Меню

Что такое защита от токов перегрузки

Защита от сверх токов пр. внешних КЗ. Защита от перегрузки. Токовая отсечка

Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформатора тока при КЗ на сборных шинах или на отходящих от них присоединениях (рис.4), если РЗ или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно РЗ от внешних КЗ используется и для защиты от повреждений в трансформаторе. Однако по условиям селективности РЗ от внешних КЗ должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной РЗ от повреждений в трансформаторах она используется лишь на маломощных трансформаторах. На трансформаторах, имеющих специальную РЗ о внутренних повреждений, РЗ от внешних КЗ служит резервом к этой защите на случай ее отказа. Наиболее простой РЗ от внешних КЗ является МТЗ. В тех случаях, когда ее чувствительность оказывается недостаточной, применяются более чувствительные МТЗ с пуском по напряжению, МТЗ ОП и НП, ДЗ.

Максимальные токовые защиты трансформаторов. Защита двухобмоточных понижающих трансформаторов. схема МТЗ трансформатора с односторонним питанием
приведена рис.4 .чтобы включить в зону действия защиты сам трансформатор, РЗ устанавливается со стороны источника питания и должна действовать на отключение выключателя Q1. Токовые реле МТЗ включаются на ТТ, установленные у выключателя Q2.

На (рис.4,а) приведена схема РЗ с двумя токовыми реле КА1 и КА2, которые, сработав, с выдержкой
времени одновременно действуют на отключение выключателей Q1 и Q2. При этом в случаях внешних КЗ на стороне низшего напряжения (НН) трансформатора отключение выключателя Q2 резервирует действие выключателя Q1. Часто РЗ выполняют с двумя выдержками времени: с первой и на отключение выключателя Q1 со стороны НН, а со второй стороны t2 = t1 + Dt на отключение Q2 со стороны ВН.

Структурная схема при таком выполнении МТЗ приведена на (рис. 4 ,в). В случае не отключенного внешнего КЗ на стороне НН МТЗ с выдержкой времени t1 отключит выключатель Q1, трансформатор при этом останется под напряжением о стороны ВН. В случае же повреждения в трансформаторе и отказе его основных, быстродействующих РЗ МТЗ с выдержкой времени отключит выключатель Q2.

Токовые реле КА1 и КА2 в схеме МТЗ трансформаторов с ВН 110-220 кВ подключены к ТТ, соединенным в треугольник (рис.4,а), такое выполнение токовых цепей МТЗ предотвращает возможное неселективное ее действие при КЗ на землю в сети 110-220 кВ (в случае когда нейтраль трансформатора заземлена). Защита может действовать при всех видах междуфазных КЗ на сторонах как ВН, так и НН трансформатора со схемой соединения обмоток Y/D. При этом, однако по сравнению с МТЗ, содержащей три токовых реле, подключенных к ТТ, соединенным в полную звезду, имеет место снижение чувствительности на 15 % при двухфазном КЗ на стороне НН 6-10 кВ.

Защита о перегрузок транс форматора — на трансформа торах, находящихся под наблюдением оперативного персонала, РЗ от перегрузки выполняется действующей на сигнал посредством одного токового реле. Чтобы избежать из лишних сигналов при КЗ и кратковременных перегрузках,

в схеме РЗ предусматривается реле времени, обмотка которого должна быть рассчитана на длительное прохождение тока.

Ток срабатывания РЗ от перегрузки выбирается из условия возврата токового реле при номинальном токе трансформатора:

Iс.з. = kотc Iном / kв,

Время действия РЗ выбирается на ступень больше времени защиты трансформатора от внешних КЗ: tп = tрз + Dt.

На подстанциях без дежурного персонала РЗ от перегрузок выполняется
трехступенчатой. Первая ступень работает при малых перегрузках и действует на сигнал,
передаваемый с помощью телемеханики на пункт управления, с выдержкой времени tп =tрз + D1. Вторая ступень при больших перегрузках, когда требуется быстрая разгрузка, действует на отключение части потребителей, разгружая трансформатор до допустимого
значения. Выдержка времени второй ступени t2

устанавливать РЗ от перегрузки на всех обмотках.

Защита от перегрузки АТ выполняется на основе требований к РЗ трансформаторов с учетом особенностей токораспределения в обмотках АТ и различия номинальных мощностей обмоток. Защита от перегрузки должна реагировать на перегрузку последовательной (П), общей (О) и дополнительной (Д) обмоток АТ (рис.6,а).

Номинальный (допустимый) ток в последовательной обмотке (относящейся к ВН) определяется по проходной мощности Sпрох, а для части обмотки НН (соединенной в треугольник) — по расчетной (или типовой) мощности Sрасч (см. рис. 5).

Для контроля за перегрузкой обмотки СН (общей) реле РЗ от перегрузки должно устанавливаться в нулевых выводах АТ, по которым протекает Iобщ. Перегрузка последовательной обмотки (ВН) и обмотки НН контролируется по токам в выводах ВН и НН соответственно. Места установки реле КА РЗ от перегрузки показаны на рис. 6,а. необходимость установки РЗ от перегрузки той или иной обмотки АТ определяется на основе анализа токораспределения при различных режимах его работы. Так, например, при пере грузки обмотки НН в режиме номинального, так как мощность обмотки НН равна Sрасч и меньше Sпрох, по которой определяется Iном на стороне ВН. Отсюда следует, что на обмотке НН всех АТ необходимо устанавливать РЗ от перегрузки.

