Zwarcie elektryczne jest najczęstszą przyczyną przypadkowych pożarów w budynkach mieszkalnych, handlowych i przemysłowych. Występuje, gdy w obwodzie elektrycznym występują nienormalne warunki, takie jak przetężenie, uszkodzenia izolacji, styki ludzkie, przepięcia itp. W tym artykule omówiono niektóre metody zapobiegania pożarom zwarciowym i przepięciom.
Zapobieganie zwarciom elektrycznym
Prawidłowe połączenia elektryczne
100% pożaru wywołanego zwarciem elektrycznym jest wynikiem słabej wiedzy elektryka lub jego nieostrożności. Większość elektryków uczy się, stając się pomocnikiem doświadczonego elektryka i nie ma dużego zrozumienia podstawowego pojęcia elektrycznego.
bezpiecznik
W zastosowaniach domowych do zasilania 3-fazowego z 4 przewodami elektrycy używają kombinacji 4 MCB zwanej TPN zamiast kombinacji 3 MCB. Jest to pierwotna przyczyna pożaru spowodowanego problemami elektrycznymi. Dlatego nigdy nie pozwól, aby neutralny przechodził przez przełącznik.
Cóż, powód, dla którego typ 3 MCB jest najlepszy, wyjaśniono poniżej. Dla TPN (trzy bieguny plus neutralny) 3 to wyłączniki MCB, które mogą wyzwolić się przy przekroczeniu prądu znamionowego, a czwarty to tylko przełącznik dla przewodu neutralnego. Nie wyczuwa prądu. Z jakiegoś powodu przypuśćmy, że przewód neutralny zostanie odłączony na końcu budynku w TPN, faza, która jest mniej obciążona, może doświadczyć wzrostu napięcia do 50% plus lub więcej. Oznacza to, że obciążenie jednofazowe będzie wynosić około 350 woltów w porównaniu z 220 woltami. Wiele gadżetów spali się w mgnieniu oka, a przedmioty, takie jak lampka z żelaznym dławikiem, mogą się zapalić. Wyobraź sobie, że w tej chwili nie ma nikogo w domu, aw pobliżu jest szafa! Jest to jeden z głównych powodów wybuchu pożaru. Sytuacja jest również taka sama w przypadku 3 MCB, jeśli neutralny zostanie poluzowany. Dlatego należy bardzo uważać, aby upewnić się, że neutralny żaden nie przechodzi przez przełącznik w a instalacja trójfazowa ani nie pozwól, aby neutralny się poluzował.
Obliczmy matematycznie. Jedna lampa ma 100 watów w jednej fazie do neutralnego, a kolejne 10 watów jest podłączonych z innej fazy do neutralnego. Załóżmy, że oba z nich uzyskają 220 RMS z trójfazowego zbalansowanego zasilania. Teraz odłączmy neutralny. Tak więc obie lampy są połączone szeregowo między fazami, tj. Pod napięciem 220 X √3 = 381 woltów. Teraz oblicz spadek napięcia na każdej lampie, gdy jeden opór wynosi 484, a drugi 4840. Teraz I = 381 / (484 + 4840) lub I = 381/5324 lub I = 0,071. Teraz V zwrócone w stronę lampy o mocy 100 watów = IR = 34 wolty, a V zwrócone w stronę lampy o mocy 10 watów = 340 woltów. Nie brałem pod uwagę odporności lampy na zimno, która jest 10 razy mniejsza niż odporność na gorąco (czyli podczas żarzenia). Jeśli weźmie się to pod uwagę, 10-watowa lampa zepsuje się w ciągu kilku sekund.
Zabezpieczenie przed zwarciem w zasilaczu systemu wbudowanego
Często można zauważyć, że podczas zasilania nowo zmontowanego obwodu w samej sekcji zasilającej występuje usterka, prawdopodobnie z powodu zwarcia. Obwód opracowany poniżej eliminuje ten problem, izolując wbudowaną sekcję od innych sekcji pomocniczych. Tak więc, jeśli usterka leży w tej sekcji, sekcja osadzona pozostaje nienaruszona. Wbudowana sekcja składająca się z mikrokontrolera pobiera napięcie 5 V z A, podczas gdy reszta obwodu pobiera z B.
