พื้นฐานการป้องกันแรงดันเกิน | การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

ไฟฟ้าลัดวงจรเป็นสาเหตุของการเกิดเพลิงไหม้โดยไม่ได้ตั้งใจในอาคารในประเทศอาคารพาณิชย์และโรงงานอุตสาหกรรม เกิดขึ้นเมื่อมีสภาวะผิดปกติเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้าเช่นกระแสไฟฟ้าเกินความล้มเหลวของฉนวนการสัมผัสกับมนุษย์แรงดันไฟฟ้าเกินเป็นต้นในบทความนี้จะกล่าวถึงบางส่วนของไฟลัดวงจรและวิธีการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

การเชื่อมต่อไฟฟ้าที่เหมาะสม

ไฟที่เกิดจากไฟฟ้าลัดวงจร 100% เกิดจากความรู้ที่ไม่ดีของช่างไฟฟ้าหรือความประมาทของเขา ช่างไฟฟ้าส่วนใหญ่เรียนรู้โดยการเป็นผู้ช่วยให้กับผู้มีประสบการณ์และขาดแนวคิดพื้นฐานด้านไฟฟ้าอย่างมาก

ฟิวส์

ในแอปพลิเคชันในประเทศสำหรับการจ่ายไฟ 3 เฟส 4 ช่างไฟฟ้าใช้ชุดค่าผสม MCB 4 ชุดที่เรียกว่า TPN แทนการรวมกันของ 3 MCB สาเหตุของไฟที่เกิดจากปัญหาทางไฟฟ้า ดังนั้นอย่ายอมให้เป็นกลางผ่านสวิตช์

เหตุผลที่ว่าทำไม 3 ประเภท MCB ถึงดีที่สุดได้อธิบายไว้ด้านล่าง สำหรับ TPN (สามขั้วบวกเป็นกลาง) 3 คือ MCB ที่สามารถเดินทางโดยใช้กระแสไฟฟ้าเกินพิกัดและอันที่ 4 เป็นเพียงสวิตช์สำหรับเป็นกลาง ไม่รู้สึกถึงกระแสใด ๆ ไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ตามที่สมมติว่าเป็นกลางถูกตัดการเชื่อมต่อที่ปลายบ้านใน TPN เฟสที่โหลดน้อยอาจพบแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 50% บวกหรือมากกว่า ซึ่งหมายความว่าโหลดเฟสเดียวจะอยู่ที่ประมาณ 350 โวลต์เทียบกับ 220 โวลต์ อุปกรณ์จำนวนมากจะไหม้ในเวลาไม่นานและสิ่งของเช่นหลอดไฟที่มีโช้คเหล็กอาจลุกเป็นไฟ ลองนึกภาพว่ามีใครไม่อยู่บ้านในช่วงเวลานั้นและมีตู้เสื้อผ้าอยู่ใกล้ ๆ ! นี่เป็นสาเหตุสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้เกิดเพลิงไหม้ สถานการณ์ก็เหมือนกันกับ 3 MCB หากความเป็นกลางคลายตัว ดังนั้นระวังให้ดีเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นกลางไม่ผ่านสวิตช์ใน a การติดตั้งสามเฟส และไม่ยอมให้ความเป็นกลางหลวมไป

ให้เราคำนวณทางคณิตศาสตร์ หลอดไฟหนึ่งหลอดมีขนาด 100 วัตต์ในหนึ่งเฟสถึงเป็นกลางและอีก 10 วัตต์เชื่อมต่อจากเฟสอื่นไปยังเป็นกลาง สมมติว่าทั้งคู่ได้รับ 220 RMS จากอุปทานสมดุล 3 เฟส ตอนนี้ให้เราตัดการเชื่อมต่อที่เป็นกลาง ดังนั้นหลอดไฟทั้งสองจึงอยู่ในอนุกรมข้ามเฟสไปอีกเฟสนั่นคือหันหน้าไปทางแรงดันไฟฟ้า 220 X √3 = 381 โวลต์ ตอนนี้คำนวณแรงดันตกคร่อมหลอดไฟแต่ละหลอดในขณะที่ความต้านทานหนึ่งคือ 484 และอีกความต้านทานคือ 4840 ตอนนี้ฉัน = 381 / (484 + 4840) หรือ I = 381/5324 หรือ I = 0.071 ตอนนี้ V ต้องเผชิญกับหลอดไฟ 100 วัตต์ = IR = 34 โวลต์และ V หันหน้าไปทางหลอดไฟ 10 วัตต์ = 340 โวลต์ ฉันไม่ได้คำนึงถึงความต้านทานความเย็นของหลอดไฟซึ่งน้อยกว่าความต้านทานความร้อน 10 เท่า (หมายถึงขณะเรืองแสง) หากคำนึงถึงหลอดไฟ 10 วัตต์จะล้มเหลวในไม่กี่วินาที

การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรในแหล่งจ่ายไฟระบบฝังตัว

มักจะเห็นว่าในขณะที่จ่ายไฟให้กับวงจรที่ประกอบขึ้นใหม่ส่วนของแหล่งจ่ายไฟเองก็เกิดข้อผิดพลาดบางอย่างซึ่งอาจเป็นเพราะไฟฟ้าลัดวงจร วงจรที่พัฒนาด้านล่างช่วยขจัดปัญหานั้นโดยการแยกส่วนที่ฝังกับส่วนเสริมอื่น ๆ ดังนั้นหากข้อบกพร่องอยู่ในส่วนนั้นส่วนที่ฝังไว้จะไม่ได้รับผลกระทบ ส่วนฝังตัวที่ประกอบด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ดึงกำลังไฟ 5 โวลต์จาก A ในขณะที่ส่วนที่เหลือของวงจรดึงมาจาก B

แอมป์มิเตอร์โวลต์มิเตอร์และสวิตช์ปุ่มกดบางตัวใช้ในวงจรเพื่อค้นหาผลลัพธ์ในวงจรทดสอบในการจำลองไม่จำเป็นต้องใช้มิเตอร์ดังกล่าวในเวลาจริง Q1 เป็นทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งเปิดเครื่องหลักไปยังส่วนเสริมจาก B. Load แสดงเป็นโหลด 100R และสวิตช์ทดสอบในรูปแบบของปุ่มกดใช้สำหรับตรวจสอบการทำงานของวงจร ทรานซิสเตอร์ BD140 หรือ SK100 และ BC547 ใช้เพื่อรับเอาต์พุตทุติยภูมิประมาณ 5V B จากแหล่งจ่าย 5V หลัก A

เมื่อเอาต์พุต 5V DC จากตัวควบคุม IC 7805 พร้อมใช้งานทรานซิสเตอร์ BC547 จะดำเนินการผ่านตัวต้านทาน R1 และ R3 และ LED1 เป็นผลให้ทรานซิสเตอร์ SK100 ดำเนินการและเอาต์พุต 5V DC ที่ป้องกันการลัดวงจรจะปรากฏขึ้นที่ขั้ว B ไฟ LED สีเขียว (D2) จะติดสว่างเพื่อแสดงว่าเหมือนกันในขณะที่ LED สีแดง (D1) ยังคงดับอยู่เนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันที่ปลายทั้งสองข้าง เมื่อขั้ว B สั้น BC547 จะถูกตัดออกเนื่องจากการต่อสายดินของฐาน ด้วยเหตุนี้ SK100 จึงถูกตัดออกไปด้วย ดังนั้นในระหว่างการลัดวงจรไฟ LED สีเขียว (D2) จะดับลงและไฟ LED สีแดง (D1) จะติดสว่าง ตัวเก็บประจุ C2 และ C3 ในเอาต์พุต 5V หลัก A ดูดซับความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเนื่องจากการลัดวงจรใน B ทำให้มั่นใจได้ว่าไม่มีสิ่งรบกวน A. การออกแบบวงจรขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ที่ระบุด้านล่าง: RB = (HFE X Vs) / (1.3 X IL) โดยที่ RB = ค่าความต้านทานพื้นฐานของทรานซิสเตอร์ของ SK100 และ BC547 HFE = 200 สำหรับ SK100 และ 350 สำหรับ BC547 แรงดันการสลับ Vs = 5V 1.3 = ปัจจัยด้านความปลอดภัย IL = กระแสตัวสะสมของทรานซิสเตอร์ประกอบวงจรโดยทั่วไป - วัตถุประสงค์ PCB และใส่ในตู้ที่เหมาะสม เชื่อมต่อขั้ว A และ B ที่แผงด้านหน้าของตู้ เชื่อมต่อสายไฟหลักเพื่อป้อน 230V AC เข้ากับหม้อแปลงด้วย เชื่อมต่อ D1 และ D2 เพื่อแสดงภาพ

