания носителей обратное сопротивление диода приближенно можно считать малым и постоянным (Иинв), что вызывает быстрый рост тока в демпфирующем дросселе Ьд (или в индуктивности рассеяния трансформатора Ь5). По окончании процесса запирания диода это сопротивление резко увеличивается до величины Иобр, что приводит к перенапряжению на диоде из-за ЭДС самоиндукции в Ьд(Ь5).

На рис. 4а приведена схема защитно-дем-пфирующей Ь-С-Б-цепочки (ЗДЦ) первого типа, предназначенной для транзисторно-диодных пар (УТ-УД) [1, 2]. В исходном состоянии УТ заперт, по УБ течет прямой ток 1(0), С2 заряжен, С1 разряжен до нуля. После отпирания УТ его ток нарастает по цепи демпфирующего дросселя Ьд, снижающего величину амплитуды инверсионного тока УБ и уменьшающего потери на включение. Одновременно конденсатор С2 колебательно разряжается до нуля сначала по цепи УТ-Ьд-УБ-УБ12, а после «захлопывания» УБ —

по цепи УТ-Ьд-С1-УБ2. В момент обнуления напряжения на С2 отпирается диод УД3, и Ьд сбрасывает остаток энергии, дозаряжая С1. Таким образом, к моменту очередного запирания УТ конденсатор С2, шунтирующий УТ, разряжен, что позволяет снизить потери на выключение УТ. Далее конденсатор С1 разряжается в цепь силового дросселя и нагрузки через УБ1.

На рис. 4б показана ЗДЦ второго типа [2, 3, 4], предназначенная для транзисторных пар (УТ1-УТ2). В ней совмещены мостовая демпфирующая цепь (УБ3 4 5, С2 3, Ь), предложенная в [2, 3], с пассивной демпферно-коммутационной цепочкой (С1, Ьр, УБ12), осуществляющей рекуперацию энергии сглаживающего или защитного дросселя Ьс(з) во входной фильтр (Сф), предложенной в [4] и защищенной приоритетом РФ. В цепи двух последовательно соединенных транзисторов устанавливается сглаживающий (звено постоянного тока) или защитный (от сквозных «сверхтоков») дроссель Ьс(з), зашунтирован-ный конденсаторно-диодной цепочкой (С1-УБ1), общая точка которой через дроссель рекуперации (Ьр) соединена со вторым электродом силовой цепи транзистора и с первым выводом фильтрового конденсатора (Сф), а через диод (УБ2) — со вторым его выводом. Примем величину относительной длительности управляющего импульса у = 0,5 постоянной. В исходном состоянии УТ1 заперт, С1 заряжен до величины (иП/2-ДИ), С2иС3 — разряжены, ток 1(0) дросселя Ьс(з)

уменьшается по цепи С1-УБ1, дозаряжая С] до величины (иП/2+Ди), а ток 1р(0) дросселя Ьр уменьшается по цепи УБ2-Сф. После отпирания УТ1 помимо тока по цепи Ьс(з) по транзистору начинает течь ток, определяющий колебательную зарядку конденсаторов С2 и С3 от Сф и С1 через УБ5 и Ь до напряжений на каждом приблизительно ип. Кроме этого, происходит частичная разрядка С1 до напряжения ИП/2-ДИ по цепи УТ1-Ьр с нарастанием тока в Ьр. В первый момент после запирания УТ1 напряжение на нем отсутствует благодаря шунтированию цепью из последовательно соединенных С1-С2(С3)-Сф с напряжениями на них +иП/2; -ип ; +иП/2 соответственно. Этим достигается снижение потерь на выключение. Заметим, что цепь С1-УТ1-Ьр-УБ2-Сф представляет собой инвертирующий конвертор, который при относительной длительности управляющего импульса у = 0,5 и условии непрерывности тока в Ьр автоматически выполняет соотношение

ис1 = исф^=исф=^, у 2

осуществляя при этом рекуперацию коммутационной энергии дросселя Ьс(з) во входной фильтр.

И наконец, возможен вариант комбинации ЗДЦ первого и второго типов (ЗДЦ1-П).

Далее рассмотрим наиболее рациональные варианты применения ЗДЦ в схемах основных силовых импульсных преобразователей.

Бестрансформаторные универсальные повышающее-понижающие ШИМ-конверторы

На рис. 5 показаны три основные схемы бестрансформаторных универсальных повы-шающе-понижающих ШИМ-конверторов: двухключевого с однополярной общей точкой (рис. 5а); инвертирующего с разнополярной общей точкой (рис. 5б) и схемы Поликарпова-Кука (рис. 5в) [5]. В этих схемах использованы ЗДЦ первого типа.