Niektóre amperomierze, woltomierze i przełącznik przyciskowy są używane w obwodzie do znalezienia wyniku w obwodzie testowym w symulacji. W czasie rzeczywistym takie mierniki nie są wymagane. Q1 jest głównym tranzystorem przełączającym zasilającym sekcje pomocnicze z B. Obciążenie jest pokazane jako obciążenie 100R, a przełącznik testowy w postaci przycisku służy do sprawdzania działania obwodu. Tranzystor BD140 lub SK100 i BC547 są używane do wyprowadzenia wtórnego sygnału wyjściowego około 5 V B z głównego zasilania 5 V A.
Gdy wyjście 5 V DC z regulatora IC 7805 jest dostępne, tranzystor BC547 przewodzi przez rezystory R1 i R3 i LED1. W rezultacie tranzystor SK100 przewodzi i zabezpieczone przed zwarciem wyjście 5V DC pojawia się na zaciskach B. Zielona dioda LED (D2) świeci się, wskazując to samo, podczas gdy czerwona dioda LED (D1) pozostaje zgaszona z powodu obecności tego samego napięcia na obu jej końcach. Kiedy zaciski B są zwarte, BC547 odcina się z powodu uziemienia podstawy. W rezultacie SK100 jest również odcięty. W ten sposób podczas zwarcia zielona dioda LED (D2) gaśnie, a czerwona dioda (D1) świeci. Kondensatory C2 i C3 na głównym wyjściu 5 V A absorbują wahania napięcia występujące w wyniku zwarcia w B, zapewniając brak zakłóceń A. Konstrukcja obwodu oparta jest na zależności podanej poniżej: RB = (HFE X Vs) / (1,3 X IL) gdzie, RB = Rezystancje bazowe tranzystorów SK100 i BC547 HFE = 200 dla SK100 i 350 dla BC547 Napięcie przełączania Vs = 5V 1,3 = Współczynnik bezpieczeństwa IL = Prąd kolektor-emiter tranzystorów Zmontować obwód na przeznaczonej płytce drukowanej i umieścić w odpowiedniej szafce. Podłączyć zaciski A i B na przednim panelu szafy. Podłącz również przewód zasilający, aby doprowadzić napięcie 230 V AC do transformatora. Podłącz D1 i D2 do wizualnej sygnalizacji.
Wskaźnik zwarcia wraz z regulowanym zasilaczem
Regulowany zasilacz jest najważniejszym wymaganiem do działania wielu urządzeń elektronicznych, które do działania wymagają stałego zasilania prądem stałym. Systemy takie jak laptop, telefon komórkowy lub komputer wymagają regulowanego źródła prądu stałego do zasilania swoich obwodów. Jednym ze sposobów zapewnienia zasilania prądem stałym jest użycie baterii. Jednak podstawowym ograniczeniem jest ograniczona żywotność baterii. Innym sposobem jest użycie konwertera AC-DC.
Zwykle przetwornica AC-DC składa się z sekcji prostownika, która składa się z diod i wytwarza pulsujący sygnał DC. Ten pulsujący sygnał DC jest filtrowany za pomocą kondensatora w celu usunięcia tętnień, a następnie ten filtrowany sygnał jest regulowany za pomocą dowolnego regulatora IC.
Zaprojektowano obwód zasilający 12 V ze wskaźnikiem zwarcia. Oto 12-woltowy zasilacz warsztatowy do testowania prototypów. Zapewnia dobrze regulowane napięcie 12 V prądu stałego do zasilania większości obwodów, a także do montażu płyty chlebowej. Dodatkowy obwód wskazujący zwarcie jest również dołączony do wykrywania zwarcia w prototypie, jeśli występuje. Pomaga to natychmiast wyłączyć zasilanie, aby oszczędzić komponenty.
