Устройство защиты от перенапряжения с реле РКН

5 лет назад был случай. Электрик ЖКХ шабашил в нашей девятиэтажке. Сосед врач был на работе. Его жена включила стиралку, готовила обед, смотрела телевизор. Дочка сидела за компьютером.

Электрик по ошибке снял не тот провод и оборвал общий ноль на вводе в подъезд. На стояке соседа во всех квартирах погорели бытовые приборы.

Его потери: морозильник, холодильник с загруженными продуктами, стиральная машина, телевизор, компьютер, радиотелефон и пяток лампочек освещения. Часть денег ему удалось вернуть через суд, но сколько нервов и времени ушло на это…

Вот и делайте вывод: нужно ли устройство защиты от перенапряжения в квартире на простом реле РКН или не стоит обращать на него внимание.

Содержание статьи

Современная промышленность выпускает различные защиты от перенапряжения со множеством функций при появлении аварийной ситуации в виде:

1. Простого снятия питания с подключенной нагрузки и автоматического ввода ее в работу при восстановлении параметров питающей сети.
2. Исправления уровня напряжения за счет подключения к цепям автотрансформатора дополнительных обмоток с разными схемами управления (сервопривод с электромеханическим приводом, релейная схема, электронные ключи на тиристорах или симисторах).
3. Переключения потребителя на альтернативный генератор системой автоматического включения резерва (АВР).

В этой статье я рассказываю о самом простом и доступном для каждого владельца квартиры первом способе: реле РКН. Оно относится к бюджетным защитам, но в то же время обладает высокой степенью надежности.

Перепады напряжения в электросети: как возникают и чем опасны

Современный российский стандарт, изложенный в ПУЭ, определяет уровень напряжения для однофазного электроснабжения при частоте 50 герц, как 230+/-10% вольт. То есть нормой считается 207÷253 вольта.

Именно это значение обязаны обеспечивать и поддерживать все без исключения энергоснабжающие организации. Однако на практике не все так просто.

Стихийные природные явления, ошибки электротехнического персонала, критические условия эксплуатации оборудования энергоснабжающих организаций периодически сказываются на качестве электроэнергии.

Поэтому в бытовой проводке, рассчитанной для надежной эксплуатации при рабочем уровне напряжения, создаются аварийные режимы или перепады напряжения в электросети. Они связаны с тем, что к нам в квартиру вместо заложенной правилами нормы поступает:

• повышенное напряжение более 253 вольт;
• или пониженное: менее 207.

Эти процессы происходят очень быстро, за что их называют «скачки напряжения».

Аварийный режим часто связан с искажением формы у стандартной частоты синусоиды, например, при ударе молнии в линию электропередачи.

Внешний импульс энергии накладывается на гармоничную синусоиду. Форма сигнала, принимая суммарное непредвиденное значение, отрицательно сказывается на работе электрических приборов, не приспособленных к таким условиям эксплуатации.

Кроме характерных ударов молний форму синусоиды искажают апериодические составляющие переходных процессов, вызванные переключениями нагрузок больших мощностей или работой сложных защит в энергосистеме.

При возникновении коротких замыканий или перегрузок в схеме электроснабжения происходит просадка напряжения или понижение его величины ниже минимально допустимого уровня.

Бытовые приборы в таких ситуациях подвергаются серьезным испытаниям: могут сгореть. Им необходима автоматическая защита от подобных аварийных режимов.

Повышенное напряжение в сети: откуда ждать неприятности в бытовой проводке

Сейчас я намеренно опускаю случаи проникновения импульсов молнии в домашнюю проводку. Эта большая тема раскрыта в очередной статье об ограничителях перенапряжения — УЗИП. Читайте там.

Разбирать будем другие случаи, связанные с ошибочной работой оборудования или электротехнического персонала.

Еще раз приведу схему трехфазного подключения с общей нейтралью, по которой работают все бытовые сети. Я о ней упоминал в статье об вычислениях электрического напряжения.

Между тремя фазами линий создается напряжение 380 вольт, а относительно любой фазы и нуля (нейтрали) — 220. Это упрощенный идеальный случай.

Он не учитывает то, что все потребители, включая провода и кабели, имеют различное электрическое сопротивление. Оно влияет на картину протекания тока и распределение падений напряжений на участках цепи.

Линейные и фазные напряжения на каждом участке немного отличаются друг от друга. Но это не сказывается на качестве работы бытовых электрических приборов.

Аварийный режим и их повреждения происходят по другой причине. Характерный пример — обрыв нуля. Его еще называют отгорание нуля.

Повышенное напряжение в сети происходит не столько из-за старости проводки, хотя она тоже сказывается, сколько за счет плохого монтажа и безобразной эксплуатации электриков ЖКХ.

Приведенная на составной фотографии картинка демонстрирует ужасный способ подключения алюминиевого провода обычной намоткой вокруг контакта предохранителя. Случай-то это не единичный.

Им искусственно создано высокое переходное сопротивление, на котором происходит нагрев изоляции. Она плавится, разрушается.

Под действием возросшего тока нагрузки перегреву будет подвергнут металл токопроводящей жилы: со временем она отгорит и разорвет цепь подключения общей нейтрали.

Подобные случаи, к сожалению, еще встречаются. Часто они заканчиваются аварийными ситуациями.

Обрыв ноля практически не сказывается на работе питающего трансформатора на подстанции: он по-прежнему выдает симметричные линейные напряжения на выходе. Каждое из них начинает работать на подключенную к ним нагрузку.

Поясняю их действие на примере контура АВ. В нем разность линейных потенциалов UАВ приложена к суммарному сопротивлению квартир RА и RВ, подключенным последовательно.

Величина этих сопротивлений носит чисто случайный характер: зависит от количества включенных в работу электроприборов. Например, владелец квартиры A пользуется только холодильником и дома у него сейчас никого нет.

Хозяйка квартиры B в это время стирает белье, у нее работает посудомоечная машина и электрическая плита, освещение. Могут быть включены и другие потребители.

Получается, что один общий ток IAB протекает по цепочкам обеих квартир, но к схеме A приложено довольно маленькое напряжение, а вся остальная часть действует на соседа. На практике эта величина может очень близко подходить к линейному значению 380 вольт.

От него сгорает холодильник и вся включенная в работу бытовая техника.

Однако не стоит забывать о других соседях. Квартира C тоже обладает каким-то случайным сопротивлением. По контурам BC и CA складываются свои падения напряжений.

За счет их взаимовлияния при обрыве нуля смещается нейтральная точка нуля из положения n в другое место n1.

На точке n1 появляется опасный потенциал относительно контура земли. Если кто-то из “умных соседей” выполнил зануление своих бытовых приборов, то на их корпусе автоматически оказывается это напряжение: появляется предпосылка получения электротравмы.

Когда «грамотный домашний электрик» ноль своей проводки садит на контур земли через трубопроводы отопления, водопровода, металлоконструкции лифта и подобные магистрали, то все эти части оказываются под опасным напряжением.

Система зануления используется как крайний случай защиты специфичного электроинструмента в промышленных условиях, носит временный характер, требует применения дополнительных защитных средств. В быту она опасна, да и давно потеряла свою актуальность.

Чем опасно повышенное напряжение в сети для потребителей электроэнергии

Давайте вспомним треугольник закона Ома и выразим для него электрический ток по формуле для участка цепи.

Сразу становится понятным, что на одинаковом сопротивлении повышение напряжения вызывает увеличение тока нагрузки. От него создается перегрев:

• нитей накаливания ламп и они перегорают;
• изоляции проводов токоведущих частей и особенно — обмоток электродвигателей. Лак плавится, провода слипаются, сгорают;
• электронных блоков питания сложной бытовой техники. Они выходят из строя.

Пониженное напряжение в сети: что происходит с бытовыми потребителями

Резистивные нагрузки типа ламп накаливания и Тэны просто недополучают питание. Они не справляются со своими задачами. А вот работающие электродвигатели могут сгореть.

Например, электрический двигатель насоса холодильника должен прокачивать хладон по внутренним магистралям. Но пониженное напряжение в сети не позволит обеспечить достаточную мощность для нормальной раскрутки ротора.

Создается большой противодействующий момент сил трения и гидравлического сопротивления среды, тормозящий раскрутку. В обмотках двигателя возникают повышенные токи, разрушающие изоляцию. Холодильник сгорает.

Аналогичные процессы происходят с электродвигателем стиральной или посудомоечной машины, которые должны насосом прокачать воду.

Обрыв нуля в однофазной сети и две фазы в розетке

Разрыв нулевого потенциала однофазной схемы питания не приносит таких бед, как отгорание нейтрали в сети 380 вольт. Здесь просто обрывается цепь протекания тока, а подключенные приборы перестают работать.

В этой ситуации может проявиться эффект, который принято называть “Две фазы в розетке”: при отключенном нулевом проводе и параллельно включенной нагрузке фазный потенциал присутствует на обоих контактах розетки.

Повреждения бытовых приборов при такой ситуации не происходит, но работать они без нормального питания не могут.

Реле защиты от скачков напряжения: 3 принципа работы

В своей практике релейщика мне пришлось эксплуатировать и налаживать 3 вида реле напряжения:

1. максимального действия, когда логика защиты контролирует уровень входного сигнала и при превышении заранее заданной уставки отключает питание с подключенной схемы;
2. минимального действия — контроль понижения установленного уровня;
3. комбинированного типа, включающего в себя первые 2 действия для поддержания работоспособности оборудования от нижнего до верхнего предела напряжения.

Для бытовых целей производители массово выпускают реле контроля напряжения (РКН), которые выполнены по комбинированному принципу, поддерживая на оборудовании только допустимые уровни.

Современные модули реле контроля напряжения можно условно разделить на два типа отличающихся конструкций:

1. электромеханические или аналоговые, реагирующие на величину напряжения за счет точно сбалансированной системы усилий пружин и силы притяжения электромагнита;
2. цифровые модули на микропроцессорах.

Первый тип массово использовался несколько десятилетий назад, а сейчас он постепенно вытесняется современными разработками.

При провалах и перенапряжениях эти типы реле просто отключают питание от нагрузки, выполняя таким способом свою защиту. Когда же уровень сигнала восстанавливается до нормального состояния, то логика устройств вновь замыкает свои контакты.

Здесь может встретиться особенность, когда конструкция выходных контактов реле защиты от скачков напряжения по мощности может не справиться с коммутируемой нагрузкой.

Приведу пример. Эта величина указывается в киловаттах или амперах прямо на корпусе реле РКН либо в сопроводительной технической документации.

Делаем пересчет нагрузки подключаемых приборов и по нему анализируем возможности отключающих контактов.

Если их мощности не хватает для надежного разрыва тока, то используем схему реле повторителя или дополнительного контактора, когда:

• наша защита своей выходной цепью управляет только работой обмотки добавочного модуля;
• его силовые контакты переключают мощную нагрузку.

Реле контроля напряжения 1 фазное: виды конструкций для квартиры

Наша бытовая сеть чаще всего работает по однофазной схеме. С нее и начну обзор различных моделей реле РКН. Прежде чем их выбирать рекомендую уточнить технические характеристики оборудования, которое планируете защищать.

Дорогие модели холодильников с высоким классом энергосбережения уже имеют встроенное реле защиты двигателя. Его вполне достаточно для сохранения работоспособности при перепадах напряжения.

Основные технические характеристики указаны наклейкой на корпусе и в сопроводительной документации.

Если такая защита уже встроена внутрь дорогого оборудования, то для неответственных потребителей можно приобрести индивидуальные защиты, выполненные в форме переходников:

• розетки с вилкой, подключаемой в схему питания;
• или удлинителя.

Подобные современные модули имеют:

1. малогабаритную электронную схему;
2. табло отслеживания основных электрических параметров;
3. индикацию режимов срабатывания.

Защита на реле контроля напряжения 1 фазном, устанавливаемая на Din рейку, может использоваться для нескольких потребителей розеточных групп. Они имеют возможность простой настройки ряда характеристик.

Любителям мастерить все своими руками рекомендую для сборки простую схему реле напряжения с доступной базой.

Нечто подобное я собирал для советского холодильника Атлант после того, как его двигатель сгорел от броска напряжения. Было это очень давно. Уставки тщательно отбил на лабораторном стенде. Но допустил тогда две ошибки. Советую вам их учесть:

1. Выходное реле, переключающее силовые контакты, у меня было подобрано по мощности номинальной нагрузки с небольшим запасом. Его не хватило на надежное отключение аварийных токов, усиленных переходными процессами.
2. После проверки на стенде я подключил свою самоделку в схему и забыл о ней. Только где-то года через четыре решил проверить ее работоспособность. Принес на стенд, а она не работает. Вскрыл и увидел спекшиеся контакты.

Если будете собирать подобные схемы, то подбирайте реле по мощным силовым контактам или используйте схему с повторителем на контакторе. Не забываете о сроках периодических проверок.

Кстати, последний пункт рекомендую почаще выполнять даже для заводских модулей любых защит.

Внутри насыщенной электрооборудованием квартиры имеет смысл использовать три реле контроля напряжения:

• первое осуществляет защиты всех потребителей сети из электрического щитка в пределах 207÷253 вольта как резерв;
• второе настраивается под электродвигатели;
• третье защищает всю бытовую электронику.

Реле контроля напряжения 3 фазное для защиты частного дома

Современные производители выпускают большое разнообразие подобных модулей. Принцип работы и подключения их разберем на примере реле напряжения DigiTOP V-protector 380V.

Оно больше всего мне понравилось своими техническим характеристиками, красивым дизайном, прочным корпусом и удобными настройками из всех тех модулей, с которыми я ознакомился.

Реле контроля напряжения 3 фазное ставится на Din рейку. Его внешний вид показан в рабочем положении.

На входные клеммы 5÷8 сверху подаются 3 фазы и ноль прямого чередования, а снизу они снимаются. Цифровой дисплей указывает величину действующего фазного напряжения.

