Система защиты от перенапряжения и пониженного напряжения
При любых неожиданных колебаниях в электроснабжении могут возникнуть многочисленные проблемы на производстве, дома, в офисе. Колебания напряжения в электросети очень плохо влияют на подключенную нагрузку. Эти колебания системы защиты от перенапряжения и пониженного напряжения вызваны многими причинами, такими как скачки напряжения, ограничение, перегрузка и т. д. Общие применения этих систем используются в сельскохозяйственных двигателях, водяных насосах и т. д. В этой статье мы обсудим различные структуры управления, такие как таймеры и компараторы системы защиты от пониженного и перенапряжения.
Что такое защита от перенапряжения и пониженного напряжения?
В следующих характеристиках напряжение, превышающее верхний предел, называется перенапряжением. В зависимости от продолжительности продолжительность перенапряжения похожа на переходный процесс, всплеск напряжения и скачок напряжения. На следующем графике показаны изменения между временем и напряжением. Когда напряжение ниже фиксированного напряжения, говорят о пониженном напряжении.
Защита от перенапряжения
Цепь повышенного и пониженного напряжения с использованием компаратора
The components required for the block diagram of the comparator circuit is the power supply, step down transformer, bridge rectifier, two preset pins, comparators, voltage regulator, relay, buzzer and AC current. This circuit is planned to expand a low voltage and high voltage tripping mechanism to protect the load from the damage. Generally, in homes & industries, we can observe that there is a fluctuation in AC power supply takes place frequently. Due to the fluctuations of the AC power supply, the electronic gadgets will damage easily. To overcome this problem we can implement the tripping mechanism of over voltage and under voltage protection circuit.
Блок-схема цепи повышенного и пониженного напряжения с использованием компаратора
Принципиальная схема работы
Принципиальная схема состоит из двух микросхем, которые называются LM324, LM7812, транзистора NPN, двух диодов Zenor, конденсаторов и светодиода соответственно. В схеме мы можем наблюдать, что вход 220 В переменного тока через трансформатор Т1 и его снижение до 12 В с помощью мостового выпрямителя. Используя два конденсатора C1 и C2 фильтров сглаживания мощности, мы можем преобразовать напряжение переменного тока в постоянный ток.
Circuit of Over Voltage and Under Voltage Protection Using A Comparator
Бит IC Rex — это входной контакт IC1, вычисляющий источник питания 12 В, подключенный к IC2. Таким образом, мы можем рассматривать как операционный усилитель IC, и его давление действует как IC2/1, это детектор высокого напряжения, ICs высокого напряжения, ток работает на транзистор Q1, а функция реле работает с отключением мощности от интенсивности нагрузки. IC/2 используется для обнаружения более низких напряжений, а с помощью VR1 и VR2 задаются два компонента. Светодиод используется для отображения высокой мощности и низкой мощности сверх указанного.
Система защиты от перенапряжения и пониженного напряжения с использованием таймера
This is another type of protection system using timer circuit is designed for the low voltage & high voltage protection system load from the damage. From the above circuit, we can observe that in the place of comparator we are using a timer in this circuit. These two timers are delivered an output error to switch the relay mechanism when the voltage violates its arranged limits. Therefore it protects the appliances from the adverse effects of the supply voltage.
Блок-схема системы защиты от перенапряжения и пониженного напряжения с использованием таймера
Принципиальная схема работы
Весь источник питания этой схемы находится в выпрямленном источнике постоянного тока, и для получения переменного напряжения регулируемая мощность подключается к таймерам, а нерегулируемая мощность подключается к потенциометру. Конфигурации с двумя таймерами работают как компаратор, т. е. вход таймера поступает на контакт 2, он менее положительный, чем 1/3 Vcc. Выходной контакт находится на контакте 3, который становится высоким, и как только входной контакт 2 становится более положительным, чем 1/3 Vcc, он будет инвертирован. Потенциометр VR1 подключен к первому таймеру отсечки по пониженному напряжению, потенциометр VR2 подключен ко второму таймеру отсечки по перенапряжению.
Для формирования логики переключения два транзистора подключены к двум таймерам. Обычно мы считаем, что нормальные рабочие условия находятся в диапазоне от 160 до 250 В, при этом напряжении выход первого таймера считается низким, поэтому транзистор 1 находится в состоянии отсечки. Поэтому результатом будет вывод сброса второго таймера на высокий уровень, что приводит к высокому уровню выходного сигнала на контакте 3. Так что транзистор 2 находится в проводящем состоянии и катушки реле находятся под напряжением. Следовательно, в нормальных условиях нагрузка не прерывается.
