Защита устройств от неправильной подачи полярности питания / Хабр

При проектировании промышленных приборов, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности, я не раз сталкивался с проблемой защиты устройства от неправильной полярности подключения питания. Даже опытные монтажники порой умудряются перепутать плюс с минусом. Наверно ещё более остро подобные проблемы стоят в ходе экспериментов начинающих электронщиков. В данной статье рассмотрим простейшие решения проблемы — как традиционные так и редко применяемые на практике методы защиты.

Простейшее решение, которое напрашивается с ходу — включение последовательно с прибором обычного полупроводникового диода.

Просто, дёшево и сердито, казалось бы чего ещё нужно для счастья? Однако, у такого способа есть очень серьёзный недостаток — большое напряжение падения на открытом диоде.

Вот типичная ВАХ для прямого включения диода. При токе в 2 Ампера напряжение падения составит примерно 0.85 вольт. В случае низковольтных цепей 5 вольт и ниже это очень существенная потеря. Для более высоковольтных такое падение играет меньшую роль, но есть ещё один неприятный фактор. В цепях с высоким током потребления на диоде будет рассеиваться весьма значительная мощность. Так для случая, изображённого на верхней картинке, получим:
0.85В х 2А = 1.7Вт.
Рассеиваемая на диоде мощность уже многовата для такого корпуса и он будет ощутимо греться!
Впрочем, если вы готовы расстаться с несколько большими деньгами, то можно применить диод Шоттки, который имеет меньшее напряжение падения.

Вот типичная ВАХ для диода Шоттки. Подсчитаем рассеиваемую мощность для этого случая.
0.55В х 2А = 1.1Вт
Уже несколько лучше. Но что же делать если ваше устройство потребляет ещё более серьёзный ток?
Иногда параллельно устройству ставят диоды в обратном включении, которые должны сгореть если перепутать напряжение питания и привести к короткому замыканию. Ваше устройство при этом скорее всего потерпит минимум повреждений, но может выйти из строя источник питания, не говоря уже о том, что сам защитный диод придётся заменить, а вместе с ним могут и дорожки на плате повредиться. Словом этот способ для экстрималов.
Однако, есть ещё один несколько более затратный, но весьма простой и лишённый перечисленных выше недостатков способ защиты — с помощью полевого транзистора. За последние 10 лет параметры этих полупроводниковых приборов резко улучшились, а цена наоборот сильно упала. Пожалуй то, что их крайне редко используют для защиты ответственных цепей от неправильной полярности подачи питания можно объяснить во многом инерцией мышления. Рассмотрим следующую схему:

При подаче питания напряжение на нагрузку проходит через защитный диод. Падение на нём достаточно велико — в нашем случае около вольта. Однако в результате между затвором и истоком транзистора образуется напряжение превышающее напряжение отсечки и транзистор открывается. Сопротивление исток-сток резко уменьшается и ток начинает течь уже не через диод, а через открытый транзистор.

Перейдём к конкретике. Например для транзистора FQP47З06 типичное сопротивление канала будет составлять 0.026 Ом! Нетрудно рассчитать что рассеиваемая при этом на транзисторе мощность для нашего случая будет всего 25 милливатт, а падение напряжение близко к нулю!
При смене полярности источника питания ток в цепи течь не будет. Из недостатков схемы можно пожалуй отметить разве то, что подобные транзисторы имеют не слишком большое пробивное напряжение между затвором и истоком, но слегка усложнив схему можно применить её для защиты более высоковольтных цепей.

Думаю читателям не составит труда самим разобраться как работает эта схема.

Уже после публикации статьи уважаемый пользователь Keroro в комментариях привел схему защиты на основе полевого транзистора, которая применяется в iPhone 4. Надеюсь он не будет возражать если я дополню свой пост его находкой.

Защита от переполюсовки на реле

Во избежание выхода из строя зарядного устройства при переполюсовке необходимо использовать специальные схемы защиты. Самой простой и доступной для повторения защитой является защита от переполюсовки на реле. При использовании реле, возникают свои небольшие преимущества и некоторые недостатки, о которых мы сегодня и поговорим.

Защита от переполюсовки на реле

Одной из самых популярных вариантов защиты является защита на полевике. Но иногда возникает проблема с настройкой схемы, подбором полевика, да и стоит он относительно не дешево. А вот небольшое реле скорей всего уже есть у каждого автомобилиста в гараже.

Основу схемы составляет реле, обмотка которого подключена через диод VD2. При подключении АКБ правильной полярностью, ток пройдет через обмотку и диод VD2, реле включит контактную группу и пойдет процесс зарядки. При неправильной полярности – диод VD2 не дает включиться реле.

Схема также включает в себя два светодиода, которые включены разнополярно, в зависимости от того, какой полярностью будет подключена АКБ, такой светодиод и будет светиться.

Диод VD1 – гасит импульсы, которые возникают при срабатывании реле. Кнопка КН1 – кнопка без фиксации, используется для ручного старта зарядного. При подключении к зарядному устройству сильноразряженного аккумулятора (ниже 8 В) может возникнуть случай, когда напряжения АКБ недостаточно для включения реле. Тогда необходимо нажать кнопку, запустить зарядное устройство вручную и после чего уже подключать АКБ. Необходимо знать, что при ручном старте защита от переполюсовки НЕ РАБОТАЕТ.

Как сделать защиту от переполюсовки?

Такую защиту  мы установим в зарядное устройство, собранное из блока питания компьютера. Плату со светодиодами можно изготовить из небольшого кусочка макетки или текстолита.

Реле необходимо подбирать минимум на 15 А, но лучше установить с запасом на 30-40 А

. Крепить его через ушко к корпусу, так оно не занимает много места.

Кнопку и светодиоды лучше вывести на верхнюю или лицевую панель.

Защита от переполюсовки на реле – тесты

Зарядное устройство включено в сеть, работает вентилятор.

Подключена АКБ неправильной полярностью – загорается красный светодиод.

