Basisprincipes van overspanningsbeveiliging | Preventie van elektrische kortsluiting

Een elektrische kortsluiting is de meest voorkomende oorzaak van onbedoelde brand in huishoudelijke, commerciële en industriële gebouwen. Het treedt op wanneer de abnormale omstandigheden zich voordoen in het elektrische circuit, zoals overstroom, isolatiefouten, menselijke contacten, overspanningen enz. In dit artikel worden enkele methoden voor het voorkomen van kortsluiting, brand en overspanning besproken.

Preventie van elektrische kortsluiting

Juiste elektrische aansluitingen

100% van de door elektrische kortsluiting veroorzaakte brand is te wijten aan een gebrekkige kennis van de elektricien of zijn onzorgvuldigheid. De meeste elektriciens leren door een helper te worden voor een ervaren persoon en hebben niet veel kennis van het elektrische basisidee.

lont

In een huishoudelijke toepassing voor 3-fasen 4-draads voeding gebruiken elektriciens de 4 MCB-combinatie genaamd de TPN in plaats van de 3 MCB-combinatie. Het is de hoofdoorzaak van brand die voortkomt uit elektrische problemen. Laat de nulleider dus nooit door een schakelaar gaan.

Welnu, de reden waarom het 3 MCB-type het beste is, wordt hieronder uitgelegd. Voor TPN (drie polen plus neutraal) zijn 3 MCB's die kunnen trippen bij overschrijding van de nominale stroom en de 4e is slechts een schakelaar voor neutraal. Het voelt geen stroom. Stel dat de nulleider wordt losgekoppeld aan de huiszijde in de TPN, om welke reden dan ook, de fase die minder wordt belast, kan een spanningspiek ervaren tot 50% plus of meer. Dit betekent dat de enkelfasige belasting ongeveer 350 volt zou zijn in plaats van 220 volt. Veel gadgets zullen in een mum van tijd branden en items zoals een buislamp met ijzeren smoorspoel kunnen vlam vatten. Stel je voor, je bent op dat moment niet thuis en er is een kledingkast in de buurt! Dit is een van de belangrijkste redenen voor het uitbreken van brand. De situatie is ook hetzelfde met een 3 MCB als de nulleider wordt losgemaakt. Let er dus goed op dat de nulleider ook niet door een schakelaar gaat in a driefasige installatie noch laat de neutraal los gaan zitten.

Laten we wiskundig berekenen. Een lamp is 100 watt in de ene fase naar neutraal en nog eens 10 watt aangesloten van een andere fase naar neutraal. Stel dat ze allebei 220 RMS krijgen van een 3-fasen gebalanceerde voeding. Laten we nu de neutrale verbinding verbreken. Dus beide lampen zijn in serie over fase naar fase, d.w.z. tegenover een spanning van 220 X √3 = 381 volt. Bereken nu de spanningsval over elke lamp terwijl de ene weerstand 484 is en de andere 4840. Nu is I = 381 / (484 + 4840) of I = 381/5324 of I = 0,071. Nu staat de V tegenover de lamp van 100 watt = IR = 34 volt en de V tegenover de lamp van 10 watt = 340 volt. Ik heb geen rekening gehouden met de koude weerstand van de lamp die 10 keer minder is dan de hete weerstand (dat wil zeggen tijdens het gloeien). Als daarmee rekening wordt gehouden, zal de 10 watt lamp binnen enkele seconden uitvallen.

Kortsluitbeveiliging in de voeding van het ingebouwde systeem

Vaak wordt gezien dat tijdens het voeden van een nieuw samengesteld circuit het voedingsgedeelte zelf een fout ontwikkelt, mogelijk als gevolg van een kortsluiting. Het hieronder ontwikkelde circuit elimineert dat probleem door het ingebedde gedeelte te isoleren van dat van andere hulpsecties. Dus als de fout in dat gedeelte ligt, blijft het ingebedde gedeelte onaangetast. Het ingebedde gedeelte bestaande uit een microcontroller trekt 5 volt stroom van A, terwijl de rest van het circuit trekt van B.

Sommige ampèremeters, voltmeters en een drukknopschakelaar worden in het circuit gebruikt om het resultaat in een testcircuit in simulatie te vinden. In real-time gebruik zijn dergelijke meters niet vereist. Q1 is de belangrijkste schakeltransistor van stroom naar de hulpsecties van B. Load wordt weergegeven als een 100R-belasting en een testschakelaar in de vorm van een drukknop wordt gebruikt om de werking van het circuit te controleren. Transistor BD140 of SK100 en BC547 worden gebruikt om de secundaire output van ongeveer 5V B af te leiden van de 5V-hoofdvoeding A.