Рассматривая токораспределение на понижающем АТ, имеющем питание со стороны ВН (рис. 6, б), можно сделать вывод, что при перегрузке обмотки ВН токи в обмотках СН и НН могут быть ниже Гном. Следовательно, на АТ, имеющих питание на стороне ВН, не обходимо устанавливать РЗ, реагирующую на перегрузку этой стороны. Указанная РЗ будет также защищать и общую обмотку АТ, так как перегрузка этой обмотки будет сопровождаться перегрузкой обмотки ВН. При работе АТ в режиме передачи электроэнергии со сторон ВH и СН на сторону НН в общей обмотке проходит ток Iобщ = Iв +Iс (рис. 6, в), в этих условиях общая обмотка может перегружаться при отсутствии перегрузки в двух обмотках АТ.

На АТ, работающих в указанном режиме, необходимо устанавливать РЗ от перегрузки на нулевых выводах общей обмотки. Такая же РЗ должна предусматриваться на АТ, в которых электроэнергия передается со стороны СН одновременно на ВН и НН. На понижающих АТ при питании со стороны ВН РЗ от перегрузки должна устанавливаться на сторонах ВН и НН. На тех же АТ, имеющих питание и со стороны СН, РЗ устанавливается и на нулевых выводах. На повышающих АТ РЗ устанавливается на всех трех обмотках.

Токовая отсечка — простая быстродействующая РЗ от повреждений в трансформаторе (рис.7).зона действия отсечки ограничена, она не действует при витковых замыканиях и замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыкания на землю. Отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и выполняется при помощи мгновенных токовых реле РТ-40 или электромагнитного элемента реле РТ-80 (РТ-90), если реле этого типа использованы для выполнения МТЗ, либо при помощи микроэлектронных токовых ИО. На трансформаторах в сети с глухозаземленной нейтралью отсечка устанавливается на трех фазах, а в сети с изолированной нейтралью — на двух. Ток срабатывания отсечки отстраивается от максимального тока КЗ при повреждении за трансформатором (в точке К2):

Iс.з = kотc Ik2mах,

где kотc = 1,25 ÷1,5 (последнее для реле типа РТ-90 и РТ-80).

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от броска намагничивающего тока Iнам:

Iс.з = kотc Iном, где kотc = 3÷5.

В зону действия отсечки входят ошиновка, выводы и часть обмотки трансформатора со стороны питания. Отсечка, являющаяся РЗ от внутренних повреждений, должна отключать трансформатор со всех сторон, имеющих источники питания. Достоинством отсечки являются ее простота и быстродействие. Отсечка в сочетании с МТЗ и газовой защитой обеспечивает хорошую защиту для трансформаторов малой мощности.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Методы и средства защиты от токовых перегрузок

В общем случае способы и реализация зашиты от перегрузок зависят от вероятности их проявления. Так. если вероятность кратковременных самоликвидирующихся перегрузок велика, целесообразно использовать ограничение или отключение тока перегрузки е последующим автома­тическим восстановлением цепи питания. И, наоборот, если характер перегрузки в основном постоянный (например, устойчивое короткое замыкание), то предпочтительно отключение тока перегрузки без после­дующего восстановления питания.

Ограничение величины тока как метод защиты находит узкое применение, поскольку реальные характеристики ограничителей существенно отличны от идеальных. Простейшим примером токоограни- чивающего защитного средства может служить нить лампы накаливания. На ряде дорог для резервирования и контроля плавких предохранителей используют электровозные прожекторные лампы типа ПЖ50-500 (на напряжение 50 В и мощность 500 Вт). В холодном состоянии они имеют сопротивление нити 0,45 Ом, в горячем (полный накал) — 5 Ом, а при токе 3 А — около 1 Ом. Лампы подключают параллельно плавким предохра­нителям. При перегорании предохранителя и самоликвидации перегрузки ток через нить лампы продолжает проходить через нагрузку, сохраняя ее функционирование. Если же причиной перегрузки стало устойчивое короткое замыкание, то нить лампы нагревается, а ее сопротивление увеличивается, ограничивая ток короткого замыкания. Однако из-за того, что сопротивление увеличивается лишь в несколько раз, ограничение тока в раде случаев оказывается недостаточным, и возможен перегрев проводов. Поэтому при проектировании устройств электропитания средств автоматики и телемеханики ограничение тока как метод защиты применяют лишь в специфических устройствах, например в устройствах, питающих рельсовые цепи, а ограничителями служат, как правило, линейные сопротивления, так как они проще и надежнее.

Отключение перегруженной цепи с последующим автоматическим включением применяют в высоковольтных линиях электроснабжения устройств автоматики, телемеханики и связи. При этом токовую отсечку и максимальную токовую защиту используют в сочетании с автомати­ческим включением резервного источника питания и автоматическим повторным включением (АПВ). По принципу действия токовая отсечка и максимальная токовая защита одинаковы и срабатывают от превышения тока нагрузки над ycraновленным порогом токовых реле. Разница состоит в методе селекции. Токовая отсечка реагирует на ограниченную зону высоковольтной линии, в пределах которой может произойти короткое замыкание, и отсекает ее от смежной зоны при коротком замыкании.