Если в первой схеме УТ1 выключен, а УТ2 работает в режиме ШИМ, то квазиустановив-шийся режим с условием непрерывности тока в дросселе Ь определяется понижающим соотношением: и2 = уИ1, где у — относительная длительность импульса управления. Если УТ2 постоянно открыт, аУТ1 работает в режиме ШИМ, то соотношение становится повышающим:

Вторая и третья схемы практически равносильны по массогабаритным показателям и по функциональному соотношению вход/ выход:

Рис. 5. Схемы бестрансформаторных универсальных повышающе-понижающих ШИМ-конверторов с ЗДЦ: а) двухключевой с однополярной общей точкой; б) инвертирующий с разнополярной общей точкой; в) схема Поликарпова-Кука

Рис. 6. Обратимый бестрансформаторный инвертирующий конвертор или обратимый регулируемый активный делитель напряжения (АДН) с ЗДЦ первого типа

Заметим, что первая схема также может обеспечить последнее соотношение, если синхронизировать ШИМ-режим УТ1 и УТ2. При этом в отличие от двух последних схем будет обеспечена однополярная общая точка входа с выходом.

На рис. 6 приведена схема обратимого бес-трансформаторного инвертирующего конвертора, способного выполнять и функцию обратимого регулируемого активного делителя (умножителя) напряжения (АДН). В ней также используются ЗДЦ первого типа.

Инверторы прямоугольного тока и напряжения

На рис. 7 представлены полумостовой и мостовой инверторы прямоугольного тока (рис. 7а) и напряжения (рис. 7б) с ЗДЦ первого типа. Переход от полумостового варианта к мостовому предполагает замену трансформатора Тр на Тр1 в первой схеме и перемычки П на П1 — во второй. Такая замена удваивает число транзисторов, сохраняя их рабочее напряжение, и соответственно — установленную выходную мощность преобразователя.

Следует однако указать, что в мостовой схеме инвертора напряжения (рис. 7б) желательно в цепи перемычки П1 использовать уравнительный конденсатор Сур с малым рабочим напряжением для исключения насыщения трансформатора из-за статической или динамической несиммет-рии вольт-секундных параметров при различных полярностях. Указанная несимме-трия особенно часто проявляется при регулировании (ШИМ, ЧИМ или АИМ). Инверторы тока, а также полумостовой вариант инвертора напряжения свободны от этого недостатка.

На рис. 8 приведены схемы полумостовых и мостовых нерегулируемых инверторов прямоугольного тока с комбинированными ЗДЦ первого и второго типа: с раздельными транзисторами (рис. 8а) и с модульными парами транзисторов (рис. 8б). Особенностью обоих мостовых вариантов (с пунктирным дополнением) является сохранение при этом всего двух ЗДЦ.

Варианты второй схемы (рис. 8б) представляют особый интерес благодаря возможности использования модульного исполнения транзисторных пар (или всех четырех).

Регулируемые трансформаторные конверторы

На рис. 9 приведены два варианта схем регулируемых трансформаторных конверторов:

а) на базе регулируемого инвертора прямоугольного напряжения с ЗДЦ первого типа и трансформаторно-выпрямительного блока с защитным конденсатором (Сз) и Ьф-Сф-фильтром;

Рис. 8. Полумостовой и мостовой нерегулируемые инверторы прямоугольного тока с комбинированными ЗДЦ первого и второго типа: а) с раздельными транзисторами; б) с модульными парами транзисторов

Рис. 9. Регулируемый трансформаторный конвертор:

а) на базе регулируемого инвертора прямоугольного напряжения с ЗДЦ первого типа и трансформаторно-выпрямительного блока с защитным конденсатором ^3);

б) на базе нерегулируемого инвертора прямоугольного тока с комбинированным ЗДЦ, трансформаторно-выпрямительного блока и регулируемого конвертора

б) на базе нерегулируемого инвертора прямоугольного тока с комбинированными ЗДЦ, трансформаторно-выпрямительного блока с емкостным фильтром (Сф1) ирегули-руемого понижающего конвертора.

Первая схема существенно проще, благодаря чему может быть рекомендована к широкому применению. Вторая схема представляется более рациональной в случае, когда зажимы источника питания (±ип) на-

ходятся под высоким и к тому же резко осциллирующим потенциалом относительно «земли» (корпуса), например, когда конвертор входит в состав высоковольтного делителя напряжения, состоящего из 2п конден-

Рис. 10. Регулируемый трехфазный инвертор синусоидального напряжения на базе АДН и ЗДЦ первого типа

саторов и п последовательно соединенных по входу аналогичных конверторных модулей. В этом случае весьма желательным является отсутствие единой регулирующей и синхронизирующей схемы управления инверторами, в которых для управления УТ1.2 могут быть применены взаимонезави-симые генераторные драйверы.

Регулируемый трехфазный инвертор синусоидального напряжения

В [6, 7] рассмотрен новый принцип построения инверторов синусоидального напряжения на базе трех активных делителей с «плавающими потенциалами» средних точек. В качестве каждого из таких активных делителей напряжения может выступать АДН, приведенный на рис. 6.

На рис. 10 представлена схема регулируемого трехфазного инвертора синусоидального напряжения на базе трех АДН (АДНа в с) и ЗДЦ первого типа. Нейтраль может быть реализована с помощью аналогичного четвертого АДН (АДН0). Приведенная схема позволяет получить синусоидальное напряжение

с малым коэффициентом нелинейных искажений и с возможностью амплитудно-частотного регулирования в широких диапазонах.

Рассмотренные схемные решения для защиты от сверхтоков и перенапряжений, а также для снижения коммутационных потерь в силовых импульсных преобразователях представляют собой простые пассивные Ь-С-Б-цепочки, обладают существенной эффективностью и могут быть использованы во всех основных типах преобразователей:

а) бестрансформаторных и трансформаторных конверторах;

б) обратимых активных делителях напряжения;

в) инверторах прямоугольного тока и напряжения;

г) регулируемых по амплитуде и частоте многофазных инверторах синусоидального напряжения.

Схемы представляются полезными для широкого круга разработчиков силовых импульсных преобразователей. ■

1. Транзисторные преобразователи электрической энергии. М.: Изд-во МАИ. 2001.

2. Глебов Б., Лебедев А., Недолужко И. Расчет с помощью SPICE демпфирующих цепочек для транзисторных ключей преобразователей напряжения // Силовая электроника. 2005. № 4.

3. Глебов Б. А. Бесконтактное коммутационное устройство. А. с. СССР № 1122562, Кл. НОЗК17/64.1984. Бюл. № 33.

4. Резников С., Чуев Д., Бутенко П., Савенков А., Кузеный С., Бекетова А. Энергоэкономичные нерегулируемые инверторы пассивными демпферно-коммутационными цепочками // Технологии в электронной промышленности. 2005. № 5.

5. Кук С. Новый DC/DC-преобразователь с нулевыми пульсациями и интегрированными магнито-проводами // Силовая электроника. 2004. № 2.

6. Резников С., Булеков В., Болдырев В., Бочаров В. Новый принцип обратимого выпрямительно-инверторного преобразования с ШИМ-коррекцией мощности // Силовая электроника. 2005. № 1.

7. Резников С. Б. Самолетная система электроснабжения квазипостоянного повышенного напряжения // Авиакосмическое приборостроение. 2004. № 4.

Устройства защиты от дифференциального тока. Виды и назначение

Среди благ цивилизации, которые окружают современного человека, одно из важнейших мест занимает электрическая энергия, точнее, приборы и техника, которые используют её для работы. Сложно представить нашу квартиру без уютного света, телевизора, холодильника или стиральной машины. Однако, кроме благ, электричество таит в себе и серьезную опасность, ведь оно не имеет цвета и запаха, его невозможно увидеть или услышать. Риски при использовании электричества связаны, в том числе, с опасностью поражения человека током и возникновения пожара, и именно поэтому за последние годы активно развиваются и применяются устройства, защищающие от этих нежелательных ситуаций.

Одним из наиболее часто применяемых в современных электрических сетях являются устройства защиты от дифференциального тока (УДТ), которые могут защитить от поражения током и от пожара. Устройства, в свою очередь, можно разделить на два вида:

• без защиты от сверхтоков, обычно их называют выключатели дифференциального тока или УЗО;
• устройства со встроенной защитой от сверхтока, называемые автоматические выключатели дифференциального тока (или дифавтоматы).

Последние, помимо защиты от поражения током и пожара, могут защитить еще и от короткого замыкания или перегрузки сети. В свою очередь, и УЗО и дифавтоматы имеют ряд других характеристик, которые определяют различные сферы их применения.

В настоящее время без применения устройств защиты от дифференциального тока не может эксплуатироваться ни один объект. Действующий ГОСТ Р 50571.3-2009, требует обязательной установки УДТ для защиты розеток общего пользования с током до 20 А, которые используются обычными людьми, а также для защиты:

• всех электрических цепей (включая цепи освещения со светильниками 220 В) в ванных и душевых, помещениях бассейнов и других аналогичных помещениях;
• всех электрических цепей вне помещений;
• электрических цепей, где отказы и повреждения могут вызвать пожар (например, пленочные нагреватели теплых полов).

