W każdym obwodzie elektrycznym, w którym nie ma obwodów stabilizujących i ochronnych, może wystąpić niepożądany wzrost prądu. Może to być wynikiem zjawisk naturalnych (piorun w pobliżu linii energetycznej) lub wynikiem zwarcia (zwarcie) lub prądów rozruchowych. Aby uniknąć wszystkich tych przypadków, właściwym rozwiązaniem jest zainstalowanie urządzenia ograniczającego w sieci lub obwodzie lokalnym.
Co to jest ogranicznik prądu?
Urządzenie, którego obwód jest skonstruowany w taki sposób, że zapobiega możliwości wzrostu natężenia prądu powyżej określonych lub dopuszczalnych limitów amplitudy, nazywane jest ogranicznikiem prądu. Obecność ochrony sieci z zainstalowanym w niej ogranicznikiem prądu umożliwia zmniejszenie wymagań dla tego ostatniego w zakresie stabilności dynamicznej i termicznej w przypadku zwarcia.
W liniach wysokiego napięcia o napięciu do 35 kV ograniczenie zwarć osiąga się za pomocą dławików elektrycznych, w niektórych przypadkach bezpieczników wykonanych z drobnoziarnistych wypełniaczy. Również obwody zasilane wysokim i niskim napięciem są chronione obwodami zmontowanymi na podstawie:
- wyłączniki tyrystorowe;
- reaktory typu nieliniowego i liniowego, bocznikowane za pomocą szybko działających przełączników półprzewodnikowych;
- Nieliniowe dławiki polaryzacyjne.
Zasada ogranicznika
Podstawową zasadą obwodów ograniczających prąd jest wygaszenie nadmiaru prądu na elemencie, który może przekształcić swoją energię w inną formę, taką jak ciepło. Widać to wyraźnie w działaniu ogranicznika prądu, gdzie termistor lub tyrystor jest używany jako element rozpraszający.
Inną często stosowaną metodą ochrony jest odcięcie obciążenia od linii, w której nastąpił przepięcie. Tego typu wyłączniki mogą być automatyczne, z możliwością samoczynnego resetu po ustąpieniu zagrożenia lub wymagać wymiany reagującego elementu ochronnego, jak ma to miejsce w przypadku bezpiecznika.
Najbardziej zaawansowane są obwody elektroniczne ograniczników, które działają na zasadzie zamykania kanału dla przepływu prądu, gdy wzrasta. W tym przypadku stosuje się specjalne elementy przelotowe (na przykład tranzystory), które są sterowane przez czujniki.
Nowoczesne systemy kombinowane łączą w sobie funkcję ograniczników prądu w przypadku niektórych przeciążeń oraz opcję ochronną z wyłączaniem obciążenia przy prądach zwarciowych. Zazwyczaj takie systemy działają w sieciach wysokiego napięcia.
Obwód ogranicznika prądu
Na przykładzieDzięki najprostszemu obwodowi urządzenia ograniczającego prąd można zrozumieć, jak działa „bezpiecznik elektroniczny”. Obwód jest zmontowany na dwóch tranzystorach bipolarnych i umożliwia regulację siły prądu w zasilaczach niskonapięciowych.
Przypisanie elementów obwodu:
- VT1 - tranzystor przepustowy;
- VT2 - wzmacniacz sygnału sterującego tranzystorem przepustowym;
- Rs – czujnik poziomu prądu (rezystor niskooporowy);
- R – rezystor ograniczający prąd.
Przepływowi prądu w obwodzie o dopuszczalnej wartości towarzyszy spadek napięcia na Rs, którego wartość po wzmocnieniu na VT2 utrzymuje tranzystor przepustowy w stanie pełnego otwarcia. Gdy tylko siła prądu przekroczy próg, przejście tranzystora VT1 zaczyna się ukrywać proporcjonalnie do wzrostu energii elektrycznej. Cechą charakterystyczną tej konstrukcji urządzenia są duże straty (spadek napięcia do 1,6 V) na czujniku i elemencie przelotowym, co jest niepożądane przy zasilaniu urządzeń niskonapięciowych.
Analog układu opisanego powyżej jest doskonalszym układem, w którym zmniejszenie spadku napięcia na złączu uzyskuje się poprzez zamianę elementu przepustowego z tranzystora bipolarnego na tranzystor polowy o niskiej rezystancji złącza. Na boisku straty wynoszą tylko 0,1 V.