Читайте также:  Как усиливает ток биполярный транзистор

Максимальная токовая защита в качестве порога имеет ток, несколько превышающий максимальный рабочий ток, а селективное отключение ближайшей к месту перегрузки зоны осуществляется с помощью выдержки времени (чем ближе находится выключатель к месту перегрузки, тем меньше выдержка времени). Ступени выдержки времени обычно принимают равными 0,4. 0,6 с.

В низковольтных цепях питания сигнальных установок автоблокировки предусматривают автоматические выключатели многократного действия типа АВМ (рис. 1), имеющие в качестве рабочего органа биметал­лическую термопластину, снабженную подпружиненным контактным размыкателем. При протекании тока перегрузки через биметаллическую пластину последняя изгибается и полукольцевой пружиной резко размыкает контакты, включенные последовательно с нагрузкой. Поскольку перегруженная цепь разрывается этими контактами, ток прекращает протекать через биметаллическую термопластину. Остывая, она принимает первоначальную форму и полукольцевой пружиной замыкает контакт. Время размыкания контактов автоматического выключателя многократного действия типа ABM-1 составляет 2 мин при двукратном номинальном токе и температуре 20 С, а время автомати­ческого обратного включения — 1 мин при той же температуре.

Для зашиты от токовых перегрузок низковольтных цепей питания наиболее широко применяют предохранители с плавкими вставками (рис. 2), которые отключают перегруженную цепь без последующего автоматического восстановления, а также предохранители с подпружи­ненными контактами и магнитными или тепловыми расцепителями.

В качестве характеристик плавких предохранителей обычно указывают номинальный и предельный токи, а также ток плавления. Током плавления принято считать такой, который расплавляет плавкую вставку в течение 10 с. При предельном токе плавкая вставка не должна расплавляться в течение 20 мин. Необходимо, чтобы номинальный ток не приводил к плавлению вставки в течение неограниченного времени. Например, предохранитель на номинальный ток 1 А имеет предельный ток 1,5 А и ток плавления 2. 2,3 А.

На поминальный ток до 0,4 А включительно в качестве плавких вставок предохранителей используют константановую проволоку, а на большие токи — красно-медную проволоку. Предохранители на номи­нальный ток до 5 А изготавливают с контролем перегорания (при пере горании вставки подпружиненный стержень опускается и замыкает сигнальные контакты). Чтобы контролировать перегорание предохра­нителей на большие номинальные токи, параллельно им подключают предохранители на I А с плавкими вставками из константановой проволоки и контролем перегорания.

Рис. 1. Выключатель автоматический многократного действия типа АВМ-1

В устройствах связи применяют линейные трубчатые теплоемкие плавкие предохранители тина СН или СК (С спиральная нить, Н — ножевой контакт, К — конический контакт). Они представляют собой стеклянную трубку (рис. 3), заканчивающуюся ножевыми или коничес­кими контактами, внутри которой помешены две спиральные пружины из стальной проволоки диаметром 0,4 мм, спаянные между собой легко­плавким припоем. Другие два конца пружин под натягом припаяны к контактам на концах стеклянной трубки. При прохождении через предохранитель предельного тока припой расплавляется, и спиральные пружины силой упругости разрывают перегруженную цепь. Время расплавления припоя зависит от величины тока. Например, для предохранителя типа СН-1 на номинальный ток 1 А ток 2 А вызывает рас­плавление припоя через 20 с, а ток 6 А расплавляет припой через 2 с.

Рис. 2. Предохранитель банановый на цоколе с контролем перегорании типа 20876М

Рис. 3. Линейные трубчатые теплоемкие предохранители а — с ножевыми (СН-1) наконечниками; б— с коническими (СК-1,0-54)

Нелинейная функция времени срабатывания от тока любого плавкого предохранителя обусловлена тепловой инерционностью расплавления плавкой вставки и является, как правило, его положительным свойством, поскольку позволяет отделить кратковременные перегрузки от мощных импульсных помех, при которых плавкая вставка предохранителя должна оставаться целой, от длительных перегрузок (например, коротких замыканий), при которых предохранитель должен сработать. Путем подбора материала плавкой вставки, ее конструкции можно целе­направленно управлять тепловой инерционностью предохранителя, получая заданную селективность отключения перегруженных цепей.

Основная часть коротких замыканий происходит в цепях напря­жением 220 В по причине выхода из строя аппаратуры, прожога плат реле и клеммных колодок, феррорезонансных явлений в сети. Особенно часто это происходит в напольных устройствах. В то же время на основании анализа отказов срабатывание устройств защиты в низковольтных цепях вызывают в основном кратковременные перегрузки или неисправности самих предохранителей.

Самовосстанавливающиеся предохранители. Разработаны и представлены на рынке восстанавливающеся предохранители многоразового действия на основе полимеров с положительным нелинейным температурным коэффи циентом (ПТК) (при увеличении температуры материала возрастает электрическое сопротивление). Как и традиционные, такие предохранители срабатывают при превышении величины тока в цепи относительно некоторого выбранного номинального значения. Но в отличие от традиционных предохранителей, которые используются только один раз с последующей заменой, восстанавливающиеся предохранители при определенных условиях автоматически восстанавливают свои свойства, сокращая таким образом время отключения потребителя, а также расходы на иx обслуживание и ремонт. Будучи полимерными устройствами, восстанавливающиеся предохранители, кроме этого, имеют низкое сопротивление, лучшую прочность при механических ударах и вибрации, обеспечивают надежную защиту в широком диапазоне условий применения.