Подключена АКБ правильной полярностью – загорается зеленый светодиод, включается реле и начинается зарядка.

Недостатки и преимущества защиты от переполюсовки на реле

Преимущества:

• простота схемы;
• надежность;
• нет дорогих и дефицитных компонентов.

Недостатки:

• не спасает от короткого замыкания;
• защищает от переполюсовки только в момент установки АКБ на зарядку. При подключении следующей батареи, необходимо отключать и перезапускать зарядное, для возвращения реле в исходное состояние.

VK

Facebook

Twitter

Odnoklassniki

comments powered by HyperComments

Защита от переполюсовки за 5 минут для зарядного устройства.

Многие зарядные устройства, особенно самодельные, как правило, не имеют защиты от переполюсовки, вот сегодня мы и сделаем самую простую защиту практически для любого блока питания, а по надежности не уступающую дорогим.

Защитой от переполюсовки я считаю должно быть оснащено любое зарядное устройство, дабы защитить его хоть немного от нашей не внимательности. Я думаю, что любой автолюбитель, когда ставит аккумулятор на зарядку хоть раз да перепутывал провода.

Итак, что нам потребуется для создания этой защиты.

Это обыкновенное, автомобильное 4-х контактное реле на 12 вольт.

Пару диодов 1N4007 или идентичные, да тут практически подойдут любые, которые у вас найдутся.

Светодиод с резистором, — это для индикации, чтобы видеть, что устройство у нас подключено правильно.

Схема показана ниже.

Работает она следующим образом. Наше реле будет находиться в разомкнутом состоянии до подключения автомобильного аккумулятора на зарядку. Как только мы подключим аккумулятор, плюс поступит на обмотку реле через диод VD2, сработает обмотка реле и замкнёт контакты К1.1, через которые будет протекать основной ток заряда. Одновременно с этим загорится светодиод, который будет сигнализировать о том, что всё подключено правильно.

А вот если перепутать полярность подключения, то диод VD2 будет заперт и соответственно на обмотке реле не будет питания, в этом случаи наша схема будет молчать.

навесным монтажомИспытание схемы, подключены полюса правильно.

Пояится схема навесным монтажом, так как, чтобы делать плату, ну просто очень мало деталей, но это не говорит о том, что вы НЕ можете спаять красивее и аккуратнее, а возможно и вставить сразу эту защиту на основную плату к зарядному устройству. Здесь каждый делает, так как ему удобно, главное чтобы конечный результат вам самим нравился.

Творческих вам успехов и всего доброго.

Защита от переполюсовки. » Хабстаб

Для питания своих устройств на этапе отладки, использую обычные зарядки от телефона, припаяв им к выходу bls разъём.

Чтобы отличить плюс от минуса, надпиливаю один из выводов, но по невнимательности всё равно бывает ошибаюсь и подключаю выводы неправильно. О последствиях переполюсовки рассказывать не буду, расскажу лучше как этого избежать. Но для начала пару слов о том, что такое переполюсовка, обычно у устройства, которое питается постоянным током два вывода, к одному из них подключается положительный вывод источника питания, к другому отрицательный. Но никто не мешает(если, конечно же производитель не позаботилися об этом)подключить их наоборот, такое подключение выводов и называют переполюсовкой.

Самый простой способ защититься от переполюсовки — это включить последовательно диод, тогда при ошибке подключения ток не потечёт.

Этот способ работает, но у него есть два недостатка: первый — это большое падение напряжения на диоде, порядка 0.7 вольта, что недопустимо для низковольтных цепей(3.3 и 5 вольт), второй — это мощность, которую он рассеивает. Так как через этот диод протекает ток, питающий всё устройство, то на нём рассеивается большая мощность, которая выделяется в виде тепла. Допустим, наше устройство потребляет 1А тогда мощность которую будет рассеивать диод равна.

Немного улучшить ситуацию можно используя диод Шоттки, который обладает меньшим падением напряжения, порядка 0.4 вольта, но для низковольтных цепей такое решение всё равно не подходит.

Получается, что идеальный для наших целей элемент должен обладать низким сопротивлением, тогда и падение напряжения на нём будет малым. И такой элемент существует, конечно же, это полевой транзистор, сопротивление канала современных mosfet’ов составляет миллиомы или десятки миллиом.

При подключении источника питания ток течёт через паразитный диод(он образуется при производстве из-за не совершенства технологического процесса), на котором падает порядка 1V, в результате чего напряжение на истоке становится равным Uпит -1 и разность напряжений затвор-исток открывает полевой транзистор.

Давайте вернёмся к низковольтной цепи, которая питается от 5V и в которую мы так и не смогли пристроить диод. Полевой транзистор возьмём из серии IRLML, которая управляется логическим уровнем, а именно IRLML_6401, сопротивление открытого канала, у которого 50 миллиом, а пороговое напряжение открытия VGS(th) от -0.4V до -0.95V.

На схеме видно, что напряжение затвор-исток гораздо ниже порогового, указанного в даташите и можно быть уверенным, что транзистор откроется.

При токе 1А падение напряжения на транзисторе составит 0.05V против 0.4V на диоде Шоттки, что вполне приемлемо.

Но это лишь одна сторона медали, если использовать данную схему при высоких напряжениях, то у неё появляется недостаток — это малое напряжение пробоя затвор — исток, поэтому для применения в высоковольтных цепях схему надо немного усложнить, как показано ниже.

Таким образом, мы с помощью стабилитрона ограничили напряжение затвор — исток, тем самым защитив транзистор, а излишки напряжения упадут на резисторе.

Как оказалось, производители электронных компонентов знают про этот трюк, и выпускают уже готовые сборки, например CSD25201W15, которые состоят из mosfet’a, стабилитрона и резистора.

Подобные сборки используются в четвёртом и пятом iphone для защиты usb входа, ниже часть схемы, найденная в интернете.

Существует еще один способ защиты от переполюсовки и заключается он в том, что параллельно нагрузке ставится диод, а на входе последовательно ставится предохранитель. При соблюдении полярности ток через диод не течёт, при переполюсовке ток начинает течь по цепи диод — предохранитель и так как ток ни чем не ограничен предохранитель должен сгореть.

Выше был описан идеальный сценарий, на самом деле может быть и наоборот, раньше сгорит диод и тут вопрос в том, уйдёт ли он в обрыв сгорая или нет.
Пока ток течёт через диод, к схеме приложено напряжение обратной полярности равное падению напряжения на диоде(иногда чтобы уменьшить его используют диод Шоттки), но если диод уходит в обрыв, к схеме прикладывается полное напряжение питания, но обратной полярности, то есть происходит переполюсовка и схема выходит из строя. Советовать этот способ не стал бы, но знать о нём нужно и дело тут не столько в самом способе(можно взять диод максимальный ток которого в два раза превышает ток предохранителя и предохранитель, который сгорает при кратковременном броске тока(flink)), сколько в качестве современных электронных компонентов, которые зачастую неизвестного происхождения.

Защита от КЗ для блока питания своими руками

Иногда при наладке самодельных электронных устройств получается короткое замыкание, из за которого может выйти из строя блок питания. Поэтому у блока питания должна быть надежная защита от короткого замыкания, способная в нужный момент быстро отключить замкнувшую нагрузку и уберечь блок питания от поломки.

На этом рисунке изображена схема простого устройства предназначенного для надежной защиты блока питания от короткого замыкания.

Схема защиты блока питания от короткого замыкания

Скачать схему защиты блока питания от короткого замыкания

Принцип работы релейной защиты довольно простой. При подаче напряжения на схему в режиме ожидания загорается красный светодиод. После нажатии кнопки S1 ток поступает на обмотку реле, контакты переключаются и блокируют обмотку реле, таким образом схема переходит в рабочий режим, об этом сигнализирует загоревшийся зеленый светодиод, ток поступает на нагрузку. При возникновении короткого замыкания пропадает напряжение на обмотке реле, контакты его размыкаются, нагрузка автоматически отключается, загорается красный светодиод сигнализируя о срабатывании релейной защиты.

Схема предназначена для работы с постоянным выходным напряжением от 8 до 15 вольт, поэтому будет отлично работать с зарядным устройством из компьютерного блока питания, а также с любыми другими трансформаторными или импульсными блоками питания имеющими выходное напряжение в указанном диапазоне.

Данную схему можно считать универсальной, потому что её легко переделать под любое напряжение, достаточно всего лишь заменить реле под нужное вам напряжение, ну и конечно при необходимости подобрать резисторы R1 и R2 под установленные в схему светодиоды.

Печатная плата устройства защиты блока питания от короткого замыкания.

Печатная плата защиты блока питания от короткого замыкания

Скачать печатную плату устройства защиты блока питания от короткого замыкания

Посмотрим, как работает готовое устройство защиты блока питания от короткого замыкания. В дежурном состоянии после подачи питания, горит красный светодиод, нагрузка отключена.

Нажимаем кнопку и устройство перейдет в рабочий режим.

Загорелся зеленый светодиод, сигнализируя о подаче питания на нагрузку, в качестве нагрузки я использую обыкновенную 12 вольтовую лампочку.

С помощью отвертки замыкаю между собой центральный контакт с цоколем лампочки, получается короткое замыкание, мгновенно срабатывает защита от КЗ, нагрузка отключается, загорается красный светодиод своим светом сообщая о коротком замыкании.

Радиодетали для сборки

• Реле SRD-12VDC-SL-C, можно использовать аналогичное на другое напряжение
• Резисторы R1, R2 1K сопротивление подбирайте для каждого светодиода
• Светодиоды 5 мм 2 шт. красный и зеленый
• Кнопка любая без фиксации с нормально разомкнутыми контактами

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать защиту от короткого замыкания для блока питания

Защита от переполюсовки зарядного устройства

Защита от переполюсовки зарядного устройства вещь очень полезная, а иногда и необходимая. Случайно неправильно подключенная автомобильная АКБ может напрочь угробить зарядное или АКБ. Для защиты от «дурака» на практике применяют основные три вида защиты: схемы на тиристоре, простая защита с помощью реле и схема от переполюсовки на полевом транзисторе.

Защита от переполюсовки зарядного устройства на реле или тиристоре имеют свои недостатки. Схемы на тиристоре довольно практичные и простые, но имеют потери напряжения на самом тиристоре около 2В, а в некоторых автомобильных зарядных при использовании такой схемы уже нечем будет заряжать АКБ. Защита от переполюсовки на реле имеет инертность, что тоже не всегда хорошо, а полностью разряженная батарея может не запустить реле. При сборке зарядного устройства из блока питания компьютера рационально применять схему на полевике.

Схема защиты зарядного устройства

Рассмотрим поближе схему защиты от переполюсовки на полевом транзисторе. Потери напряжения на полевом транзисторе минимальные, а время срабатывания не более 1мкСек.

Работает схема вот таким образом. При правильном подключении полевой транзистор открыт, и весь ток поступает на выход схемы. При коротком замыкании, перегрузке, или переполюсовке падение напряжения на шунте и полевом транзисторе достаточно, что бы сработал маломощный биполярный транзистор. Когда транзистор сработал, он замыкает затвор полевого транзистора на землю, закрывая его полностью.

Через открытый переход маломощного транзистора поступает питание на светодиод. Параллельно светодиоду можно подключить бузер с генератором для звуковой индикации.

При срабатывании защиты полевой транзистор не греется, схема в таком состоянии может находиться довольно долго, пока не устранится короткое замыкание. От сопротивления шунта зависит ток срабатывания защиты.

Защита от переполюсовки зарядного устройства своими руками

Вот таким вот получился блок защиты от переполюсовки зарядного устройства.

Используемый полевой транзистор – IRFZ44N (можно заменить любым аналогом). Маломощный транзистор BC239C (или другой n-p-n аналог). Диод – 1N4007.

Шунт использовался от старого китайского мультиметра, защита при таком шунте срабатывает при токе 10А.

Тест с почти максимальной нагрузкой.

Имитация короткого замыкания.

Как видим эта защита зарядного устройства спасает не только от переполюсовки, но и от короткого замыкания или перегрузки. При использовании данной схемы в трансформаторных зарядных устройствах необходимо исключить скачки напряжение и как можно лучше его сгладить.

Демонстрация работы защиты.

Кому интересен вариант печатки защиты от переполюсовки на полевике, плату в формате lay может скачать в конце статьи. В качестве шунтов в ней используются два резистора по 0,1 Ом; 5 Вт (при таких значениях защита срабатывает при токе 11-12 А). При желании можно самостоятельно дополнить плату бузером с генератором или оставить, как есть.

VK

Facebook

Twitter

Odnoklassniki

comments powered by HyperComments

Что такое полярность и почему она важна для трансформаторов и реле защиты

Полярность

Полярность очень важна для работы трансформаторов и защитного оборудования. Четкое понимание полярности полезно для понимания и анализа соединений и работы трансформатора, а также для тестирования реле и систем защиты.

Что такое полярность и почему она важна для трансформаторов и реле защиты

Это также важно для понимания работы энергосистемы как при нормальной, так и при ненормальной работе.

В комплекте:

1. Полярность трансформатора
2. Полярность реле

1. Полярность трансформатора

Указания полярности трансформаторов четко определены стандартами, которые применяются ко всем типам трансформаторов. Есть две разновидности полярности: вычитающая и добавочная . Оба следуют одним и тем же правилам.

Силовые и измерительные трансформаторы являются субтрактивными, а некоторые распределительные трансформаторы — аддитивными.Маркировка полярности может быть в виде точки , квадрата или X , либо она может обозначаться стандартизированной маркировкой клемм трансформатора, практика менялась с годами.

Полярность обозначена знаком X в этой технической статье.

Рисунок 1 — Определения полярности для трансформаторов: (a) Вычитающая полярность (b) Аддитивная полярность

Два основных правила полярности трансформатора, проиллюстрированные в 1 применительно к обеим разновидностям, следующие:

1. Ток, протекающий по отметке полярности одной обмотки, выходит за пределы отметки полярности другой обмотки.Оба тока практически синфазны.
2. Падение напряжения от полярности к неполярности на одной обмотке по существу синфазно с падением напряжения от полярности к неполярности на другой обмотке (ах).

Токи и напряжения на трансформаторах в основном синфазны, потому что ток намагничивания и падение импеданса через трансформаторы очень малы и могут считаться незначительными. Это нормально и практично для этих определений.

Маркировка полярности трансформатора тока (ТТ) показана на Рисунке 2.

Обратите внимание, что направление вторичного тока одинаковое, , независимо от того, находятся ли метки полярности вместе на одной стороне или на другой .

Рисунок 2 — Маркировка полярности для трансформаторов тока

Для трансформаторов тока, связанных с автоматическими выключателями и батареями трансформаторов, метки полярности обычно располагаются на стороне, удаленной от связанного оборудования.

Правило падения напряжения часто опускается при определении полярности трансформатора, но это чрезвычайно полезный инструмент для проверки фазового соотношения через блоки трансформаторов звезда-треугольник или при подключении блока трансформаторов для определенного фазового сдвига, необходимого для система питания.

Стандарт ANSI / IEEE для трансформаторов гласит, что высокое напряжение должно опережать низкое напряжение на 30 ° с блоками звезда-треугольник или треугольник-звезда. Таким образом, если сторона высокого напряжения — звезда, требуются другие соединения, чем если сторона высокого напряжения — треугольник.

Подключения для этих двух случаев показаны на рисунках 3 и 4. На схемах ниже подключения трехфазного трансформатора показано использование правила падения напряжения для обеспечения или проверки подключений.

Стрелки на этих падениях напряжения опущены (желательно не использовать), поскольку они не нужны и могут вызвать путаницу.

Рисунок 3 — Правило полярности падения напряжения, используемое при проверке или подключении блоков трансформаторов звезда-треугольник: боковые выводы, соединенные звездой, сторона, соединенная треугольником, 30 °

На Рисунке 3 проверка выполняется, отмечая, что a к n от полярности к неполярности на левой обмотке находится в фазе с A к B от полярности к неполярности на правой обмотке.

Аналогично, b к n (полярность к неполярности) находится в фазе с B к C (полярность к неполярности) через средний трансформатор, а c к n (полярность к неполярности) находится в фазе с C к A (полярность к неполярности) на нижнем трансформаторе.Исходя из этого, сравнивая напряжения между фазой и нейтралью на двух сторонах, можно заметить, , что напряжение между фазой a и n приводит к напряжению фазы A и нейтрали.

Соответственно, сторона звезды будет стороной высокого напряжения, если это трансформатор стандарта ANSI / IEEE.

Рисунок 4 — Правило полярности падения напряжения, используемое при проверке или подключении батарей трансформаторов звезда-треугольник: боковые выводы, соединенные треугольником, сторона, соединенная звездой, 30 °

Этот же метод приложения падений напряжения на Рисунке 4 показывает, что для этого подключения трехфазной батареи полярность падения напряжения к неполярности или фаза от a к n находится в фазе с полярностью падения напряжения к неполярности или фазе A. к фазе C.

Точно так же падение напряжения на фазе от b до n совпадает по фазе с падением напряжения фазы B на фазу A , а падение напряжения на фазе c до n находится в фазе с падением напряжения на фазе C до фаза B .

Путем сравнения одинаковых напряжений на двух сторонах трансформатора, падение напряжения между фазой А и нейтралью приводит к падению напряжения между фазами а и n на 30 °. , поэтому обмотка треугольником будет стороной высокого напряжения. если это стандартный блок трансформаторов ANSI / IEEE.