Ogranicznik prądu rozruchowego
Urządzenia tego typu są przeznaczone do ochrony obciążeń indukcyjnych i pojemnościowych (o różnych pojemnościach) przed przepięciami przyuruchomienie. Jest instalowany w systemach automatyki. Takim przeciążeniom prądowym podlegają przede wszystkim silniki asynchroniczne, transformatory, lampy LED. Konsekwencją zastosowania ogranicznika prądu obciążenia w tym przypadku jest zwiększenie żywotności i niezawodności urządzeń, rozładowanie sieci elektrycznych.
Urządzenie ROPT-20-1 może służyć jako przykład nowoczesnego modelu jednofazowego ogranicznika prądu. Jest uniwersalny i zawiera zarówno ogranicznik prądu rozruchowego, jak i przekaźnik do kontroli napięcia. Obwód sterowany jest przez mikroprocesor, który automatycznie tłumi przepięcie początkowe i może wyłączyć obciążenie, jeśli napięcie w sieci wzrośnie powyżej dopuszczalnego poziomu.
Urządzenie jest włączone w przerwę linii zasilania i obciążenia, działa w następujący sposób:
- Po przyłożeniu napięcia włącza się mikrokontroler, który sprawdza obecność napięcia fazowego i jego wartość.
- Jeśli problemy nie zostaną wykryte w ciągu jednego okresu, obciążenie jest podłączone, co jest sygnalizowane przez zieloną diodę LED „Sieć”.
- Następuje odliczanie 40 milisekund, a przekaźnik bocznikuje rezystor tłumiący.
- Gdy napięcie odbiega od normy lub ulega awarii, przekaźnik odcina obciążenie, co jest sygnalizowane czerwoną diodą „Awaryjny”.
- Po przywróceniu parametrów sieci (prąd, napięcie) system powraca do swojego pierwotnego stanu.
Ograniczenie prądu generatora
W generatorach samochodowych ważne jest, aby kontrolować nie tylko wielkość napięcia wyjściowego, ale także moc wyjściowądo prądu obciążenia. Jeśli przekroczenie pierwszego może doprowadzić do awarii sprzętu oświetleniowego, cienkich uzwojeń urządzeń, a także doładowania akumulatora, to drugie może uszkodzić uzwojenie samego generatora.
Prąd wyjściowy wzrasta tym bardziej, im więcej obciążenia jest podłączone na wyjściu generatora (poprzez zmniejszenie całkowitej rezystancji). Aby temu zapobiec, stosuje się ogranicznik prądu elektromagnetycznego. Jego zasada działania opiera się na włączeniu dodatkowej rezystancji w obwodzie wzbudzenia uzwojenia generatora w przypadku wzrostu energii elektrycznej.
Ograniczenie prądu zwarciowego
W celu ochrony elektrowni i dużych fabryk przed prądami przepięciowymi czasami stosuje się ograniczniki prądu typu przełączającego (działanie wybuchowe). Składają się z:
- odłącz urządzenie;
- bezpiecznik;
- blok chipów;
- transformator.
Kontrolując ilość energii elektrycznej, obwód logiczny wysyła sygnał do detonatora (po 80 mikrosekundach) w przypadku wystąpienia zwarcia. Ten ostatni wysadza szynę wewnątrz wkładu, a prąd jest przekierowywany do bezpiecznika.
Cechy różnych ograniczników prądu
Każdy typ urządzenia ograniczającego jest przeznaczony do określonych zadań i ma określone właściwości:
- bezpiecznik - szybko działający, ale wymaga wymiany;
- reaktory - skutecznie wytrzymują prądy zwarciowe, ale mają na nich znaczne straty i spadki napięcia;
- obwody elektroniczne i wyłączniki szybkiego działania - charakteryzują się niskimi stratami, ale niewielką ochroną przed prądami udarowymi;
- przekaźniki elektromagnetyczne - składają się z ruchomych styków, które z czasem ulegają zużyciu.
Dlatego wybierając obwód do zastosowania w domu, musisz przestudiować cały zakres czynników charakterystycznych dla konkretnego obwodu elektrycznego.
Wniosek
Należy pamiętać, że dostęp do sieci elektrycznych wymaga pewnej wiedzy z zakresu elektryki i doświadczenia zawodowego. Dlatego podczas instalacji takiego sprzętu ważne jest przestrzeganie zasad bezpieczeństwa. Ale najlepiej oczywiście powierzyć taką pracę wykwalifikowanemu specjaliście.