ไฟแสดงการลัดวงจรพร้อมกับแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม

แหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมเป็นข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดสำหรับการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่ต้องการแหล่งจ่ายไฟ DC คงที่สำหรับการทำงาน ระบบเช่นแล็ปท็อปหรือโทรศัพท์มือถือหรือคอมพิวเตอร์ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีการควบคุมเพื่อจ่ายไฟให้วงจร วิธีหนึ่งในการจัดหาแหล่งจ่ายไฟ DC คือการใช้แบตเตอรี่ อย่างไรก็ตามข้อ จำกัด พื้นฐานคือระยะเวลาการใช้งานแบตเตอรี่ที่ จำกัด อีกวิธีหนึ่งคือการใช้ตัวแปลง AC-DC
โดยปกติตัวแปลง AC-DC ประกอบด้วยส่วนของวงจรเรียงกระแสซึ่งประกอบด้วยไดโอดและสร้างสัญญาณ DC แบบพัลส์ สัญญาณ DC ที่เต้นเป็นจังหวะนี้ถูกกรองโดยใช้ตัวเก็บประจุเพื่อขจัดระลอกคลื่นจากนั้นสัญญาณที่กรองนี้จะถูกควบคุมโดยใช้ IC ควบคุมใด ๆ

มีการออกแบบวงจรจ่ายไฟ 12 โวลต์พร้อมไฟแสดงการลัดวงจร นี่คือแหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะทำงาน 12 โวลต์เพื่อทดสอบต้นแบบ ให้ DC 12 โวลต์ที่มีการควบคุมอย่างดีเพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรส่วนใหญ่และสำหรับการประกอบแผงขนมปัง นอกจากนี้ยังมีวงจรเสริมของตัวบ่งชี้การลัดวงจรเพื่อตรวจจับการลัดวงจรในต้นแบบถ้ามี ซึ่งจะช่วยในการปิดแหล่งจ่ายไฟทันทีเพื่อบันทึกส่วนประกอบ

ประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:

• หม้อแปลง 500mA เพื่อลดแรงดันไฟฟ้า ac
• IC ควบคุม 7812 ให้เอาต์พุตที่ควบคุม 12V
• สัญญาณเตือนเพื่อระบุการลัดวงจร
• 3 ไดโอด - 2 เป็นส่วนหนึ่งของวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มรูปแบบและอีกตัวเพื่อ จำกัด กระแสผ่านตัวต้านทาน
• ทรานซิสเตอร์สองตัวเพื่อจ่ายกระแสให้กับกริ่ง

ใช้หม้อแปลง 14-0-14, 500 มิลลิแอมป์เพื่อลดระดับ 230 โวลต์ AC ไดโอด D1 และ D2 เป็นวงจรเรียงกระแสและ C1 เป็นตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบเพื่อให้ DC ไม่มีการกระเพื่อม IC1 เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าบวก 7812 ที่ให้เอาต์พุตควบคุม 12 โวลต์ คาปาซิเตอร์ C2 และ C3 ช่วยลดช่วงเวลาชั่วคราวในแหล่งจ่ายไฟ จากเอาต์พุตของ IC1 จะมี DC ที่มีการควบคุม 12 โวลต์ ตัวบ่งชี้ไฟฟ้าลัดวงจรสร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์ NPN สองตัว T1 และ T2 พร้อมกริ่งไดโอดและตัวต้านทานสองตัว R1 และ R2