Этот метод очень полезен для выполнения правильных соединений трехфазного трансформатора на основе желаемой или известной диаграммы напряжения или требования фазового сдвига. Это очень мощный инструмент, простой и понятный.

Поскольку стандарты ANSI / IEEE существуют в течение нескольких лет, большинство блоков трансформаторов, работающих сегодня, следуют этому стандарту, за исключением тех случаев, когда это невозможно из-за ранее существовавших системных условий.

Полярность трансформатора объяснила электрик (ВИДЕО)

Вернуться к содержанию ↑

2.Полярность реле

Реле, предполагающие взаимодействие между двумя входными величинами от энергосистемы, могут иметь маркировку полярности, которая необходима для их правильной работы.

В этой области нет стандартов, поэтому, если важна полярность соединений реле, производитель реле должен указать обозначения полярности и четко задокументировать их значение.

Реле, которые определяют направление тока (или мощности) в определенном месте и, таким образом, указывают направление неисправности, представляют собой хороший практический пример полярности реле.

Направленные устройства обычно применяются не по отдельности, а в сочетании с другими устройствами, такими как датчики неисправностей или детекторы. Обычной практикой является использование выходного сигнала датчика направления для управления работой датчиков неисправности, которые часто являются мгновенными или обратнозависимыми по току, либо обоими блоками вместе.

Для его работы должны выполняться три условия: величина тока, временная задержка и направленность. Направленность тока можно определить с помощью напряжения в качестве ориентира направления.

Таким образом, если ток протекает в желаемом рабочем направлении (направлении отключения) и его величина превышает минимальный рабочий ток датчика неисправности (срабатывание), реле может срабатывать. Если ток имеет противоположное направление (направление или зона без отключения или отключения), операция не может произойти, даже если величина тока выше, чем пороговый ток срабатывания.

Для датчика направления требуется достаточно постоянная эталонная величина, с которой можно сравнивать ток в защищаемой цепи.

Для всех практических целей большинство системных напряжений не меняют существенно свое фазное положение во время повреждения. Напротив, линейные токи могут сместиться примерно на 180 ° (по существу, изменить их направление или поток) для неисправностей на одной стороне трансформаторов тока цепи относительно короткого замыкания на другой стороне трансформаторов тока.

Типичные обозначения полярности для трех обычно используемых датчиков направления показаны на рисунке 5.

Используется обычай показа нескольких контуров для катушек напряжения и одного контура для катушек тока, размещения эталонной цепи или цепи напряжения над токовой цепью и размещения маркировки полярности по диагонали, как показано на схемах реле на рисунке 5.

Рисунок 5 — Типичные характеристики направленного реле

Эталонная величина обычно называется «поляризационной» величиной , особенно для реле защиты от замыканий на землю, где используется либо поляризация тока, либо поляризация напряжения, либо и то, и другое.

Знаки полярности (Рисунок 5) представляют собой маленькие символы плюса (+), размещенные, как показано, над одним концом каждой катушки по диагонали, как показано, или по противоположной диагонали.

Как показано на Рисунке 2 выше, на работу реле не влияет, находятся ли метки полярности по одной диагонали или по другой.Значение полярности для конкретного реле должно быть четко указано словами или схемой, например, показанной на рисунке 5. Они показывают основные конструктивные характеристики отдельного реле , независимо от какого-либо соединения или связи с система питания.

Термины «линия максимального крутящего момента» и «линия нулевого крутящего момента» относятся к электромеханическим конструкциям, которые давно используются и все еще распространены в отрасли. В твердотельных конструкциях это будут рабочие линии или пороги, но устоявшаяся терминология, несомненно, сохранится в течение многих лет для всех типов конструкций.

Интерпретация полярности реле проиллюстрирована на Рисунке 5 для трех типовых электромеханических узлов.

Твердотельные блоки могут иметь настройки для (1) угла максимального крутящего момента и (2) угловых пределов рабочей зоны, но применение и работа одинаковы для обоих типов.

На рисунке 5a максимальный рабочий крутящий момент или энергия возникает, когда ток течет от полярности к неполярности ( I _pq ) и опережает падение напряжения на 30 ° от полярности к неполярности ( В _rs ).Минимальный срабатывание направленного блока определяется как максимальный крутящий момент или рабочее состояние

Как видно, устройство будет работать на токи от почти 60 ° отстающих опорное напряжение V _RS до почти 120 ° ведущей . Зона или область срабатывания (отключение, замыкание контакта) представлена ​​полуплоскостью, ограниченной с одной стороны линией нулевого крутящего момента (в нерабочем состоянии) и проходящей в направлении, которое содержит как опорные (поляризационные), так и рабочие величины.

Более высокие значения тока потребуются, когда I _pq отклоняется от линии максимального крутящего момента. Полупроводниковые реле могут регулировать эту линию крутящего момента для повышения чувствительности, настраивая ее на линию неисправности.

Рабочий момент под любым углом является функцией косинуса угла между током (I _pq ) и линией максимального крутящего момента, а также величин рабочих величин. Для защиты от замыкания на землю блок 60 ° на рисунке 5b используется с опорным сигналом 3 В ₀ и нулевой (ваттный) блок на рисунке 5c с опорным током 3 I ₀ .Блок на рисунке 5c также используется для приложений питания или переменного тока.

Электромеханический направленный блок аналогичного типа, показанный на Рисунке 5a, имеет угол максимального крутящего момента при опережении 45 ° вместо 30 °. Оба блока широко используются для защиты от замыкания фазы.

Твердотельные блоки с функцией регулируемого угла могут обеспечивать диапазон углов.

Вернуться к содержанию ↑

Направленная защита от замыканий на землю 67N Пример

В этом видео показано, как проверить направленную защиту от замыканий на землю 67N с помощью соответствующего приложения TDMS.Тестируемое реле — ISA Demo Relay со стандартными настройками.

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Принципы и приложения релейной защиты Дж. Льюис Блэкберн и Томас Дж. Домин (покупка на Amazon

,Схема защиты от обратной полярности

с использованием диода ИЛИ МОП-транзистора с P-каналом

Батареи являются наиболее удобным источником питания для подачи напряжения на электронную схему. Есть много других способов питания электронных устройств, таких как адаптер, солнечная батарея и т. Д., Но наиболее распространенным источником питания постоянного тока является аккумулятор. Как правило, все устройства поставляются со схемой защиты от обратной полярности , но если у вас есть какое-либо устройство с батарейным питанием, которое не имеет защиты от обратной полярности, вы всегда должны быть осторожны при замене батареи, иначе она может взорвать устройство.

Итак, в этой ситуации Схема защиты обратной полярности будет полезным дополнением к схеме. Существует несколько простых методов защиты схемы от подключения с обратной полярностью, например, использование диода или диодного моста или использование полевого МОП-транзистора с каналом P в качестве переключателя на ВЫСОКОЙ стороне.

Защита от обратной полярности с помощью диода

Использование диода — самый простой и дешевый метод защиты от обратной полярности, но он имеет проблему утечки мощности .Когда входное напряжение питания высокое, небольшое падение напряжения может не иметь значения, особенно при низком токе. Но в случае низковольтной операционной системы недопустимо даже небольшое падение напряжения.

Как мы знаем, падение напряжения на диоде общего назначения составляет 0,7 В, поэтому мы можем ограничить это падение напряжения с помощью диода Шоттки, потому что его падение напряжения составляет от 0,3 до 0,4 В, и он также может выдерживать большие токовые нагрузки. Будьте осторожны при выборе диода Шоттки, потому что многие диоды Шоттки имеют высокую утечку обратного тока, поэтому убедитесь, что вы выберете диод с низким обратным током (менее 100 мкА).

При 4 А потери мощности на диоде Шоттки в цепи будут:

4 x 0,4 Вт = 1,6 Вт

А в обычном диоде:

4 x 0,7 = 2,8 Вт.

Вы даже можете использовать мостовой выпрямитель для защиты от обратной полярности, независимо от полярности. Но мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, поэтому количество потерь энергии будет вдвое больше, чем в приведенной выше схеме с одним диодом.

Защита от обратной полярности с использованием P-канального MOSFET

Использование полевого МОП-транзистора с каналом P для защиты от обратной полярности более надежно, чем другие методы, из-за низкого падения напряжения и высоких токов.Схема состоит из P-канального МОП-транзистора, стабилитрона и понижающего резистора. Если напряжение питания меньше, чем напряжение затвор-исток (Vgs) P-канального MOSFET, вам понадобится только MOSFET без диода или резистора. Вам просто нужно подключить вывод затвора полевого МОП-транзистора к земле.

Теперь, если напряжение питания больше, чем Vgs, вам нужно понизить напряжение между выводом затвора и истоком. Компоненты, необходимые для изготовления аппаратной части схемы, упомянуты ниже.

Необходимые материалы

• FQP47P06 МОП-транзистор с P-каналом
• Резистор (100кОм)
• Стабилитрон 9,1 В
• Макет
• Соединительные провода

Принципиальная схема

Работа схемы защиты от обратной полярности с использованием P-канального полевого МОП-транзистора

Теперь, когда вы подключаете батарею в соответствии с принципиальной схемой, с правильной полярностью, это вызывает включение транзистора и пропускание тока через него.Если батарея подключена в обратном направлении или с обратной полярностью, то транзистор выключается, и ваша схема становится защищенной.

Эта схема защиты более эффективна, чем другие. Давайте проанализируем схему , когда батарея подключена правильно. , МОП-транзистор с P-каналом включится, потому что напряжение между затвором и истоком отрицательное. Формула для определения напряжения между затвором и истоком:

  Vgs = (Vg - Vs)  

Когда батарея подключена неправильно , напряжение на выводе затвора будет положительным, и мы знаем, что P-Channel MOSFET включается только тогда, когда напряжение на выводе затвора отрицательное (минимум -2.0 В для этого полевого МОП-транзистора или меньше). Таким образом, всякий раз, когда батарея подключается в обратном направлении, цепь будет защищена полевым МОП-транзистором.

Теперь давайте поговорим о потере мощности в схеме , когда транзистор включен, сопротивление между стоком и истоком почти ничтожно, но для большей точности вы можете просмотреть данные P-Channel MOSFET. Для P-канального МОП-транзистора FQP47P06 статическое сопротивление сток-исток во включенном состоянии (R _{DS (ON)} ) составляет 0,026 Ом (макс.).Итак, мы можем рассчитать потери мощности в цепи, как показано ниже:

  Потери мощности = I  2  R  

Предположим, ток, протекающий через транзистор, составляет 1 А. Значит потеря мощности будет

  Потери мощности = I  2  R = (1A)  2  * 0,026 Ом = 0,026 Вт  

Следовательно, потери мощности примерно в 27 раз меньше, чем в схеме с одним диодом. Вот почему использование P-канального MOSFET для защиты от обратной полярности намного лучше, чем другие методы.Он немного дороже диода, но делает схему защиты более безопасной и эффективной.

Мы также использовали в схеме стабилитрон и резистор для защиты от превышения напряжения затвор-исток. Добавив резистор и стабилитрон на 9,1 В, мы можем ограничить напряжение затвор-исток максимум до отрицательного значения 9,1 В, следовательно, транзистор останется безопасным.

,Руководства по реле

(защита)

Реле защиты

Реле — хорошо известный и широко используемый компонент. Применения варьируются от классических панельных систем управления до современных интерфейсов между управляющими микропроцессорами и их силовыми цепями или любого приложения, где требуется надежная гальваническая развязка между различными цепями. Электромеханическое реле и его технология, хотя и считается относительно простым компонентом, сложны и часто неправильно понимаются.

