Un cortocircuito elettrico è la causa più comune di incendi accidentali negli edifici domestici, commerciali e industriali. Si verifica quando si verificano condizioni anomale nel circuito elettrico come sovracorrente, guasti di isolamento, contatti umani, sovratensioni ecc. In questo articolo vengono discussi alcuni dei metodi di prevenzione di incendi e sovratensioni da cortocircuito.
Prevenzione dei cortocircuiti elettrici
Collegamenti elettrici adeguati
Il 100% del cortocircuito elettrico originato dal fuoco è dovuto alla scarsa conoscenza dell'elettricista o alla sua incuria. La maggior parte degli elettricisti impara diventando un aiuto per un esperto e non riesce a cogliere l'idea elettrica di base.
fusibile
In un'applicazione domestica per alimentazione trifase a 4 fili, gli elettricisti utilizzano la combinazione 4 MCB chiamata TPN invece della combinazione 3 MCB. È la causa principale dell'incendio derivante da problemi elettrici. Quindi non lasciare mai che il neutro passi attraverso un interruttore.
Bene, il motivo per cui il tipo 3 MCB è il migliore è spiegato di seguito. Per TPN (tre poli più Neutro) 3 sono MCB che possono scattare in caso di corrente nominale superiore e il 4 ° è solo un interruttore per il neutro. Non rileva alcuna corrente. Per qualsiasi motivo, supponiamo che il neutro venga scollegato all'estremità della casa nel TPN, la fase che è meno caricata potrebbe subire un aumento della tensione fino al 50% più o più. Ciò significa che il carico monofase sarebbe di circa 350 volt contro 220 volt. Molti gadget bruceranno in pochissimo tempo e oggetti come un tubo luminoso con strozzatore di ferro potrebbero prendere fuoco. Immagina, in quell'istante non si è a casa e c'è un armadio nelle vicinanze! Questo è uno dei motivi principali per lo scoppio di un incendio. La situazione è anche la stessa con un 3 MCB se il neutro viene allentato. Quindi fai molta attenzione per assicurarti che il neutro non passi attraverso un interruttore in a installazione trifase né lasciare che il neutro si allenti.
Calcoliamo matematicamente. Una lampada è da 100 watt in una fase al neutro e altri 10 watt sono collegati da un'altra fase al neutro. Supponiamo che entrambi ottengano 220 RMS da un'alimentazione bilanciata a 3 fasi. Ora scolleghiamo il neutro. Quindi entrambe le lampade sono in serie da fase a fase, cioè affrontano una tensione di 220 X √3 = 381 volt. Ora calcola la caduta di tensione su ciascuna lampada mentre una resistenza è 484 e l'altra è 4840. Ora I = 381 / (484 + 4840) o I = 381/5324 o I = 0,071. Ora la V di fronte alla lampada da 100 watt = IR = 34 Volt e la V di fronte alla lampada da 10 watt = 340 Volt. Non ho preso in considerazione la resistenza al freddo della lampada che è 10 volte inferiore alla resistenza al caldo (cioè mentre è accesa). Se viene preso in considerazione, la lampada da 10 watt si guasterà in pochi secondi.
Protezione da cortocircuito nell'alimentatore di sistema integrato
Si è spesso visto che durante l'alimentazione di un circuito appena assemblato la sezione di alimentazione stessa sviluppa qualche guasto probabilmente a causa di qualche cortocircuito. Il circuito sviluppato di seguito elimina questo problema isolando la sezione incorporata da quella di altre sezioni ausiliarie. Pertanto, se l'errore si trova in quella sezione, la sezione incorporata rimane inalterata. La sezione incorporata che comprende il microcontrollore assorbe 5 Volt da A, mentre il resto del circuito assorbe da B.
Alcuni amperometri, voltmetri e un interruttore a pulsante vengono utilizzati nel circuito per trovare il risultato in un circuito di prova in simulazione. In tempo reale non sono necessari tali misuratori. Q1 è il transistor di commutazione di alimentazione principale alle sezioni ausiliarie da B. Il carico è mostrato come un carico 100R e un interruttore di prova sotto forma di un pulsante viene utilizzato per controllare il funzionamento del circuito. I transistor BD140 o SK100 e BC547 vengono utilizzati per derivare l'uscita secondaria di circa 5 V B dall'alimentazione principale 5 V A.