Wanneer de 5V DC-uitgang van regulator IC 7805 beschikbaar is, geleidt transistor BC547 door weerstanden R1 en R3 en LED1. Als gevolg hiervan geleidt transistor SK100 en verschijnt er een tegen kortsluiting beveiligde 5V DC-uitgang over de B-aansluitingen. De groene LED (D2) brandt om hetzelfde aan te geven, terwijl de rode LED (D1) uit blijft vanwege de aanwezigheid van dezelfde spanning aan beide uiteinden. Als de B-aansluitingen kortgesloten zijn, valt de BC547 af vanwege aarding van de basis. Hierdoor is SK100 ook afgesneden. Dus tijdens kortsluiting gaat de groene LED (D2) uit en gaat de rode LED (D1) branden. Condensatoren C2 en C3 over de 5V-hoofduitgang A absorberen de spanningsschommelingen die optreden als gevolg van kortsluiting in B en zorgen voor storingsvrij A. Het ontwerp van het circuit is gebaseerd op de onderstaande relatie: RB = (HFE X Vs) / (1.3 X IL) waarbij, RB = Basisweerstanden van transistors van SK100 en BC547 HFE = 200 voor SK100 en 350 voor BC547 Schakelspanning Vs = 5V 1.3 = Veiligheidsfactor IL = Collector-emitterstroom van transistors Monteer het circuit op een algemene- doel-printplaat en sluit deze in een geschikte kast. Verbind de klemmen A en B op het voorpaneel van de kast. Sluit ook het netsnoer aan om 230V AC naar de transformator te voeren. Verbind D1 en D2 voor visuele indicatie.

Kortsluitindicator samen met gereguleerde voeding

Een geregelde stroomvoorziening is de belangrijkste vereiste voor de werking van veel elektronische apparaten die een constante gelijkstroomvoeding nodig hebben voor hun werking. Systemen zoals een laptop of een mobiele telefoon of een computer hebben een gereguleerde DC-voeding nodig om de circuits van stroom te voorzien. Een van de manieren om voor gelijkstroom te zorgen, is door een batterij te gebruiken. De basisbeperking is echter de beperkte levensduur van de batterij. Een andere manier is het gebruik van een AC-DC-omzetter.
Normaal gesproken bestaat een AC-DC-omzetter uit een gelijkrichtersectie, die uit diodes bestaat en een pulserend DC-signaal produceert. Dit pulserende DC-signaal wordt gefilterd met behulp van een condensator om de rimpelingen te verwijderen en vervolgens wordt dit gefilterde signaal geregeld met behulp van een regulator-IC.

Er is een 12 volt voedingsschakeling met kortsluitindicatie ontworpen. Hier is een 12 volt werkbankvoeding om de prototypes te testen. Het geeft goed geregelde 12 volt gelijkstroom om de meeste circuits van stroom te voorzien en ook voor de broodplankassemblage. Een extra circuit met kortsluitindicatie is ook inbegrepen om de eventuele kortsluiting in het prototype te detecteren. Dit helpt om de voeding onmiddellijk uit te schakelen om de componenten te sparen.

Het bevat de volgende componenten:

• Een transformator van 500 mA om de wisselspanning te verlagen.
• Een 7812 regulator IC met 12V gereguleerde output.
• Een zoemer om de kortsluiting aan te geven.
• 3 diodes - 2 die deel uitmaken van een dubbelfasige gelijkrichter en één om de stroom door de weerstand te beperken.
• Twee transistors om de zoemer van stroom te voorzien.

Een 14-0-14, 500 milli ampère transformator wordt gebruikt om de 230 volt AC te verlagen. Diodes D1 en D2 zijn gelijkrichters en C1 is de afvlakcondensator om de DC rimpelvrij te maken. IC1 is de 7812 positieve spanningsregelaar voor een gereguleerde output van 12 volt. Condensatoren C2 en C3 verminderen de transiënten in de voeding. Vanaf de uitgang van IC1 is 12 volt gereguleerde DC beschikbaar. De kortsluitindicator is gebouwd met behulp van twee NPN-transistoren T1 en T2 met een zoemer, een diode en twee weerstanden R1 en R2.

Bij normaal gebruik wordt het AC-signaal verlaagd met behulp van de transformator. De diodes corrigeren het AC-signaal, d.w.z. produceren een pulserend DC-signaal, dat wordt gefilterd door de condensator C1 om de filters te verwijderen en dit gefilterde signaal wordt geregeld met behulp van LM7812. Terwijl de stroom door het circuit gaat, krijgt transistor T2 voldoende spanning op zijn basis om ingeschakeld te worden en is de transistor T1 verbonden met aardpotentiaal en is hij dus uitgeschakeld en is de zoemer uitgeschakeld.​Bij kortsluiting aan de uitgang begint de diode de stroom door R2 te geleiden en schakelt T2 uit. Hierdoor kan T1 geleiden en piept de zoemer, wat aangeeft dat er kortsluiting is opgetreden.

2. Overspanningsbeveiliging

Overspanningen als gevolg van pieken of bliksem veroorzaken isolatiedefecten die op hun beurt tot ernstige gevolgen leiden.

2 manieren van overspanningsbeveiliging

• Door preventieve maatregelen te nemen bij de bouw van gebouwen en elektrische installaties. Dit wordt gedaan door ervoor te zorgen dat de elektrische apparaten met verschillende spanningswaarden afzonderlijk worden geplaatst. De afzonderlijke fasen kunnen ook op basis van hun functionaliteit worden opgesplitst om onderbreking van de fasen te voorkomen.
• Door gebruik te maken van overspanningsbeveiligingscomponenten of -circuits: Deze circuits doven normaal gesproken de overspanningen , d.w.z. veroorzaakt een kortsluiting over hen voordat het de elektrische apparaten bereikt. Ze moeten snel reageren en een hoge stroombelastbaarheid hebben.

Overspanningsbeveiliging

Overspanningen zijn extreem hoge spanningen die over het algemeen boven de voorgeschreven spanningswaarden van de elektrische en elektronische apparaten liggen en volledige verstoring van de apparaatisolatie (van aarde of andere spanningsvoerende componenten) kunnen veroorzaken en zo de apparaten kunnen beschadigen. Deze overspanningen treden op als gevolg van factoren zoals blikseminslag, elektrische ontlading, voorbijgaande en foutieve schakelingen. Om dit te regelen, is vaak een overspanningsbeveiligingscircuit nodig.

Het ontwerpen van een eenvoudig circuit voor overspanningsbeveiliging

Hier is een simpele overspanningsbeveiliging circuit dat de stroom naar de belasting onderbreekt als de spanning boven het vooraf ingestelde niveau stijgt. De stroom wordt alleen hersteld als de spanning tot een normaal niveau daalt. Dit type circuit wordt gebruikt in spanningsstabilisatoren als bescherming tegen overbelasting.

Het circuit maakt gebruik van de volgende componenten:

• Een gereguleerde voeding bestaande uit een 0-9V step-down transformator, diode D1 en een afvlakcondensator.
• Een zenerdiode om de relaisstuurprogramma te besturen.

Werking van het systeem

Elke spanningsstijging in de primaire spanning van de transformator (naarmate de netspanning toeneemt) wordt ook weerspiegeld als een overeenkomstige spanningsstijging in de secundaire. Dit principe wordt in het circuit gebruikt om het relais te activeren. Wanneer de ingangsspanning naar de primaire spanning van de transformator (ongeveer 230 volt), zal Zener buiten geleiding zijn (zoals ingesteld door VR1) en zal het relais in de spanningsloze toestand zijn. De belasting krijgt stroom via de gemeenschappelijke en de NC-contacten van het relais. In deze toestand is de LED uit.

Wanneer de spanning toeneemt, geleidt de zenerdiode en wordt het relais geactiveerd. Hierdoor wordt de stroomtoevoer naar de belasting verbroken. LED toont de activeringsstatus van het relais. Condensator C1 fungeert als een buffer aan de basis van T1 voor de soepele werking van T1 om te voorkomen dat het relais klikt tijdens activering / deactivering.

De belasting is aangesloten via de gemeenschappelijke en de NC (normaal verbonden) contacten van het relais, zoals weergegeven in het diagram. Neutraal moet rechtstreeks naar de belasting gaan.

Pas voordat u de belasting aansluit, de VR1 langzaam aan totdat de LED net uitgaat, ervan uitgaande dat de netspanning tussen 220-230 volt ligt. Controleer indien nodig de netspanning met een AC voltmeter. Het circuit is klaar voor gebruik. Sluit nu de belasting aan. Wanneer de spanning toeneemt, zal Zener geleiden en het relais aansturen. Wanneer de netspanning weer normaal wordt, krijgt de belasting weer stroom.

Een ander circuit voor overspanningsbeveiliging wordt hieronder besproken dat ook de elektrische belastingen beschermt tegen overspanningen.

Soms komt het voor dat de uitgang van een tafelvoeding door een defect niet meer wordt aangestuurd en steevast gevaarlijk omhoog schiet. Dus elke daarop aangesloten belasting zal binnen de kortste keren beschadigd raken. Dit circuit biedt volledige bescherming aan die situatie. De MOSFET staat in serie met de belasting. Zijn poort krijgt aandrijving waardoor de afvoer en de bron altijd in geleiding blijven zolang de ingestelde IC1-spanning op pin 1 onder de interne referentiespanning ligt. In het geval van een hogere spanning is de spanning op pin nr. 1 van IC1 hoger dan de referentiespanning en dat schakelt de MOSFET uit die zijn poortaandrijving ontneemt om ervoor te zorgen dat de afvoer en de bron open zijn, om de stroom naar het belastingscircuit te onderbreken.

Waarschuwingssignalen van een stroomstoring in een circuit

Terwijl netvoeding beschikbaar is, wordt voor het testen van het circuit een schakelaar gebruikt om de transformator van stroom te voorzien. De Q1 geleidt niet omdat de basis en de emitter hetzelfde potentiaal hebben via D1 en D2 van de gelijkstroom die is ontwikkeld door de bruggelijkrichter. Op dat moment worden de condensator C1 en C2 opgeladen tot de aldus afgeleide gelijkspanning. Terwijl de voeding uitvalt, levert de C1 emitterstroom aan de basis van Q1 tot en met R1, waardoor condensator C1 wordt ontladen via Q1 emittercollector die via de zoemer geleidt. Elke keer dat de hoofdvoeding uitvalt, klinkt er een kort geluid totdat de C1 volledig ontladen is.