Первые элементы самовосстанавливающихся предохранителей появились в 1980 г. и предназначались для защиты никель-кадмиевых аккумуля­торных батарей от повреждения большими токами заряда/разряда.

Рассмотрим устройство и принципы работы этих предохранителей.

Сопротивление материалов, подверженных фазовому превращению, может очень резко возрастать (в диапазоне от 10 4 до 10 7 Ом) в узком диапазоне температур. Такая характеристика свойственна определенным типам токопроводящих полимеров. Полимерный восстанавливающийся предохранитель с ПТК включается в электрическую цепь последовательно с нагрузкой. Он обеспечивает защиту цепи, переходя из состояния с низким в состояние с высоким сопротивлением, таким образом реагируя на перегрузку по току. Этот процесс называется срабатыванием предохра­нителя. Такое изменение состояния элемента — результат быстрого повыше­ния температуры токопроводящего полимера прибора, обусловленного внутренней теплогенерацией при нагреве. Полимерный материал прибора с ПТК представляя собой кристаллическую решетку органического полимера (полиэтилена), содержащую рассеянные токопроводяшие частицы сажи в виде цепочек. Резкое повышение сопротивления обусловлено фазовым превращением в материале.

В нормальном режиме работы, т.е. в холодном состоянии, материал является в основном кристаллическим, причем его токопроводяшие частицы как бы втиснуты в аморфные области между мелкими кристаллами. Тепло, генерируемое элементом, и тепло, рассеи­ваемое в окружающей среде, находятся в равновесии при относительно низкой температуре.

При возрастании тока, проходящего через элемент, и сохранении постоянной температуры окружающей среды тепло, генерируемое элементом, увеличивается. Возрастает также и температу­ра элемента. Однако, если увеличение тока не слишком велико, вся генерируемая теплота может быть рассеяна в окружающей среде и элемент останется в устойчивом состоянии при более высокой темпе­ратуре. Если возрастает не ток, а температура окружающей среды, элемент также стабилизируется в устойчивом состоянии при более высокой температуре.

При дальнейшем увеличении тока или повышении температуры окружающей среды или при одновременном воздействии этих факторов температура элемента увеличивается. При любом дальнейшем увеличении тока или повышении температуры окружающей среды скорость генерации тепла в элементе превышает возможную скорость его рассеивания в окружающей среде. При этом возрастает объем аморфной фазы и разрушается структура токопроводящих цепочек, что вызывает резкое увеличение сопротивления элемента. На этой стадии даже небольшое изменение температуры приводит к очень значительному (до 10 7 Ом) увеличению сопротивления, что. в свою очередь, вызывает соответствующее снижение тока и защиту электрической цепи от повреж­дения.

В течение периода, пока приложенное напряжение достаточно высоко, элемент остается в активном состоянии (т.е. обеспечивает защиту), причем температура элемента достигает предельного значения 120. 130 °С.

При снижении напряжения до уровня, при котором количество теплоты, генерируемое элементом, и теплоты, рассеиваемой в окружающей среде, уже не компенсируют друг друга, происходит разрушение полимерных изолирующих участков, и элемент переключается в исходное состояние (восстанавливается). При последующих срабатываниях рабочее сопротив­ление предохранителя равно исходному рабочему сопротивлению. Макси­мальное время возврата в состояние с низким сопротивлением от сотых долей секунды до нескольких секунд, в зависимости от величины тока, вызвавшего срабатывание предохра­нителя. Число срабатываний восстанав­ливающихся предохранителей возможно до 3000 циклов. Предохранители рас­считаны на применение в диапазоне температур от -40 °С до +85 °С и при относительной влажност и окружающей среды до 95 %. Их можно использовать в цепях переменного тока с частотой до 100 МГц.

Общий внешний вид полимерного восстанавливающегося предохранителя корпорации Raychem (для

типа RUE500 на номинальный ток 5 А и напряжение 30 В; С =14 мм, В=25 мм) показан на рисунке, а основные рабочие характеристики предохранителей этой фирмы приведены в табл. 1.

Из принципа работы восстанавливающихся предохранителей следует, что для восстановления рабочего состояния необходимо принудительно снижать ток через них путем кратковременного отключения либо шунтиро­вания приборов, nocколькy после устранения перегрузки сопро­тивление нагрузки защищаемых цепей, как правило, ниже, чем это необходимо для автоматического процесса восстановления.

Источник

Электронные способы защиты цепей от перегрузки

В статье рассмотрены способы защиты цепей от перенапряжения, провалов напряжения и от токов перегрузки. Рассмотрены электронные предохранители eFuse, в основном на примере продукции компании Texas Instruments, и новое изделие – ограничитель напряжения LTC7862 от компании Analog Devices.

Читайте также:  Генератор постоянного тока для ветрогенератора

Несмотря на то, что в настоящее время практически во все AC/DC- и DC/DC-преобразователи встроена защита разного рода, потребность в электронных средствах ограничения перегрузки цепей довольно велика. Как правило, электронные средства защиты требуются в случаях, когда необходимо защитить отдельные цепи, питаемые от одного преобразователя. В этом случае защита преобразователя, настроенная на полную нагрузку, может не сработать (или, как иногда говорят, «не достать») при превышении порогового значения тока в отдельной цепи.