Quando è disponibile l'uscita a 5 V CC dal regolatore IC 7805, il transistor BC547 conduce attraverso i resistori R1 e R3 e LED1. Di conseguenza, il transistor SK100 conduce e un'uscita a 5 V CC protetta da cortocircuito appare sui terminali B. Il led verde (D2) si accende ad indicare lo stesso, mentre il led rosso (D1) rimane spento per la presenza della stessa tensione ad entrambi i suoi capi. Quando i terminali B sono in corto, BC547 si interrompe a causa della messa a terra della sua base. Di conseguenza, anche SK100 è tagliato. Pertanto durante il cortocircuito il LED verde (D2) si spegne e il LED rosso (D1) si accende. I condensatori C2 e C3 attraverso l'uscita principale a 5 V A assorbono le fluttuazioni di tensione che si verificano a causa del cortocircuito in B, garantendo l'assenza di disturbi A. Il progetto del circuito si basa sulla relazione indicata di seguito: RB = (HFE X Vs) / (1.3 X IL) dove, RB = Resistenze di base dei transistor di SK100 e BC547 HFE = 200 per SK100 e 350 per BC547 Tensione di commutazione Vs = 5V 1.3 = Fattore di sicurezza IL = Corrente di collettore-emettitore dei transistor Montare il circuito su un generale- utilizzare PCB e racchiudere in un armadietto adatto. Collegare i terminali A e B sul pannello anteriore dell'armadio. Collegare anche il cavo di alimentazione di rete per alimentare 230V AC al trasformatore. Collegare D1 e D2 per l'indicazione visiva.
Indicatore di cortocircuito insieme all'alimentazione regolata
Un alimentatore regolato è il requisito più importante per il funzionamento di molti apparecchi elettronici che necessitano di un'alimentazione CC costante per il loro funzionamento. Sistemi come un laptop, un telefono cellulare o un computer richiedono un'alimentazione CC regolamentata per alimentare i suoi circuiti. Uno dei modi per fornire un'alimentazione CC è utilizzare una batteria. Tuttavia, il vincolo di base è la durata limitata della batteria. Un altro modo è usare un convertitore AC-DC.
Normalmente un convertitore AC-DC è costituito da una sezione raddrizzatore, che consiste di diodi e produce un segnale DC pulsante. Questo segnale CC pulsante viene filtrato utilizzando un condensatore per rimuovere le increspature e quindi questo segnale filtrato viene regolato utilizzando qualsiasi IC regolatore.
È stato progettato un circuito di alimentazione a 12 volt con indicazione di cortocircuito. Ecco un alimentatore da banco da lavoro da 12 volt per testare i prototipi. Fornisce 12 volt CC ben regolati per alimentare la maggior parte dei circuiti e anche per l'assemblaggio della breadboard. È incluso anche un circuito aggiuntivo di indicazione di cortocircuito per rilevare l'eventuale cortocircuito nel prototipo. Questo aiuta a spegnere immediatamente l'alimentazione per salvare i componenti.
Contiene i seguenti componenti:
- Un trasformatore da 500 mA per ridurre la tensione CA.
- Un regolatore integrato 7812 che fornisce un'uscita regolata a 12V.
- Un cicalino per segnalare il cortocircuito.
- 3 diodi - 2 facenti parte di un raddrizzatore a onda intera e uno per limitare la corrente attraverso il resistore.
- Due transistor per fornire corrente al buzzer.
Un trasformatore da 14-0-14, 500 milli ampere viene utilizzato per ridurre i 230 volt CA. I diodi D1 e D2 sono raddrizzatori e C1 è il condensatore di livellamento per rendere la DC senza ondulazioni. IC1 è il regolatore di tensione positiva 7812 per fornire un'uscita regolata a 12 volt. I condensatori C2 e C3 riducono i transitori nell'alimentazione. Dall'uscita di IC1, sarà disponibile una CC regolata a 12 volt. L'indicatore di cortocircuito è costruito utilizzando due transistor NPN T1 e T2 con un buzzer, un diodo e due resistori R1 e R2.
Durante il normale funzionamento, il segnale CA viene ridotto utilizzando il trasformatore. I diodi rettificano il segnale CA, cioè producono un segnale CC pulsante, che viene filtrato dal condensatore C1 per rimuovere i filtri e questo segnale filtrato viene regolato utilizzando LM7812. Quando la corrente passa attraverso il circuito, il transistore T2 riceve una tensione sufficiente alla sua base per essere acceso e il transistore T1 è collegato al potenziale di massa e quindi è in condizione di spento e il cicalino è spento. . Quando c'è un cortocircuito in uscita, il diodo inizia a condurre la corrente attraverso le cadute di R2 e T2 si spegne. Ciò consente a T1 di condurre e il cicalino emette un segnale acustico, indicando così il verificarsi di un cortocircuito.
2. Protezione da sovratensioni
Sovratensioni dovute a sovratensioni o fulmini provocano un guasto dell'isolamento che a sua volta porta a gravi conseguenze.
2 modi di protezione da sovratensione
- Adottando misure preventive durante la costruzione di edifici e impianti elettrici. Viene fatto assicurandosi che gli apparecchi elettrici con diversi valori di tensione siano posizionati separatamente. Le singole fasi possono anche essere suddivise in base alla loro funzionalità per evitare interruzioni delle fasi.
