Grundlagen des Überspannungsschutzes | Verhinderung elektrischer Kurzschlüsse

Ein elektrischer Kurzschluss ist die häufigste Ursache für versehentliche Brände in Wohn-, Gewerbe- und Industriegebäuden. Es tritt auf, wenn im Stromkreis abnormale Bedingungen wie Überstrom, Isolationsfehler, menschliche Kontakte, Überspannungen usw. auftreten. In diesem Artikel werden einige der Methoden zur Verhinderung von Kurzschlussbränden und Überspannungen erläutert.

Verhinderung elektrischer Kurzschlüsse

Richtige elektrische Anschlüsse

100% des durch einen elektrischen Kurzschluss verursachten Feuers sind auf mangelnde Kenntnisse des Elektrikers oder seine Nachlässigkeit zurückzuführen. Die meisten Elektriker lernen, indem sie einem erfahrenen Helfer helfen, und es fehlt ihnen stark an der grundlegenden elektrischen Idee.

Sicherung

In einer Haushaltsanwendung für die 3-Phasen-4-Draht-Versorgung verwenden Elektriker die 4-MCB-Kombination, die als TPN bezeichnet wird, anstelle der 3-MCB-Kombination. Es ist die Hauptursache für Feuer, das durch elektrische Probleme verursacht wird. Lassen Sie den Neutralleiter also niemals durch einen Schalter.

Nun, der Grund, warum 3 MCB-Typ der beste ist, wird unten erklärt. Bei TPN (drei Pole plus Neutral) 3 sind MCBs, die bei Überschreitung des Nennstroms auslösen können, und der vierte ist nur ein Schalter für Neutral. Es spürt keinen Strom. Nehmen wir aus irgendeinem Grund an, dass der Neutralleiter am Hausende im TPN getrennt wird. In der weniger belasteten Phase kann es zu einem Spannungsanstieg von bis zu 50% plus oder mehr kommen. Dies bedeutet, dass die einphasige Last etwa 350 Volt gegenüber 220 Volt betragen würde. Viele Geräte brennen in kürzester Zeit und Gegenstände wie eine Röhrenleuchte mit Eisendrossel können Feuer fangen. Stellen Sie sich vor, man ist in diesem Moment nicht zu Hause und es gibt einen Kleiderschrank in der Nähe! Dies ist einer der Hauptgründe für den Brandausbruch. Ähnlich verhält es sich auch mit einem 3 MCB, wenn sich der Neutralleiter löst. Achten Sie also sehr darauf, dass der Neutralleiter weder durch einen Schalter in a geht dreiphasige Installation Lassen Sie den Neutralleiter auch nicht locker werden.

Berechnen wir mathematisch. Eine Lampe hat 100 Watt in einer Phase zum Neutralleiter und weitere 10 Watt sind von einer anderen Phase zum Neutralleiter angeschlossen. Angenommen, beide erhalten 220 RMS von einer 3-Phasen-symmetrischen Versorgung. Lassen Sie uns nun den Neutralleiter trennen. Somit sind beide Lampen von Phase zu Phase in Reihe geschaltet, d. H. Sie stehen einer Spannung von 220 x 3 = 381 Volt gegenüber. Berechnen Sie nun den Spannungsabfall an jeder Lampe, während ein Widerstand 484 und der andere 4840 beträgt. Jetzt ist I = 381 / (484 + 4840) oder I = 381/5324 oder I = 0,071. Jetzt ist das V der 100-Watt-Lampe = IR = 34 Volt und das V der 10-Watt-Lampe = 340 Volt. Ich habe den Kältewiderstand der Lampe nicht berücksichtigt, der zehnmal geringer ist als der Heißwiderstand (dh beim Leuchten). Wenn dies berücksichtigt wird, fällt die 10-Watt-Lampe in Sekunden aus.

Kurzschlussschutz im eingebetteten Systemnetzteil

Es ist oft zu sehen, dass während der Stromversorgung eines neu zusammengebauten Stromkreises der Stromversorgungsabschnitt selbst möglicherweise aufgrund eines Kurzschlusses einen Fehler entwickelt. Die unten entwickelte Schaltung beseitigt dieses Problem, indem der eingebettete Abschnitt von dem anderer Hilfsabschnitte isoliert wird. Wenn also der Fehler in diesem Abschnitt liegt, bleibt der eingebettete Abschnitt unberührt. Der eingebettete Abschnitt, der aus einem Mikrocontroller besteht, bezieht 5 Volt Leistung von A, während der Rest der Schaltung von B bezieht.