ในการทำงานปกติสัญญาณ ac จะลดระดับลงโดยใช้หม้อแปลง ไดโอดจะแก้ไขสัญญาณ ac เช่นสร้างสัญญาณ dc แบบพัลซิ่งซึ่งถูกกรองโดยตัวเก็บประจุ C1 เพื่อลบฟิลเตอร์และสัญญาณที่กรองนี้ได้รับการควบคุมโดยใช้ LM7812 เมื่อกระแสไหลผ่านวงจรทรานซิสเตอร์ T2 จะได้รับแรงดันไฟฟ้าเพียงพอที่ฐานเพื่อเปิดและทรานซิสเตอร์ T1 เชื่อมต่อกับศักย์กราวด์และด้วยเหตุนี้จึงอยู่ในสภาพปิดและออดจะดับ . เมื่อเกิดไฟฟ้าลัดวงจรที่เอาต์พุตไดโอดจะเริ่มนำกระแสผ่าน R2 หยดและ T2 จะดับลง สิ่งนี้ช่วยให้ T1 ทำงานได้และเสียงสัญญาณเตือนดังขึ้นจึงบ่งบอกถึงการเกิดไฟฟ้าลัดวงจร

2. การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

แรงดันไฟฟ้าเกินเนื่องจากไฟกระชากหรือการลดน้ำหนักทำให้ฉนวนล้มเหลวซึ่งจะนำไปสู่ผลกระทบที่รุนแรง

2 วิธีในการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

• โดยใช้มาตรการป้องกันในระหว่างการก่อสร้างอาคารและการติดตั้งระบบไฟฟ้า ทำได้โดยตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้วางเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าต่างกันแยกกัน แต่ละขั้นตอนยังสามารถแบ่งตามฟังก์ชันการทำงานเพื่อหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักของเฟส
• โดยใช้ส่วนประกอบหรือวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน: ปกติวงจรเหล่านี้จะดับไฟ มากกว่าแรงดันไฟฟ้า นั่นคือทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรก่อนที่จะไปถึงเครื่องใช้ไฟฟ้า ควรมีการตอบสนองที่รวดเร็วและความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าสูง

ตัวป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

แรงดันไฟฟ้าเกินเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงมากซึ่งโดยทั่วไปจะสูงกว่าพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์และอาจทำให้ฉนวนของอุปกรณ์หยุดชะงักโดยสิ้นเชิง (จากสายดินหรือส่วนประกอบที่รับแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ) และทำให้อุปกรณ์เสียหายได้ แรงดันไฟฟ้าเกินเหล่านี้เกิดขึ้นเนื่องจากปัจจัยต่างๆเช่นฟ้าผ่าการจ่ายไฟฟ้าการเปลี่ยนชั่วคราวและผิดพลาด ในการควบคุมสิ่งนี้มักจำเป็นต้องใช้วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน

การออกแบบวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าอย่างง่าย

นี่เป็นเรื่องง่าย ตัวป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน วงจรที่แบ่งกำลังไปยังโหลดหากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นสูงกว่าระดับที่ตั้งไว้ พลังงานจะถูกเรียกคืนก็ต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงสู่ระดับปกติ วงจรชนิดนี้ใช้ในตัวปรับแรงดันไฟฟ้าเพื่อป้องกันโหลดเกิน

วงจรใช้ส่วนประกอบต่อไปนี้:

• แหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมซึ่งประกอบด้วยหม้อแปลงแบบ step down 0-9V ไดโอด D1 และตัวเก็บประจุแบบปรับให้เรียบ
• ซีเนอร์ไดโอดเพื่อควบคุมไดรเวอร์รีเลย์

การทำงานของระบบ

การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ใน Primary ของหม้อแปลง (เมื่อแรงดันไฟหลักเพิ่มขึ้น) จะสะท้อนให้เห็นว่าแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกันในตัวรองด้วย หลักการนี้ใช้ในวงจรเพื่อเรียกรีเลย์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าอินพุตไปยังหลักของหม้อแปลง (ประมาณ 230 โวลต์) ซีเนอร์จะไม่อยู่ในการนำไฟฟ้า (ตามที่กำหนดโดย VR1) และรีเลย์จะอยู่ในสภาพที่ไม่ได้รับพลังงาน โหลดจะรับพลังงานผ่านหน้าสัมผัสทั่วไปและหน้าสัมผัส NC ของรีเลย์ ในสถานะนี้ LED จะดับ

เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นซีเนอร์ไดโอดจะดำเนินการและรีเลย์จะทำงาน สิ่งนี้จะทำลายแหล่งจ่ายไฟไปยังโหลด LED แสดงสถานะการเปิดใช้งานของรีเลย์ คาปาซิเตอร์ C1 ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ที่ฐานของ T1 สำหรับการทำงานที่ราบรื่นของ T1 เพื่อป้องกันการคลิกรีเลย์ระหว่างการเปิดใช้งาน / การปิดใช้งาน

โหลดเชื่อมต่อผ่านหน้าสัมผัสทั่วไปและ NC (เชื่อมต่อปกติ) ของรีเลย์ดังแสดงในแผนภาพ เป็นกลางควรไปที่โหลดโดยตรง

ก่อนที่จะเชื่อมต่อโหลดให้ค่อยๆปรับ VR1 จนกระทั่ง LED ดับโดยสมมติว่าแรงดันไฟฟ้าของสายอยู่ระหว่าง 220-230 โวลต์ หากจำเป็นให้ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของสายโดยใช้ AC โวลต์มิเตอร์ วงจรพร้อมสำหรับการใช้งาน ตอนนี้เชื่อมต่อโหลด เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นซีเนอร์จะดำเนินการและกระตุ้นรีเลย์ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของสายกลับมาเป็นปกติโหลดจะได้รับพลังงานอีกครั้ง

วงจรอื่นสำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินจะกล่าวถึงด้านล่างซึ่งจะช่วยป้องกันโหลดไฟฟ้าจากแรงดันไฟกระชาก

บางครั้งมันก็เกิดขึ้นที่เอาท์พุตของแหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะจะไม่สามารถควบคุมได้อีกต่อไปเนื่องจากมีข้อบกพร่องและทำให้เกิดอันตรายอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นโหลดใด ๆ ที่เชื่อมต่อกับสิ่งนั้นจะได้รับความเสียหายในเวลาไม่นาน วงจรนี้ให้การป้องกันที่สมบูรณ์ต่อสถานการณ์นั้น MOSFET อยู่ในอนุกรมพร้อมกับโหลด ประตูของมันได้รับไดรฟ์ทำให้ท่อระบายน้ำและแหล่งจ่ายยังคงอยู่ในการนำไฟฟ้าตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าที่ตั้งค่า IC1 ที่ขา 1 อยู่ต่ำกว่าแรงดันอ้างอิงภายใน ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นแรงดันไฟฟ้าที่ขาหมายเลข 1 ของ IC1 จะสูงกว่าแรงดันอ้างอิงและจะปิด MOSFET ที่ไม่ใช้เกตไดรฟ์เพื่อทำให้ท่อระบายน้ำและแหล่งจ่ายเปิดเพื่อตัดการเชื่อมต่อพลังงานไปยังวงจรโหลด

สัญญาณเตือนความล้มเหลวของแหล่งจ่ายไฟในวงจร

ในขณะที่มีแหล่งจ่ายไฟสำหรับการทดสอบวงจรสวิตช์จะใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับหม้อแปลง Q1 ไม่ดำเนินการเนื่องจากฐานและตัวปล่อยมีศักยภาพเท่ากันผ่าน D1 & D2 จาก DC ที่พัฒนาโดยวงจรเรียงกระแสสะพาน เวลานั้นตัวเก็บประจุ C1 และ C2 จะถูกชาร์จไปยังแรงดันไฟฟ้า Dc ที่ได้มา ในขณะที่แหล่งจ่ายไฟล้มเหลว C1 จะจ่ายกระแสตัวปล่อยไปยังฐานของ Q1 ถึง R1 ซึ่งส่งผลให้ตัวเก็บประจุ C1 ถูกปล่อยผ่านตัวรวบรวมตัวปล่อย Q1 ที่ดำเนินการผ่านทางกริ่ง เสียงสั้น ๆ จึงเกิดขึ้นทุกครั้งที่แหล่งจ่ายไฟหลักล้มเหลวจนกระทั่ง C1 ได้รับการระบายออกจนหมด