Zawiera następujące elementy:
- Transformator 500mA obniżający napięcie AC.
- Układ scalony regulatora 7812 zapewniający regulowane wyjście 12V.
- Brzęczyk wskazujący zwarcie.
- 3 diody - 2 tworzące część prostownika pełnookresowego i jedna ograniczająca prąd przez rezystor.
- Dwa tranzystory do zasilania brzęczyka.
Transformator 14-0-14 500 miliamperów służy do obniżenia napięcia 230 V AC. Diody D1 i D2 to prostowniki, a C1 to kondensator wygładzający, który powoduje, że napięcie DC jest wolne. IC1 to dodatni regulator napięcia 7812 zapewniający regulowane napięcie wyjściowe 12 V. Kondensatory C2 i C3 redukują stany nieustalone w zasilaniu. Z wyjścia IC1 będzie dostępne 12-woltowe stabilizowane napięcie stałe. Wskaźnik zwarcia zbudowany jest z dwóch tranzystorów NPN T1 i T2 z buzzerem, diodą i dwoma rezystorami R1 i R2.
Podczas normalnej pracy sygnał AC jest obniżany za pomocą transformatora. Diody prostują sygnał AC, tj. Wytwarzają pulsujący sygnał DC, który jest filtrowany przez kondensator C1 w celu usunięcia filtrów i ten przefiltrowany sygnał jest regulowany za pomocą LM7812. Gdy prąd przepływa przez obwód, tranzystor T2 uzyskuje wystarczające napięcie na podstawie do włączenia, a tranzystor T1 jest podłączony do potencjału masy, a zatem jest w stanie wyłączonym, a brzęczyk jest wyłączony. . W przypadku zwarcia na wyjściu dioda zaczyna przewodzić prąd przez R2 spada i T2 gaśnie. Pozwala to na przewodzenie T1 i sygnał dźwiękowy brzęczyka, co wskazuje na wystąpienie zwarcia.
2. Ochrona przed przepięciem
Przepięcia spowodowane przepięciami lub wyładowaniami atmosferycznymi powodują uszkodzenie izolacji, co z kolei prowadzi do poważnych konsekwencji.
2 sposoby ochrony przeciwprzepięciowej
- Podejmując działania prewencyjne podczas budowy budynków i instalacji elektrycznych. Odbywa się to poprzez upewnienie się, że urządzenia elektryczne o różnych napięciach znamionowych są umieszczone oddzielnie. Poszczególne fazy można również podzielić zgodnie z ich funkcjonalnością, aby uniknąć przerwania faz.
- Używając elementów lub obwodów zabezpieczających przed przepięciem: Obwody te normalnie tłumią nadmierne napięcia , tj. spowodować zwarcie na nich, zanim dotrze do urządzeń elektrycznych. Powinny mieć szybką odpowiedź i wysoką obciążalność prądową.
Ochrona przed przepięciami
Przepięcia to skrajnie wysokie napięcia, które na ogół przekraczają zalecane napięcia znamionowe urządzeń elektrycznych i elektronicznych i mogą spowodować całkowite zerwanie izolacji urządzenia (od ziemi lub innych elementów przenoszących napięcie), a tym samym uszkodzenie urządzeń. Te przepięcia występują z powodu takich czynników, jak wyładowania atmosferyczne, wyładowania elektryczne, przejściowe i wadliwe przełączanie. Aby to kontrolować, często potrzebny jest obwód zabezpieczający przed przepięciem.
Projektowanie prostego obwodu zabezpieczającego przed przepięciem
Oto prosty zabezpieczenie przeciwprzepięciowe obwód, który przerywa zasilanie obciążenia, jeśli napięcie wzrośnie powyżej zadanego poziomu. Zasilanie zostanie przywrócone tylko wtedy, gdy napięcie spadnie do normalnego poziomu. Ten rodzaj obwodu jest używany w stabilizatorach napięcia jako zabezpieczenie przed przeciążeniem.
Obwód wykorzystuje następujące komponenty:
- Regulowany zasilacz składający się z transformatora obniżającego napięcie 0-9 V, diody D1 i kondensatora wygładzającego.
- Dioda Zenera do sterowania sterownikiem przekaźnika.
Działanie systemu
Każdy wzrost napięcia w obwodzie pierwotnym transformatora (wraz ze wzrostem napięcia sieciowego) będzie odzwierciedlał również odpowiedni wzrost napięcia w jego obwodzie wtórnym. Zasada ta jest wykorzystywana w obwodzie do wyzwalania przekaźnika. Kiedy napięcie wejściowe do uzwojenia pierwotnego transformatora (około 230 V), Zener nie będzie przewodzić (zgodnie z ustawieniem VR1), a przekaźnik będzie w stanie odłączonym. Obciążenie będzie zasilane przez styki wspólne i rozwierne przekaźnika. W tym stanie dioda LED będzie wyłączona.
Gdy napięcie wzrośnie, dioda Zenera przewodzi i przekaźnik zostanie aktywowany. Powoduje to przerwanie zasilania obciążenia. Dioda LED pokazuje stan aktywacji przekaźnika. Kondensator C1 działa jako bufor u podstawy T1, zapewniając płynną pracę T1, aby zapobiec klikaniu przekaźnika podczas jego aktywacji / dezaktywacji.
Obciążenie jest podłączane przez styki wspólne i NC (normalnie połączone) przekaźnika, jak pokazano na schemacie. Neutralny powinien przejść bezpośrednio do ładunku.
Przed podłączeniem obciążenia powoli wyreguluj VR1, aż dioda LED zgaśnie, zakładając, że napięcie linii mieści się w zakresie 220-230 woltów. W razie potrzeby sprawdzić napięcie sieciowe za pomocą woltomierza AC. Obwód jest gotowy do użycia. Teraz podłącz obciążenie. Gdy napięcie wzrośnie, Zener przewodzi i uruchamia przekaźnik. Kiedy napięcie w sieci wróci do normy, obciążenie ponownie zostanie zasilone.
Poniżej omówiono inny obwód ochrony przeciwprzepięciowej, który chroni również odbiorniki elektryczne przed przepięciami.
Czasami zdarza się, że wyjście zasilacza stołowego nie jest już kontrolowane z powodu usterki i niezmiennie niebezpiecznie wyskakuje. W ten sposób każde podłączone obciążenie zostanie uszkodzone w krótkim czasie. Ten obwód zapewnia całkowitą ochronę w tej sytuacji. MOSFET jest połączony szeregowo z obciążeniem. Jego bramka jest napędzana zawsze, powodując, że dren i źródło pozostają w przewodzeniu, dopóki napięcie ustawione na IC1 na styku 1 jest poniżej wewnętrznego napięcia odniesienia. W przypadku wyższego napięcia, napięcie na pinie nr 1 układu IC1 jest wyższe od napięcia odniesienia, co wyłącza tranzystor MOSFET, pozbawiając go napędu bramki, powodując otwarcie drenu i źródła i odłączenie zasilania od obwodu obciążenia.
Znaki ostrzegawcze awarii zasilania w obwodzie
Gdy dostępne jest zasilanie sieciowe, do testowania obwodu służy przełącznik zapewniający zasilanie transformatora. Q1 nie przewodzi, ponieważ jego podstawa i emiter mają ten sam potencjał przez D1 i D2 z prądu stałego wytworzonego przez prostownik mostkowy. Tym razem kondensatory C1 i C2 są ładowane do tak uzyskanego napięcia stałego. Gdy zasilanie zawiedzie, C1 dostarcza prąd emitera do podstawy od Q1 do R1, co powoduje rozładowanie kondensatora C1 przez kolektor emitera Q1 przewodzący przez brzęczyk. W ten sposób krótki dźwięk jest generowany za każdym razem, gdy główne zasilanie ulegnie awarii, aż do całkowitego rozładowania C1.