Einige Amperemeter, Voltmeter und ein Druckknopfschalter werden in der Schaltung verwendet, um das Ergebnis in einer Testschaltung in der Simulation zu finden. In Echtzeit sind solche Zähler nicht erforderlich. Q1 ist der Hauptstrom-Schalttransistor zu den Hilfsabschnitten von B. Die Last wird als 100R-Last dargestellt, und ein Testschalter in Form eines Druckknopfs wird zur Überprüfung der Funktion der Schaltung verwendet. Die Transistoren BD140 oder SK100 und BC547 werden verwendet, um den Sekundärausgang von etwa 5 V B von der 5 V-Hauptversorgung A abzuleiten.

Wenn der 5-V-Gleichstromausgang vom Regler-IC 7805 verfügbar ist, leitet der Transistor BC547 über die Widerstände R1 und R3 und LED1. Infolgedessen leitet der Transistor SK100 und ein kurzschlussgeschützter 5-V-Gleichstromausgang erscheint an den B-Anschlüssen. Die grüne LED (D2) leuchtet, um dasselbe anzuzeigen, während die rote LED (D1) aufgrund des Vorhandenseins derselben Spannung an beiden Enden ausgeschaltet bleibt. Wenn die B-Klemmen kurzgeschlossen sind, wird BC547 aufgrund der Erdung seiner Basis abgeschaltet. Infolgedessen wird auch SK100 abgeschaltet. Während eines Kurzschlusses erlischt die grüne LED (D2) und die rote LED (D1) leuchtet. Die Kondensatoren C2 und C3 über dem 5-V-Hauptausgang A absorbieren die Spannungsschwankungen, die durch einen Kurzschluss in B auftreten, und stellen so störungsfrei A sicher. Der Aufbau der Schaltung basiert auf der nachstehenden Beziehung: RB = (HFE X Vs) / (1.3 X IL) wobei RB = Basiswiderstände der Transistoren von SK100 und BC547 HFE = 200 für SK100 und 350 für BC547 Schaltspannung Vs = 5V 1.3 = Sicherheitsfaktor IL = Kollektor-Emitter-Strom von Transistoren Zweckplatine und in einem geeigneten Schrank einschließen. Schließen Sie die Klemmen A und B an der Vorderseite des Gehäuses an. Schließen Sie auch das Netzkabel an, um den Transformator mit 230 V Wechselstrom zu versorgen. Verbinden Sie D1 und D2 zur visuellen Anzeige.

Kurzschlussanzeige zusammen mit geregelter Stromversorgung

Eine geregelte Stromversorgung ist die wichtigste Voraussetzung für den Betrieb vieler elektronischer Geräte, die für ihren Betrieb eine konstante Gleichstromversorgung benötigen. Systeme wie ein Laptop, ein Mobiltelefon oder ein Computer benötigen eine geregelte Gleichstromversorgung, um ihre Schaltkreise mit Strom zu versorgen. Eine Möglichkeit, eine Gleichstromversorgung bereitzustellen, ist die Verwendung einer Batterie. Die grundlegende Einschränkung ist jedoch die begrenzte Batterielebensdauer. Ein anderer Weg ist die Verwendung eines AC-DC-Wandlers.
Normalerweise besteht ein AC / DC-Wandler aus einem Gleichrichterabschnitt, der aus Dioden besteht und ein pulsierendes DC-Signal erzeugt. Dieses pulsierende Gleichstromsignal wird unter Verwendung eines Kondensators gefiltert, um die Welligkeiten zu entfernen, und dann wird dieses gefilterte Signal unter Verwendung eines beliebigen Regler-IC geregelt.

Ein 12-Volt-Stromversorgungskreis mit Kurzschlussanzeige wurde entworfen. Hier ist ein 12-Volt-Tischnetzteil zum Testen der Prototypen. Es liefert gut geregelte 12 Volt Gleichstrom, um die meisten Stromkreise und auch die Steckbrettbaugruppe zu versorgen. Eine Zusatzschaltung zur Kurzschlussanzeige ist ebenfalls enthalten, um den Kurzschluss im Prototyp zu erkennen, falls vorhanden. Dies hilft, die Stromversorgung sofort auszuschalten, um die Komponenten zu schonen.