Если цифра мигает, а не постоянно светится, то это указание на то, что выходные цепи разомкнуты.

Светодиодная индикация используется при настройках. Справа на корпусе имеются четыре кнопки управления:

• 2 верхние предназначены для изменения величины уставки срабатывания вверх или вниз;
• Кнопка S позволяет выбирать режим симметрии или асимметрии.
• С помощью кнопки Т выставляют времена срабатывания.

Упрощенная схема реле напряжения DigiTOP V-protector 380V показана на картинке ниже. Я ее взял с сайта производителя и для наглядности дополнил цветовой маркировкой проводов.

Модуль защиты рассчитан на коммутации номинальных токов 63 ампера. Для частного дома это более чем достаточно. Никаких дополнительных контакторов использовать не потребуется.

Внутри компактного корпуса размещены мощные клеммы с толстыми медными токопроводами. Они изолированными от печатного монтажа на платах: излишний нагрев исключен.

Модульная конструкция каждой фазы имеет свою микросхему управления и может работать автономно на встроенное однофазное реле.

Его мощные переключающие контакты внушают доверие, хорошо экранированы от электрической дуги, сопровождающей разрыв цепи столь большого тока.

Возможности настроек

Режим асимметрии выбирается для подключения трех независимых однофазных нагрузок. Здесь реле работает как 3 индивидуальных модуля защиты на 220 вольт.

При отклонении напряжения на любой фазе от величины уставки эта неисправность отключается встроенной защитой, а две другие остаются в работе.

После восстановления параметров питающей сети автоматика с установленной задержкой времени включает оборудование в работу.

Если происходит обрыв нуля в трехфазной схеме, то реле защищает оборудование от опасных последствий созданного режима. Оно использует среднюю точку, искусственно созданную на симметричной нагрузке, поддерживая нормальное электроснабжение.

Стоит вывести из работы любой из однофазных потребителей, как реле в этой ситуации автоматически обесточит остальные.

Если при работе происходит нарушение порядка чередования фаз, то реле сразу отключает все потребители. Такая защита в первую очередь необходима для электродвигателей: они сразу меняют направление вращения.

Симметричный режим применяется для питания трехфазного оборудования. Особую актуальность он имеет для асинхронных электродвигателей.

Реле напряжения DigiTOP V-protector 380V имеет возможность настройки уставки отклонения асимметрии от 20 до 80 вольт между любыми фазами. Оно имеет встроенную энергонезависимую память и хранит в ней все введенные параметры.

Подробное объяснение настроек этого реле и его испытание в своем видеоролике показывает Дмитрий электромонтажник Дурнев. Считаю, что его материал полезен для всех специалистов.

Заканчиваю тему про устройство защиты от перенапряжения с реле РКН. Многие вопросы еще могут потребовать дополнительной информации. Спрашивайте в комментариях. Отвечу.

Защита трансивера от перенапряжения на выходе блока питания | RUQRZ.COM

«Все, что может сломаться — ломается». Сказанное в полной мере можно отнести и к блокам питания (БП) +13.8В/20А. Самая благоприятная неисправность — исчезновение напряжения на клеммах БП. В этом случае трансивер (по цене несоизмеримый с блоком питания) остается в целости и сохранности, а ремонт блока питания обычно трудностей не составляет.

Если же при отказе блока питания на его клеммах появляется не +13.8В, а все 23 вольта (что чаще случается в импульсных блоках питания), то это уже для трансивера кончается печально.

Защититься от этой беды достаточно просто. Надо встроить в блок питания, не имеющего защиты от перенапряжения, схему защиты. Один из вариантов защиты приводится на рисунке выше.

При напряжении +13,8В на клеммах блока питания тиристор КУ202 закрыт и нормально-замкнутый контакт К1.1 замкнут, напряжение с блока питания подается в нагрузку. Сигнальная лампа горит в пол накала.

При повышении выходного напряжения на клеммах блока питания, например, до 16В, ток протекающий через стабилитрон КС156А открывает тиристор КУ202 и контакты реле К1.1 размыкаются, а индикаторная лампочка загорается ярче, сигнализируя о неисправности.

Порог срабатывания тиристора может устанавливаться резистором R1. Реле К1 постоянного тока с напряжением срабатывания 24В, должно иметь нормально замкнутые контакты, выдерживающие ток 25…30А. В авторском варианте используется автомобильное реле 112.3747 (с пятью группами контактов) от автомобиля. Резистор 100Ом снижает напряжение на его обмотке до 12В.

Блок защиты автономен, он может встраиваться в любые блоки питания, где подобная защита отсутствует, или может быть собран в виде отдельной приставки и подключаться между блоком питания и трансивером.

Мне известен случай, когда блок питания заводского изготовления, не имеющий защиты от перенапряжения, все-таки убил дорогостоящий трансивер, затраты на ремонт которого существенно превысили доработку схемой защиты.

И. Аносов

Что еще почитать по теме:

Защита сети 220 вольт от перенапряжения

Хотя подача электричества в квартиры и дома регулируется законодательством, жильцам не стоит полностью рассчитывать на то, что соответствующие службы обеспечат подачу электроэнергии нужного качества. Если из-за бросков сетевого напряжения дорогостоящие электроприборы выйдут из строя, получить компенсацию будет практически невозможно. А поскольку неполадки на электролиниях – не редкость, то стоит самостоятельно принять меры, которые помогут уберечь бытовую технику от поломки. Для этого нужна защита от перенапряжения, обеспечить которую можно, установив в сети соответствующий прибор – защитное реле, датчик с УЗО или стабилизатор напряжения.

Допустимые параметры электроэнергии

Номинал напряжения, обозначенный на всей бытовой электротехнике, составляет 220В, однако в реальной жизни это значение стабильно далеко не всегда. Это учитывается при изготовлении современных приборов, и они могут устойчиво работать при колебании напряжения от 209 до 231В, а также переносить разброс от 198 до 242В. Если бы небольшие перепады разности потенциалов не были предусмотрены конструкцией бытовой техники, она ломалась бы постоянно. Более значительные отклонения приводят к перегрузке сети, и это снижает эксплуатационный ресурс аппаратуры.

Чтобы сгладить колебания напряжения и обеспечить безопасность приборов, достаточно установить стабилизатор. Гораздо опаснее для электротехники перенапряжение (так называется резкий скачок разности потенциалов).

Разновидности перенапряжений

Перенапряжение может длиться как короткое, так и достаточно продолжительное время. Оно может быть вызвано ударом молнии во время грозы или коммутацией, возникшей из-за неполадок подстанции. Для защиты от них в сеть 220 или 380 Вольт (бытовую или промышленную) включается УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений). Его автоматическое срабатывание помогает обезопасить линию при воздействии, например, мощного грозового разряда, от которого не сможет спасти стабилизатор напряжения.