Руководства по управлению и защите реле

История реле

Самые первые электрические реле были разработаны в 1830-х годах, когда люди начали понимать, что такие переключатели могут быть чрезвычайно полезными. Исторически электрические реле часто делались с электромагнитами, которые продолжают использоваться и сегодня, хотя для некоторых применений предпочтительны твердотельные реле. Ключевое различие между электромагнитным и твердотельным реле заключается в том, что у электромагнитных реле есть движущиеся части, а у твердотельных реле нет .

Электромагниты также экономят больше энергии, чем их твердотельные аналоги.

Использование реле

Одна из причин, по которой электрическое реле является таким популярным инструментом для электриков и инженеров, заключается в том, что оно может управлять электрическим выходом, превышающим получаемый им электрический вход. В примере, рассмотренном выше, если зажигание подключено непосредственно к аккумуляторной батарее, для подключения рулевой колонки к аккумуляторной батарее потребуется сверхмощная изолированная проводка, а переключатель зажигания также должен быть более надежным.

Используя реле, можно использовать относительно легкую проводку, экономя место и повышая безопасность автомобиля.

К электрическим реле можно подключать различные цепи. Реле можно использовать в качестве усилителей электрической энергии, как в примере с автомобилем, а также они могут подключаться к таким вещам, как аварийные выключатели, активируясь при разрыве цепи, чтобы вызвать тревогу.

Во многих электрических отказоустойчивых системах используются электрические реле, которые включаются или выключаются в ответ на такие вещи, как перегрузка по току , нерегулярный ток и другие проблемы, которые могут возникнуть.Эти электрические реле срабатывают, чтобы отключить систему, пока проблема не будет решена.

Обзор руководств и документов

Обратите внимание, что все документы в этом разделе можно загрузить бесплатно. Перемещайтесь по подстраницам, чтобы найти все документы.

,

Использование реле защиты для борьбы с неисправностями

Использование реле защиты для борьбы с неисправностями

Содержание //

1. Введение в защитное реле
2. Принцип работы схемы защиты
3. Что такое реле?
4. Функции реле защиты
5. Желательные качества релейной защиты
6. Терминология защитного реле
7. История защитного реле
8. Типы реле
9. Типы реле на основе механизма срабатывания реле
10. Тестирование реле защиты: Тестирование реле всех поколений (ВИДЕО)

Введение в защитное реле

Защитное реле работает как чувствительные и управляющие устройства для выполнения своей функции.При нормальной работе энергосистемы защитное реле остается в режиме ожидания и не выполняет активных функций.

Но при возникновении неисправности или нежелательного состояния защитное реле должно срабатывать и функционировать правильно.

A Power System состоит из различных электрических компонентов, таких как генератор, трансформаторы, линии передачи, изоляторы, автоматические выключатели, шины, кабели, реле, измерительные трансформаторы, распределительные фидеры и различные типы нагрузок.

Неисправности могут возникать в любой части энергосистемы в виде короткого замыкания или замыкания на землю. Неисправность может быть Одинарная линия на землю , Двойная линия на землю , Линия на линию , Трехфазное короткое замыкание и т. Д. Это приводит к потоку тяжелого повреждения ток через систему.

Уровень повреждения также зависит от импеданса повреждения, который зависит от места повреждения со стороны источника.Для расчета уровня неисправности в различных точках энергосистемы необходим анализ неисправности.

Система защиты срабатывает и изолирует неисправный участок. Срабатывание системы защиты должно быть быстрым и избирательным, т.е. она должна изолировать только неисправную секцию в кратчайшие сроки, вызывая минимальные нарушения в системе. Кроме того, если основная защита не срабатывает, должна быть резервная защита, для которой необходима надлежащая координация реле.

Отказ защитного реле может привести к серьезным повреждениям оборудования и длительному простою.

Перейти к содержанию ↑

Принцип работы защитной схемы

Защитное реле определяет ненормальное состояние в части энергосистемы и подает сигнал тревоги или изолирует эту часть от исправной системы. Защитное реле — это совместная работа ТТ, СТ, защитных реле, реле с выдержкой времени, цепей отключения, автоматических выключателей и т. Д.

Защитное реле играет важную роль в , минимизируя количество неисправностей , а также минимизируя ущерб в случае неисправностей.

Основные соединения управления выключателем для операции отключения

На рисунке выше показаны основные соединения управления выключателем для операции отключения. Защищенная цепь X показана пунктирной линией. При возникновении неисправности в защищаемой цепи реле, подключенное к ТТ и РТ, срабатывает и замыкает свои контакты.

Ток от аккумулятора течет в цепи отключения. Когда отключающая катушка выключателя находится под напряжением, приводится в действие рабочий механизм выключателя, и он работает на размыкание.

Таким образом, неисправность обнаруживается, цепь отключения активируется реле, и неисправная часть изолируется.

Перейти к содержанию ↑

Что такое реле?

Реле — это автоматическое устройство, которое определяет ненормальное состояние электрической цепи и замыкает свои контакты.

Эти контакты поочередно замыкаются и замыкают цепь катушки отключения выключателя, следовательно, выключают автоматический выключатель для отключения неисправной части электрической цепи от остальной исправной цепи.

Перейти к содержанию ↑

Функции реле защиты

Основные функции защитного реле:

1. На подать сигнал тревоги или на замкнуть цепь отключения автоматического выключателя, чтобы отключить неисправную секцию.
2. К отсоедините ненормально работающую часть, чтобы предотвратить последующие неисправности. Например, Защита машины от перегрузки не только защищает машину, но и предотвращает нарушение изоляции.
От
3. до изолируйте или быстро отключите неисправные цепи или оборудование от остальной части системы, чтобы система могла продолжать работать и минимизировать повреждение неисправной части. Например, если машина отключается сразу после неисправности обмотки, может потребоваться замена только нескольких катушек. Но если неисправность не исчезнет, ​​может быть повреждена вся обмотка и машина не подлежит ремонту.
От
4. до локализовать влияние неисправности путем отсоединения неисправной части от исправной, вызывая наименьшее нарушение работоспособности системы.
5. Для быстрого отключения неисправной части с целью повышения стабильности системы, непрерывности обслуживания и производительности системы. Устойчивость к переходным процессам может быть улучшена за счет улучшенных защитных реле.
6. Для сведения к минимуму опасности для персонала.

Перейти к содержанию ↑

Желаемые качества реле защиты

1. Избирательность,
2. Дискриминация
3. Стабильность
4. Чувствительность,
5. Потребляемая мощность
6. Безопасность системы
7. Надежность
8. Соответствие
9. Скорость и время

Перейти к содержимому ↑

Терминология защитного реле

Уровень срабатывания управляющего сигнала: Значение срабатывающей величины (напряжения или тока), которое находится на пороге, выше которого реле начинает работать.Если значение срабатывающей величины увеличивается, электромагнитное воздействие катушки реле увеличивается, и выше определенного уровня срабатывающей величины подвижный механизм реле просто начинает двигаться.

Уровень сброса: Значение тока или напряжения, ниже которого реле размыкает свои контакты и возвращается в исходное положение.

Время срабатывания реле: Сразу после превышения уровня срабатывания исполнительной величины движущийся механизм (например, вращающийся диск) реле начинает движение и в конечном итоге замыкает контакты реле в конце своего движения.Время, которое проходит между моментом, когда величина срабатывания превышает значение срабатывания, до момента, когда контакты реле замыкаются.

Время сброса реле: Время, которое проходит между моментом, когда управляющая величина становится меньше значения сброса, до момента, когда контакты реле возвращаются в свое нормальное положение.

Досягаемость реле: Дистанционное реле срабатывает, когда расстояние, видимое реле, меньше предварительно заданного импеданса.Активное сопротивление реле является функцией расстояния в реле дистанционной защиты. Этот импеданс или соответствующее расстояние называется радиусом действия реле.

Перейти к содержанию ↑

История защитного реле

Эволюция защитных реле начинается с электромеханических реле . За последнее десятилетие он модернизировался с электромеханических до твердотельных технологий , чтобы преимущественно использовать микропроцессоры и микроконтроллеры .

График развития реле защиты показан ниже:

с 1900 по 1963 год	с 1963 по 1972 год	с 1972 по 1980 год	с 1980 по 1990 год
Электромеханическое реле	Статическое реле	Цифровое реле	Цифровое реле
1925 = однодисковое реле (один вход)	1963 = Статическое реле (универсальное)	1980 = реле цифрового типа (универсальное)	1990 = реле числового типа (универсальное)
1961 = реле с одной чашкой (реле импеданса)	1972 = статическое реле с самопроверкой (универсальное)

Перейти к содержанию ↑

Типы реле

Типы реле защиты в основном:

А.На основе характеристики:

1. Реле с независимой выдержкой времени.
2. Реле с обратнозависимой выдержкой времени (IDMT)
3. Реле мгновенного действия
4. IDMT с мгновенным.
5. Ступенчатая характеристика
6. Программируемые переключатели
7. Реле ограничения напряжения по току

B. По логике:

1. Дифференциал
2. Дисбаланс
3. Смещение нейтрали
4. Направленный
5. Ограниченное замыкание на землю
6. Избыточное флюсование
7. Схемы расстояний
8. Защита шины
9. Реле обратной мощности
10. Потеря возбуждения
11. Реле отрицательной последовательности фаз и т. Д.

C. На основе рабочего параметра:

1. Реле тока
2. Реле напряжения
3. Реле частоты
4. Силовые реле и т. Д.

D. На основе рабочего механизма:

1. Электромагнитное реле
2. Статическое реле
…… • Аналоговое реле
…… • Цифровое реле
…… • Цифровое / микропроцессорное реле
3. Механическое реле

• Thermal
  • Отключение OT (отключение температуры масла )
  • Отключение WT (отключение температуры обмотки )
  • Отключение по температуре подшипника и т. Д.
• Тип поплавка
  • Buchholz
  • OSR
  • PRV
  • Регуляторы уровня воды и т. Д.
• Реле давления
• Механические блокировки
• Реле несоответствия полюсов

E. На основе приложений

1. Первичные реле
2. Реле резервного питания

Перейти к содержанию ↑

Типы реле на основе механизма срабатывания реле

1.Электромагнитное реле

Электромагнитные реле подразделяются на две следующие категории.

1.1 Реле электромагнитного притяжения
Это реле работает по принципу электромагнитного притяжения

1.2 Реле электромагнитной индукции
Это реле работает по принципу электромагнитной индукции

2. Твердотельное (статическое) реле

Твердотельные (и статические) реле далее подразделяются на следующие категории:

2.1 Аналоговое реле
In Аналоговые реле — измеряемые величины преобразуются в более низкие напряжения, но аналогичные сигналы, которые затем объединяются или сравниваются непосредственно с эталонными значениями в детекторах уровня для получения желаемого выходного сигнала.

2.2 Цифровое реле
В цифровых реле измеряемые величины переменного тока обрабатываются в аналоговой форме и затем преобразуются в прямоугольные (двоичные) напряжения. Логические схемы или микропроцессоры сравнивают фазовые отношения прямоугольных импульсов, чтобы принять решение об отключении.

2.3 Цифровое реле
In Цифровые реле измеренные величины переменного тока последовательно выбираются и преобразуются в числовую форму данных. Микропроцессор выполняет математические и / или логические операции с данными для принятия решений об отключении.

Перейти к содержанию ↑

Тестирование защитного реле: Тестирование реле всех поколений (ВИДЕО)

Не можете посмотреть это видео? Щелкните здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

Перейти к содержанию ↑

Список литературы

• Справочник по распределительному устройству –Bhel
• Цифровые / числовые реле -T.Магистр естественных наук Rao

,