Одним из распространенных методов защиты от перегрузки по току являются керамические или полимерные термисторы с положительным температурным коэффициентом (РТС). Термисторы РТС резко увеличивают сопротивление при нагреве, т. е. они, в отличие от электронных средств защиты цепей, не могут защитить цепи с быстрым изменением тока. Кроме того, функциональность электронных предохранителей eFuse и ограничителей напряжения заметно выше. В ряде случаев электронные средства обеспечивает выполнение следующих защитных функций:

  • мягкий старт с ограничением пускового тока;
  • защита от превышения порогового значения тока либо путем разрыва цепи, либо с помощью ограничения тока на пороговом уровне;
  • быстродействующая защита от токов короткого замыкания;
  • защита от обратной полярности токов и входного напряжения;
  • защита от перенапряжения;
  • защита от провалов напряжения;
  • программируемый уровень порогов максимального тока.

На всякий случай заметим, что термистор РТС значительно уступает по функциональным возможностям электронным средствам защиты. Типовая структурная схема электронного предохранителя показана на рисунке 1. Силовые ключи могут интегрироваться в корпус eFuse, но известны варианты и без встроенных силовых ключей. В этом случае возрастают габариты решения, но, как правило, можно выбрать MOSFET с минимальным сопротивлением открытого канала RDS(ON).

Типичная структурная схема электронного предохранителя

Рис. 1. Типичная структурная схема электронного предохранителя

Конечно, весь описанный функционал несложно реализовать с помощью дискретных компонентов. Возможно, при этом даже удастся получить более экономичное решение, но наверняка за счет проигрыша в надежности и габаритах. При использовании электронных предохранителей обычно требуются два внешних компонента – конденсатор для задания скорости мягкого старта и резистор для определения порогового значения тока. Внешний конденсатор служит задатчиком для выходного напряжения – он устанавливает требуемую скорость его изменения при пуске или горячей замене.

Защита от токов короткого замыкания является обычно компромиссным решением между быстродействием, точностью и стоимостью. Результат компромисса – относительно невысокая точность срабатывания защиты. Например, время срабатывания электронного предохранителя TPS25944 от Texas Instruments при превышении током заданного порога короткого замыкания составляет 200 нс. Однако точность индикации тока относительно невысока – всего 8% во всем диапазоне уставок максимального тока 0,6–53 А. Столь малое время срабатывания достигается за счет использования быстродействующего компаратора. Не все предохранители eFuse могут похвастать такими динамическими характеристиками. Например, время срабатывания защиты по току предохранителя eFuse AP91352 от компании Diodes находится в пределах 5,5–40 мкс. К сожалению, не все производители указывают динамические параметры предохранителей eFuse.

Временная диаграмма работы предохранителя eFuse при удержании тока на пороговом уровне

Рис. 2. Временная диаграмма работы предохранителя eFuse при удержании тока на пороговом уровне

Защита от перегрузки по току может осуществляться либо за счет удержания тока на пороговом уровне, либо за счет разрыва цепи. Временная диаграмма работы предохранителя eFuse в первом случае показана на рисунке 2, а во втором – на рисунке 3. При удержании максимально допустимого тока (см. рис. 2) предохранитель eFuse проводит ток до тех пор, пока его значение не превысит пороговую величину, либо до срабатывания тепловой защиты, предельно допустимая температура которой обычно задается равной 150°C.

Временная диаграмма работы предохранителя eFuse при размыкании цепи

Рис. 3. Временная диаграмма работы предохранителя eFuse при размыкании цепи

Далее в зависимости от модификации предохранителя eFuse возможны два сценария. В первом из них предохранитель выключается. Такой режим называется «защелка». Повторное включение происходит после сброса и повторного включения питания. Во втором режиме при срабатывании тепловой защиты повторное включение происходит с некоторой временной задержкой, исчисляемой обычно десятками миллисекунд после уменьшения температуры на 12–15°C ниже порога срабатывания тепловой защиты. Именно такой вариант показан на рисунке 2, где после нескольких циклов срабатывания защиты происходит восстановление нормального режима.

Возможен вариант ограничения максимального тока с помощью разрыва цепи (см. рис. 3). В этом случае при превышении порогового тока запускается таймер и, если через несколько миллисекунд величина тока не уменьшится ниже порогового уровня, произойдет размыкание цепи. Повторное замыкание произойдет через фиксированное время, обычно исчисляемое несколькими десятками миллисекунд.
На рисунках 2–3 кривая IMON описывает напряжение на выходе микросхемы электронного предохранителя eFuse, пропорциональное значению выходного тока.

Следует оговориться, что на рисунках 2–3 приведены варианты защиты при превышении порогового тока ILIM, заданного пользователем. В случае короткого замыкания, когда ток достигнет величины ISC, отключение происходит гораздо быстрее, например за 200 нс при использовании TPS25944 от Texas Instruments. У менее быстродействующих микросхем eFuse эта величина достигает нескольких десятков микросекунд.