- Utilizzando componenti o circuiti di protezione da sovratensione: questi circuiti normalmente spegnono il sovratensioni , cioè causare un cortocircuito su di essi prima che raggiunga gli apparecchi elettrici. Dovrebbero avere una risposta rapida e un'elevata capacità di trasporto di corrente.
Protezione da sovratensione
Le sovratensioni sono tensioni estremamente elevate che sono generalmente superiori ai valori nominali di tensione prescritti dei dispositivi elettrici ed elettronici e possono causare un'interruzione completa dell'isolamento del dispositivo (da terra o altri componenti che trasportano tensione) e quindi danneggiare i dispositivi. Queste sovratensioni si verificano a causa di fattori come fulmini, scariche elettriche, commutazione transitoria e difettosa. Per controllarlo, spesso è necessario un circuito di protezione da sovratensione.
Progettazione di un semplice circuito di protezione da sovratensione
Ecco un semplice protezione da sovratensione circuito che interrompe l'alimentazione al carico se la tensione supera il livello preimpostato. L'alimentazione verrà ripristinata solo se la tensione scende al livello normale. Questo tipo di circuito viene utilizzato negli stabilizzatori di tensione come protezione da sovraccarico.
Il circuito utilizza i seguenti componenti:
- Un alimentatore stabilizzato composto da trasformatore step down 0-9V, diodo D1 e un condensatore di livellamento.
- Un diodo Zener per controllare il driver del relè.
Funzionamento del sistema
Qualsiasi aumento di tensione nel Primario del trasformatore (all'aumentare della tensione di rete) si rifletterà come un corrispondente aumento di tensione anche nel suo secondario. Questo principio viene utilizzato nel circuito per attivare il relè. Quando la tensione di ingresso al primario del trasformatore (circa 230 volt), Zener sarà fuori conduzione (come impostato da VR1) e il relè sarà nella condizione diseccitata. Il carico riceverà alimentazione attraverso il comune e i contatti NC del relè. In questo stato, il LED sarà spento.
Quando la tensione aumenta, il diodo Zener conduce e il relè si attiva. Questo interrompe l'alimentazione al carico. Il LED mostra lo stato di attivazione del relè. Il condensatore C1 funge da buffer alla base di T1 per il buon funzionamento di T1 per evitare il clic del relè durante la sua attivazione / disattivazione.
Il carico è collegato tramite i contatti Comune e NC (normalmente collegato) del relè come mostrato nello schema. Il neutro dovrebbe andare direttamente al carico.
Prima di collegare il carico, regolare lentamente VR1 fino a quando il LED si spegne solo supponendo che la tensione di linea sia compresa tra 220-230 volt. Se necessario, controllare la tensione di linea utilizzando un voltmetro CA. Il circuito è pronto per l'uso. Ora collega il carico. Quando la tensione aumenta, Zener condurrà e attiverà il relè. Quando la tensione delle linee torna alla normalità, il carico riceverà nuovamente alimentazione.
Di seguito viene discusso un altro circuito per la protezione da sovratensioni che protegge anche i carichi elettrici dalle sovratensioni.
A volte capita che l'uscita di un alimentatore da banco non sia più controllata a causa di un difetto e invariabilmente si alzi pericolosamente. In questo modo qualsiasi carico ad esso collegato verrà danneggiato in pochissimo tempo. Questo circuito fornisce una protezione completa a quella situazione. Il MOSFET è in serie con il carico. Il suo gate si aziona sempre facendo sì che il drain e la sorgente rimangano in conduzione finché la tensione impostata di IC1 sul pin 1 è inferiore alla tensione di riferimento interna. In caso di tensione maggiore la tensione al pin no1 di IC1 è superiore alla tensione di riferimento e questo spegne il MOSFET privando il suo gate drive per far sì che il drain e il source siano aperti, per disconnettere l'alimentazione al circuito di carico.
Segnali di avvertimento di guasto dell'alimentazione in un circuito
Mentre è disponibile l'alimentazione di rete, per testare il circuito viene utilizzato un interruttore per fornire alimentazione al trasformatore. Il Q1 non conduce poiché la sua base e l'emettitore sono allo stesso potenziale attraverso D1 e D2 dalla CC sviluppata dal raddrizzatore a ponte. Quella volta i condensatori C1 e C2 vengono caricati alla tensione CC così derivata. Mentre l'alimentazione viene a mancare, C1 fornisce la corrente dell'emettitore alla base da Q1 a R1, provocando la scarica del condensatore C1 attraverso il collettore dell'emettitore Q1 che conduce tramite il cicalino. Viene così generato un breve suono ogni volta che viene a mancare l'alimentazione principale fino a quando il C1 non si scarica completamente.
