Шунтирующий резистор для выключателя
Шунтирующий резистор для выключателя
В электронике и электротехнике часто можно услышать слово «шунт», «шунтирование», «прошунтировать». Слово «шунт» к нам пришло с буржуйского языка: shunt — в дословном переводе «ответвление», «перевод на запасной путь». Следовательно, шунт в электронике — это что-то такое, что «примыкает» к электрической цепи и «переводит» электрический ток по другому направлению. Ну вот, уже легче).
По сути дела шунт представляет из себя простой резист ор который имеет маленькое сопротивление, проще говоря, низкоомный резистор. И как бы это ни странно звучало: шунт является простейшим преобразователем силы тока в напряжение. Но как это возможно? Да оказывается все просто!
Что такое шунтирующий резистор
В компенсированной сети при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ) дугогасящий реактор при точной настройке компенсации создает в контуре нулевой последовательности индуктивную составляющую тока, равную емкостной. При этом ток, протекающий через трансформатор тока нулевой последовательности, оказывается недостаточным для действия защиты от ОЗЗ.
Специалисты из Украины предлагают практичное, на их взгляд, решение задачи построения селективной защиты от ОЗЗ.
Защиты от озз в сетях 6–35 кв
применение низковольтных резисторов для ограничения перенапряжений
Альфред Манилов, Дмитрий Мельник, инженеры, ООО «УК «Метрополия»
Андрей Барна, инженер, ПАО «ПТИ «Киеворгстрой»
г. Киев, Украина
Для обеспечения чувствительности защиты от ОЗЗ в странах Европы широко применяются дугогасящие реакторы (ДГР) типа ASRC с шунтирующим резистором RS, который при ОЗЗ автоматически подключается через контактор во вторичную силовую обмотку ДГР напряжением 500 В [1].
Режим заземления нейтрали через дугогасящий реактор с шунтирующим резистором (ШР) позволяет реализовать селективную и чувствительную защиту от ОЗЗ с использованием простых токовых реле, ток срабатывания которых отстраивается от максимального собственного емкостного тока присоединений.
Кратковременное подключение ШР при ОЗЗ создает активный ток, контур протекания которого охватывает только поврежденное присоединение. Величина этого тока выбирается по условию обеспечения чувствительности защиты от ОЗЗ.
Однако действие защиты от ОЗЗ зависит от действия автоматики подключения ШР к вторичной обмотке ДГР. Отказ этой автоматики может привести к серьезным последствиям для электроустановок, которые подлежат обязательному отключению при ОЗЗ.
Для исключения зависимости работы защиты от действия автоматики, а также для ограничения перенапряжений представляется целесообразным постоянное включение низковольт-ного резистора во вторичную обмотку ДГР.
РАСЧЕТЫ СОПРОТИВЛЕНИЙ
При комбинированном заземлении нейтрали сопротивление высоковольтного резистора определяется из выражения [2]: , (1)
где UВН – линейное напряжение сети;
ΔI – ток расстройки компенсации, не превышающий допустимый (ΔI = 5 А).
Широкое применение получили постоянно включенные высокоомные и низкоомные резисторы высокого напряжения. Однако такие резисторы имеют значительные габариты, их достаточно сложно устанавливать и монтировать, да и стоимость их довольно высока.
Чтобы избежать этих недостатков в сетях с комбинированным заземлением нейтрали, представляется целесообразным подключить ко вторичной обмотке ДГР низковольтные резисторы.
Резистор RN1 (рис. 1) предназначается для обеспечения чувствительности токовой ненаправленной защиты от ОЗЗ. Резистор RN2 в нормальном режиме зашунтирован контактором К. Величина сопротивления, образованного последовательно соединенными резисторами RN1 и RN2, после дешунтирования RN2 ограничивает перенапряжение до величины 2Uфmax и ток ОЗЗ до величины не более 10 А [3].
Рис. 1. Схема заземления нейтрали и дешунтирования резистора RN2 при ОЗЗ
Сопротивление низковольтного резистора RN определяется по выражению: , (2)
где KДГР – коэффициент трансформации ДГР.
Сопротивление резистора RN1 определяют из условия обеспечения чувствительности защиты от ОЗЗ: , (3)
где KЗ – коэффициент запаса;
KЧmin – минимальный коэффициент чувствительности;
IСЗmax – максимальный ток срабатывания ненаправленной токовой защиты от ОЗЗ, отстроенной от собственного емкостного тока присоединения.
Сопротивление резистора RN2 определяется по выражению:
RN2 = RN – RN1 . (4)
Применение резисторов RN1 и RN2 целесообразно не только при действии защит от ОЗЗ на сигнал, но и для ограничения перенапряжений при действии защит на отключение поврежденного присоединения, так как сеть при дуговом ОЗЗ испытывает перенапряжения. Из-за этого повышается вероятность перехода однофазного замыкания на землю в двойное замыкание (ДЗЗ) и многоместное замыкание (МЗЗ) до отключения ОЗЗ.
Для исключения необходимости установки резистора RN1 и выполнения схемы автоматики дешунтирования возможно применение устройств защиты с обратнозависимой временной характеристикой, действующих от токов непромышленной частоты.
Известно, что при возникновении ОЗЗ наибольший ток гармоник при числе присоединений больше двух проходит на повреждённом присоединении, в то время как на остальных присоединениях проходит ток, определяемый собственными проводимостями.
Поскольку в поврежденном присоединении протекает наибольший ток, то оно отключается с наименьшей выдержкой времени согласно выбранной обратнозависимой времятоковой характеристике срабатывания.
Применение на всех присоединениях терминалов с единой обратнозависимой временной характеристикой, действующих от тока промышленной частоты или от тока непромышленной частоты, с минимальным током срабатывания присоединения группы даст возможность обеспечить селективность защит и существенно повысить ее чувствительность.
Применение на всех присоединениях, которых должно быть больше двух, терминалов с единой обратнозависимой характеристикой с минимальным током срабатывания присоединения группы даст возможность в большинстве случаев обеспечить селективность и чувствительность защиты от ОЗЗ.
Условия селективности несрабатывания при внешних ОЗЗ и устойчивости срабатывания при внутренних повреждениях для устройств абсолютного замера высших гармоник обеспечиваются в основном на крупных подстанциях и электростанциях с большим числом присоединений. Область применения централизованных токовых устройств относительного замера значительно шире и в основном ограничивается погрешностями кабельных ТТНП.
Предварительно на всех устройствах защиты устанавливается одинаковая уставка срабатывания по току, величина которой больше минимального собственного емкостного тока непромышленной частоты присоединения.
При ОЗЗ через поврежденное присоединение протекает суммарный емкостный ток непромышленной частоты секции. Так как в поврежденном присоединении этот ток больше, чем в неповрежденных, его защита срабатывает раньше. После срабатывания защиты произойдет возврат защит на остальных присоединениях.
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ СХЕМЫ ЗАЩИТЫ
Схема работает следующим образом. При ОЗЗ, например в точке К1, срабатывают реле KA1 защиты от ОЗЗ с действием на сигнал с выдержкой времени реле KT2 или на отключение присоединения.
Термин шунт используется в фильтрах и подобных схемах с лестничной топологией для обозначения компонентов, подключенных между линией и общим. Этот термин используется в этом контексте для различения компонентов шунта, подключенных между сигнальной и обратной линиями, от компонентов, подключенных последовательно вдоль сигнальной линии. В более общем смысле термин шунт может использоваться для компонента, подключенного параллельно другому. Например, шунт м производной половины секции является общей секцией фильтра от изображения импеданса метода конструкции фильтра.
Если устройства уязвимы для обратной полярности сигнала или источника питания, для защиты схемы можно использовать диод . При последовательном подключении к цепи он просто предотвращает обратный ток, но при параллельном подключении он может шунтировать обратное питание, вызывая размыкание предохранителя или другой цепи ограничения тока.
Все полупроводниковые диоды имеют пороговое напряжение — обычно от ½ Вольта до 1 В — которое должно быть превышено, прежде чем через диод пройдет значительный ток в нормально допустимом направлении. Можно использовать два встречно-параллельных шунтирующих диода (по одному для проведения тока в каждом направлении), чтобы ограничить проходящий через них сигнал до не более чем их пороговое напряжение, чтобы защитить более поздние компоненты от перегрузки.
Три сопротивления в одном шунтовом резисторе
Несмотря на их внешний вид, современные шунтовые резисторы не так просты, как кажутся. В частности, сопротивление шунтового резистора фактически состоит из трех частей (рис. 2). Во-первых, есть сопротивление самого шунтового резистора. Затем, есть сопротивления выводов этого резистора и дорожек на печатной плате, подключаемых к шунтовому резистору. Обычно сопротивления выводов и дорожек незначительные, но и сами шунтовые резисторы обычно имеют очень низкие значения сопротивления. При измерениях больших токов даже небольшие сопротивления выводов вносят в результаты измерения погрешность, поскольку они не учтены производителем в спецификациях шунтового резистора.
Рис. 2. Токовый шунтовый резистор с двумя контактами фактически состоит из трех последовательно соединенных сопротивлений: сопротивление самого шунтового резистора (Rshunt), сопротивление двух выводов резистора (Rlead) и сопротивление подводящих дорожек на плате, подключенных к резистору (не показано). Сопротивление выводов может вызвать ошибку измерений для большого тока.
Одним из способов, позволяющих избежать ошибок измерения, вносимых внешними сопротивлениями выводов, является создание соединения Кельвина, выполнив раздельные токоизмерительные дорожки к двухконтактному шунтовому резистору (рис. 3).
Рис. 3. Соединение Кельвина с двухконтактным токочувствительным резистором уменьшает погрешность измерения, вызываемую сопротивлением выводов резистора и дорожек печатной платы. Пример изображения двухконтактных токовых шунтовых резисторов показан справа.
В этой конфигурации ток, протекающий через резистор токового шунта, проходит через широкие подводящие дорожки на печатной плате. Гораздо более узкие дорожки, которые находятся не в основном канале протекающего тока, но расположены непосредственно рядом с резистивным элементом шунтового резистора, снимают падающее на нем напряжение и передают его на вход AFE. Разделение токоведущих и токочувствительных контактов характеризует соединение Кельвина.
Полученное в результате схематическое представление соединения Кельвина с использованием двухконтактного шунтирующего резистора показано на рис. 4.
Рис. 4. Использование соединения Кельвина с двухконтактным шунтовым резистором выводит линии измерения напряжения из основной цепи тока, что приводит к более точному измерению напряжения на шунтовом резисторе
Очень малый ток протекает через два токочувствительных резистора (Rsense), показанных на рис. 4, потому что они подключены к имеющим высокий импеданс входам усилителя либо АЦП, что делает их сопротивления намного менее критичными, чем значения сопротивления выводов, через которые протекает большой ток шунтового резистора. Следовательно, падение напряжения на резисторах Rsense довольно небольшое и не является значительным источником ошибки при измерении тока.
Амперметр Амперметр постоянного тока 600А / 75 МВ постоянного тока FL-2 Шунтирующий резистор измерения тока 75 мА
Описание
Описания: Наименование продукта: DC Shunt Модель: FL-2 Материал: Металл Цвет: черный серебряный тон Точность: 0,5 класс Ток: 600А Размер: 12,2 х 4,2 х 2,1 см / 4,8 х 1,6 х 0,8 (Д * Ш * В) Падение напряжения: 75 мВ; Вес нетто: 332 г Шунтирующий резистор постоянного тока используется для умножения измерительного диапазона тока измерения. Может использоваться в цифровом или аналоговом измерителе. В коплект входит: 1 х 600А 75мВ постоянного тока шунтирующий резистор Детали Картинки:
Шунты как защита цепи [ править ]
Когда цепь должна быть защищена от перенапряжения и в источнике питания есть режимы отказа, которые могут вызвать такие перенапряжения, цепь может быть защищена устройством, обычно называемым цепью лома . Когда это устройство обнаруживает перенапряжение, оно вызывает короткое замыкание между источником питания и его возвратом. Это вызовет как немедленное падение напряжения (защита устройства), так и мгновенный высокий ток, который, как ожидается, откроет чувствительное к току устройство (например, предохранитель или автоматический выключатель ). Это устройство называется ломом, поскольку его можно сравнить с падением настоящего лома на набор шин (открытых электрических проводников).
Применеие на практике
Среди ролей, которые может выполнять резистор в схеме можно выделить следующие:
Токоограничивающий резистор
Пример, на котором рассматривался Закон Ома представляет собой также пример токоограничевающего резистора: у нас есть компонент, который расчитан на работу при определённом токе — резистор снижает силу тока до нужного уровня.
В случае с Ардуино следует ограничивать ток, поступающий с выходных контактов (output pins). Напряжение, в состоянии, когда контакт включен (high) составляет 5 В. Исходя из документации, ток не должен превышать 40 мА. Таким образом, чтобы безопасно увести ток с контакта в землю понадобится резистор номиналом R = U / I = 5 В / 0.04 А = 125 Ом или более.
Стягивающие и подтягивающие резисторы
Стягивающие (pull-down) и подтягивающие (pull-up) резисторы используются в схемах рядом со входными контактами логических компонентов, которым важен только факт: подаётся ноль вольт (логический ноль) или не ноль (логическая единица). Примером являются цифровые входы Ардуино. Резисторы нужны, чтобы не оставить вход в «подвешенном» состоянии. Возьмём такую схему
Мы хотим, чтобы когда кнопка не нажата (цепь разомкнута), вход фиксировал отсутствие напряжения. Но в данном случае вход находится в «никаком» состоянии. Он может срабатывать и не срабатывать хаотично, непредсказуемым образом. Причина тому — шумы, образующиеся вокруг: провода действуют как маленькие антенны и производят электричество из электромагнитных волн среды. Чтобы гарантировать отсутствие напряжения при разомкнутой цепи, рядом с входом ставится стягивающий резистор:
Теперь нежелательный ток будет уходить через резистор в землю. Для стягивания используются резисторы больших сопротивлений (10 кОм и более). В моменты, когда цепь замкнута, большое сопротивление резистора не даёт большей части тока идти в землю: сигнал пойдёт к входному контакту. Если бы сопротивление резистора было мало (единицы Ом), при замкнутой цепи произошло бы короткое замыкание.
Аналогично, подтягивающий резистор удерживает вход в состоянии логической единицы, пока внешняя цепь разомкнута:
То же самое: используются резисторы больших номиналов (10 кОм и более), чтобы минимизировать потери энергии при замкнутой цепи и предотвратить короткое замыкание при разомкнутой.
Делитель напряжения
Делитель напряжения (voltage divider) используется для того, чтобы получить из исходного напряжения лишь его часть. Например, из 9 В получить 5. Он подробно описан в отдельной статье.
Применение [ править | править код ]
PIN-диоды, как правило, используются как переключатели в радио- и СВЧ трактах, аттенюаторы, модуляторы, переключатели и фотодетекторы.
По области применения PIN-диоды подразделяют на:
- смесительные (например: 2А101 — 2А109);
- детекторные (например: 2А201 — 2А203);
- параметрические (например: 1А401 — 1А408);
- переключательные и ограничительные (например 2А503 — 2А524);
- умножительные и настроечные (например: 2А601 — 2А613);
- генераторные (3А703, 3А705).
Радиочастотные (РЧ) и СВЧ-переключатели [ править | править код ]
При нулевом или обратном смещении PIN-диод имеет малую ёмкость. Ёмкость небольшой величины не пропускает высокочастотный сигнал. При прямом смещении и токе 1 мА типичный pin-диод имеет реактивное сопротивление порядка 1 Ом, что делает его хорошим проводником в РЧ-тракте. Таким образом, pin-диод может использоваться в качестве хорошего РЧ- и СВЧ-переключателя.
РЧ реле также используются как переключатели, однако с меньшей скоростью (время переключения
10 мс), в то время, как PIN-диоды — значительно быстрее: десятки наносекунд, единицы микросекунд.
Ёмкость выключенного дискретного PIN-диода составляет примерно 1 пФ. На частоте 320 МГц реактивное сопротивление такой ёмкости
500 Ом. В системах, рассчитанных на 50 Ом, ослабление сигнала будет около 20 дБ, что в некоторых приложениях недостаточно. В приложениях, требующих большей изоляции, переключатели каскадируются: каскад из трёх диодов даёт ослабление в 60 дБ и более (до 100 дБ в зависимости от частоты).
РЧ и СВЧ управляемые аттенюаторы [ править | править код ]
Меняя ток через PIN-диод, можно быстро изменить реактивное сопротивление.
На высоких частотах реактивное сопротивление PIN-диода обратно пропорционально силе тока. Соответственно, PIN-диод может использоваться как управляемый аттенюатор, например, в схемах амплитудных модуляторов и сдвига уровня.
PIN-диод может использоваться, например, как мостовой или шунтирующий резистор в Т-мостовой схеме аттенюатора.
Ограничители [ править | править код ]
PIN-диоды иногда используются для защиты устройств по входам при высокочастотных измерениях. Если входной сигнал мал и находится в области допустимых значений, то PIN-диод как малая ёмкость вносит минимальные искажения. При увеличении сигнала и выходе его за допустимые рамки PIN-диод начинает проводить и становится резистором, шунтирующим сигнал на «землю».
Фотодетекторы [ править | править код ]
PIN-диод может использоваться в сетевых картах и коммутаторах для волоконно-оптических кабелей. В этих приложениях PIN-диод используется как фотодиод.
В качестве фотодетектора PIN-диод работает при обратном смещении. При этом он закрыт и не пропускает ток (за исключением незначительного тока утечки). Фотон входит в i-область, порождая образование электронно-дырочных пар. Носители заряда, попадая в электрическое поле ОПЗ, начинают двигаться к высоколегированным областям, создавая электрический ток, который может быть детектирован внешней цепью. Проводимость диода зависит от длины волны, интенсивности и частоты модуляции падающего излучения.
Величина обратного напряжения может достигать больших значений, при этом большее напряжение создает большее поле, которое вытягивает носители из ОПЗ i-области более быстро.
Светоизлучающие устройства [ править | править код ]
PIN-диоды на основе алмаза, использующие явление суперинжекции, могут использоваться в качестве светоизлучающих устройств. [1]
