Блок питания для релейной защиты

Обновлено: 06.07.2024

Предлагаю несколько несложных схем универсальных блоков питания для наладки, проверки и ремонта различного радио и электрооборудования. Предлагаемые блоки питания двухполярные, но можно использовать, конечно, и только один канал. Все блоки содержат схемы защиты от перегрузки и короткого замыкания (К.З.) на выходе. Здесь представлены разные варианты схем защиты – схема на реле, тиристоре и вообще без реле и тиристоров. Даны также варианты использования так называемых «составных» транзисторов для значительного увеличения выходного тока блока питания, которые можно использовать и в других схемах.

Блок питания с плавной регулировкой выходного напряжения

Блок питания выдает двухполярное напряжение от 1 до 15..18 В при токе нагрузки до 1 А и содержит схему защиты от перегрузки и короткого замыкания на выходе. Им удобно пользоваться при наладке радиосхем и аппаратуры, так как практически исключается возможность вывода из строя различных активных элементов схемы (транзисторов, микросхем и т.д.) при случайной переплюсовке или неправильном монтаже, а также случайных коротких замыканий.

Принципиальная схема блока представлена на рисунке ниже

При изготовлении блока питания у меня стояла задача сделать его размеры минимально возможными, что послужило причиной достаточно плотной компоновки элементов внутри корпуса. Тем не менее этот блок питания используется уже 3 года и работает без каких либо нареканий. Управляющие транзисторы практически не греются и не требуют, поэтому, применения больших теплоотводов. В качестве теплоотвода используется корпус блока, сделанный из пластин фольгированного двухстороннего текстолита. Транзисторы (VT1) крепятся к задней стенке через изоляционные прокладки из слюды.

В целях экономии места, также, применяется один вольтметр и один амперметр на оба канала. При помощи переключателя типа П2К они могут подключаться к выходу одного из каналов. Применение на выходе постоянно включенного амперметра очень удобно, так как позволяет в любой момент контролировать потребление тока налаживаемой схемы или устройства и, таким образом, вовремя заметить отклонения от нормального режима работы.

Схемы коммутации измерительных приборов переключателями типа П2К:

В качестве индикаторов рабочего режима и срабатывания защиты от перегрузки или короткого замыкания используются светодиоды соответственно зеленого и красного цвета свечения подключенные на выходе схемы последовательно с резисторами 2 кОм. (подключение светодиодов показано на принципиальной схеме блока питания).

Никакого налаживания собранная схема блока питания не требует. Подстроечным резистором R3 устанавливается порог срабатывания схемы защиты. Для этого к выходу каждого канала подключается нагрузка (резистор), соответствующая нужному току, например 0,9А и поворотом движка резистора R3 добиваются срабатывания реле. Чтобы вернуть блок питания в рабочий режим после срабатывания защиты, нужно на несколько секунд выключить блок питания. В схеме можно применить любые другие реле с рабочим напряжением 6 – 12 В и соответствующей группой контактов, например РЭК-53. Тиристоры КУ202 могут быть с любой буквой, можно поставить и КУ101, 104, 105. Операционный усилитель К153УД5 можно заменить на другой, из серии К140 (например К140УД7, К140УД8).

Простой блок питания с дискретным переключением

Эта схема проще, но также содержит узел защиты от перегрузки и К.З. на выходе. Выходное напряжение здесь задается дискретно, при помощи подключения опорных стабилитронов на разное напряжение стабилизации

Рис. 2

Характеристики:
- Uвых = 6 … 25 В (зависит от примененных стабилитронов);
- Iмакс (без теплоотводов) = 200 мА. При применении теплоотводов и «составных» регулирующих транзисторов (описаны далее) – до 2 .. 3 А;
- Уровень пульсаций - около 1 мВ;
- Кстаб = 700.