Es enthält folgende Komponenten:

• Ein 500mA Transformator zum Verringern der Wechselspannung.
• Ein 7812-Regler-IC mit geregeltem 12-V-Ausgang.
• Ein Summer zur Anzeige des Kurzschlusses.
• 3 Dioden - 2 als Teil eines Vollweggleichrichters und eine zur Begrenzung des Stroms durch den Widerstand.
• Zwei Transistoren zur Stromversorgung des Summers.

Ein 14-0-14, 500 Milliampere Transformator wird verwendet, um den 230 Volt Wechselstrom herunterzufahren. Die Dioden D1 und D2 sind Gleichrichter und C1 ist der Glättungskondensator, um die Gleichstromwelligkeit frei zu machen. IC1 ist der positive Spannungsregler 7812 für einen geregelten 12-Volt-Ausgang. Die Kondensatoren C2 und C3 reduzieren die Transienten in der Stromversorgung. Am Ausgang von IC1 stehen 12 Volt geregelter Gleichstrom zur Verfügung. Die Kurzschlussanzeige besteht aus zwei NPN-Transistoren T1 und T2 mit einem Summer, einer Diode und zwei Widerständen R1 und R2.

Im Normalbetrieb wird das Wechselstromsignal mit dem Transformator heruntergefahren. Die Dioden gleichen das Wechselstromsignal gleich, d. H. Sie erzeugen ein pulsierendes Gleichstromsignal, das vom Kondensator C1 gefiltert wird, um die Filter zu entfernen, und dieses gefilterte Signal wird unter Verwendung von LM7812 geregelt. Wenn Strom durch die Schaltung fließt, erhält der Transistor T2 an seiner Basis genügend Spannung, um eingeschaltet zu werden, und der Transistor T1 ist mit dem Massepotential verbunden und befindet sich daher im ausgeschalteten Zustand und der Summer ist ausgeschaltet. . Wenn am Ausgang ein Kurzschluss vorliegt, beginnt die Diode, den Strom durch R2 abzuleiten, und T2 schaltet ab. Dadurch kann T1 leiten und der Summer piept, wodurch das Auftreten eines Kurzschlusses angezeigt wird.

2. Überspannungsschutz

Überspannungen aufgrund von Überspannungen oder Blitzschlag führen zu einem Isolationsversagen, was wiederum schwerwiegende Folgen hat.

2 Möglichkeiten des Überspannungsschutzes

• Durch vorbeugende Maßnahmen beim Bau von Gebäuden und elektrischen Anlagen. Stellen Sie dazu sicher, dass die Elektrogeräte mit unterschiedlichen Nennspannungen separat aufgestellt werden. Die einzelnen Phasen können auch nach ihrer Funktionalität aufgeteilt werden, um eine Unterbrechung der Phasen zu vermeiden.
• Durch Verwendung von Überspannungsschutzkomponenten oder -schaltungen: Diese Schaltungen löschen normalerweise die Überspannungen d.h. einen Kurzschluss über ihnen verursachen, bevor er die elektrischen Geräte erreicht. Sie sollten schnell reagieren und eine hohe Strombelastbarkeit haben.

Überspannungsschutz

Überspannungen sind extrem hohe Spannungen, die im Allgemeinen über den vorgeschriebenen Nennspannungen der elektrischen und elektronischen Geräte liegen und die Isolation des Geräts (von der Erde oder anderen spannungsführenden Komponenten) vollständig zerstören und somit die Geräte beschädigen können. Diese Überspannungen treten aufgrund von Faktoren wie Blitzschlag, elektrischer Entladung, vorübergehender und fehlerhafter Schaltung auf. Um dies zu steuern, wird häufig eine Überspannungsschutzschaltung benötigt.

Entwerfen einer einfachen Überspannungsschutzschaltung

Hier ist eine einfache Überspannungsschutz Schaltung, die die Last unterbricht, wenn die Spannung über den voreingestellten Wert steigt. Die Stromversorgung wird nur wiederhergestellt, wenn die Spannung auf den normalen Wert abfällt. Diese Art von Schaltung wird in Spannungsstabilisatoren als Überlastschutz eingesetzt.

