Обмежувачі струму: визначення, опис та схема пристрою

У будь електричної ланцюга, де відсутні стабілізуючі і захисні схеми, може виникнути небажаний збільшення струму. Це буває наслідком природних явищ (розряд блискавки біля лінії електропередач) або результатом короткого замикання (КЗ) або пускових струмів. Щоб уникнути всіх цих випадків правильним рішенням буде установка в локальну мережу або ланцюг пристрою обмеження.

Що таке токоограничитель?

Прилад, схема якого побудована таким чином, що запобігає можливість зростання сили електрики вище заданих або допустимих меж амплітуди, називається обмежувачем струму. Наявність захисту мережі при встановленому в ньому обмежувачі струму дає можливість зменшити вимоги до останньої в плані динамічної та термічної стійкості у разі закорочування.


У високовольтних лініях з величиною напруги до 35 кВ обмеження КЗ домагаються шляхом застосування електричних реакторів, в окремих випадках – плавких запобіжників, створених на основі дрібнозернистих наповнювачів. Також ланцюги, що живляться високим і низьким напругою, захищають схемами, зібраними на базі:

вимикачів тиристорних;

реакторів нелінійного і лінійного типу, з шунтуванням перемикачами напівпровідниковими оперативного спрацьовування;

реакторами нелінійними з підмагнічуванням.

Принцип дії обмежувача

Основний принцип, закладений в схеми обмеження струму, лежить в тому, щоб погасити зайвий струм на такому елементі, який може перетворити його енергію в інший вигляд, наприклад, теплової. Наочно це видно на роботі обмежувача сили струму, де застосовано терморезистор або тиристор як розсіюючого елемента.


Інший спосіб захисту, яка теж часто використовується, полягає у відсіканні навантаження від лінії, в якій стався кидок електрики. Такого роду вимикачі можуть бути автоматичними, з можливістю самовідновлення після зникнення загрози, або вимагають заміни реагує захисного елемента, як у випадку з плавким запобіжником. Найбільш досконалими вважаються електронні схеми обмежувачів, що працюють за принципом закриття каналу проходження електрики при його збільшенні. Використовують у цьому випадку спеціальні прохідні елементи (наприклад, транзистори), управління якими здійснюється за рахунок датчиків. Сучасні комбіновані системи об'єднують у собі функцію обмежувачів струму при певних перевантаженнях і захисну опцію з вимкненням навантаження при струмах короткого замикання. Зазвичай такі системи працюють у високовольтних мережах.

Схема обмежувача струму

На прикладі найпростішої схеми пристрою для обмеження струму можна зрозуміти, як працює «електронний запобіжник». Схема зібрана на двох біполярних транзисторах і дозволяє регулювати силу струму в низьковольтних блоках живлення. Призначення компонентів схеми:

VT1 – прохідний транзистор;

VT2 – підсилювач сигналу управління прохідного транзистора;

Rs – датчик рівня струму (резистор низькоомний);

R – струмообмежуючий резистор.

Протікання струму в схемі допустимої величини супроводжується падінням напруги на Rs, значення якого після посилення на VT2 підтримує прохідний транзистор в повністю відкритому стані. Як тільки сила електрики перевищив пороговий межа, перехід транзистора VT1 починає прикриватися пропорційно збільшенню електрики. Відмінною особливістю такого виконання пристрою є великі втрати (падіння напруги до 16 В) на датчику і прохідному елементі, що небажано для живлення низьковольтних приладів.
Аналогом описаної вище схеми є більш досконала, де зменшення падіння напруги на переході домагаються шляхом заміни прохідного елементу з біполярного на польовий транзистор з малим опором переходу. На полевике втрати складають всього 01 В.

Обмежувач пускового струму

Обладнання такого типу призначене для того, щоб забезпечити захист індуктивної та ємнісної навантаження (різної потужності) від стрибків при запуску. Воно встановлюється в системах автоматизації. Більше всього таким струмовим перевантажень схильні асинхронні двигуни, трансформатори, світильники світлодіодні. Наслідком застосування обмежувача струму навантаження в цьому випадку є збільшення терміну служби і надійності приладів, розвантаження електромереж. Прикладом сучасної моделі однофазного токоограничителя може служити прилад РОПТ-20-1. Він універсальний і містить в собі одночасно обмежувач пускового струму та реле контролю напруги. Схема управляється мікропроцесором, який в автоматичному режимі гасить пусковий кидок і може відключати навантаження, якщо в мережі зросла напруга понад допустимого рівня. Прилад включають в розрив лінії живлення і навантаження, він працює наступним чином:

При подачі напруги включається мікроконтролер, який перевіряє наявність фазної напруги і його значення.

Якщо неполадки не виявляються за час одного періоду – підключається навантаження, про яку сигналізує світлодіод «Мережа» зеленого кольору.

Відбувається відлік 40 мілісекунд, і реле шунтує гасить резистор.

При відхиленні напруги від норми або його пропажі реле відсікає навантаження, що сигналізує світлодіод «Аварія» червоного кольору.

Після відновлення параметрів мережі (струм, напруга) система повертається в початковий стан.

Обмеження струму генератора

В автомобільних генераторах важливо контролювати не тільки величину видаваного напруги, але і віддається в навантаження струм. Якщо перевищення першого може призвести до виходу з ладу освітлювального обладнання, тонких обмоток пристроїв, а також перезарядки акумулятора, то другий – пошкодити обмотку самого генератора.
Звільнюється струм збільшується тим більше, чим більше навантаження підключається на виході генератора (за рахунок зменшення загального опору). Для запобігання цього застосовують обмежувач сили струму електромагнітного типу. Принцип дії його заснований на включенні в ланцюг збудливою обмотки генератора додаткового опору у разі зростання електрики.

Обмеження струму КЗ

Для захисту електростанцій і великих заводів від ударних струмів іноді застосовують обмежники струму комутаційного типу (вибухової дії). Вони складаються з:

разъединительного пристрої;

плавкого запобіжника;

блоку мікросхем;

трансформатора.

За допомогою контролю за величиною електрики логічна схема видає сигнал на детонатор (по закінченню 80 мікросекунд) при виникненні КЗ. Останній підриває шину усередині патрона, і струм перенаправляється на плавкий запобіжник.

Особливості різних токоограничителей

Кожен вид пристрою по обмеженню розробляється під конкретні завдання і володіє певними властивостями:

плавкий запобіжник – володіє швидкодією, але потребує заміни;

реактори – ефективно протистоять струмів КЗ, але мають значні втрати та падіння напруги на них;

електронні схеми і швидкодіючі вимикачі – мають малі втрати, але слабо захищають від ударних струмів;

електромагнітні реле – складаються з рухомих контактів, які з часом зношуються.

Тому вибираючи, яку схему застосувати у себе, необхідно вивчити весь ряд факторів, характерних для конкретної електричної ланцюга.

Висновок

Необхідно пам'ятати, що доступ до електричних мереж вимагає певних знань в електриці і досвіду роботи. Тому, встановлюючи таке обладнання, важливо дотримувати техніку безпеки. Але найкраще, звичайно, довірити таку роботу кваліфікованого спеціаліста.