Захист джерел живлення від грози. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Захист джерел живлення від грози. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Захист апаратури від аварійних режимів роботи мережі

Коментарі до статті

Для того щоб убезпечити апаратуру від наведених грозовими розрядами імпульсів, підведення електромережі до телекомунікаційних та охоронних пристроїв, а також до систем відеоспостереження, де вона не може бути відключена за умовами експлуатації, виконують відповідно до вимог і, як правило, використовують джерела безперебійного живлення вбудованими мережевими захисними пристроями.

Але що робити тим, хто, наприклад, залишає на дачі увімкнену апаратуру, що сповіщає власника про проникнення на контрольовану територію сторонніх осіб? Для того щоб знизити ймовірність пошкодження охоронного пристрою при грозі, блок його живлення потрібно доповнити деякими елементами, що різко послаблюють імпульси високої напруги в мережі, які надалі називатимемо мережевими перешкодами.

Ефективність придушення таких перешкод одними й тими самими елементами різна. Звідси випливає перша особливість - захисний пристрій має бути багатоступінчастим

Друга особливість конструювання захисного пристрою – необхідність наявності в ньому провідника з нульовим потенціалом, "землею". Це умова легко дотриматися в сучасних квартирах де електропроводка виконана за трипровідною схемою (фаза (L), нуль (N), захисна земля (РЕ)). Якщо живлення електромережі без захисного заземлення, то доведеться самостійно створити контур заземлення, або змиритися з тим. що придушення перешкод буде недостатньо ефективним. Задовільно, якщо перешкоди з фазного дроту відводять на нульовий, добре - з фазного дроту та окремо з нульового дроту на заземлюючий відмінно - з фазного дроту окремо на нульовий і на заземлюючий, а також з нульового на заземлюючий.

Для ослаблення тривалих потужних перешкод, що породжуються грозовими розрядами, як поглиначі енергії імпульсу застосовують вакуумні та газонаповнені розрядники. Як показує статистика, частка таких перешкод становить приблизно 20%. Інші 80 % припадають на короткочасні, які ефективно придушуються паралельними ланцюга, що захищається конденсаторами і послідовними загороджувальними елементами - дроселями. Застосовують також комбінований метод, коли потужні перешкоди послаблюються паралельно включеними поглинаючими елементами (обмежувачами напруги), а малопотужні - послідовно.

Узагальнені характеристики найбільш поширених обмежувачів напруги, що використовуються у захисних пристроях, представлені в таблиці:

Газонаповнені розрядники можуть бути застосовані у дво- та триелектродному виконанні залежно від конструкції захисного пристрою - двопровідної або трипровідної. За надійністю функціонування та максимального імпульсного струму такий обмежувач напруги перевершує всі інші (рис. 1). Це циліндричний балон із розрядними електродами у його торцях, наповнений інертним газом. Недоліком розрядника є його менша швидкодія порівняно з іншими захисними елементами, що зумовлено необхідністю деякого інтервалу часу для іонізації газу.

Захист джерел живлення від грози
Рис. 1

Розглянемо триелектродний розрядник Т23-А230Х діаметром 8 та довжиною 10 мм. Незважаючи на такі малі розміри, цей захисний елемент допускає піковий розрядний струм багаторазових одиночних імпульсах 8/20 мкс (фронт/спад) до 20 кА або протягом 1 с витримує змінний розрядний струм 10, а частотою 50 Гц. Така ефективність захисту забезпечена особливою конструкцією розрядника, що ілюструє рис 1. У вихідному стані його опір перевищує 10 Ом.

Коли напруга в розрядному проміжку створює напруженість електричного поля, здатну викликати іонізацію газу, відбувається електричний розряд, у результаті опір розрядника різко знижується. Після завершення імпульсу інертний газ відновлює свої ізоляційні властивості. Напруга пробою розрядного проміжку визначається як розмірами та конструкцією електродів, так і властивостями газу, що заповнює - складом і тиском. Спеціальне компаундне покриття електродів та керамічного ізолятора між ними активує їхню емісійну здатність. Кільцева форма центрального електрода дозволяє максимально використовувати поверхню торцевих електродів 1 і 2, забезпечуючи великий розрядний струм без ерозії поверхонь.

Щоб компенсувати запізнення у спрацьовуванні від перешкоди з крутим фронтом (1 кВ/мкс і більше), розрядники в багатоступінчастих захисних пристроях, як правило, доповнюють варисторами та захисними діодами, які відводять на себе частину енергії імпульсної перешкоди у початковий момент її появи в електричній мережі .

Металооксидний варистор аналогічний симетричному стабілітрону - при перевищенні деякого порогового значення напруги, що прикладається, опір елемента різко падає. Класифікаційна напруга варистора повинна перевищувати максимальну амплітуду напруги мережі щонайменше 5 %. Наприклад, максимально допустиме підвищення мережевої напруги 220 В на 20 % (264 В) відповідає амплітуда 374 В. Отже, класифікаційна напруга варистора повинна бути не менше 393 В. Якщо використовувати варистор, як у багатьох промислово виготовляються захисних пристроях, зі стандартним класифікаційним У силу допустимої технологічної похибки даного параметра існує ризик його пошкодження. Тому краще використовувати його з дещо більшою класифікаційною напругою варистор характеризується також деякою граничною енергією імпульсу, яку він може поглинути без руйнування.

Така характеристика має властивість накопичення. Це означає, що прилад без погіршення параметрів здатний поглинути одиночний імпульс з деякою максимально допустимою енергією або кілька імпульсів з меншою енергією. Наприклад, металооксидний варистор діаметром 20 мм поглинає імпульс з максимально допустимою енергією 410 Дж або 10 імпульсів з енергією 40 Дж. Після вироблення варистором закладеного ресурсу його класифікаційна напруга дещо збільшиться, а потім з кожним наступним імпульсом на . Тому він підлягає заміні при найменшому зовнішньому прояві деградації (потемнінні лакофарбового покриття). Необхідність контролю технічного стану варіатора, що знаходиться всередині закритого мережевого фільтра, є його недоліком

Захисні діоди (Transient Voltage Suppressor), подібно до стабілітронів, вкрай швидко стають провідними при збільшенні прикладеної напруги понад напругу відкривання. Час реакції такого приладу, особливо безвивідного, становить лише кілька пікосекунд. Звичайно, індуктивність висновків і проводів, що підводять, знижує швидкодію діода, але тим не менш воно залишається найвищим серед використовуваних обмежувачів напруги. Існують як однополярні захисні діоди, так і з симетричною вольт-амперною характеристикою, що дозволяє їх використовувати без додаткових діодів, що випрямляють, в ланцюгах змінного струму. При дуже великому струмі, на відміну від газонаповненого розрядника, електричний пробій, що відбувається в захисному діоді, стає незворотним. Такий елемент підлягає заміні. Пристрої захисту від високовольтних імпульсів в електромережі, що промислово виготовляються, як у нашій країні, так і за кордоном повинні відповідати вимогам міжнародних стандартів, що затверджуються. Міжнародною електротехнічною комісією (МЕК), та за загальноприйнятою термінологією поділяються на І, ІІ та ІІІ клас захисту.

Пристрої I класу призначені захисту електромережі на введенні до будівлі перед лічильником електричної енергії. Основними елементами таких пристроїв є вакуумні і газонаповнені розрядники, здатні нейтралізувати потужні грозові розряди до 150 кА в імпульсі, що відповідає прямому попаданню блискавки з урахуванням розтікання струму по електричному удару, що зазнала поверхні.

Пристрої II класу послаблюють імпульсні перешкоди в поверхових та цехових розподільчих щитах. Найчастіше використовуваний захисний елемент таких пристроях - варистор.

Пристрої III класу призначені захисту окремих пристроїв із споживаним струмом трохи більше 16 А. Виконують їх, зазвичай, на захисних діодах.

Зрозуміло, для безпечної експлуатації радіоапаратури користувач може обладнати такими пристроями промислового виготовлення розподільну мережу на дачі або в квартирі, але реалізація такого рішення може виявитися скрутною у фінансовому відношенні. Набагато дешевше обійдеться самостійне виготовлення захисного мережевого пристроїв.

На основі аналізу сучасних уявлень про вимоги до пристроїв грозозахисту та методів їх практичної реалізації автором розроблено багатоступінчастий захисний пристрій, схема якого показана на рис. 2.

Захист джерел живлення від грози
Рис. 2

Пристрій підключають до мережі за допомогою електричної вилки. ХР1 із заземлюючим контактом. Плавкі вставки FU1, FU2 розраховані на навантаження до 1 кВт, що підключається до розетки XS1, їх наявність значно підвищує надійність захисного пристрою та продовжує ресурс інших елементів, що використовуються в ньому. Короткочасні перешкоди, нездатні викликати спрацьовування розрядника F1, будуть ослаблені дроселями L2-L4 та поглинені захисним діодом VD1. Значний внесок у ослаблення таких перешкод вносить також одягнений на мережевий кабель феритовий циліндр, у результаті утворюється дросель L1. Остаточно пригнічує симетричні короткочасні мережеві перешкоди конденсатор С1, несиметричні – С2 та С3.

Придушення фронту тривалих мережевих перешкод, що породжуються грозовими розрядами, відбувається насамперед захисним діодом VD1 та варісторами RU1-RU3. Через 250 нс розрядник F1, що включився, відводить перешкоду на себе, а спрацювали плавкі вставки FU1, FU2 відключають джерело живлення апаратури від мережі до настання критичних наслідків.

Енергія імпульсних перешкод, що розсіюється захисними елементами в мережевому фільтрі, виділяється у вигляді тепла при цьому температура елементів може досягати 200°С і більше. Тому з міркувань пожежної безпеки корпус пристрою необхідно виготовляти лише з металу. З'єднання корпусу з проводом від контакту вилки. ХР1 виконують у безпосередній близькості від введення мережевого кабелю корпус фільтра. Розетку XS1 з'єднують короткими проводами з відповідними контактними майданчиками, що вказані на кресленні друкованої плати пристрою (рис. 3).