Срабатывание тепловой защиты происходит по сигналу датчика температуры, встроенного в микросхему eFuse. На рисунке 4 показана зависимость времени срабатывания тепловой защиты от рассеиваемой микросхемой мощности и температуры окружающей среды. Эта зависимость схожа с аналогичным графиком для теплового электромеханического реле. Следует оговориться, что тепловая защита целесообразна в случае, если силовые ключи интегрированы в микросхему электронного предохранителя. Гистерезис тепловой защиты обычно составляет 10–15%.

Зависимость времени срабатывания тепловой защиты от рассеиваемой микросхемой мощности и температуры

Рис. 4. Зависимость времени срабатывания тепловой защиты от рассеиваемой микросхемой мощности и температуры

В некоторых случаях возникает ситуация, когда выходное напряжение выше входного. Подобное происходит при резервировании по схеме ORing, когда от ветви с более высоким напряжением ток перетекает в цепи с меньшим напряжением, или при наличии в цепи, защищаемой электронным предохранителем, конденсаторов большой емкости. Избежать перетекания обратных токов позволяет защита от обратной полярности токов. Она реализована с помощью блокирующего и проходного FET (см. рис. 1). При обнаружении тока обратной полярности защита срабатывает не позже чем через 1 мкс. Эта же схема служит защитой от напряжения обратной полярности на входе eFuse.

Несколько компаний выпускает электронные предохранители eFuse. На нашем рынке наиболее известны Diodes, NXP, ON Semiconductors, STMicroelectronics, Texas Instruments. Но для защиты от перенапряжений в этих eFuse приходится использовать внешние TVS-диоды. Поскольку параметры eFuse варьируются в широких пределах, нет смысла приводить в статье характеристики некого «типового» электронного предохранителя – такового попросту не существует.

Оригинальное решение недавно предложила компания Linear Technology, которая ныне является подразделением Analog Devices. Свою новую микросхему LTC7862 они назвали: «высокоэффективным ключевым ограничителем перенапряжений» (High Efficiency Switching Surge Stopper).

Несмотря на свое название, помимо ограничения перенапряжения LTC7862 ограничивает максимальный ток, ток короткого замыкания и реализует мягкий старт с заданной скоростью нарастания напряжения, а также имеет защиту от провалов напряжения. Таким образом, микросхема LTC7862 в значительной степени выполняет функции электронного предохранителя eFuse за исключением тепловой защиты, а также защиты от обратной полярности напряжения и тока. Схема включения ограничителя LTC7862 показана на рисунке 5. При показанных на схеме номинальных значениях компонентов уровень ограничения напряжения и тока составит 34 В и 20 А, соответственно.

Схема включения ограничителя LTC7862

Рис. 5. Схема включения ограничителя LTC7862

Если значение напряжения и тока ниже установленных пределов, постоянно открыт ключ MTOP, и входное напряжение подается на нагрузку. Если же величина напряжения или тока превышает допустимые пределы, микросхема LTC7862 начинает работать как обычный понижающий DC/DC-контроллер; при этом нижний ключ MBOT играет роль синхронного выпрямителя. При работе в режиме DC/DC-контроллера величина напряжения или тока удерживается на пороговом уровне. При мягком старте микросхема так же работает в режиме DC/DC-контроллера.

При старте режима DC/DC-контрол­лера запускается внутренний таймер микросхемы. Если в течение заданного времени ток или напряжение не опускаются ниже порогового уровня или при мягком старте выходное напряжение не достигает заданной величины, цепь нагрузки разрывается ключом MTOP, а через заданное время процесс запускается вновь. В заключение приведем некоторые основные параметры ограничителя LTC7862:

  • входное напряжение: 4–140 В;
  • уровень порогового напряжения (макс.): 60 В;
  • пороговый уровень провала напряжения, задается уровнем напряжения на внешнем выводе микросхемы: 4,0 или 7,5 В;
  • задержка обнаружения перенапряжения: 1 мкс;
  • падение напряжения на токочувствительном элементе при срабатывании защиты (макс.): 50±7 мВ;
  • рабочая частота в режиме DC/DC-контроллера, программируется: 50–900 кГц;
  • время нарастания сигнала драйверов затвора: 25 нс;
  • время спада сигнала драйверов затвора: 15 нс;
  • диапазон рабочей температуры: –40…125°C;
  • корпус: QFN20 (4×4 мм) TSSOP20.

Источник



Защита от токов перегрузки

date image2015-02-04
views image1167

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Для защиты от токов перегрузки служит тепловое реле КК. При перегрузке это реле размыкает верхний контакт в цепи катушки контактора КМ, насос останавливается. Вто-

рой, нижний контакт КК замыкается в цепи реле времени КТ2, которое включает сигнал «Насос неисправен».

Защита по снижению напряжения

При снижении напряжения до 60% и менее якорь контактора КМ отпадает, насос останавливается.

При восстановлении напряжения защита работает по разному, в зависимости от

режима работы насоса, а именно:

1. при ручном управлении контактор КМ не включается, т.к. после отпадания якоря контактора КМ его вспомогательный контакт, включенный параллельно кнопкам SB1 ( SB2 ) «Пуск» остается разомкнутым. Иначе говоря, в этом режиме защита по снижению напряжения работает как нулевая, т.е. для повторного включения насоса надо нажать кнопку SB1 ( SB2 );

2. при автоматическом управлении контактор КМ включается повторно, т.к. в цепи катушки КМ повторно замыкается ( после восстановления напряжения ) контакт КТ3 ( КТ4 ). Иначе говоря, в этом режиме защита по снижению напряжения работает как мини-

Читайте также:  Определить действующее значение силы тока в цепи формула

мальная, т.е. обеспечивает повторное самопроизвольное ( без участия человека ) включе-

26. Прочитать и объяснить работу схемы пуска электропривода насоса;

Уровень автоматизации электроприводов вентиляторных и насос­ных установок зависит от типа судна и назначения электропривода.