Наглядно про УЗИП на видео:

Удар молнии приводит к появлению мощного электромагнитного импульса, под влиянием которого в расположенных рядом с местом разряда проводниках возникают электрические потенциалы, и происходит резкий скачок напряжения. Длится он всего около 0,1 с, но величина разности потенциалов при этом составляет тысячи вольт.

Понятно, что при поступлении такого напряжения в домашние и производственные сети последствия могут быть очень тяжелыми.

Перенапряжение в результате коммутации

Такое явление может произойти при включении в линию или выключении приборов, дающих высокую индуктивную нагрузку. К ним относятся блоки питания, электромоторы, а также мощные инструменты, запитывающиеся от сети.

Этот эффект обусловлен законами коммутации. Моментальное изменение величины тока в соленоиде, а также разности потенциалов на конденсаторе произойти не может. Когда цепь с такой нагрузкой соединяется или размыкается, то в месте контакта отмечается появление вызванного самоиндукцией и коммутационными процессами электрического потенциала.

Течение переходного процесса всегда сопровождается выбросом напряжения, которое обладает полярностью, обратной входному. Небольшая емкость проводников в сети вызывает резонанс, длящийся короткое время и вызывающий высокочастотные колебания. По завершении переходного процесса они затухают.

Сколько продлится перенапряжение и какова будет его величина, зависит от следующих показателей:

• Индуктивность нагрузки.
• Моментальное значение разности потенциалов при коммутации.

• Емкость подключающих электрических кабелей.
• Реактивная мощность.

Опасность перенапряжения

Поскольку изоляция проводов рассчитана на величину напряжения, значительно превышающую номинал, пробоя чаще всего не случается. Если электроимпульс действует в течение незначительного времени, то напряжение на выходе блоков питания со стабилизатором не успевает возрасти до критического показателя. Это же касается и обычных лампочек – если резко возросшее напряжение быстро нормализуется, то спираль не успевает не только перегореть, но даже перегреться.

Если же изоляционный слой не выдерживает увеличившегося напряжения и происходит его пробой, то появляется электрическая дуга. В этом случае поток электронов проникает сквозь микротрещины, возникшие в изоляции, и идет через газы, которыми наполнены образовавшиеся мельчайшие пустоты. А большое количество тепла, выделяемое дугой, способствует расширению токопроводящего канала. В итоге нарастание тока происходит постепенно, и автомат защиты срабатывает с некоторым опозданием. И хотя оно занимает всего несколько мгновений, их оказывается вполне достаточно для выхода электропроводки из строя.

Какими устройствами обеспечивается защита сети от перенапряжения?

Схема защиты электрической линии от скачков напряжения может включать в себя:

• Систему молниезащиты.
• Стабилизатор напряжения.
• Датчик повышенного напряжения (устанавливается вместе с УЗО).
• Реле перенапряжения.

Отдельно нужно сказать о блоках бесперебойного питания, через которые в домашних сетях чаще всего подключают компьютеры. Этот прибор не предназначен для защиты от перенапряжения в сети. Его функция заключается в другом: при внезапном отключении света он работает как аккумулятор, позволяя пользователю сохранить информацию и спокойно выключить ПК. Поэтому путать его со стабилизатором напряжения не следует.

Принцип работы защитных устройств

Для защиты от электроимпульсов, возникающих под действием молнии, устанавливается грозозащитный разрядник вместе с УЗИП. А обезопасить линию от потока электронов, параметры которого не соответствуют рабочим характеристикам сети, можно с помощью специальных датчиков, а также реле перенапряжения.

Следует сказать, что как ДПН, так и реле по принципу действия и назначению отличаются от стабилизатора.

Задача этих элементов состоит в том, чтобы прекратить подачу электроэнергии в случае превышения величиной перепада максимального порога, указанного в техническом паспорте средства защиты или выставленного регулятором.

После нормализации параметров электрической линии происходит самостоятельное включение реле. ДПН для защиты линии следует устанавливать только в паре с устройством защитного отключения. Его задача заключается в том, чтобы при обнаружении неполадок вызвать утечку тока, под воздействием которой сработает УЗО.

Наглядно про реле напряжения на видео:

Недостаток такой схемы заключается в необходимости ее ручного включения после того, как напряжение придет в норму. В этом плане выгодно отличается стабилизатор напряжения. Это устройство предусматривает регулируемую временную задержку токоподачи, если происходит его срабатывание под воздействием чрезмерного напряжения. Стабилизатор часто используют для подключения кондиционеров и холодильных аппаратов.

Длительные перенапряжения

Продолжительные перенапряжения очень часто происходят из-за обрыва нулевого проводника. Неравномерность нагрузки на фазных жилах становится причиной перекоса фаз – смещения разности потенциалов к проводнику с самой большой нагрузкой.

Иначе говоря, под воздействием неравномерного трехфазного электротока на нулевом кабеле, не имеющем заземления, начинает скапливаться напряжение. Ситуация не нормализуется до тех пор, пока повторная авария окончательно не выведет линию из строя или специалист не устранит неисправность.

При обрыве нулевого провода в электророзетке будет происходить изменение напряжения в соответствии с нагрузкой, которую пользователи, не знающие о неполадках, будут подключать на различные фазы. Пользоваться неисправной цепью практически невозможно, даже если в линию питания включен хороший стабилизатор. Дело в том, что сетевые параметры, регулярно выходящие за пределы стабилизации, приведут к тому, что прибор будет постоянно выключаться.

Наглядно про обрыв ноля и что нужно при этом делать – на видео:

Недостаток напряжения (провал)

Это явление особенно хорошо знакомо людям, проживающим в деревнях и селах. Провалом (проседанием) называется падение величины напряжения ниже допустимого предела.

Опасность проседаний заключается в том, что в конструкцию многих бытовых приборов входит несколько блоков электропитания, и недостаток напряжения приведет к тому, что один из них кратковременно выключится. Аппарат среагирует на это выдачей ошибки на дисплее и остановкой работы.

Если речь идет об отопительном котле, а неисправность произошла в зимнее время, то дом останется без отопления. Избежать такой ситуации поможет подключение стабилизатора. Этот прибор, зафиксировав проседание, повысит величину напряжения до номинала. Стабилизатор может спасти ситуацию, даже если напряжение в сети упало по вине трансформаторной подстанции.

Заключение

В этой статье мы рассказали, для чего нужна защита от перенапряжения в сети, какими устройствами она обеспечивается и как правильно ими пользоваться. Приведенные рекомендации помогут читателям разобраться в причинах сбоя сетевого напряжения, а также выбрать и установить устройство для защиты электросети.

как реле обеспечивает защиту электроприборов, как защитить сеть 380 В

Электрические приборы сегодня присутствуют в каждом доме. Удобство их использования и срок службы напрямую зависит от подаваемого напряжения. Зачастую в бытовых сетях происходят скачки, из-за которых современная электроника выходит из строя. Уберечь её от поломок помогут специальные приборы, такие как реле защиты от перенапряжения, устройство защитного отключения и другие.

Причины и последствия перенапряжения

Сетевое перенапряжение может быть чревато поломкой дорогостоящих приборов. Есть несколько факторов, по которым величина напряжения в сети резко меняется:

• Неверное соединение проводов в щите. Случается это чаще всего из-за банальной невнимательности. Если подлежащие соединению провода были перепутаны, это приведёт к возникновению скачка.
• Разрыв нулевого провода. Именно он отвечает за то, чтобы в сети было правильное ровное напряжение без перепадов. Его разрыв непременно повлечёт за собой сбой, при котором один участок электрической цепи получит 220 В, а другой — 380 В.
• Просчёт операторов. В процессе работы на подстанциях иногда специалисты производят несогласованное регулирование подаваемого тока.
• Электропитание от одной линии. Такие линии обладают заводом очень большой величины. Когда всё оборудование, подключённое к ней, одномоментно запускается, внутри сети происходит резкий подъём тока.
• Природные факторы. В первую очередь к таким факторам относится гроза. Разряд молнии, попадающий в линию электропередач, провоцирует импульсное напряжение, достигающее десятков тысяч вольт. Чтобы не нарушить работу электрических приборов в такой ситуации следует в обязательном порядке обесточивать их во время грозы либо заранее позаботиться об установке молниезащиты.

Современные приборы, работающие от электросети, создаются с учётом возникновения небольшого перенапряжения. Если его величина не превосходит 1000 В, то благодаря встроенной защите поломки не случаются. Но в случаях когда перепад превышает установленную норму, наступает короткое замыкание, проявляющееся в перегреве проводов, пробоях изоляционной оболочки, появлению искр. Подобная ситуация весьма опасна для человека.

Стабилизатор тока

Опасность короткого замыкания заключается в том, что оно может вызвать возгорание оборудования и пожар. Именно поэтому защита от перенапряжения сети 220 В, применяемого в быту, чрезвычайно важна. Для этих целей потребители часто используют стабилизатор напряжения. При его выборе необходимо учитывать следующие характеристики:

• Тип сети. По числу проводов они делятся на однофазные (с двумя проводами) и трехфазные (с четырьмя проводами).
• Мощность. Перед приобретением стабилизатора следует посчитать суммарную нагрузку всех устройств, которые планируется защитить. Показатель мощности защитного прибора должен на ступень превосходить полученное число.
• Пусковой ток. Этот параметр необходимо брать во внимание при защите устройств с асинхронными двигателями (насосов, холодильников). Для их бесперебойной работы требуется стабилизирующее устройство с запасом до 25%.

Что касается необходимого числа стабилизирующих приборов, то оно зависит от того, сколько электрических устройств работает в одной сети. Система, состоящая из 2−3 маломощных электроустройств, будет эффективно работать при наличии одного стабилизатора, встроенного в неё на входе.

Если в электросистему входит много мощных постоянно функционирующих дорогостоящих устройств, каждое из них придётся защищать отдельным стабилизатором.

Защитное реле и УЗО

Уменьшенным вариантом стабилизатора является реле защиты от перенапряжения. В зависимости от модификации оно может иметь вид:

• Удлинителя. Имеет несколько розеток, защищённых одним предохранителем.
• Электрической вилки (модель «Зубр»). Присоединяется к квартирной розетке, имеет цифровое табло, на котором высвечивается уровень напряжения в данный момент.
• Отдельного модуля, устанавливающегося на DIN-рейку в электрощитке (модель «Барьер»). Способен обезопасить всю технику в пределах одной квартиры (дома). Для этого его потребуется установить внутри распределительной коробки.

Все модели защитных реле имеют схожую схему работы и могут обезопасить как отдельное устройство (компьютера, телевизора и др.), так и несколько приборов. Преимущество реле перед стабилизатором заключается в быстроте его действия. Скорость срабатывания однофазного прибора в случае перенапряжения в сети 220 В составляет несколько наносекунд.

С помощью трехфазного реле может быть обеспечена защита от перенапряжения в сети 380 вольт, которое используется для работы городского транспорта (метро, трамваев, троллейбусов).

Ещё одна возможность обезопасить домашнюю электросеть — приобрести устройство защитного отключения (УЗО), отличающееся высоким качеством при достаточно невысокой стоимости. В процессе его работы происходит сравнение величины тока в фазном и нулевом проводнике. При наличии высокой разницы между показателями срабатывает автоотключение. Для полноценной защиты от опасных скачков тока УЗО должно дополняться специальным датчиком, сигнализирующим о перенапряжении и отключающим электропитание приборов.

Стабилизация сетей 380 вольт

Электросетям, работающим под напряжением в 380 В, отводится важная роль. С их помощью обеспечивается работа общественного транспорта (троллейбусов, электричек, метро), работают уличные фонари, электрифицируются частные дома в посёлках. Защита высоковольтных линий имеет свои особенности:

• Должно постоянно отслеживаться распределение электричества по фазам.
• Для предохранения от перепадов лучше использовать несколько однофазных приборов, чем один трехфазный. Таким образом удастся сохранить электропитание в сети при выходе из строя одного стабилизирующего прибора. Ремонт такого прибора обойдётся дешевле.
• Работа электродвигателей в высоковольтной системе должна быть защищена трехфазными стабилизирующими устройствами.

При выборе стабилизирующих агрегатов, обеспечивающих защиту высоковольтных систем, следует обращать внимание на их основные характеристики. Как и в случае с сетями 220 вольт, основными параметрами считаются мощность, скорость срабатывания, срок службы, удобный интерфейс, регулировка настроек, стоимость.

Схема подключения УЗИП — 3 ошибки и правила монтажа. Защита от импульсных перенапряжений.

Для всех нас стало нормой, что в распределительных щитках жилых домов, обязательна установка вводных автоматических выключателей, модульных автоматов отходящих цепей, УЗО или дифф.автоматов на помещения и оборудование, где критичны возможные утечки токов (ванные комнаты, варочная панель, стиральная машинка, бойлер).

Помимо этих обязательных коммутационных аппаратов, практически никому не требуется объяснять, зачем еще нужно реле контроля напряжения.

УЗИП или реле напряжения

Устанавливать их начали все и везде. Грубо говоря оно защищает вас от того, чтобы в дом не пошло 380В вместо 220В. При этом не нужно думать, что повышенное напряжение попадает в проводку по причине недобросовестного электрика.

Вполне возможны природные явления, не зависящие от квалификации электромонтеров. Банально упало дерево и оборвало нулевой провод.

Также не забывайте, что любая ВЛ устаревает. И даже то, что к вашему дому подвели новую линию СИПом, а в доме у вас смонтировано все по правилам, не дает гарантии что все хорошо на самой питающей трансформаторной подстанции – КТП.

Там также может окислиться ноль на шинке или отгореть контакт на шпильке трансформатора. Никто от этого не застрахован.

Именно поэтому все новые электрощитки уже не собираются без УЗМ или РН различных модификаций.

Что же касается устройств для защиты от импульсных перенапряжений, или сокращенно УЗИП, то у большинства здесь появляются сомнения в необходимости их приобретения. А действительно ли они так нужны, и можно ли обойтись без них?

Подобные устройства появились достаточно давно, но до сих пор массово их устанавливать никто не спешит. Мало кто из рядовых потребителей понимает зачем они вообще нужны.

Первый вопрос, который у них возникает: ”Я же поставил реле напряжения от скачков, зачем мне еще какой-то УЗИП?”

Запомните, что УЗИП в первую очередь защищает от импульсов вызванных грозой. Здесь речь идет не о банальном повышении напряжения до 380В, а о мгновенном импульсе в несколько киловольт!

Никакое реле напряжения от этого не спасет, а скорее всего сгорит вместе со всем другим оборудованием. В то же самое время и УЗИП не защищает от малых перепадов в десятки вольт и даже в сотню.

Например устройства для монтажа в домашних щитках, собранные на варисторах, могут сработать только при достижении переменки до значений свыше 430 вольт.

Поэтому оба устройства РН и УЗИП дополняют друг друга.

Защита дома от грозы

Гроза это стихийное явление и просчитать его до сих пор не особо получается. При этом молнии вовсе не обязательно попадать прямо в линию электропередач. Достаточно ударить рядышком с ней.

Даже такой грозовой разряд вызывает повышение напряжения в сети до нескольких киловольт. Кроме выхода из строя оборудования это еще чревато и развитием пожара.

Даже когда молния ударяет относительно далеко от ВЛ, в сетях возникают импульсные скачки, которые выводят из строя электронные компоненты домашней техники. Современный электронный счетчик с его начинкой, тоже может пострадать от этого импульса.

Общая длина проводов и кабелей в частном доме или коттедже достигает нескольких километров.

Сюда входят как силовые цепи так и слаботочка:

• интернет 

• TV 

• видеонаблюдение 

• охранная сигнализация 

Все эти провода принимают на себя последствия грозового удара. То есть, все ваши километры проводки получают гигантскую наводку, от которой не спасет никакое реле напряжения.

Единственное что поможет и защитит всю аппаратуру, стоимостью несколько сотен тысяч, это маленькая коробочка называемая УЗИП.

Монтируют их преимущественно в коттеджах, а не в квартирах многоэтажек, где подводка в дом выполнена подземным кабелем. Однако не забывайте, что если ваше ТП питается не по кабельной линии 6-10кв, а воздушной ВЛ или ВЛЗ (СИП-3), то влияние грозы на среднем напряжении, также может отразиться и на стороне 0,4кв.

Поэтому не удивляйтесь, когда в грозу в вашей многоэтажке, у многих соседей одновременно выходят из строя WiFi роутеры, радиотелефоны, телевизоры и другая электронная аппаратура.

Молния может ударить в ЛЭП за несколько километров от вашего дома, а импульс все равно прилетит к вам в розетку. Поэтому не смотря на их стоимость, задуматься о покупке УЗИП нужно всем потребителям электричества.

Цена качественных моделей от Шнайдер Электрик или ABB составляет примерно 2-5% от общей стоимости черновой электрики и средней комплектации распредщитка. В общей сумме это вовсе не такие огромные деньги.

На сегодняшний день все устройства от импульсных перенапряжений делятся на три класса. И каждый из них выполняет свою роль.

Модуль первого класса гасит основной импульс, он устанавливается на главном вводном щите.

После погашения самого большого перенапряжения, остаточный импульс принимает на себя УЗИП 2 класса. Он монтируется в распределительном щитке дома.

Если у вас не будет устройства I класса, высока вероятность что весь удар воспримет на себя модуль II. А это может для него весьма печально закончится.

Поэтому некоторые электрики даже отговаривают заказчиков ставить импульсную защиту. Мотивируя это тем, что раз вы не можете обеспечить первый уровень, то не стоит вообще на это тратить денег. Толку не будет.

Однако давайте посмотрим, что говорит об этом не знакомый электрик, а ведущая фирма по системам грозозащиты Citel:

То есть в тексте прямо сказано, класс II монтируется либо после класса 1, либо КАК САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО.

Третий модуль защищает уже непосредственно конкретного потребителя.

Если у вас нет желания выстраивать всю эту трехступенчатую защиту, приобретайте УЗИП, которые изначально идут с расчетом работы в трех зонах 1+2+3 или 2+3.

Такие модели тоже выпускаются. И будут наиболее универсальным решением для применения в частных домах. Однако стоимость их конечно отпугнет многих.

Схема электрощита с УЗИП

Схема качественно укомплектованного с точки зрения защиты от всех скачков и перепадов напряжения распределительного щита, должна выглядеть примерно следующим образом.

На вводе перед счетчиком — вводной автоматический выключатель, защищающий прибор учета и цепи внутри самого щитка. Далее счетчик.

Между счетчиком и вводным автоматом — УЗИП со своей защитой. Электроснабжающая организация конечно может запретить такой монтаж. Но вы можете обосновать это необходимостью защиты от перенапряжения и самого счетчика.

В этом случае потребуется смонтировать всю схемку с аппаратами в отдельном боксе под пломбой, дабы предотвратить свободный доступ к оголенным токоведущим частям до прибора учета.

Однако здесь остро встанет вопрос замены сработавшего модуля и срыва пломб. Поэтому согласовывайте все эти моменты заранее.

После прибора учета находятся:

• реле напряжения УЗМ-51 или аналог 

• УЗО 100-300мА – защита от пожара

• УЗО или дифф.автоматы 10-30мА – защита человека от токов утечки

• простые модульные автоматы

Если с привычными компонентами при комплектации такого щитка вопросов не возникает, то на что же нужно обратить внимание при выборе УЗИП?

На температуру эксплуатации. Большинство электронных видов рассчитано на работу при окружающей температуре до -25С. Поэтому монтировать их в уличных щитках не рекомендуется.

Второй важный момент это схемы подключения. Производители могут выпускать разные модели для применения в различных системах заземления.

Например, использовать одни и те же УЗИП для систем TN-C или TT и TN-S уже не получится. Корректной работы от таких устройств вы не добьетесь.

Схемы подключения

Вот основные схемы подключения УЗИП в зависимости от исполнения систем заземления на примере моделей от Schneider Electric. Схема подключения однофазного УЗИП в системе TT или TN-S:

Здесь самое главное не перепутать место подключения вставного картриджа N-PE. Если воткнете его на фазу, создадите короткое замыкание.

Схема трехфазного УЗИП в системе TT или TN-S:

Схема подключения 3-х фазного устройства в системе TN-C:

На что нужно обратить внимание? Помимо правильного подключения нулевого и фазного проводников немаловажную роль играет длина этих самых проводов.

От точки подключения в клемме устройства до заземляющей шинки, суммарная длина проводников должны быть не более 50см!

А вот подобные схемы для УЗИП от ABB OVR. Однофазный вариант:

Трехфазная схема:

Давайте пройдемся по некоторым схемкам отдельно. В схеме TN-C, где мы имеем совмещенные защитный и нулевой проводники, наиболее распространенный вариант решения защиты – установка УЗИП между фазой и землей.

Каждая фаза подключается через самостоятельное устройство и срабатывает независимо от других.

В варианте сети TN-S, где уже произошло разделение нейтрального и защитного проводника, схема похожа, однако здесь монтируется еще дополнительный модуль между нулем и землей. Фактически на него и сваливается весь основной удар.

Именно поэтому при выборе и подключении варианта УЗИП N-PE, указываются отдельные характеристики по импульсному току. И они обычно больше, чем значения по фазному.
Помимо этого не забывайте, что защита от грозы это не только правильно подобранный УЗИП. Это целый комплекс мероприятий.

Их можно использовать как с применением молниезащиты на крыше дома, так и без нее.

Особое внимание стоит уделить качественному контуру заземления. Одного уголка или штыря забитого в землю на глубину 2 метра здесь будет явно не достаточно. Хорошее сопротивление заземления должно составлять 4 Ом.

Принцип действия

Принцип действия УЗИП основан на ослаблении скачка напряжения до значения, которое выдерживают подключенные к сети приборы. Другими словами, данное устройство еще на вводе в дом сбрасывает излишки напряжения на контур заземления, тем самым спасая от губительного импульса дорогостоящее оборудование.

Определить состояние устройства защиты достаточно просто:

• зеленый индикатор – модуль рабочий

• красный – модуль нужно заменить

При этом не включайте в работу модуль с красным флажком. Если нет запасного, то лучше его вообще демонтировать.

УЗИП это не всегда одноразовое устройство, как некоторым кажется. В отдельных случаях модели 2,3 класса могут срабатывать до 20 раз!

Автоматы или предохранители перед УЗИП

Чтобы сохранить в доме бесперебойное электроснабжение, необходимо также установить автоматический выключатель, который будет отключать узип. Установка этого автомата обусловлена также тем, что в момент отвода импульса, возникает так называемый сопровождающий ток.

Он не всегда дает возможность варисторному модулю вернуться в закрытое положение. Фактически тот не восстанавливается после срабатывания, как по идее должен был.

В итоге, дуга внутри устройства поддерживается и приводит к короткому замыканию и разрушениям. В том числе самого устройства.

Автомат же при таком пробое срабатывает и обесточивает защитный модуль. Бесперебойное электроснабжение дома продолжается.

Запомните, что этот автомат защищает в первую очередь не разрядник, а именно вашу сеть.

При этом многие специалисты рекомендуют ставить в качестве такой защиты даже не автомат, а модульные предохранители.

Объясняется это тем, что сам автомат во время пробоя оказывается под воздействием импульсного тока. И его электромагнитные расцепители также будут под повышенным напряжением.

Это может привести к пробою отключающей катушки, подгоранию контактов и даже выходу из строя всей защиты. Фактически вы окажетесь безоружны перед возникшим КЗ.

Поэтому устанавливать УЗИП после автомата, гораздо хуже, чем после предохранителей.

Есть конечно специальные автоматические выключатели без катушек индуктивности, имеющие в своей конструкции только терморасцепители. Например Tmax XT или Formula A.

Однако рассматривать такой вариант для коттеджей не совсем рационально. Гораздо проще найти и купить модульные предохранители. При этом можно сделать выбор в пользу типа GG.

Они способны защищать во всем диапазоне сверхтоков относительно номинального. То есть, если ток вырос незначительно, GG его все равно отключит в заданный интервал времени.

Есть конечно и минус схемы с автоматом или ПК непосредственно перед УЗИП. Все мы знаем, что гроза и молния это продолжительное, а не разовое явление. И все последующие удары, могут оказаться небезопасными для вашего дома.

Защита ведь уже сработала в первый раз и автомат выбил. А вы об этом и догадываться не будете, потому как электроснабжение ваше не прерывалось.

Поэтому некоторые предпочитают ставить УЗИП сразу после вводного автомата. Чтобы при срабатывании отключалось напряжение во всем доме.

Однако и здесь есть свои подводные камни и правила. Защитный автоматический выключатель не может быть любого номинала, а выбирается согласно марки применяемого УЗИП. Вот таблица рекомендаций по выбору автоматов монтируемых перед устройствами защиты от импульсных перенапряжений:

Если вы думаете, что чем меньше по номиналу автомат будет установлен, тем надежнее будет защита, вы ошибаетесь. Импульсный ток и скачок напряжения могут быть такой величины, что они приведут к срабатыванию выключателя, еще до момента, когда УЗИП отработает.

И соответственно вы опять останетесь без защиты. Поэтому выбирайте всю защитную аппаратуру с умом и по правилам. УЗИП это тихая, но весьма своевременная защита от опасного электричества, которое включается в работу мгновенно.

Ошибки при подключении

1Самая распространенная ошибка — это установка УЗИП в электрощитовую с плохим контуром заземления.

Толку от такой защиты не будет никакого. И первое же “удачное” попадание молнии, сожгет вам как все приборы, так и саму защиту.

2Не правильное подключение исходя из системы заземления.

Проверяйте техдокументацию УЗИП и проконсультируйтесь с опытным электриком ответственным за электрохозяйство, который должен быть в курсе какая система заземления используется в вашем доме.

3Использование УЗИП не соответствующего класса.

Как уже говорилось выше, есть 3 класса импульсных защитных устройств и все они должны применяться и устанавливаться в своих щитовых.

Статьи по теме

Защита от перенапряжения электронных схем

Защита от перенапряжения электронных устройств

Защита от перенапряжения электронных схем — если пройтись по радио-рынкам, то там можно увидеть огромное количество всевозможных устройств защищающих бытовые приборы от бросков сетевого напряжения.

Эффективное быстродействие

Увы, большинство из них имеют существенный недостаток, а именно: незначительное по быстроте срабатывание, особенно если коммутация выполняется через электромагнитное реле. Помимо этого, нет функции мягкого включения, после того, как сработала система защиты от резкого перепада напряжения. А вот как раз такие нюансы очень полезны, в особенности это актуально для импульсных источников питания установленных в приборах бытовой технике.

Здесь мы предлагаем к повторению рабочую схему прибора защиты, которое не имеет выше перечисленных недоработок и обладает высоким быстродействием. Принцип ее работы такой: при увеличении напряжения свыше указанных значений (минимальный порог устанавливается подстроечным резистором R4, а максимальный — подстроечным сопротивлением R6) включается легендарный прибор установки интервалов времени NE555P, это одна из самых популярных интегральных микросхем.

Принцип работы защиты

Далее, на третьем выводе таймера создается малый уровень напряжения, светодиод зеленого свечения VD6 начинает погасать, симметричный тиристор (симистор) ТС106, рассчитанный на 10А 600В, разъединяет нагрузку. Малый уровень на седьмом выводе NE555P NE555P дает команду счетчику выполненному на микросхеме К176ИЕ5.

И тот, в свою очередь начинает работать, по существу выполняя действия дублирующего счетчика времени, то-есть формирует задержку включения нагрузки на определенное время. Длительность задержки определяется значением цепи R14 — C6, указанные в схеме номиналы этой цепочки, определяют задержку в пределах четырех минут.

По истечении четырех минут через дифференциальный тракт С5 R15 и Т2 появляется мгновенный импульсный сигнал, дающий команду сброса таймеру NE555P. И в случае нормализации сетевого напряжения, на третьем выводе таймера появится высокое значение уровня.

При этом начнет светится зеленый светодиод, а симметричный тиристор ТС106 включится и соединит цепь с нагрузкой. В случае сохранения нестабильного сетевого напряжения, через четыре минуты весь цикл повторится. Такое действие будет происходить до того момента, пока напряжение электросети не придет в норму.

Простота в сборке и наладке

Светодиод красного свечения VD7 сигнализирует о начале работы таймера на микросхеме К176ИЕ5. Если нет никаких проблем, то он будет мигать в промежутке двух-трех секунд.

Что касается комплектующих для этой схемы, то защита от перенапряжения специальных требований не имеет, разве, что некоторые исключения: постоянный резистор R2 должен выдерживать мощность не менее 1 Вт, емкость C3 должна иметь наименьший ток утечки. Симисторный оптрон VD9 МОС 3022, в случае необходимости можно заменять на МОС 3020-3062. Емкость С1 должна быть с рабочим напряжением 400v или более.

С помощью симистора ТС-106 можно подключать нагрузку рассчитанную на рабочий ток 10А, естественно ТС106 должен быть установлен на подходящем теплоотводе. При необходимости увеличения рабочего ток для модуля защиты, то в таком случае нужно увеличить и мощность симистора, можно поставить больший по мощности ТС132.

Приведенная здесь схема защиты от перенапряжения, способна работать в круглосуточном режиме без каких либо проблем. Единственное, что ей не нравится, так это короткого замыкания в нагрузке. При начальном включении устройства через схему защиты, нагрузка будет подключена по прошествии четырех минут, а потом уже все будет работать на автомате.

Защита микросхем от ESD и перенапряжений

   Выводы интегральных микросхем, предназначенные для подключения к внешним цепям или периферийным устройствам, подвержены риску воздействия электростатических разрядов.  

   Электростатический разряд (electrostatic discharge — ESD) представляет собой передачу энергии между двумя телами с разными электростатическими потенциалами. Он может происходить как в результате прямого контакта, так и в результате пробоя атмосферы между телами. 

   Разряд вызывает протекание импульса тока через внутренние цепи микросхемы и может приводить к ее частичному или полному повреждению. 

   Для защиты микросхем от электростатического разряда применяют дополнительные электронные компоненты – резисторы, диоды, стабилитроны, TVS диоды или супрессоры, буферные микросхемы. Данная статья представляет собой краткий обзор этих компонентов и схем на их основе. 

   Самая простая схема защиты от электростатического электричества представляет собой резистор, включенный между источником заряда и выводом интегральной микросхемы. 

   Последовательное сопротивление вместе с паразитной емкостью входа микросхемы (а также емкостью монтажа) образует низкочастотный пассивный фильтр. Этот фильтр будет подавлять высокочастотную составляющую электростатического разряда, в которой сосредоточена большая часть его энергии. Кроме того резистор будет ограничивать  ток,  протекающий через внутренние защитные цепи микросхемы вследствие разряда.

 

R1 – защитный резистор 50 – 200 Ом; D1, D2 – внутренние защитные диоды;  C1 – паразитная емкость входа ~ 5 – 10 пФ

 

   Чем выше значение сопротивления защитного резистора, тем лучшую защиту от ESD он будет обеспечивать. Естественно с ростом сопротивления резистора частота среза НЧ фильтра на входе микросхемы будет уменьшаться. Это нужно учитывать, если данный вход используется для ввода высокочастотного сигнала. 

   

   Многие интегральные микросхемы имеют встроенные защитные диоды.  Как правило, эти диоды не рассчитаны на большие значения тока и имеют недостаточное быстродействие. Например, встроенные защитные диоды микроконтроллеров AVR выдерживают ток всего лишь в единицы миллиампер. 

   Перед тем как принять решение, требуется ли дополнительная схема защиты или можно ограничиться встроенной,  внимательно изучите спецификацию на микросхему. Хотя данных на диоды  или выдерживаемое напряжение разряда в спецификации может и не быть. 

   Схема на диодах будет ограничивать входное напряжение в пределах от – Vd до Vcc + Vd, где Vd – падение напряжения на диоде в прямом направлении. Ток разряда будет проходить или через верхний или через нижний диод, и «поглощаться» фильтрующими конденсаторами,  источником питания и самими диодами. Иногда для дополнительной защиты между плюсом питания и «землей» подключают стабилитрон или TVS диод (D3 на схеме). 

   Если вход микросхемы используется для ввода высокочастотного сигнала, следует принимать во внимание тот факт, что  диоды вносят дополнительную паразитную емкость. Величину паразитной емкости можно  найти в спецификации на элемент.

 

   Для защиты входов микросхем производители полупроводниковых компонентов выпускают специальные диодные сборки, в которых содержится сразу несколько диодов.
   
   Традиционно стабилитрон применяется для получения стабилизированного (опорного) напряжения, но его также можно использовать для защиты входов интегральных микросхем от ESD, подключив между выводом микросхемы и «нулем» питания. Такая схема будет ограничивать  напряжение на входе микросхемы в пределах от –Vd до Vs, где Vd – падение напряжения на стабилитроне в прямом направлении, а Vs – номинальное напряжение стабилизации. 

  Чтобы стабилитрон не оказывал влияние на работу схемы в штатном режиме, номинальное напряжение стабилизации  должно быть выше напряжения входного сигнала. 

   Стабилитроны имеют большую емкость (десятки пФ) и поэтому плохо подходят для защиты высокоскоростных линий.  

 

   TVS (transient voltage supressor)  диод – это полупроводниковый компонент, предназначенный   для ограничения выбросов напряжений, амплитуда которых превосходит напряжение лавинного пробоя диода.

   В нормальных условиях TVS диод находится в высокоимпедансном состоянии. Когда напряжение на диоде превышает рабочее, импеданс диода понижается, и ток разряда начинает течь через него. При понижении напряжения на TVS диоде он снова возвращается в высокоимпедансное состояние. 

   Вольтамперная характеристика TVS диода аналогична характеристике стабилитрона, поэтому их иногда путают друг с другом. На самом деле это разные приборы. TVS диоды были разработаны специально для защиты цепей от импульсов перенапряжения, в то время как стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения и не рассчитаны выдерживать значительные импульсы  тока . 

  TVS диоды имеют высокое быстродействие, низкое рабочее напряжение и маленькую емкость, что делает их идеальными компонентами для защиты полупроводниковых компонентов от электростатического разряда.

   

   Еще один вариант защиты входов/выходов интегральных микросхем от электростатического разряда — это использование буферных микросхем. Например, изображенный на схеме двунаправленный буфер 74ACTh345 согласно своей спецификации способен выдерживать электростатические разряды от 200 до 2000 вольт в зависимости от используемой модели разряда.