Die Schaltung verwendet die folgenden Komponenten:

• Eine geregelte Stromversorgung bestehend aus 0-9V Abwärtstransformator, Diode D1 und einem Glättungskondensator.
• Eine Zenerdiode zur Steuerung des Relaistreibers.

Funktionsweise des Systems

Jeder Spannungsanstieg in der Primärwicklung des Transformators (wenn die Netzspannung ansteigt) spiegelt sich auch in einer entsprechenden Spannungserhöhung in seiner Sekundärwicklung wider. Dieses Prinzip wird in der Schaltung verwendet, um das Relais auszulösen. Wenn die Eingangsspannung an der Primärseite des Transformators (ca. 230 Volt) liegt, ist der Zener nicht mehr leitend (wie von VR1 eingestellt) und das Relais befindet sich im stromlosen Zustand. Die Last wird über die gemeinsamen und die NC-Kontakte des Relais mit Strom versorgt. In diesem Zustand ist die LED aus.

Wenn die Spannung ansteigt, leitet die Zenerdiode und das Relais wird aktiviert. Dies unterbricht die Stromversorgung der Last. LED zeigt den Aktivierungsstatus des Relais an. Der Kondensator C1 fungiert als Puffer an der Basis von T1 für das reibungslose Funktionieren von T1, um ein Klicken des Relais während seiner Aktivierung / Deaktivierung zu verhindern.

Die Last wird über die Common- und die NC-Kontakte (normalerweise verbunden) des Relais angeschlossen (siehe Abbildung). Der Neutralleiter sollte direkt zur Last gehen.

Stellen Sie VR1 vor dem Anschließen der Last langsam ein, bis die LED nur noch erlischt, vorausgesetzt, die Netzspannung liegt zwischen 220 und 230 Volt. Überprüfen Sie gegebenenfalls die Netzspannung mit einem Wechselspannungsmesser. Die Schaltung ist betriebsbereit. Schließen Sie nun die Last an. Wenn die Spannung ansteigt, leitet und betätigt Zener das Relais. Wenn die Netzspannung wieder normal ist, wird die Last wieder mit Strom versorgt.

Eine andere Schaltung zum Überspannungsschutz wird nachstehend erörtert, die auch die elektrischen Lasten gegen Stoßspannungen schützt.

Manchmal kommt es vor, dass die Leistung eines Tischnetzteils aufgrund eines Defekts nicht mehr gesteuert wird und immer gefährlich hochschießt. Somit wird jede daran angeschlossene Last in kürzester Zeit beschädigt. Diese Schaltung bietet vollständigen Schutz für diese Situation. Der MOSFET ist in Reihe mit der Last geschaltet. Sein Gate wird immer angesteuert, wodurch Drain und Source in Leitung bleiben, solange die IC1-Einstellspannung an Pin 1 unter der internen Referenzspannung liegt. Im Falle einer höheren Spannung liegt die Spannung an Pin Nr. 1 von IC1 über der Referenzspannung und schaltet den MOSFET aus, der seinen Gate-Antrieb entzieht, um zu bewirken, dass Drain und Source offen sind, um die Last zum Lastkreis zu trennen.

Warnsignale für einen Stromversorgungsfehler in einem Stromkreis

Während die Netzversorgung verfügbar ist, wird zum Testen der Schaltung ein Schalter verwendet, um den Transformator mit Strom zu versorgen. Der Q1 leitet nicht, da seine Basis und sein Emitter durch D1 und D2 aus dem vom Brückengleichrichter entwickelten Gleichstrom auf dem gleichen Potential liegen. Dieses Mal werden die Kondensatoren C1 und C2 auf die so abgeleitete Gleichspannung aufgeladen. Während die Versorgung ausfällt, liefert C1 über R1 Emitterstrom an die Basis von Q1. Dies führt dazu, dass der Kondensator C1 über den über den Summer leitenden Q1-Emitterkollektor entladen wird. Somit wird jedes Mal ein kurzer Ton erzeugt, wenn die Hauptversorgung ausfällt, bis der C1 vollständig entladen ist.