Захист джерел живлення від грози
Рис. 3

Фотографію плати показано на рис. 4.

Захист джерел живлення від грози
Рис. 4

Друкована плата виготовлена з однобічно фольгованого склотекстоліту завтовшки 1,5 мм. Заземлюючий захисні елементи друкарський провідник на платі для збільшення площі перерізу облущують припоєм, створюючи валик заввишки 1...1,5 мм. Мережевий кабель використовують із проводами перетином щонайменше 1 мм2. На нього надягають феритовий циліндр. К18 * 9х30 мм (показаний зліва на рис. 4). Такі циліндри закордонні виробники встановлюють на кабелях підключення різних пристроїв до комп'ютера.

Дроселі L2 і L3 намотують проводом ПЕВ-2 діаметром 1 мм кожен на двох складених разом кільцевих магнітопроводів. КП27>15-6мм з пермалою МП 140. Намотування виконують у два повних шари без міжшарової ізоляції, автор використовував готові дроселі, покриті емаллю з метою вологозахисту. Можна також застосувати магнітопровід. К28>14-12мм від багатообмотувального дроселя в імпульсному блоці живлення AT комп'ютера.

Дросель L4 виконують на кільці К28-15-10мм із фериту М2000НМ. Гострі кромки магнітопроводу закруглюють надфілем, а потім ізолюють лакотанням або фторопластової стрічкою. Кожна з обмоток містить 15 витків дроту. ПЕВ-2 діаметром 1 мм, з конструктивних міркувань для зручності підключення висновків до друкованої плати одну з обмоток намотують у протилежному напрямку використаному для іншої обмотки. У цьому випадку поля, що створюються витікаючим і витікаючим струмами в магнітопроводі будуть взаємно скомпенсовані і магнітне насичення тим самим виключено. Правильність виконання дроселя можна перевірити, вимірявши його індуктивність. У цій конструкції індуктивність кожної обмотки становить 270 мкГн. Якщо з'єднати вихідні кінці обмоток та виміряти вхідну індуктивність, вона не перевищить 10 мкГн.

Варистор RU1-RU3 - SIOV S20K420. їх можна замінити іншими металооксидними діаметром 20 мм і класифікаційною напругою 420 В. В крайньому випадку можна використовувати оксидно-цинкові того ж діаметру з класифікаційною напругою 430 В, марковані, наприклад, одним із виробників як MYG20K431. Високовольтні конденсатори С1 – С3 – із серії К78-2.

Симетричний захисний діод 1,5КЕ440СА можна замінити двома такими однополярними (без індексу СА) або їх аналогами. У цьому випадку захисний пристрій доцільно доповнити індикатором напруги та справності захисних діодів.

Під час експлуатації пристрою необхідно періодично, особливо після грозових днів, виконувати контроль технічного стану пристрою та своєчасно замінювати елементи, що виробили свій ресурс.

Автор: Косенко С.

Дивіться інші статті розділу Захист апаратури від аварійних режимів роботи мережі.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Toyota BLAID: пристрій майбутнього, що носиться для сліпих 10.03.2016

Для людей з порушеннями зору і повністю сліпих компанія Toyota планує випустити спеціальний пристрій, покликаний полегшити їм життя. Новинка розробляється у рамках проекту BLAID. Традиційні тростини, дресировані собаки-поводири та GPS-навігатори далеко не завжди можуть дати достатньо інформації про оточення. Новий пристрій, на думку розробників, дозволить незрячим легше орієнтуватися у просторі, особливо у закритих приміщеннях, таких як офісні центри, торгові зали, допоможе визначати двері, ескалатори, сходи та різноманітні перешкоди.

Новинка є дугою, що одягається на шию. Пристрій оснащений камерами, які за допомогою спеціального програмного забезпечення розпізнають навколишні предмети, зокрема вивіски на дверях, магазинах. Користувач отримує інформацію завдяки динамікам та вібраційним моторчикам. Ви можете використовувати голосові команди та кнопки для зв'язку з пристроєм. Проект BLAID передбачає інтеграцію картографічних технологій, ідентифікацію об'єктів та розпізнавання осіб.

Виробник уже створив ранній робочий зразок, який тестується сліпою людиною. Форма пристрою, можливо, дійсно зручна, але інтерес він представлятиме лише у разі дійсно якісної реалізації технологій розпізнавання.

Інші цікаві новини:

▪ Диференціальний пробник TEKTRONIX P735

▪ PT8 Neo - системна плата на чіпсеті VIA FSB800 від компанії MSI

▪ Геймери проти COVID-19

▪ Звуки передають емоції краще за слова

▪ Texas Instruments та MIT розробили економічні мікросхеми

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Зварювальне обладнання. Добірка статей

▪ стаття Як працювати з ритмом під час монтажу. Мистецтво відео

▪ Як утворилася середньовічна франкська держава? Детальна відповідь

▪ стаття Фінансовий директор. Посадова інструкція

▪ стаття Ламповий підсилювач звукової частоти. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Індонезійські прислів'я та приказки. Велика добірка

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

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