На современных автоматизированных судах все основные нагнета­тели имеют автоматическое управление.

Режим эксплуатации автоматизированных судов предполагает со­хранение полной работоспособности энергетической установки при не­исправности одного из элементов или системы без вмешательства об­служивающего персонала.

Поэтому для каждого привода, необ­ходимого для обеспечения работы машинной установки, имеется одно­типный резервный привод, который находится в режиме готовно-

сти при работе основного привода, и автоматически запускается при отключении основно

го привода из-за какой-либо неисправности.

После исчезновения и последующего восстановления напряжения в судовой элект

рической станции находящиеся в работе приводы должны быть автоматически введены в действие.

Пуск электродвигателей не­обходимо производить по специальной временной про

грамме в поряд­ке важности электроприводов. Такая автоматизированная система управления электроприводами получила название «Stand by» ( «Готов к действию» ).

Схема автоматизи­рованного управления электропри­водами насосов машинной установ­ки предназначена для уп­равления 10 парами важнейших насосов энергетической установки. В схему включены следующие па­ры насосов:

1. насосы пресной воды дизель-генераторов ( ДГ );

2. насосы забортной воды ДГ;

3. насосы смазочного масла для главного двигателя ( ГД );.

4. топливоподкачивающие насосы;

5. насосы пресной воды для охлаждения цилиндров;

6. насосы смазочного масла для турбонагнетателей;

7. насосы смазочного масла для распределительного вала;

8. насосы забортной воды для ГД;

9. питательные насосы котла;

10. циркуляционные насосы горячей воды.

Схема построена таким образом, что любой насос из пары может использоваться как основной (рабочий), или резервный.

Схема пуска электропривода насоса показана на рис. 11.6.

Рис. 11.6. Схема пуска электропривода насоса

Распре­делительный щит насосов получает питание от ГРЩ. Включение электро-

привода осуществляется контактором КМ1, который включается через контактор управле-

При ручном управлении переключатель режима работы SA1 ста­вится в положение I. В этом случае управление осуществляется с по­мощью кнопок SB4 и SB5. У каждого на-

соса находится аварийный выключатель S1, который позволяет полностью отключить цепь управ­ления.

При автоматическом управлении переключатель SA1 ставится в положение II. Управление насосом осуществляется вспомогательным реле К1А (для основного насоса), которое включено в схему автомати­зированного управления электроприводами насосов, показанную на рис. 11.7.

Вспомогательное реле К2А управляет резервным насосом.

Перед пуском электродвигателя насоса необходимо прежде всего переключателем SA2 выбрать насос, который будет находиться в ра­боте (основной насос). В положении 1 переключателя SA2 в работе насос № 1, а насос № 2 — резервный.

После этого насос может быть включен посредством кнопки «Пуск» SB1 (цепь 3). При нажатии кнопки SB1 получает питание реле К2 и самоблокируется через замыкаю-

щий контакт К2 (цепь 9) и размыкаю­щий контакт Кб (цепь 5).

Одновременно получает питание вспомогательное реле К1А, осуществляющее пуск насоса ( рис. 11.6 ).

В системе трубопроводов работающего насоса через известное время создается дав

ление, при котором срабатывает датчик минималь­ного давления (см. рис.3.2 ) и замыкает контакт SP (цепь 6). Реле К4 своими контактами в цепях 5, 10 и 19 подготавливает к пуску резерв­ный насос. Реле времени КТ1, контролирующее время введения в ра­боту основного насоса, отключается контактом К8 и К7.

Рис. 11.7. Автоматизированная схема управления электроприводами насосов

Если в процессе пуска основной насос был не в состоянии создать необходимое ра-

бочее давление (контакт SP разомкнут) в обусловлен­ное системой время, то реле времени КТ1 переключает свои контакты (цепь 15) и срабатывает реле К9. Реле К9 своим замыка-

ющим контак­том в цепи 4 вызывает включение насоса, являющегося резервным.

Одновременно через замыкающий контакт К9 (цепь 17) включается реле К10 , кото

рое включает сигнализацию о неисправности «Переключение в схеме» и дает сигнал в си-

стему централизованного контроля.

Сигна­лизация неисправности сохраняется и тогда, если произошел нормаль­ный пуск резервного насоса, он создал давление в магистрали и кон­такт датчика SP замкнулся. Сигнализация неисправности исчезнет только при переводе избирательного переключате

ля SA2 на резерв­ный насос если неисправность устранена

Процесс переключения с основного на резервный насос при наруше­нии давления но время работы соответствует описанному выше. Про­должительность времени для пере

ключения на резервный насос опре­деляется уставкой реле времени КТ2.

Повторно насосы включаются автоматически осле исчезновения и последующего восстановления напряжения питания электроприводов по схеме, показанной па рис.11.8.