Стабилитроны VD2 – VD5 задают нужные значения выходного напряжения и переключаются при помощи подходящего кнопочного или галетного преключателя на нужное количество позиций. Ниже приведена примерная таблица соответствия типа стабилитрона и выходного напряжения блока:

Иногда при наладке самодельных электронных устройств получается короткое замыкание, из за которого может выйти из строя блок питания. Поэтому у блока питания должна быть надежная защита от короткого замыкания, способная в нужный момент быстро отключить замкнувшую нагрузку и уберечь блок питания от поломки.

На этом рисунке изображена схема простого устройства предназначенного для надежной защиты блока питания от короткого замыкания.

Схема защиты блока питания от короткого замыкания

Принцип работы релейной защиты довольно простой. При подаче напряжения на схему в режиме ожидания загорается красный светодиод. После нажатии кнопки S1 ток поступает на обмотку реле, контакты переключаются и блокируют обмотку реле, таким образом схема переходит в рабочий режим, об этом сигнализирует загоревшийся зеленый светодиод, ток поступает на нагрузку. При возникновении короткого замыкания пропадает напряжение на обмотке реле, контакты его размыкаются, нагрузка автоматически отключается, загорается красный светодиод сигнализируя о срабатывании релейной защиты.

Схема предназначена для работы с постоянным выходным напряжением от 8 до 15 вольт, поэтому будет отлично работать с зарядным устройством из компьютерного блока питания, а также с любыми другими трансформаторными или импульсными блоками питания имеющими выходное напряжение в указанном диапазоне.

Данную схему можно считать универсальной, потому что её легко переделать под любое напряжение, достаточно всего лишь заменить реле под нужное вам напряжение, ну и конечно при необходимости подобрать резисторы R1 и R2 под установленные в схему светодиоды.

Печатная плата устройства защиты блока питания от короткого замыкания.

Печатная плата защиты блока питания от короткого замыкания

Посмотрим, как работает готовое устройство защиты блока питания от короткого замыкания. В дежурном состоянии после подачи питания, горит красный светодиод, нагрузка отключена.

Нажимаем кнопку и устройство перейдет в рабочий режим.

Загорелся зеленый светодиод, сигнализируя о подаче питания на нагрузку, в качестве нагрузки я использую обыкновенную 12 вольтовую лампочку.

С помощью отвертки замыкаю между собой центральный контакт с цоколем лампочки, получается короткое замыкание, мгновенно срабатывает защита от КЗ, нагрузка отключается, загорается красный светодиод своим светом сообщая о коротком замыкании.

Радиодетали для сборки

Реле SRD-12VDC-SL-C, можно использовать аналогичное на другое напряжение
Резисторы R1, R2 1K сопротивление подбирайте для каждого светодиода
Светодиоды 5 мм 2 шт. красный и зеленый
Кнопка любая без фиксации с нормально разомкнутыми контактами

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать защиту от короткого замыкания для блока питания

Близкие короткие замыкания (КЗ) или дуговые замыкания на подстанции приводят к снижению напряжения на трансформаторах собственных нужд, от которых осуществляется питание вторичных цепей [1]. При этом, цифровое устройство РЗА работает только от энергии, запасенной в его внутреннем источнике питания, время работы становится ограниченным. Если не принять специальных мер, возможны отказы защит в случаях:

- если задержка по времени защиты (ТО, МТЗ, ЗМН) больше или равна времени работы блока РЗА без питания;

- включение ранее обесточенной подстанции на КЗ;

Подробнее процесс проиллюстрирован на рисунке 1:

Рисунок 1 – отказы элементов системы защиты при снижении напряжения

Эффективной мерой, обеспечивающей работу блока защиты использование трансформаторов тока в качестве источника оперативного тока.

Компания НПП «Микропроцессорные технологии» серийно выпускает блок ПИОН-Т осуществляющий питание цифрового блока как от ТСН, так и от трансформаторов тока (ТТ).

Оцениваем последствия насыщения трансформаторов тока

При организации питания от трансформаторов тока, ПИОН-Т рекомендуется включать на отдельную обмотку ТТ. Таким образом, дополнительная нагрузка не окажет влияния на чувствительность токовой защиты из-за возможного насыщения трансформаторов тока.

Для отдельной обмотки ТТ на которую включен ПИОН-Т, необходимо:

Определить возможное расчётное насыщение, рассчитав погрешность работы трансформатора тока в данном режиме [2];
Умножить приведенную ко вторичным значениям величину тока КЗ на расчётную погрешность ТТ, так уточняем значение входного тока в ПИОН-Т.

- гарантированное питание БЗП при суммарном токе Ia+Ic > 3А;

- работу дискретных входов при суммарном токе Ia+Ic не менее 20А;

В случаях, когда цепи измерения тока блока РЗА и ПИОН-Т включены последовательно в одну обмотку ТТ, необходимо оценить чувствительность токовой защиты с учётом погрешности ТТ, расчётный метод подробно изложен в [3];

Принимаем к сведению

Уже при отклонении напряжения от 220В на -22%, устойчивая работа дискретных входов нарушается. В большинстве случаев суммарный входной ток Ia+Ic будет достаточен для работы как цифрового реле, так и его дискретных входов. В сложных случаях возможны замедления или даже отказы работы дискретных входов:

- дуговая защита – тока замыкания через переходное сопротивление может оказаться недостаточным для надежной работы дискретных входов реле, в результате возможен отказ цепи «пуск по току»;

- ЛЗШ и УРОВ, РПО/РПВ – высокий коэффициент трансформации трансформаторов тока вводного присоединения приводит к низким значениям тока во вторичной цепи, что так же грозит отказами и потерей сигналов;

- ЗМН с выдержками времени >7-9 сек, защита от перегрузки с большими выдержками времени так же действует в условиях, когда величина тока Ia+Ic подводимого к ПИОН-Т может оказаться недостаточной для работы дискретных входов цифрового реле;

Таким образом, при применении цифровых реле в системах переменного оперативного тока, необходимо уделять внимание и время для более глубокого анализа возможных режимов работы защищаемого объекта.

Обеспечиваем работу защиты от дуговых замыканий, ЛЗШ, УРОВ, ЗМН, защиты от перегрузки

Питание связей секционных защит и автоматики организовывается отдельными линиями от цепей питания релейного отсека и привода каждого присоединения. При снижении напряжения на шинах подстанции (рис.1) гарантировать питание секционных связей возможно при установке накопителя энергии ПИОН-К.

Встроенного накопителя 6000мкФ достаточно для гарантии устойчивой одновременной работы десяти дискретных входов более 12 секунд. В отличии от других производителей ПИОН-К подключает встроенный накопитель при снижении напряжения до 185В, что выше величины достаточной для работы дискретных входов.

Важно отметить, что ПИОН-К имеет встроенную защиту от КЗ в выходной цепи питания – при превышении выходного тока величины 4А происходит отключение как емкостного накопителя, так и источника входного напряжения.

Встроенное в ПИОН-К реле минимального напряжения контролирует наличие выходного напряжения. А в случае его снижения ниже 170В действует на вызывную сигнализацию, что позволяет дополнительно частично диагностировать исправное состояние секционных связей.

При необходимости, с использованием ПИОН-К возможна организация отключения выключателя с пружинным приводом. Как показали натурные испытания специалистов компании с приводом ВВУ-СЭЩ-П3-10-20/1600 проведенные на РП10 ПС «Кудряши» г. Новосибирск, энергии 6000мкФ достаточно для выполнения отключения три раза.

ПИОН-Т и/или ПИОН-К?

Важно понимать – два решения дополняют друг друга. ПИОН-Т применяется на каждой ячейке 6-10кВ для питания цифрового устройства защиты, а ПИОН-К применяется для гарантии работы секционных связей и задействованных в них дискретных входов.

Выполнение АВР между цепями питания от ТСН обязательно для дополнительного резервирования источника входного напряжения для ПИОН-К и ПИОН-Т.

В целом применение комбинации ПИОН-Т на каждую ячейку + ПИОН-К на одну секцию шин позволяет сетевым компаниям получить решение, не требующее установки и обслуживания дорогостоящих аккумуляторных батарей. Данный подход положительно зарекомендовал себя в течении нескольких лет и является актуальным, учитывая не только высокую стоимость приобретения и обслуживания аккумуляторов, но и вопрос экологии/здоровья. Необходимо не забывать, про высокую токсичность свинца сопоставимую с ртутью по негативному эффекту воздействия на организм человека.

В рассматриваемом источнике питания используется стабилизатор LM350T и транзистор TIP-147 для дополнительного усиления выходного тока, БП имеет систему защиты от короткого замыкания и перегрузки по току, образованную тиристором TIC106 и реле.

Схема блока питания с релейной защитой

Как только падение напряжения на R2 достигает 0,7 В, схема начинает работать деактивируя выход источника через реле и активируя красный светодиод и зуммер, указывающие, что произошла проблема. Чтобы сбросить защиту, просто нажмите кнопку сброса. Такой метод часто предпочтительнее автоматического режима за счёт более высокой безопасности для подключенных микросхем.

Диоды D6, D7 и D8 компенсируют падение напряжения на SCR TIC106, а R3 ограничивает часть тока, протекающего через регулятор напряжения LM350T, в этой конфигурации U1 будет потреблять около 1,7 А, а Q1 будет отвечать за остальную часть проходящего тока 2,3 А, таким образом оба радиоэлемента работают в нормальном тепловом режиме.

Максимальный ток цепи рассчитывается по закону Ома U = R x I, где U соответствует фиксированному значению 0,7 В: для тока 4 А будет 0,7 = R x 4, что дает R = 0,17 Ом, это будет значение R2 и оно определяет, какой ток будет у источника. Дальше приведены некоторые значения R3 для ограничения тока регуляторов LM350T и LM317T: с 1R lM350 будет потреблять 1,2 А, а у другой будет 1 А. При 0,68R - 1,7 А, при 0,56R - близко к 2 А. Остальное будет от транзистора зависеть.

Если нужен только светодиод, указывающий на ситуацию с замыканием, припаяйте только R6 и D4 (Led2), а при пайке R7, D5 и Buzzer будет только звуковой индикатор, или если нужен только мигающий светодиод, добавьте небольшую схему, создающую мигание. В общем используйте те варианты, которые считаете оптимальными.

В источнике питания также есть цепь, образованная NTC и LM741, которая контролирует температуру радиатора и активирует светодиод, указывающий что вентилятор начал работать. Но лучше просто поставьте теплоотвод с запасом, чтоб меньше шумело и было надёжнее.

Советы по сборке блока питания

Не припаивайте сразу все компоненты к плате, прежде нужно будет протестировать схему защиты, образованную реле и тиристором, оставьте эти компоненты (U4 и Q1) для пайки после выполнения теста. Для проведения тестов понадобится резистор 1R 3 Вт. Используя формулу закона Ома получим ток 700 мА, это максимальный ток который будет проходить через резистор. Припаяйте резистор 1R, где обозначен R2 (резистор датчика), и проведите тест на короткое замыкание на выходе источника питания, он должен выключиться. Чтобы повторно подключить, просто закоротите контакты сброса, теперь выполните тест с большей нагрузкой 700 мА и менее 1 ампера, блок питания также должен отключиться, поскольку максимальный ток составляет 700 мА, после завершения теста снимите резистор 1R 3 Вт и продолжите сборку остального.

Форум по обсуждению материала РЕГУЛИРУЕМЫЙ БП С ЗАЩИТОЙ НА РЕЛЕ

Усилитель мощности звука с двойной термостабилизацией - теория работы схемы и практическое тестирование.

Почему электрические провода нагреваются, откуда берется вообще тепло и сколько энергии теряется из-за сопротивления?

Используйте технологию дополненной реальности, чтобы легко ремонтировать и отлаживать радиоэлектронные проекты в онлайн режиме.

Самодельный активный предварительный усилитель с НЧ-ВЧ регулировками на ОУ TL072, для УМЗЧ.

Читайте также: