过电压保护基础|电气短路预防

电气短路是导致住宅、商业和工业建筑意外火灾的最常见原因。它发生在电路中发生过电流、绝缘故障、人与人接触、过电压等异常情况时。本文讨论了一些短路火灾和过电压的预防方法。

电气短路预防

正确的电气连接

100%的电气短路引发的火灾是由于电工知识不足或粗心大意造成的。大多数电工都是通过成为有经验的电工的助手来学习的，并且严重缺乏基本的电气概念。

在三相4线供电的国内应用中，电工使用称为TPN的4 MCB组合，而不是3 MCB组合。这是由电气问题引起的火灾的根本原因。所以千万不要让空档通过开关。

好吧，下面解释为什么3 MCB类型是最好的。对于TPN（三极加中性点），3个是MCB，它可以在超过额定电流时跳闸，第四个只是中性点开关。它不会感应到任何电流。出于任何原因，假设TPN中的中性线在房屋端断开，负载较低的相位可能会经历高达50%以上的电压冲击。这意味着相对于220伏，单相负载将是大约350伏。许多小工具很快就会燃烧，像带铁扼流圈的筒灯之类的东西可能会着火。想象一下，在那一刻，一个人不在家，附近有一个衣柜！这是火灾发生的主要原因之一。如果中性点松动，情况也与3 MCB相同。因此，要非常小心，确保中性点既不会通过三相安装中的开关，也不会使中性点松动。

让我们进行数学计算。一个灯在一相到中性点时为100瓦，另一个灯从另一相连接到中性点的功率为10瓦。假设它们都从三相平衡电源获得220 RMS。现在让我们断开空档。因此，两个灯在相间串联，即面对220 X√3=381伏的电压。现在计算每个灯两端的电压降，其中一个电阻为484，另一个电阻是4840。现在I=381/（484+4840）或I=381/5324或I=0.071。现在，100瓦灯所面对的V=IR=34伏，10瓦灯所面临的V=340伏。我没有考虑灯的抗寒性，它比耐热性低10倍（即发光时）。如果考虑到这一点，10瓦的灯将在几秒钟内失效。

嵌入式系统电源中的短路保护

人们经常看到，在为新组装的电路供电时，电源部分本身会出现一些故障，可能是因为短路。下面开发的电路通过将嵌入式部分与其他辅助部分隔离来消除这个问题。因此，如果故障位于该路段，则嵌入路段不会受到影响。由微控制器组成的嵌入式部分从A汲取5V电源，而电路的其余部分从B汲取。

电路中使用了一些电流表、电压表和按钮开关，以在模拟测试电路中找到结果。在实时使用中，不需要这样的仪表。Q1是从B到辅助部分的主电源开关晶体管。负载显示为100R负载，按钮形式的测试开关用于检查电路的功能。晶体管BD140或SK100和BC547用于从主5V电源A获得大约5V B的次级输出。

当来自调节器IC 7805的5V DC输出可用时，晶体管BC547通过电阻器R1、R3和LED1导通。结果，晶体管SK100导通，并且短路保护的5V DC输出出现在B端子之间。绿色LED（D2）发光表示相同，而红色LED（D1）由于两端存在相同的电压而保持熄灭。当B端子短路时，BC547由于其底座接地而断开。因此，SK100也被切断。因此，在短路期间，绿色LED（D2）熄灭，红色LED（D1）发光。主5V输出A两端的电容器C2和C3吸收了由于B短路而产生的电压波动，确保了无干扰A。电路的设计基于以下给出的关系：RB=（HFE X Vs）/（1.3 X IL），其中，RB=SK100和BC547晶体管的基极电阻HFE=200（SK100）和350（BC547）开关电压Vs=5V 1.3=安全系数IL=晶体管的集电极-发射极电流将电路组装在通用PCB上，并封装在合适的机柜中。连接机柜前面板上的端子A和B。同时连接主电源线，为变压器提供230V交流电。连接D1和D2进行视觉指示。

带稳压电源的短路指示器

调节电源是许多电子设备运行的最重要要求，这些电子设备的运行需要恒定的直流电源。笔记本电脑、手机或计算机等系统需要调节直流电源来为其电路供电。提供直流电源的方法之一是使用电池。然而，基本的限制是电池寿命有限。另一种方法是使用交流-直流转换器。
通常，AC-DC转换器由整流器部分组成，整流器部分由二极管组成，并产生脉动直流信号。使用电容器对该脉动DC信号进行滤波以去除波纹，然后使用任何调节器IC对该滤波后的信号进行调节。

设计了一个带有短路指示的12伏电源电路。这是一个12伏的工作台电源来测试原型。它为大多数电路和面包板组件提供了调节良好的12伏直流电。还包括短路指示的附加电路，以检测原型中的短路（如果有的话）。这有助于立即关闭电源以节省组件。

它包含以下组件：

• 一个500毫安的变压器，用于降低交流电压。
• 一个7812调节器IC，提供12V调节输出。
• 指示短路的蜂鸣器。
• 3个二极管-2个构成全波整流器的一部分，一个用于限制通过电阻器的电流。
• 两个晶体管为蜂鸣器提供电流。

14-0-14500毫安的变压器用于降压230伏交流电。二极管D1和D2是整流器，C1是平滑电容器，使直流无纹波。IC1是7812正电压调节器，可提供12伏的调节输出。电容器C2和C3减少了电源中的瞬态。从IC1的输出，将提供12伏的稳压直流电。短路指示器使用两个NPN晶体管T1和T2、一个蜂鸣器、一个二极管和两个电阻器R1和R2构建。

在正常操作中，使用变压器来降低交流信号。二极管对交流信号进行整流，即产生脉动直流信号，该信号由电容器C1滤波以去除滤波器，并且该滤波信号使用LM7812进行调节。当电流通过电路时，晶体管T2在其基极获得足够的电压以接通，晶体管T1连接到地电位，因此处于关闭状态，蜂鸣器关闭。当输出端短路时，二极管开始传导电流，R2下降，T2关闭。这使T1导通，蜂鸣器发出嘟嘟声，从而指示短路的发生。

2.过电压保护

浪涌或雷电引起的过电压会导致绝缘故障，进而导致严重后果。

2种过电压保护方式

• 在建筑物和电气装置的施工过程中采取预防措施。这是通过确保具有不同额定电压的电器分开放置来完成的。各个阶段也可以根据其功能进行拆分，以避免阶段中断。
• 通过使用过电压保护部件或电路：这些电路通常会熄灭过电压，即在过电压到达电器之前引起短路。它们应该具有快速响应和高载流能力。

过电压保护器

过电压是指极高的电压，通常高于电气和电子设备的规定额定电压，并可能导致设备绝缘（与接地或其他电压承载部件绝缘）完全中断，从而损坏设备。这些过电压是由雷电、放电、瞬态和故障切换等因素引起的。为了控制这种情况，通常需要一个过电压保护电路。

设计一种简单的过电压保护电路

这里有一个简单的过电压保护电路，如果电压增加到预设水平以上，它会断开负载的电源。只有当电压降至正常水平时，电源才会恢复。这种电路用于电压稳定器中作为过载保护。

电路使用以下部件：

• 由0-9V降压变压器、二极管D1和平滑电容器组成的稳压电源。
• 用于控制继电器驱动器的齐纳二极管。

系统的工作

变压器初级中的任何电压增加（随着电源电压的增加）也将反映为次级中的相应电压增加。该原理用于触发继电器的电路中。当变压器初级的输入电压（约230伏）时，齐纳将不导通（由VR1设置），继电器将处于断电状态。负载将通过继电器的公共触点和NC触点获得电源。在这种状态下，LED将熄灭。

当电压升高时，齐纳二极管导通，继电器将被激活。这会断开负载的电源。LED显示继电器的激活状态。电容器C1作为T1底部的缓冲器，用于T1的平稳工作，以防止继电器在其激活/去激活期间点击。

负载通过继电器的公共触点和NC（正常连接）触点连接，如图所示。空档应直接通向负载。

在连接负载之前，缓慢调整VR1，直到LED刚好熄灭，假设线路电压在220-230伏之间。如有必要，使用交流电压表检查线路电压。电路已准备好使用。现在连接负载。当电压增加时，齐纳将导通并启动继电器。当线路电压恢复正常时，负载将再次通电。

下面将讨论另一种用于过电压保护的电路，该电路也保护电气负载免受浪涌电压的影响。

有时会发生这样的情况，即由于缺陷，工作台电源输出不再受到控制，并且总是危险地突然出现。因此，与之相连的任何负载都将在短时间内受到损坏。这个电路为这种情况提供了完全的保护。MOSFET与负载串联。只要引脚1处的IC1设置电压低于内部参考电压，其栅极就总是被驱动，从而导致漏极和源极保持导通。在较高电压的情况下，IC1的引脚no1处的电压高于参考电压，并且该电压关断MOSFET，从而剥夺其栅极驱动，从而导致漏极和源极开路，从而断开负载电路的电源。

电路中电源故障的警告信号

当主电源可用时，为了测试电路，使用开关为变压器供电。Q1不导通，因为其基极和发射极通过桥式整流器产生的直流电D1和D2处于相同电位。此时，电容器C1和C2被充电到如此导出的Dc电压。当电源故障时，C1通过R1向Q1的基极提供发射极电流。这导致电容器C1通过Q1的发射极集电极放电，通过蜂鸣器导通。因此，每当主电源出现故障时都会产生短暂的声音，直到C1完全放电为止。