Захист РЕА від високовольтних імпульсів у мережі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматор-конструктор

 Коментарі до статті

Автори знайомлять з маловідомою більшості читачів проблемою - захистом побутової апаратури від одиночних високовольтних (понад 400 В) імпульсів напруги в мережі живлення 220 В, розповідають про варіанти її реалізації, повідомляють про компоненти захисних пристроїв, що випускаються промисловістю.

Присутність в мережі живлення змінного струму 220 В х 50 Гц імпульсів напруги, що досягають 1000 В і більше, для фахівців не новина. Для широкого кола споживачів електроенергії ці імпульси – відкриття. У статті розглянуті можливості захисту апаратури від імпульсів, що виникають в мережі, тривалістю від десятих часток мікросекунди до одиниць мілісекунд. Більше тривалі викиди напруги - понад півперіоду синусоїди частотою 50 Гц - ліквідуються іншими способами, які тут не освітлені. Причини виникнення зазначених імпульсів різні та описані в літературі, наприклад, [1].

Енергія високовольтних імпульсів в мережі живлення може досягати декількох кілоджоулів. Відомі та широко поширені методи зниження імпульсних перешкод у ланцюгах живлення за допомогою LC- та RC-фільтрів, екранів між обмотками мережевих трансформаторів та інші методи часто не дають необхідного зменшення енергії імпульсів на виводах живлення мікросхем. Зазначено, що до мікросхем реально доходять імпульси з енергією до мілліджуля, цілком здатні вивести апаратуру з ладу.

Інші відомі методи обмеження рівня імпульсів у різних ланцюгах радіоелектронної апаратури, зокрема на розподільчих мережевих електричних щитах, пов'язані з використанням газорозрядних та напівпровідникових приладів. Газорозрядні прилади, у практиці частіше звані розрядниками, не завжди забезпечують необхідний результат через порівняно низьку швидкодію і досить громіздкі.

До напівпровідникових приладів, що широко застосовуються для зменшення імпульсних перешкод, відносять металооксидні варистори, напівпровідникові прилади загального призначення та спеціальні напівпровідникові обмежувачі напруги. Варистор - це резистори з різко нелінійною вольт-амперною характеристикою, їх опір значно зменшується при збільшенні прикладеної напруги. Під напівпровідниковими приладами загального призначення мають на увазі стабілітрони, імпульсні діоди і з бар'єром Шотки, дефензоры.

У спеціальних напівпровідникових обмежувачів напруги, про які далі й йтиметься, вольт-амперна характеристика аналогічна стабілітронній. Їхня основна відмінність від стабілітронів та інших напівпровідникових приладів загального призначення - здатність розсіювати велику імпульсну потужність. Сучасні варистори, незначно поступаючись обмежувачам, що розглядаються за часом спрацьовування, конкурують з ними за технологічністю і вартістю. Однак характеристики параметрів погіршуються на деякий час після впливу кожного імпульсу перешкоди. У напівпровідникових обмежувачів це явище відсутнє. Враховуючи, що для захисту РЕА необхідні прилади з максимальною швидкодією та стабільністю характеристик, саме їм слід віддати перевагу.

Фірма GSI (США) випускала на початку 90-х років понад тисячу різновидів напівпровідникових обмежувачів напруги з максимальною допустимою імпульсною потужністю до 60 кВт і напругою обмеження від 0,7 до 3000 В. В даний час у СНД також виробляють подібні обмежувачі потужністю до 30 на напругу не більше 3...1000 У.

Принцип дії обмежувача полягає у відкритті його закритого pn переходу, якщо прикладена до нього зворотна напруга перевищить пороговий рівень. Інакше висловлюючись, обмежувач поводиться аналогічно стабилитронам, проте тунельно-лавииному процесу у ньому характерно те, що заряди переносять лише основні носії, тому немає небажаного накопичення неосновних носіїв. Цьому переважно і має високу швидкодію обмежувача.

Вольт-амперна характеристика (ВАХ) обмежувача показана на рис. 1. Як і у стабілітрона, вона несиметрична.

Для обмеження імпульсів обох знаків зручно два обмежувачі включити зустрічно-послідовно. ВАХ такої пари симетрична (рис. 2).

Напівпровідникові обмежувачі напруги, що серійно випускаються, зазвичай оцінюють за наступними характеристиками:

• Римп max - максимальна імпульсна допустима потужність розсіювання при заданих формі і коефіцієнті заповнення (К3) імпульсів і температурі навколишнього середовища Токр. імп max при тривалості фронту 1 мкс і К10 менше 3%, із забезпеченням неперевищення допустимої середньої потужності розсіювання кристалом або корпусом приладу;
• Iобр max - зворотний максимальний струм, що протікає при максимальній зворотній напрузі;
• Uобр max - зворотна максимальна напруга, яка не повинна перевищувати робочого значення (обмеження робочої напруги при цьому не повинно відбуватися); значення UобР max зазвичай приймають рівним 0,8 від напруги відкриття приладу;
• Uоткр і Iоткр - напруга і струм відкривання приладу, що відповідають точці перегину робочої гілки вольт-амперної характеристики;
• Uогр. імп - напруга обмеження - імпульсна зворотна напруга при максимальному значенні імпульсного струму обмеження, що залежить від максимальної допустимої імпульсної потужності розсіювання;
• Iпр.імп.mах - прямий імпульсний максимальний струм - допустимий прямий струм при заданих його формі, коефіцієнті заповнення та температурі навколишнього середовища;
• Uпр.імп.mах - прямий імпульсний максимальне падіння напруги на обмежувачі при струмі Iпр.імп.mах.;
• Когр - коефіцієнт обмеження, що дорівнює відношенню Uогр. імп mах / Uвідкр; Kогр змінюється приблизно від 1,3 при максимальній імпульсній потужності Рімп mах до 1,2 при 0,5Рім mах;
• tвкл - час включення, протягом якого відбувається відкривання приладу у зворотному напрямку (для симетричних обмежувачів tвкл <10-9 с).

За значеннями зазначених характеристик споживач може вибрати обмежувач напруги, необхідний захисту радіоелектронної апаратури. Симетричний (двоплечий) обмежувач включають у мережу змінного струму паралельно корисному навантаженню. У нормальному режимі мережі обидва його плеча закриті і через нього протікає лише дуже малий зворотний струм при обох періодах. Інакше висловлюючись, обмежувач нічим себе виявляє, споживаючи деяку - дуже малу - потужність (соті частки вата).

Як тільки в мережі з'явиться високовольтний імпульс напруги, що перевищує Uоткp обмежувача, відкриються обидва його плеча, одне - у прямому напрямку, інше - у зворотному. В результаті імпульс буде блокований, а на навантаженні в цей момент напруга не перевищить Uогр.

Слід зазначити, що значення Рімп mах залежить від тривалості хі гасимого імпульсу і в межах τі = 0,1 ... 10мc приблизно пропорційно відношенню 1/τі. При збільшенні температури довкілля Токр. СР від 40 до 100СС розсіювану потужність Рімп max необхідно зменшувати приблизно пропорційно 0,024 Токр. пор.

Для зниження амплітуди високовольтних імпульсів на шляху від мережі 220 до висновків живлення мікросхем найбільш доцільно включати обмежувачі до складу блоку живлення [2].

Якщо в мережі живлення з'являться імпульси, енергія яких буде більш допустимою для застосованого обмежувача, він, як і стабілітрон при занадто великому струмі стабілізації, перегріється і вийде з ладу. З цього моменту апаратура, включена до мережі, виявиться незахищеною.

Тому істотним недоліком застосування обмежувачів вважають відсутність інформації про їхню працездатність або вихід з ладу після впливу потужних імпульсів. Щоб забезпечити індикацію справного стану симетричного обмежувача, його складають з двох одиночних і підключають до нього ланцюг із трьох вето-діодів і двох струмообмежувальних резисторів (рис. 3).

Особливість роботи індикатора справності – використання світлодіодів у нестандартному режимі. При справних обмежувачах VD1 і VD2 і позитивному напівперіоді напруги мережі (плюс - на верхньому за схемою мережевому дроті) струм безперешкодно протікає через обмежувач VD1, відкритий у прямому напрямку, через світлодіод HL1. Обмежувач VD2 у цей час закритий.

В результаті майже вся мережева напруга виявляється прикладеним до ланцюга HL3R2, причому до вето діода - у зворотному напрямку. Тому світлодіод HL3 відкривається у зворотному напрямку *; Струм через нього обмежує резистор R2. Таким чином, через весь ланцюг від плюсового дроту до мінусового струму протікає близько 2 мА. Цього достатньо, щоб забезпечити помітне світло "зеленого" світлодіода HL1. Світлодіод HL2 не світить, оскільки до ланцюга HL2R1 додана надто мала напруга (менше 3 В).

При зміні полярності напруги мережі відбуваються самі процеси, тільки змінюються місцями VD1 і VD2, R2 і R1, HL3 і HL2. Тобто, справність обмежувачів підтверджує зелений сигнал індикатора. У ряді випадків описаний індикатор може служити одночасно індикатором наявності мережевого напруги.

Легко бачити, що при виході з ладу (обриву) обмежувача VD1 гасне "зелений" світлодіод HL1 і включається "червоний" світлодіод HL2, а при псуванні обмежувача VD2 - "червоний" HL3.

Описаний модуль, який отримав найменування ЗА-0, розроблений у ВАТ "Обчислювальна техніка та промислова електроніка" (м. Москва) спільно з НВК "Кварк" (м. Ташкент) та освоєний у серійному виробництві. Зовнішній вигляд модуля подано на фото (рис. 4).

Основні характеристики модуля

• Імпульсна максимальна допустима потужність, кВт, не менше, при температурі навколишнього середовища 25°С......1,5
• Амплітуда змінної напруги відкривання обмежувачів, при температурі навколишнього середовища 25°С (струм відкривання 1 мА).....400±20
• Коефіцієнт обмеження,......1,2... 1,3
• Сила світла світлодіодів, мкд,не менее......0,5
• Потужність, що споживається від мережі за відсутності високовольтних імпульсів, Вт, не більше......0,5
• Габарити корпусу**, мм, не більше......32x12x10
• Маса, г, не більше......10

Корпус модуля виготовлений із пластмаси способом заливання у форму. Кліматичне виконання УХЛ категорії розміщення 4.2 за ГОСТ 15150. За захистом від ураження електричним струмом виріб відноситься до ІІ класу за ГОСТ 2757.0.

Модуль ЗА-0, крім установки в блоки живлення РЕА, рекомендується широкому колу користувачів та радіоаматорів для застосування в лабораторіях, офісах та квартирах для захисту промислових та побутових електронних приладів, включених до розетки мережі змінного струму напругою 220 В. Для цієї мети розроблений варіант вироби, який отримав назву ЗА-01. Тут корпус модуля має стандартні штирі, що дозволяють включати його в будь-яку вільну розетку приміщення.

Розробку захисного модуля ЗА-0 схвалено Науково-технічним фондом "Енергетична електроніка", який сприяв освоєнню виробів у серійному виробництві.

Знаходяться у процесі освоєння у виробництві захисні модулі на потужність 5 кВт (ЗА-1) та 30 кВт (ЗА-2), а також варіанти цих виробів з вилками (ЗА-11 та ЗА-21). Ці модулі слід застосовувати у тих випадках, коли півтора-кіловатні не витримують мережевих високовольтних імпульсів. Розроблено також модулі для захисту мереж постійного струму, розраховані на імпульсну потужність від 1,5 до 30 кВт та напругу відкриття від 6,8 до 450 В.

На першому етапі використання захисних модулів ЗА-0 та виробів на їх основі постачальник забезпечить покупцям безкоштовну заміну вийшли з ладу на нові. При повторному виході модулів з ладу споживачеві буде рекомендовано придбати потужніші прилади. При необхідності ВАТ "Обчислювальна техніка та промислова електроніка" (тел. у Москві 330-06-38) проведе дослідження мережі споживача та дасть пропозиції щодо захисту РЕА.

* Цю особливість світлодіодів (і низки інших електронних компонентів) вже давно помітили, досліджували та широко застосовують радіоаматори. Див, наприклад, статтю І. Нечаєва "Світлодіод у ролі стабілітрона" в "Радіо", 1997 № 3, с. 51.

** Без урахування довжини висновків - 9...12 мм та висоти виступаючих корпусів світлодіодів - 3...5 мм.

література

1. Черепанов В. П., Хрульов А. К., Блудов І. П. Електронні прилади для захисту РЕА від електричних навантажень. Довідник - М: Радіо і зв'язок, 1994 (с. 17-21).
2. Колосов В. А. Електроживлення стаціонарної РЕА. Теорія та практика проектування. - М: Радіо і зв'язок, 1992 (с. 111, 112).

Автор: В.Колосов, м. Москва, А. Муратов, м. Ташкент, Узбекистан

Дивіться інші статті розділу Радіоаматор-конструктор.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Мікросхеми радіочастотних синтезаторів STW81101 та STW81102 28.03.2006 Нові мікросхеми радіочастотних синтезаторів STW81101 та STW81102 від STMICROELECTRONICS мають найнижчий фазовий шум із усіх синтезаторів, що випускаються промисловістю. Виміряні значення становлять 0,2° на частоті 1 ГГц, 0,5° на частоті 2 ГГц та 1,3° на частоті 4 ГГц. Нові синтезатори мають велике перекриття частотою (від 750 МГц до 4,65 ГГц), що дозволяє перекрити вимоги великої кількості зв'язкових систем. Мікросхеми випускаються у корпусах QFN-28.

Інші цікаві новини:

▪ 2D матеріал завтовшки 1 атом

▪ Заняття у старих спортзалах ефективніше, ніж у сучасних

▪ Бездзеркальна камера Fujifilm X-T2

▪ Помідор проти комара

▪ BLE модуль для інтернету речей ST Microelectronics SPBTLE-1S

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Попередні підсилювачі. Добірка статей

▪ стаття Захід є Захід, Схід є Схід і разом їм ніколи не зійтися. Крилатий вислів

▪ стаття Яка велика швидкість світла у вакуумі? Детальна відповідь

▪ стаття Інженер з патентної та винахідницької роботи. Посадова інструкція

▪ стаття Двотактний підсилювач на тріод-пентодах. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Переміщення пляшки та склянки. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024