Развитие современных технологий производства изменило конструкцию окружающих нас электрических приборов и устройств. Поэтому современные устройства дифференциального тока делятся на несколько типов по виду дифференциального тока, на который они реагируют. По ГОСТ Р 60755-2012 существуют следующие виды устройств:

• типа «АС», реагирующие на дифференциальный ток синусоидальной формы;
• типа «А», реагирующие на дифференциальный ток синусоидальной формы и пульсирующий постоянный дифференциальный ток;
• типа «В», реагирующий на синусоидальный переменный и постоянный пульсирующий дифференциальные токи, а также на постоянный дифференциальный ток.

Каждый из типов устройств имеет свои особенности в применении. Например, УДТ типа «В» используются в зарядных станциях для электромобилей, тогда как другие типы УДТ в этих решениях не применимы.

Для жилищного и гражданского строительства наибольшее применение нашли УЗО и диффавтоматы типа «АС» и «А», при этом в последнее время все чаще и чаще применяются вторые решения. Это связано с тем, что начиная с 2006 года в бытовой технике, такой как стиральные и посудомоечные машины, холодильники и кондиционеры стали применяться инверторные двигатели как более бесшумные и экономичные по сравнению с обычными асинхронными. Пионером внедрения этого решения стала компания LG, в 2006 году выпустившая первую стиральную машину с инверторным двигателем. Сейчас такими двигателями оснащена бытовая техника всех ведущих производителей.

При работе такого двигателя происходит преобразование питающего напряжения синусоидальной формы в последовательность управляющих импульсов постоянного тока, с помощью которых управляют частотой вращения двигателя. При этом, если возникает ток утечки в таком устройстве, он может иметь характер пульсирующего постоянного тока и УДТ типа «АС» не отключится т. к. оно не чувствительно к току утечки, отличному от синусоидального. В этом случае надежным способом защититься от поражения током станет установка УДТ типа «А» или «В», хотя последнее будет значительно дороже из-за более сложной конструкции и функционала.

Стоит также отметить, что помимо бытовой техники с электрическими двигателями источниками пульсирующего постоянного дифференциального тока могут служить также блоки питания электронных устройств, таких как телевизор, ноутбук и многие другие т. к. импульсные блоки питания установлены сейчас почти в 100 % современных электронных бытовых приборах.

Таким образом, при планировании розеточной сети в квартире или доме необходимо учитывать, какие устройства планируется подключать к конкретным розеткам и выбирать тот тип УДТ, который обеспечит максимальный уровень защиты. Например, если к розетке в ванной комнате планируется подключать стиральную машину, то оптимально будет использовать УДТ типа «А». Как один из вариантов можно рассмотреть УДТ серии Resi9 от Schneider Electric.

Resi9 — это новая серия модульных устройств, предназначенная для применения в жилищном строительстве, а также на небольших объектах коммерческой недвижимости. Ассортимент оборудования Resi9 включает в себя все виды современных защитных устройств для обеспечения максимальной защиты от рисков, связанных с использованием электрической энергии.

В последнее время набирает популярность еще один тип УДТ от Schneider Electric — тип «A-SI». Это устройства типа «А», снабжённые фильтрами, которые позволяют УДТ быть устойчивыми к отключениям из-за различных внешних электрических помех, например, перенапряжений из-за грозового разряда или помех от работающей аппаратуры. Это полезное свойство данного типа УДТ нашло применение при использовании в качестве вводного на различных объектах, где нет постоянного присутствия людей. В промышленности и коммерческих объектах такой тип устройств широко используется там, где недопустимы ложные отключения электроснабжения (вышки сотовой связи, насосные станции, банкоматы и т. д.), но и для жилищного строительства такие УДТ также широко применяются в качестве вводных, т. к. отключение электричества в частном доме при отсутствии хозяев может привести к серьезным проблемам и причинить значительный ущерб.

Таким образом, если вы планируете электрику дома или квартиры, необходимо учитывать, что розеточные группы, к которым планируется подключать стиральные или посудомоечные машины, современные холодильники, а также кондиционеры необходимо защищать УЗО или дифавтоматом типа «А». Для остальных групп надежную защиту могут обеспечить УДТ типа «АС», применение которых будет еще и более доступно с финансовой стороны.

Источник: Компания Schneider Electric

�� Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках