5. Защита электронных устройств от перенапряжения
Для защиты радиоэлектронного оборудования традиционно применяют плавкие предохранители. Обычно в них используют тонкие неизолированные проводники калиброванного сечения, рассчитанные на заданный ток перегорания. Наиболее надежно эти приспособления работают в цепях переменного тока повышенного напряжения. С понижением рабочего напряжения эффективность их применения снижается. Обусловлено это тем, что при перегорании тонкой проволоки в цепи переменного тока возникает дуга, распыляющая проводник. Предельным напряжением, при котором может возникнуть такая дуга, считается напряжение 30…35 6. При низковольтном питании происходит просто плавление проводника. Процесс этот занимает более продолжительное время, что в ряде случаев не спасает современные полупроводниковые приборы от повреждения.
Тем не менее, плавкие предохранители и поныне широко используют в низковольтных цепях постоянного тока, там, где от них не требуется повышенное быстродействие.
Там, где плавкие предохранители не могут эффективно решить задачу защиты радиоэлектронного оборудования и приборов от токовых перегрузок, их можно с успехом использовать в схемах защиты электронных устройств от перенапряжения.
Метод защиты аппаратуры от перенапряжения за счет принудительного пережигания предохранителя, конечно, не является идеальным, но получил достаточно широкое распространение благодаря своей простоте и надежности. При использовании этого метода и выбора оптимального варианта защиты стоит учитывать, насколько быстродействующим должен быть автомат защиты, стоит ли пережигать предохранитель при кратковременных бросках напряжения или ввести элемент задержки срабатывания. Желательно также ввести в схему индикацию факта перегорания предохранителя.
Рис. 4.1. Простейшая защита от перенапряжения
Рис. 4.2. Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения
Усовершенствованная схема защиты нагрузки от превышения напряжения, дополненная резистором и конденсатором [4.2], показана на рис. 4.2. Резистор ограничивает предельный ток через стабилитрон и управляющий переход тиристора, конденсатор снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения.
напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле [4.3].
При правильной полярности и номинальном напряжении питания диод VD1 и тиристор VS1 закрыты, и ток через предохранитель FU1 поступает на выход устройства.
Рис. 4.3. Схема защиты радиоаппаратуры с индикацией аварии
Если полярность обратная, то диод VD1 открывается, и сгорает предохранитель FU1. Лампа EL1 загорается, сигнализируя об аварийном подключении.
При правильной полярности, но входном напряжении, превышающем установленный уровень, задаваемый стабилитронами VD2 и VD3 (в данном случае — 16 Б), тиристор VS1 открывается и замыкает цепь накоротко, что вызывает перегорание предохранителя и зажигание аварийной лампы EL1.
Элементы ГТЛ-логики обычно работоспособны в узком диапазоне питающих напряжений (4,5…5,5 Б). Если аварийное снижение питающего напряжения не столь опасно для «здоровья» микросхем, то повышение этого напряжения совершенно недопустимо, поскольку может привести к повреждению всех микросхем устройства.
На рис. 4.4 приведена простая и довольно эффективная схема защиты 7777-устройств от перенапряжения, опубликованная в болгарском журнале [4.4]. Способ защиты предельно прост: как только питающее напряжение превысит рекомендуемый уровень всего на 5% (т.е. достигнет величины 5,25 Б) сработает пороговое устройство и включится тиристор. Через него начинает протекать ток короткого замыкания, который пережигает плавкий предохранитель FU1. Разумеется, в качестве предохранителя нельзя использовать суррогатные предохранители, поскольку в таком случае может выйти из строя блок питания, защищающий схему тиристор, а затем и защищаемые микросхемы.
Рис. 4.4. Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения
Рис. 4.5. Схема устройства защиты от перенапряжения, работающего на переменном и постоянном токе
Схема устройства, которое в случае аварии в электросети защитит телевизор, видеомагнитофон, холодильник и т.д. от перенапряжения, приведена на рис. 4.5 [4.5].
Напряжение срабатывания защиты определяется падением напряжения на составном стабилитроне VD5+VD6 и составляет 270 Б.
Конденсаторы С1 и С2 образуют совместно с резистором R1 RC-цепочку, которая препятствует срабатыванию устройства при импульсных выбросах в сети.
Рис. 4.6. Схема релейного устройства защиты от перенапряжения с самоблокировкой
Устройство защиты от перенапряжения (рис. 4.6) выгодно отличается от предыдущих тем, что в нем не происходит необратимого повреждения элемента защиты [4.6]. Вместо этого при напряжении свыше 14,1 В пробивается цепочка стабилитронов VD1 — VD3, включается и самоблокируется тиристор VS1, срабатывает реле К1 и своими контактами отключает цепь нагрузки.
Восстановить исходное состояние устройства защиты можно только после вмешательства оператора — для этого следует нажать на кнопку SB1. Устройство также переходит в рабочий ждущий режим после кратковременного отключения источника питания. К числу недостатков данного устройства защиты относится его высокая чувствительность к кратковременным перенапряжениям.
Рис. 4.7. Схема полупроводникового реле защиты нагрузки от перенапряжения
При возрастании напряжения на выходе устройства выше определенной величины через стабилитрон начинает протекать ток, который приводит к открыванию тиристора. Транзистор VT1 при этом закрывается, и напряжение на выходе устройства становится близко к нулю. Отключить защиту можно только отключением источника питания.
Описанное устройство должно включаться в выходную цепь стабилизаторов так, чтобы сигнал обратной связи подавался из цепи, расположенной за системой защиты. При номинальном выходном напряжении 12 В и токе 1 А в устройстве можно применить транзистор КТ802А, тиристор КУ201А — КУ201К, стабилитрон — Д814Б. Сопротивление резистора R1 должно быть 39 Ом (мощность рассеивания при отсутствии системы автоматики, отключающей стабилизатор от сети, составляет 10 Вт), R2 — 200 Ом, R3 — 1 кОм.
Простая схема защиты от перенапряжения и переполюсовки
Допустим, у вас есть некое устройство, питаемое от внешнего аккумулятора. Для определенности скажем, от это LiIon или LiPo, часто используемые в квадракоптерах. При питании от внешнего источника всегда есть неплохие шансы сжечь устройство. Самый простой способ это сделать — перепутать полярность. Еще можно запитать устройство от блока питания и, случайно крутанув ручку, превысить допустимое напряжение. Давайте рассмотрим классическую схему, защищающую от таких ошибок при помощи компонентов общей стоимостью менее 5$.
Вот эти компоненты:
Компоненты были выбраны в предположении, что устройство может потреблять до 25 А тока. Если ваше устройство потребляет меньше, можно обойтись аналогичными компонентами, рассчитанными на меньший ток. Они обойдутся вам дешевле.
Схема защиты:
При нормальном питании устройства положенными 12-ю вольтами стабилитрон D1 имеет высокое сопротивление. Управляющий электрод тиристора D2 притянут к земле через резистор R1. Тиристор находится в закрытом состоянии. Диод D3 также закрыт, поскольку к нему приложено обратное напряжение. В итоге нагрузка получает питание.
Если напряжение питания превышает напряжение пробоя стабилитрона, ток через стабилитрон резко возрастает. Тиристор переходит в открытое состояние. Фактически, происходит короткое замыкание. В результате предохранитель перегорает и цепь размыкается. При нарушении полярности питания к диоду D3 прикладывается прямое напряжение и диод становится открыт. Опять-таки, происходит КЗ и сгорает предохранитель. Таким образом, цепь защищается как от перенапряжения, так и от переполюсовки.
Примечание: Как вариант, для защиты от переполюсовки вместо диода можно использовать МОП-транзистор. Этот способ ранее был описан в посте Шпаргалка в картинках по использованию MOSFET’ов.
Интересно, что устройство, собранное по приведенной схеме, можно сделать очень компактным. Вид спереди (без предохранителя):
Вид сзади:
Такую конструкцию можно упаковать в термоусадку и поместить прямо в корпус устройства, если в нем имеется немного свободного места. Предохранитель имеет смысл поместить не в корпус, а снаружи, на кабеле питания. Так будет легче заменять сгоревший предохранитель. Само собой разумеется, можно разместить все компоненты защиты и на кабеле. Если не вскрывать корпус, вы сохраните гарантию на устройство.
Схема была протестирована на стабилизаторе LM7805, светодиоде и резисторе в роли нагрузки, а также лабораторном блоке питания и LiPo аккумуляторе 3S в роли источников питания. Защита продемонстрировала безотказную работу во всех сценариях. В моем случае защита от перенапряжения срабатывала при 15.8 В. При необходимости, защиту можно настроить на любое напряжение, подобрав подходящий стабилитрон.
Такая вот простенькая, но надежная схема. Само собой разумеется, никакого срыва покровов здесь нет, поскольку приведенную схему можно найти в каждой второй книжке по электронике.
Метки: Электроника.
Устройство защиты от перенапряжения своими руками, схема
В статье мы расскажем как собрать самодельное устройство защиты от перенапряжения, объясним принцип работы и покажем схему данного устройства.
Сетевое перенапряжение
Скачок напряжения сети переменного тока может быть определен как мгновенное повышение напряжения, которое обычно может происходить из-за колебаний напряжения. Такие пики напряжения могут сохраняться в течение очень короткого промежутка времени, но все же могут быть смертельно опасными для бытового электрического и электронного оборудования.
Повышение напряжения в соответствии с законом Ома вынудит устройство или подключенную нагрузку потреблять эквивалентную избыточную величину тока за пределами диапазона допуска конкретного гаджета. Таким образом, всплеск, вызванный скачком напряжения, может мгновенно и навсегда повредить ценные приборы.
Обычно электронные устройства, такие как телевизоры, музыкальные системы и т. Д., Как правило, подвержены опасности таких скачков напряжения. Несмотря на то, что они в основном оснащены встроенными системами защиты, такими как стабилизатор / регулятор напряжения SMPS, предохранители и т. Д., Внезапный толчок, вызванный всплеском, возникающим из-за скачка напряжения, может привести к сгоранию критических частей. Также весьма тревожно, что дорогие электромеханические устройства, такие как холодильники, кондиционеры, водяные насосы и т. Д., Подвергаются еще большему риску при таких нарушениях питания. Эти устройства могут быть весьма уязвимы к сбоям напряжения и обычно «не любят» резких изменений входных напряжений и токов. Скачок напряжения не только вызывает ухудшение состояния компонентов машины, но иногда может даже мгновенно обжечь обмотки соответствующего двигателя. Более того, ремонт такого оборудования довольно дорогостоящий, и можно даже предпочесть покупку нового, чем ремонт при высоких затратах. Короче говоря, последствия могут привести к ненужным потерям денег и времени.
На рынке может быть несколько сложных сетевых устройств защиты от перенапряжений; однако вышеупомянутая ситуация может быть эффективно решена даже с помощью очень простой концепции.
Описание цепи
ВНИМАНИЕ: ЦЕПЬ, ПРЕДСТАВЛЕННАЯ ЗДЕСЬ, НАХОДИТСЯ НА ПОТЕНЦИАЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО ДОТРАГИВАТЬСЯ К ПЕРЕКЛЮЧЕННОЙ ПОЗИЦИИ. РЕКОМЕНДУЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДЕРЕВЯННУЮ ПЛАНКУ ПОД ВАШИМИ НОГАМИ. Новички, пожалуйста, держитесь подальше.
Мы знаем, что свойство металлического железа проводить электричество не очень хорошее по сравнению с некоторыми другими электрическими проводниками, такими как алюминий и медь.
Теперь, если мы пойдем по закону Ома, мы обнаружим, что сопротивление проводника и тока, проходящего через него, прямо пропорционально приложенному напряжению, подразумевается, что по мере увеличения напряжения ток также увеличивается, а в случае железа в качестве проводника — увеличение тока через это заставило бы его действовать пропорциональное количество растущего сопротивления против него. Это противоположное сопротивление железа поможет устранить опасные всплески внезапных колебаний напряжения.
Давайте подробно разберемся в схеме и в ее деталях.
Обращаясь к схеме, C1, R1, D1, D2 и D3 вместе образуют твердотельный источник питания без трансформатора. D1 и D2 эффективно удаляют переходные напряжения входного напряжения, создавая безопасное напряжение для предыдущих электронных компонентов. C2 делает все остальное, отфильтровывая любые остаточные помехи переменного тока.
Вышеупомянутое напряжение подается в цепь, в основном включающую транзисторы T1, T2 и симистор TR1 в качестве активных компонентов.
Предварительная установка P1 регулируется таким образом, что T1 просто начинает проводить с пороговым значением напряжения (DC), которое может быть эквивалентным приложенному сетевому переменному току. Например, предположим, что при нормальном напряжении вход постоянного тока в Т1 составляет около 9 вольт, увеличение на 25% сети переменного тока приведет к увеличению потенциала постоянного тока пропорционально примерно до 11,25. Таким образом, здесь P1 можно установить так, чтобы T1 просто проводил на этом пороге.
Обычно, пока T1 выключен, T2 остается включенным и подает требуемое напряжение затвора на симистор TR1. В течение этого времени сетевое напряжение к приборам подается через TR1, и оно получает полное нормальное входное напряжение без каких-либо ограничений, R5 остается неактивным.
Если случайно входной сигнал выходит за пределы установленного порога, как объяснено выше, T1 проводит, T2 выключается и симистор так же выключается, отключая нормальное неограниченное электропитание переменного тока для нагрузки или приборов. Однако в этот момент происходит интересная вещь: нагрузку начинает получать переменный ток через R5, который является резистором низкого значения, состоящим из железной катушки.
Внедрение R5 мгновенно устраняет опасно растущее напряжение, гарантируя, что приборы не будут повреждены. Также переход плавный, безопасный и без перерывов.
В соответствии с максимальной нагрузкой на дом, R5 должен иметь соответствующие размеры.
Эта простая и недорогая конструкция цепи сетевого фильтра очень эффективна, безопасна, проста в сборке и поэтому должна быть встроена в каждый дом.
Защита от перенапряжения сети 🔌 220в, 380в и скачков напряжения для дома и квартиры
Современная жизнь приводит к появлению все большего количества сложной бытовой техники, оборудования и электроники в наших домах и квартирах. При этом качество электроснабжения желает быть лучшим по различным причинам. С другой стороны, промышленность предлагает целый ряд электротехнических приборов, позволяющих решать обозначенные проблемы своими руками в собственном жилье. Давайте познакомимся с ними и сделаем свой выбор.
Виды скачков напряжения в сети электроснабжения
Трудно выбрать правильную систему защиты от перепадов напряжения, не зная их природу и характер. При этом все они имеют природный или техногенный характер:
- Зачастую напряжение в сети становится стабильно низким. Причина – перегрузка устаревшей линии электропередачи (ЛЭП), например, в результате массового подключения электронагревателей или кондиционеров в соответствующий сезон.
- В этих же условиях напряжение может оказаться завышенным длительное время при недостаточной нагрузке.
- Возможна ситуация, когда при стабильном общем уровне питания в линии электроснабжения появляются импульсы и скачки высокого напряжения. Причиной бывает работа сварочного аппарата, мощного электроинструмента, технологического оборудования или некачественного контакта в ЛЭП.
- Довольно неприятной неожиданностью является обрыв нулевого провода в сети 380 В питающей подстанции. В результате различной нагрузки по трем фазам возникает перекос напряжения, то есть на Вашей линии оно окажется слишком низким или завышенным.
- Удар молнии в ЛЭП вызывает огромный скачок перенапряжения, что приводит к выходу из строя и бытовой техники, и внутренней проводки зданий, что приводит к пожару.
Как защищают бытовую технику пробки и автоматы
Долгое время в наших домах и квартирах универсальным средством обороны от перечисленных выше неприятностей оставались плавкие предохранители под названием пробки. На смену им пришли современные автоматические выключатели (автоматы), и бесшабашный народ перестал ставить «жучки», восстанавливая сгоревшие пробки. Сегодня во многих квартирах автоматические выключатели остаются практически единственным средством защиты от проблем в домашней электросети.
Во время работы автоматический выключатель срабатывает, когда протекающий через него ток превышает значение, указанное на его корпусе. Это позволяет защитить электропроводку от перегрева, короткого замыкания и возгорания в случае перегрузки. При этом перенапряжение успевает вывести из строя электронику, а при коротком скачке автомат даже не сработает.
Таким образом, мощный импульс, вызванный ударом молнии, проходит через автоматический выключатель и может пробить проводку с перечисленными последствиями.
Иными словами, от повышенного напряжения и его скачков или перепадов автомат не спасает.
Зачем в домашней сети подключают УЗИП
Специально для организации системы защиты от ударов молнии и возникающих при этом импульсов перенапряжения разработаны УЗИП – устройства защиты от импульсных помех. Отметим, что ЛЭП имеют определенные средства компенсации ударов молнии. Также в блоках питания современных электронных устройств имеются УЗИП класса III.
Однако этого недостаточно, если Вы живете в частном доме, запитанном от воздушной линии электропередачи. Методика выбора и подключения УЗИП приводится в статье «Устройство защиты от импульсных грозовых перенапряжений, схема подключения». В любом случае для защиты от молнии поможет громоотвод, о котором рассказано в статье «Как правильно сделать громоотвод и молниезащиту в частном доме своими руками».
Функции УЗО в схеме электроснабжения дома
В схеме электроснабжения современного дома обязательно присутствует УЗО – устройство защитного отключения. Его основное предназначение – защита людей от удара электрическим током, а также защита электропроводки от пробоя и утечки, что может привести к пожару. Методика выбора и подключения УЗО приводится в специальной статье.
Несомненно, если в Вашем доме еще не установлено УЗО, это нужно обязательно сделать. При этом от перепадов напряжения устройство защитного отключения спасает лишь в некоторой степени и косвенным образом.
Защита электроприборов с помощью стабилизатора напряжения
Электрический стабилизатор — это прибор, который поддерживает на выходе стабильное напряжение при его изменении на входе в допустимых пределах. Прибор может иметь различную мощность и обеспечивать стабильное электропитание всего дома, либо отдельных потребителей.
Стабилизатор прекрасно справляется с коррекцией медленно меняющегося пониженного или повышенного напряжения. В зависимости от принципа работы он компенсирует резкие скачки или импульсы перенапряжения в разной степени.
В современных агрегатах имеется функция отключения подачи питания, когда его уровень в сети принимает предельные значения. После возвращения входного напряжения к допустимой величине электроснабжение восстанавливается.
При этом прибор не защищает от грозового перенапряжения.
Из рассмотренных нами устройств стабилизатор является наиболее дорогим. Читайте статью «Как правильно выбрать бытовой стабилизатор напряжения 220в для дачи и частного дома».Альтернативный вариант — реле контроля напряжения в сети
Бюджетной альтернативой стабилизатору является реле контроля напряжения, которое выполняет оговоренную нами функцию отключения электропитания при выходе напряжения в сети за допустимые пределы. В зависимости от исполнения, устройство срабатывает при перенапряжении, либо контролирует и его нижний уровень.
Существуют модификации реле, которые восстанавливают питание автоматически при его возвращении к допустимым пределам, или это нужно делать вручную. Наиболее совершенные устройства предоставляют возможность установки уровней напряжения, при которых наступает отключение потребителей и времени задержки при возвращении питания. Например, холодильник нельзя включать в сеть повторно в течение пяти минут, чтобы не повредить компрессор. Именно такое значение можно задать на реле.
При этом реле не обеспечивает стабильное напряжение, не компенсирует импульсные скачки и не защищает от грозового перенапряжения. Иными словами, такой способ защиты подходит в ситуации, когда напряжение в сети нормальное, но возможны его редкие и значительные отклонения, в том числе, в результате аварии в сети электроснабжения.
Существуют варианты исполнения для защиты отдельных потребителей в виде удлинителя или моноблока с вилкой и розеткой. Эти устройства рассчитаны на ток нагрузки 6-16А. Аналогичные приборы в модульном исполнении монтируются на электрощите.
Реле модульного типа может иметь на выходе переключающую группу контактов, нормально разомкнутые контакты, а также две отдельные группы нормально разомкнутых или нормально замкнутых контактов. Это позволяет реализовать разные варианты управления питанием потребителей.
Электромонтаж реле напряжения модульного типа можно выполнить по вышеприведенной иллюстрации. В любом случае устройство подключается после входного автомата. Нулевой провод подсоединяется к клемме N, а провода фазы — к нормально разомкнутым контактам реле.
Для защиты более дорогого устройства его номинальный рабочий ток выбирается на ступень выше, чем значение, указанное на корпусе входного автомата. Например, если перед реле установлен автомат на 40А, выбирают прибор с номинальным значением 50А.
Если устройство с необходимым значением рабочего тока отсутствует, либо стоит слишком дорого, его можно заменить реле напряжения с минимальным параметром нагрузки. При этом к его выходу подключается контактор необходимой мощности или пускатель, который подает напряжение на потребители.
Электромонтаж реле напряжения в паре с контактором приведен на схеме. В данном примере собственно реле напряжения подключается также после входного автомата, счетчика и УЗО. Провод фазы с выходного контакта реле подключается к клемме управляющей обмотки контактора, а к ее второй клемме подсоединяется нулевой провод (выступающая часть корпуса). На выходные клеммы контактора (дальняя часть корпуса) сверху подаются фаза питания и ноль, а снизу подключаются провода фазы и нуля потребителей.
При наличии нормального уровня напряжения в сети реле контроля замыкает выходные контакты и подает питание на обмотку контактора. Он, в свою очередь, замыкает выходные контакты и подает питание потребителям. При отсутствии напряжения в сети или выходе его за допустимые пределы цепи последовательно разрываются и питание нагрузки отключается.
В ряде случаев удобно использовать несколько реле напряжения для разных типов потребителей. При этом для наиболее дорогих электронных потребителей, как, например, компьютеры, можно задать с помощью соответствующего реле допустимый диапазон входного питания в пределах 200-230В.
Бытовым электроприборам с электродвигателями, как, например, холодильник или стиральная машина, можно установить диапазон напряжения 185-235В. Потребители типа утюга, обогревателя или водонагревателя могут питаться напряжением 175-245В. Внутренние таймеры реле можно настроить на разное время задержки возобновления питания.
Как работает реле контроля фаз в сети 380В
В сети 380В может быть установлено трехфазное реле напряжения. Это имеет смысл, если в доме имеется оборудование с трехфазным питанием.
В этом случае реле срабатывает при отклонении напряжения на любой фазе и отключает нагрузку по всем трем линиям. При отсутствии потребителей с питанием 380В удобнее и дешевле подключить три отдельных реле напряжения. В этом случае мы получаем три группы потребителей 220В, для которых могут быть установлены различные предельные значения напряжения и время задержки.
От чего защищает ИПБ
Основная задача источника бесперебойного питания (ИПБ) – обеспечение потребителей электроэнергией при отсутствии напряжения в сети. Наиболее часто этот прибор используют для питания компьютеров. Хотя ИПБ обеспечивает напряжение 220 вольт непродолжительное время, имеется возможность сохранить информацию и выключить компьютер. Актуально применение источника бесперебойного питания при использовании малогабаритной электростанции для беспрерывной подачи энергии в момент ее запуска.
Очевидно, что применение ИПБ функционально, если в сети электроснабжения дома установлено реле напряжения. При использовании аккумулятора достаточной емкости к источнику бесперебойного питания может быть подключен газовый котел. Аккумулятора на 60 АЧ хватит для обеспечения напряжением котла мощностью 160Вт примерно в течение суток.
ИПБ с двойным преобразованием работает при изменении напряжения на входе в широких пределах, однако стоит очень дорого.
Вероятно, в большинстве случаев, в бытовых целях практичнее использовать одновременно недорогой источник бесперебойного питания и стабилизатор или реле напряжения.
Чем поможет сетевой фильтр
Чаще всего бытовые сетевые фильтры выполнены в виде удлинителя. Таким образом, к нему может быть подключено сразу несколько единиц бытовой техники. Фильтры отличаются количеством розеток и длиной кабеля. Обычно устройство снабжается собственным выключателем с индикацией подачи питания. Фильтр может иметь индивидуальные выключатели питания для каждой розетки.
Ряд моделей имеют защиту от короткого замыкания и перегрузки. Общий ток нагрузки устройств такого рода не превышает 6-16А. Собственно фильтр таких устройств состоит из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности. Таким образом, обеспечивается защита электроники от маломощных и коротких импульсов помех. Последние могут создаваться, в том числе, бытовой техникой, подключенной в домашней сети.
Заметим, что блоки питания большинства современных электронных приборов уже имеют аналогичные схемы в своем составе. Иными словами, подобные сетевые фильтры можно рассматривать как удлинители с дополнительной фильтрацией и сервисными возможностями.
Система защиты от скачков напряжения своими руками
Ознакомившись с вышеизложенной информацией, Вы сможете подобрать систему с защиты домашней сети от нестабильности напряжения разного рода. При этом важно правильно оценить характер угрозы. В зависимости от обстоятельств может быть обеспечена защита от скачков напряжения как всей сетевой проводки в доме, так и отдельных приборов. В статье «Как выбрать стабилизатор для защиты холодильника от перепадов и скачков напряжения 220в» мы рассказываем о том, как можно сделать импровизированный стабилизатор для холодильника своими руками.
Поделитесь с друьями!
СХЕМА УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
СХЕМА УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
Продолжение темы самодельных устройств защиты аппаратуры от превышения сетевого напряжения. Предлагаю очередную испытанную схему защитного устройства. Простота данной конструкции обусловлена тем, что отключение нагрузки происходит только в случае превышения сетевого напряжения выше заданного значения. Для того, чтобы автомат отключал приборы и при понижении напряжения сети, есть более сложные схемы. Но считаю, что низкое сетевое напряжение не приносит столько проблем, сколько высокое, поэтому можно не усложнять конструкцию и реализовать её на одном транзисторе и симисторе. Схема из журнала радиолюбитель.
В данной схеме выключение сети производится симистором. Отпирание симистора производится транзистором, подающим на управляющий электрод отрицательное относительно катода напряжение. Резистор R5 ограничивает ток управления, облегчая режим работы транзистора. В качестве источника опорного и управляющего напряжений используется параметрический стабилизатор, образованный элементами VD1, R1,C1, дополненный однополупериодным выпрямителем на диоде VD2. С этого выпрямителя снимается нестабилизированное однополярное напряжение, используемое для управления транзистором при изменениях напряжения сети. При нормальном напряжении сети, напряжение на делителе R2-R4-C2 и, соответственно, на базе транзистора ниже, чем стабилизированное напряжение на эмиттере. Соответственно, транзистор открыт, и симистор пропускает напряжение фазы к потребителю.
По мере увеличения напряжения сети, напряжение на резистивном делителе возрастает, и в какой-то момент времени становится равным напряжению на эмиттере. Эмиттерный ток транзистора уменьшается до нуля, транзистор и симистор запираются, а напряжение перестаёт поступать к нагрузке. Для более резкого переключения, в схеме присутствует цепь положительной обратной связи R3, VD3, R6. Ток, протекающий через нее при запирании симистора, суммируется с током резистора R2, дополнительно повышая напряжение на делителе R2-R4-C2, обеспечивая тем самым более надежное выключение транзистора.
Устройство защиты собирал навесным монтажом. Резистор R2 определяет напряжение отключения нагрузки: чем больше номинал — тем выше напряжение. Резистор R3 определяет напряжение гистерезиса: чем меньше номинал — тем шире разброс между напряжениями включения и выключения. Номинал резистора R5 необходимо уменьшать в случае неустойчивого включения симистора. Симистор устанавливается на теплоотвод площадью 100 см2. В качестве него можно использовать симистор с рабочим напряжением более 400 В и током порядка 10 А (ТС106-10-5, ТС112-10-5, ТС125-10-5). В качестве транзистора подойдет любой n-p-n транзистор с током коллектора более 0.1 А. Диоды VD2, VD3 — низкочастотные выпрямительные диоды с обратным напряжением 400 В.
В устройстве можно использовать и более мощные симисторы с рабочими токами до 50 А. При этом следует вдвое уменьшить сопротивления резисторов R1 и R5, соответственно увеличив мощность R1 до 20 Вт, и заменить транзистор на мощнее, с током коллектора более 0.3 А. Настройку устройства защиты аппаратуры можно проводить с помощью аналога автотрансформатора.
Если чего не понятно — вопросы задавайте на ФОРУМЕ Схемы блоков питания
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ
Рекомендуется собрать несложное устройство защиты от перенапряжения, позволяющее обезопасить работу низковольтных схем. Мы рассмотрим простые схемы защиты нагрузки от повышенного напряжения, которое может появиться на выходе блока питания при его неисправности. Первая схема построена на тиристоре.
При номинальном напряжении питания стабилитрон VD1 заперт. Соответственно, в непроводящем (выключенном) состоянии находится и тиристор VS1. Как только входное напряжение превысит уро¬вень, определяемый напряжением «пробоя» стабилитрона VD1, он отпирается и открывает тиристор VS1. Тот закорачивает шины питания, и за счет этого перегорает предохранитель FU1. Тогда пьезоизлучатель со встроенным генератором НА1 начинает сигнализировать об аварии. Соглашаясь с автором по принципу работы основной схемы, хочу высказать свои сомнения по поводу индикации. Ток через пьезоизлучатель НА1 носит импульсный характер, т.е. периодически существуют моменты, когда ток в цепи НА1 ничтожно мал, поскольку внутренний генератор НА1 выполнен на МОП-транзисторах. У тиристоров есть такой параметр, как минимальный ток удержания. Если ток через открытый тиристор становится меньше некоторого значения, тиристор закрывается (переходит в непроводящее состояние). Естественно, чем мощнее используется тиристор, тем больший ток удержания он имеет. Экспериментально проверено, что указанные на рис.1 тиристоры типа КУ202 не могут обеспечить работу пьезоизлучателя НА1 типа КР1-4332-12 (и аналогичных) в схеме. После перегорания предохранителя FU1 тиристор VS1 запирается. Но выход прост: достаточно зашунтировать излучатель НА1 резистором, как это изображено на рис.3.
По сравнению с базовой схемой (рис.1) количество элементов не изменилось, просто резистор R1 перенесен в другую цепь. Шунтирование входа блока защиты резистором, как это было сделано, вряд ли оправдано. Схеме на рис.2 присущ аналогичный недостаток. При срабатывании защиты и перегорании предохранителя FU1 относительно большое сопротивление излучателя НА1, включаемое последовательно со стабилитроном VD1, приводит к размыканию «контактов» 4-6 оптореле VU1. Повторного включения светодиода оптореле не произойдет, а излучатель НА1 не будет подавать звуковых сигналов. Выход из положения — изменить включение резистора R1, как это сделано на рис.4.
При исправном предохранителе FU1 R1 практически не влияет на работу схемы. Но как только перегорит предохранитель, ток излучателя НА1 и светодиода HL1 будет протекать именно через этот резистор. Индикаторный светодиод HL1 будет светиться только после перегорания предохранителя FU1. Добавленный диод VD2 в обеих схемах исключает протекание тока через нагрузку после перегорания предохранителя. Этот диод в схеме на рис.3 должен выдерживать такой же ток, как и использованный тиристор VS1, а в схеме на рис.4 может быть маломощным, например, типа КД522. Существенным моментом всех схем является выбор типа стабилитрона VD1. Если взять стабилитрон на 15 В, то считая, что для отпирания тиристора VS1 (рис.3) или засветки излучающего светодиода оптопары VU1 (рис.4) необходимо напряжение не менее 1,5 В, получаем выходное напряжение блока питания, при котором срабатывают описанные схемы защиты, не менее 16,5 В. Включение последовательно со стабилитроном VD1 балластного сопротивления еще более повышает порог срабатывания защиты. Поэтому в каждом случае, когда задается напряжение срабатывания защиты, необходимо выбирать соответствующий тип стабилитрона VD1 (с конкретным напряжением стабилизации). Например, если требуется, чтобы защита сработала при напряжении 11… 12 В, необходим стабилитрон с напряжением стабилизации порядка 9,5… 10 В. Это может быть, например, Д814В или аналогичные. Учитывая кратковременность протекания тока через резистор R2 в схеме на рис.3, его допустимая мощность рассеивания может быть значительно снижена.
Не следует забывать, что и тиристоры, и оптореле — очень быстродействующие элементы, чего нельзя сказать о плавких предохранителях. На их пережигание требуется относительно большое время. В зависимости от превышения тока через предохранитель по сравнению с его номинальным, время перегорания плавкой вставки может колебаться от долей секунды до нескольких секунд. Зависимость времени срабатывания предохранителя от силы тока через него — один из основных параметров предохранителя. К сожалению, эта зависимость для большинства типов предохранителей широкой массе радиолюбителей неизвестна. Может получиться так, что предохранитель в схеме защиты перегорит, но за такое время, которого, увы, хватит тиристору или оптореле, чтобы «расстаться с жизнью» (если использовать тиристоры или оптореле без ограничения максимального тока через них). Как выход из положения, на рис.4 показан защитный резистор R3. Его сопротивление определяется, исходя из максимально допустимого тока через защитный элемент (тиристор или оптореле) и максимально допустимого напряжения. Аналогичный резистор стоит предусмотреть и в схеме на рис.3.
Схемы защиты от перенапряжений
Защиту подстанций, вращающихся машин, электродвигателей осуществляют трубчатыми и вентильными разрядниками, которые устанавливаются в различных точках сети и присоединяются к шинам.
При подходе воздушной линии напряжением 3–20 кВ на деревянных опорах устанавливается один комплект трубчатых разрядников FV1на расстоянии 200–300 м от подстанции. Если воздушная линия в грозовой сезон может быть длительно отключена с одной стороны, то на этой стороне линии на концевой опоре устанавливается второй комплект разрядниковFV2(рис. 11.12). Если ВЛ на металлических или железобетонных опорах, то установка трубчатых разрядниковFV1иFV2не требуется. При установленной мощности трансформатора до 630 кВА трубчатые разрядники на подходах ВЛ с деревянными опорами не устанавливаются.
Довольно часто воздушная линия напряжением 3–20 кВ к подстанции присоединяется при помощи кабельной вставки длиной до 50 м. В этом случае в месте присоединения кабеля к воздушной линии устанавливается комплект трубчатых разрядников, а если ВЛ выполнена на деревянных опорах, то на расстоянии 200–300 м от конца кабеля должен устанавливаться второй комплект трубчатых разрядников (рис. 11.13).
При напряжении воздушной линии 35–220 кВ, выполненной на деревянных опорах, на ближайшей к подстанции опоре устанавливается комплект трубчатых разрядников FV1. Если ВЛ в грозовой сезон может быть длительно отключена с одной стороны, то на первой от подстанции опоре с этой стороны должен устанавливаться второй комплект трубчатых разрядниковFV2(рис. 11.14). При сооружении ВЛ на металлических или железобетонных опорах установка трубчатых разрядников не требуется.
Рис. 11.12 Схема установки трубчатых разрядников на ВЛ
Рис. 11.13. Схема установки трубчатых разрядников в случае присоединения подстанции с помощью кабельной вставки
Рис. 11.14 Схема защиты подстанций 35–220 кВ от грозовых перенапряжений при подходе ВЛ на деревянных опорах с установкой тросового молниеотвода
Отсюда и далее
Для защиты подходов подстанции напряжением 35–110 кВ с трансформаторами мощностью до 40 МВ-А, подключенными без выключателей короткими ответвлениями к существующим ВЛ на деревянных опорах без тросов применяются упрощенные схемы молниезащиты (рис. 11.15). На линии по обе стороны от места ответвления(при ответвлении до 150 м) устанавливается по два комплекта трубчатых разрядников (FV1 и FV2). На магистральных линиях в пределах одного пролета подвешивается трос.
При длине ответвления от 150 до 500 м (см. рис. 11.15, б)трос подвешивается на магистральной линии и устанавливаются три комплекта разрядников.
В районах с грозовой активностью менее 60 часов в год для подстанций 35 кВ с двумя трансформаторами мощностью до 1600 кВА или одним той же мощности с резервированием питания нагрузки на низшем напряжении допускается не устанавливать тросовую защиту подхода ВЛ. При отсутствии резервного питания длина защищаемого подхода должна быть не менее 500 м при расстоянии между разрядником и трансформатором не менее 10 м.
Если ВЛ выполнена на металлических, железобетонных или деревянных опорах, а на подходах крепления, гирлянд или штыревые изоляторы заземлены и в начале подхода установлены трубчатые разрядники, то защита подходов при помощи троса не требуется.
Сопротивление заземления трубчатых разрядников на ВЛ с деревянными опорами не должно превышать 10 Ом.
Защита РУ напряжением 6–20 кВ с кабельными вводами от ВЛ выполняется трубчатым разрядником FV2, установленным на опоре с концевой кабельной муфтой, который соединяется с оболочкой кабеля или его броней.
Рис. 11.15 Схема защиты подстанций на ответвлениях:
а – при длине ответвления до 150 м; б – при 150–500м
Защита киосков, столбовых подстанций и РУ 10(6) кВ подстанций 35 кВ с трансформаторами мощностью до 630 кВА обеспечивается вентильными разрядниками, которые устанавливаются на вводе линий или на сборке у трансформаторов.
Защита приключательных пунктов осуществляется трубчатыми разрядниками, устанавливаемыми на каждой подходящей линии.
Грозозащиту подстанций, присоединенных к действующим линиям напряжением 35–110 кВ, допускается выполнять по упрощенным схемам, а при присоединении к вновь сооружаемым воздушным линиям применение упрощенных схем не допускается.
Для защиты от приходящих волн перенапряжения непосредственно на подстанциях устанавливаются вентильные разрядники. Наибольшее допустимое расстояние от разрядника до защищаемого оборудования регламентируется ПУЭ в зависимости от напряжения линий, типа опор и длины защищаемого тросовым молниеотводом подхода ВЛ.
Для вращающихся машин опасность представляет не только амплитуда, но и крутизна фронта волны перенапряжения. Вращающиеся машины (генераторы, синхронные компенсаторы и др.), связанные с ВЛ через трансформаторы, не требуют защиты от атмосферных перенапряжений. Если же потребители питаются генераторным напряжением, то такую защиту выполнять обязательно. Для этого устанавливают по ГОСТ вентильный разрядник первой группы и параллельно ему подключают конденсатор ёмкостью 0,5 мкФ.
При мощности вращающихся машин более 3000 кВт подход ВЛ с железобетонными опорами (рис. 11.16) защищается тросовым молниеотводом длинной не менее 300 м, а в начале подхода устанавливается трубчатый разрядник FV1. На подходе ВЛ с деревянными опорами дополнительно на расстоянии 150 м от начала тросового подхода со стороны линии устанавливается комплект трубчатых разрядников.
Если на вводе установлен реактор, то на расстоянии 100–150 м подход должен быть защищен тросом; в начале подхода устанавливается трубчатый разрядник FV1, а у реактора – вентильныйFV2(рис. 11.17).
При присоединении ВЛ через кабельную
вставку (
м)
и реактор защита от прямых ударов молнии
не требуется. В месте присоединения ВЛ
к кабелю устанавливается комплект
трубчатых разрядников, а перед реактором
– комплект вентильных РВ.
Для электродвигателей до 3000 кВт допускается не применять защиту подходов от прямых ударов молнии тросовыми молниеотводами. При этом на подходе ВЛ устанавливается два комплекта трубчатых разрядников на расстояниях 150 и 250 м от шин подстанции (рис. 11.18, а), а при наличии кабельной вставки перед ней устанавливается дополнительно вентильный разрядник IV группы по ГОСТ (рис. 11.18, 6).
|
| |
Рис. 11.16 Схема защиты от грозовых перенапряжений машин мощностью более 3000 кВт | Рис. 11.17 Схема защиты при наличии реактора на воздушной линии | |
| ||
Рис. 11.18 Схема защиты электродвигателей до 3000 кВт при подходе ВЛ на деревянных опорах (а) и при кабельной вставки (б) | ||
Открытые токопроводы 6–10 кВ, если они присоединены к шинам генераторного напряжения, по всей длине должны защищаться стержневыми молниеотводами, устанавливаемыми в шахматном порядке вдоль трассы по обе стороны токопровода. Иногда используют тросовые. Расстояние между молниеотводами и токоведущими частями токопровода по воздуху должно быть не менее 5 м.
На шинах подстанций с вращающимися машинами и распределительных пунктов, к которым подходит токопровод, защищаемый молниеотводом, устанавливаются вентильные разрядники и защитные емкости, величина которых в зависимости от напряжения (6–20 кВ) колеблется от 0,8 до 0,4 мкФ.