Принципиальная схема системы защиты от перенапряжения и пониженного напряжения с использованием таймера
In the over voltage conditions are considered about above the 260V at this condition the second timer pin 2 will be high. It produces the low output at the pin 3, therefore the drivers turn the second transistor into the cutoff mode. Thus, the relay coils are de-energized from the main power supply the load gets tripped. In the same way, in the under voltage conditions, the first timer output is high and drives the first transistor mode in the conduction state. Therefore the reset pin of the second timer is at the low condition and the second transistor is in the cutoff mode.
Наконец, реле срабатывает, чтобы изолировать нагрузку от основного источника питания. Состояние повышенного и пониженного напряжения также отображается на светодиодной индикации, подключенной к соответствующим таймерам, как показано на рисунке.
Применение перенапряжения и пониженного напряжения
- Он используется в бытовой технике, промышленности для контроля колебаний напряжения
- Защита чувствительных электронных устройств
- Сельскохозяйственные двигатели
- Водяные насосы
Преимущества перенапряжения и пониженного напряжения
- Цена этой схемы очень меньше и надежнее
- Выдерживает большие нагрузки до 7А.
- В ненормальном состоянии переключатель автоматически находится в выключенном состоянии.
- В безопасном состоянии автоматически переключатель находится в состоянии ON
- Это очень чувствительные
В этой статье мы обсудили систему защиты от перенапряжения и пониженного напряжения. Я надеюсь, что, прочитав эту статью, вы получили некоторую основную информацию об этой статье. Если у вас есть какие-либо вопросы по поводу этой статьи или реализации крупных проектов в области электротехники и электроники, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вопрос к вам, какова функция системы защиты от перенапряжения и пониженного напряжения?
Как работают устройства защиты от перенапряжения (SPD)?
Устройство защиты от перенапряжения (SPD) предназначено для защиты электрических систем и оборудования от перенапряжений путем ограничения переходных напряжений и отвода токов перенапряжения.
Перенапряжения могут возникать извне, наиболее интенсивно из-за молнии, или из-за внутреннего переключения электрических нагрузок. Источниками этих внутренних перенапряжений, на долю которых приходится 65 % всех переходных процессов, могут быть включение и выключение нагрузок, работа реле и/или выключателей, системы отопления, двигатели и оргтехника.
Без соответствующего УЗИП переходные процессы могут повредить электронное оборудование и привести к дорогостоящему простою. Важность этих устройств в электрозащите неоспорима, но как на самом деле работают эти устройства? И какие компоненты и факторы играют центральную роль в их работе?
Как работает УЗИП?
В самом общем смысле, когда в защищаемой цепи возникает переходное напряжение, УЗИП ограничивает переходное напряжение и отводит ток обратно к его источнику или земле.
Для работы должен быть хотя бы один нелинейный компонент УЗИП, который при различных условиях переходит между высокоомным и низкоимпедансным состоянием.
При нормальном рабочем напряжении УЗИП находятся в состоянии высокого импеданса и не влияют на систему. Когда в цепи возникает переходное напряжение, УЗИП переходит в состояние проводимости (или низкого импеданса) и отводит импульсный ток обратно к его источнику или земле. Это ограничивает или фиксирует напряжение до более безопасного уровня. После того, как переходный процесс отклоняется, УЗИП автоматически возвращается в состояние высокого импеданса.
Категории или типы SPD
Два основных типа SPD: ограничение напряжения и переключение напряжения составные части. Компоненты, ограничивающие напряжение, изменяют импеданс по мере роста напряжения, что приводит к ограничению переходного напряжения. Компоненты переключения напряжения «включаются» при превышении порогового напряжения и сразу же падают до низкого импеданса. Большинство современных систем включают оба типа компонентов вместе, чтобы объединить сильные стороны и ограничить слабые стороны каждой отдельной части.
Примерами компонентов, ограничивающих напряжение, являются металлооксидные варисторы (MOV) и диоды для подавления переходных напряжений (TVS). К элементам коммутации напряжения относятся газоразрядные трубки (ГРТ) и разрядники.
Как сравнить категории SPD
Компоненты перенапряжения можно сравнить по тому, как они работают в соответствии со следующими факторами.
Время отклика
Время отклика данного компонента просто означает, насколько быстро компонент реагирует на превышение порога перенапряжения. Компоненты ограничения напряжения, в частности диоды TVS, имеют меньшее время отклика, чем компоненты переключения напряжения (например, искровые промежутки и GDT).
Follow-On Current
Это явление ограничивается устройствами переключения напряжения. Последующий ток возникает, когда устройство защиты от перенапряжения не может «отключиться» (т. е. вернуться в состояние с высоким импедансом) после переходного процесса из-за низкого падения напряжения на компоненте. Это позволяет току продолжать течь через устройство во время нормальной работы.
Это явление менее важно для систем переменного тока, поскольку переход через ноль позволяет компоненту выключиться и вернуться в состояние с высоким импедансом. Однако система постоянного тока с использованием устройств переключения напряжения требует дальнейшего рассмотрения.
Пропускное напряжение
В случае скачка напряжения пропускаемое напряжение представляет собой величину напряжения, которую компонент позволяет достичь подключенному оборудованию. Для пропускаемого напряжения диоды лучше всего ограничивают напряжение и поддерживают его на самом низком уровне, но это преимущество ограничено, потому что диоды не так эффективны при больших импульсных токах.
Одним из компонентов, не упомянутым выше как один из лучших или худших в любой из этих трех областей, является MOV, потому что MOV обычно считаются пригодными для использования в каждой категории, работая как мастер на все руки, но не лучший в одном.
Note that most SPD products on the market today are hybrid designs that are a combination of multiple surge components. These products balance the pros and cons of each individual component to provide facilities with balanced protection against various types of surges.
Характеристики производительности устройства защиты от перенапряжения, которые необходимо знать
Знание отдельных компонентов перенапряжения полезно для понимания, но то, что определяет стандарты для SPD, — это аспекты производительности или функции для каждого устройства.
После определения системы распределения электроэнергии, к которой должно быть подключено УЗИП, следует сравнить различные доступные устройства по следующему:
1. Максимальное длительное рабочее напряжение (MCOV). MCOV — это максимальное напряжение, которое устройство может выдержать и продолжать нормально работать. Как правило, MCOV должно быть как минимум на 25 % выше номинального напряжения питания, но определяется соответствующими стандартами. Например, УЗИП nVent ERICO, разработанные для устройств с номинальным напряжением 120 вольт, имеют MCOV 170, а для систем с номинальным напряжением 240 вольт MCOV УЗИП составляет 275.
2. Рейтинг защиты по напряжению (VPR) или уровень защиты по напряжению (Up). Рейтинг защиты по напряжению и уровень защиты по напряжению — это рейтинги, определенные UL и IEC, соответственно, которые относятся к пропускаемому напряжению устройства. UL 1449 включает тест, который подает на устройство комбинированный сигнал 6 кВ/3 кА и измеряет пропущенное напряжение, определяя рейтинг защиты по напряжению (VPR). IEC 61643-11 имеет аналогичный тест и называет его уровнем защиты по напряжению (Up).
3. Номинальный ток разряда (In). Определяется как пиковое значение тока, который может проходить через УЗИП с формой волны 8/20 мкс, при котором УЗИП все еще работает после 15 приложенных импульсов. В соответствии с UL 1449 производители должны выбрать номинальный ток разряда из предварительно определенного списка (3 кА, 5 кА, 10 кА или 20 кА) для этого теста.
4. Статус индикации. Индикатор состояния, который может быть механическим индикатором, светодиодом или дистанционной сигнализацией, представляет собой простой индикатор «работает/не работает».
Оценка перенапряжения — это то, что многие считают ключевым фактором для спецификации SPD. Однако:
5. Допустимая нагрузка по току или максимальное номинальное значение импульса. Производители часто указывают эти рейтинги как показатель либо срока службы устройства в течение всего срока службы, либо однократного максимального импульсного тока, с которым может справиться устройство. Хотя эти рейтинги указаны на веб-сайтах многих производителей и в спецификациях, UL или IEEE не определяют эти рейтинги. Это позволяет каждому производителю создавать свои собственные требования к тестированию (если таковые имеются), что в конечном итоге делает их менее надежными показателями производительности.
Note: There is an optional Maximum Discharge test defined in IEC 61643-11.
Классы или типы УЗИП
Согласно стандартам УЗИП классифицируются по типу (UL) или классу испытаний (IEC). Условия испытаний для каждого типа и класса испытаний определены для оценки и обеспечения правильной работы в различных местах и установках. Рекомендуемый испытательный класс или тип УЗИП зависит от местоположения и учитывает уязвимость установки к большим величинам импульсного тока и важность ограничения пропускаемого напряжения для защищаемой нагрузки.
На следующем рисунке представлены классификации и категории УЗИП в соответствии с ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 и классификацией VDE.
nVent ERICO рекомендует скоординированный подход с каскадным подключением УЗИП по всему объекту. Это позволяет выбрать УЗИП, расположенный на главном служебном входе, для работы с максимальными импульсными токами, а также позволяет выбрать УЗИП в точке использования для минимизации пропускаемого напряжения. Два SPD, работающие вместе, обеспечивают наилучшую защиту нагрузки.
В заключение, УЗИП состоят из различных компонентов, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Отраслевые стандарты определяют уровни производительности, которым должно соответствовать данное УЗИП, а класс или тип определяют приложение, для которого подходит УЗИП.
Узнайте больше об устройствах защиты от перенапряжения
Защита от перенапряжения является важным аспектом скоординированной электрической защиты любого объекта. Чтобы узнать, как обеспечить безопасность чувствительного оборудования и сократить время простоя (помимо других преимуществ), загрузите наше Руководство по решениям для защиты от перенапряжений.