Поочередное повторное включение для насосов рассматриваемой системы после обесточнвания сети осуществляется по следующей вре­менной программе:

1. Через 5 с — насосы пресной воды для ДГ; насосы забортной воды для ДГ.

2. Через 10 с — насосы смазочного масла для ГД; насосы топливо-подкачивающие.

3. Через 15 с—насосы пресной воды для охлаждения цилиндров.

4. Через 20 с — насосы смазочного масла для турбонагнетателей; насосы смазочно

го масла для распределительного вала.

5. Через 25 с — насосы забортной воды для ГД.

6. Через 30 с — питательные насосы котла; главный воздушный компрессор 1.

7. Через 35 с — циркуляционные насосы горячей воды; главный воздушный комп

Рис. 11.8. Схема повторного включения электроприводов насосов

При работе аварийного генератора и при питании с берега устрой­ство повторного включения отключается. Устройство повторного включения может быть также отключено выключателем S из ЦПУ.

Деблокировка для повторного включения насосов по временной программе осуще-

ствляется через контакт из системы автоматики энер­гетической установки.

Если осуществляется повторное включение при помощи выключателя SB3, распо-

ложенного в ЦПУ, то срабатыва­ют реле К15 и К17 (цепи 4, 5). Замыкающий контакт К17 (цепь 8) по­дает рабочее напряжение на реле времени КТ1 и КТ2.

Одновременно срабатывают контакты К17 в цепях 6 и 12, т. е. замыкается перемыч­

ка между Зb и реле КТ1, вследствие чего оно сработает после уста­новленного времени (уставка реле КТ1 5с ).

Реле КТ2 не сработа­ет, так как контакт К17 (цепь 12) разомкнул перемычку между Зb и . После выдержки времени 5 с сработает реле КТ1 и через двухсторонний контакт

( цепь 9 ) включится выходное реле К16, которое через замыкающие контакты K16 и КТ2 самоблокируется.

Одновременно через переключающий контакт К16 (цепь 13) включается реле К5. Ре­ле К5 самоблокируется (цепь 16), подготавливает запуск второй ступени выдержки вре-

мени (цепь 17) и включает через контакт SX (см. рис. 11.7, цепь 1) множительное реле К1, контакт которого реализует пер­вое повторное включение насосов.

Контакт реле К16 (цепь 6) (см. рис. 11.8 ) отключает реле времени КТ1, а через дру-

гой переключающий контакт К16 (цепь 12) включает­ся реле времени КТ2, которое сраба

тывает также через 5 с. Двухсто­ронний контакт КТ2 (цепь 9) прерывает самоблокировку выходного реле К16, вследствие чего оно отключается.

Переключение соответст­вует включению реле Кб (цепь 17), которое включает вто-

рой насос. Включение других насосов через каждые о с осуществляется таким же образом, как и описанное выше.

27. Прочитать и объяснить работу принципиальной схемы автоматического управления электроприводом компрессора пускового воздуха;

Компрессор – механизм для получения сжатого воздуха или газа .

На судах сжатый воздух применяют в следующих основных случаях:

  1. для пуска главных и вспомогательных дизелей; при этом давление составляет

20…30 at ( 2…3 МПа );.

  1. для управления работой пневмоэлементов систем судовой пневмоавтоматики; при

этом давление воздуха не более 2 at ( 0,2 МПа );

  1. для удаления пыли и грязи, например, при продувке электрических машин и аппа-

ратов, удаления остатков ржавчины после обивки палубы и т.п.; при этом давление возду

ха составляет 1,6…2 at ( 0,16…0,2 МПа ).

Компрессоры разделяют ( классифицируют ) по таким признакам:

  1. по принципу действия – на центробежные, осевые и поршневые. Центробежные и

осевые применяют с целью получения больших подач ( объёмов ) воздуха или газа, порш-

невые – для получения больших давлений. На судах чаще применяются поршневые комп-

  1. по устройству – на компрессоры вертикального или горизонтального типа; одно-,

двух- и многоступенчатые; простого или двойного действия.

Принцип действия поршневого компрессора такой же, как и поршневого насоса.

В одноступенчатом компрессоре простого действия в качестве рабочего использует

ся только одно из двух движений поршня в цилиндре. Такие компрессоры применяют для получения небольших давлений.

В компрессорах двойного действия ( двухступенчатых ) используются как рабочие

оба движения поршня – прямое и обратное. При прямом движении воздух из атмосферы сжимается в первой ступени компрессора до 5…6 at, при обратном – этот воздух подается во вторую ступень, в которой дополнительно сжимается до 25…30 at.

Поскольку при сжатии выделяется тепло, цилиндры компрессора снаружи охлажда

ются водой. Для смазки трущихся частей внутрь цилиндров подают масло.

Перед каждым пуском компрессора, а также периодически при его работе обе сту-

пени компрессора продувают от конденсата и остатков масла. При этом сжатый воздух не поступает в баллоны, а стравливается непосредственно в машинное отделение.

При пуске компрессора давление воды и масла на 3…6 с понижается, поскольку

вода и масло начинают заполнять рабочие полости компрессора. Поэтому для предотвра-

щения отключения компрессора действие защит по давлению масла и воды блокируют

( исключают ) при помощи реле времени ( в схеме – КТ3 ) с выдержкой 8…10 с.

Источник