Меню

Схема устройство защиты от превышения напряжения



Устройство защита от перенапряжения электрических схем и приборов

Устройство защита от перенапряжения-01

Устройство защита от перенапряжения электронных схем. Все электронные устройства нуждаются в схемах защиты. Они используются, как следует из названия, для защиты источника питания от возникновения в цепи чрезмерного тока в результате перегрузки или короткого замыкания.

Кроме этого, такое устройство используется для защиты схемы, подключенной к источнику питания, у которого слишком большое выходное напряжение, превышающее расчетное или перепутана полярность при подключении. Все подобные электронные приборы можно классифицировать следующим образом:

Устройство защита от перенапряжения для источников питания

Схема “crowbar” (показанная на рис.1) это и есть устройство защита от перенапряжения. При нормальном использовании, питание 12В подается на выход через диод обратной защиты и предохранитель. Стабилитрон выбран с немного большим напряжением; в данном случае 15В. Когда входное напряжение достигает 15В, стабилитрон проводит ток, создавая напряжение на R2.

ТиристорКогда оно достигает триггерного напряжения SCR (менее 1В), тиристор SCR срабатывает, создавая короткое замыкание на входе, которое вызывает перегорание предохранителя. C1 гарантирует, что импульсы, вызванные переходными процессами переключения, не запускают тиристор SCR. SCR и стабилитрон должны выдерживать импульсный пусковой ток, пока не перегорит предохранитель.

Устройство защита от перенапряжения-1

Защита от перенапряжения

Устройство защита от перенапряжения-10

Версия для ПК вышеуказанной схемы

На рис.2 показана почти такая же схема, за исключением того, что стабилитрон был заменен регулируемым стабилитроном D5. Изменяя напряжение на его входе с помощью R6, вы можете установить напряжение запуска, что обеспечивает большую гибкость. Наконец, на рис.3 изображена эта же схема, только с добавленным в цепь регулятора напряжения светодиодный индикатор, который сигнализирует при перегорании предохранителя, а также ниже, изображение готовой платы.

Программируемое устройство защита от перенапряжения

Рис.2 Программируемое устройство защита от перенапряжения

Схема регулятора с защитой от перенапряжения

Рис.3 Схема регулятора с защитой от перенапряжения

Устройство защита от перенапряжения-11

Готовая печатная плата для указанной выше схемы

ВаристорЕще одна форма перенапряжения — это скачок напряжения в линии электропередачи. Скорее всего, это проблема со стороны электросети переменного тока. Часто применяемое техническое решение состоит в том, чтобы подключить параллельно источнику питания переменный MOV-варистор.

MOV (Металл-оксидный варистор с переменной величиной), похож на резистор большого номинала (несколько сотен кОм), который очень быстро реагирует на повышение напряжения. Во время кратковременного падения напряжения, его сопротивление становится достаточно низким, тем самым предохраняя цепь от скачка. См. Рис.4 ниже.

Защита с помощью подстроечного варистора MOV

Рис.4 Защита с помощью подстроечного варистора MOV

Защита от критического значения тока

В предыдущей статье мы рассмотрели регуляторы и способы ограничения их тока. Давайте посмотрим на это еще раз.

На рис.5 Q8 — это магистральный входной транзистор, регулируемый цепочкой Q10 и D8. R19 и Q9 — эта часть схемы контролирует максимальный ток. Если напряжение между базой и эмиттером Q9 достигает 0,6 В, Q9 начинает включаться, тем самым гасит ток в базе Q8, принуждая его отключаться.

Фокус заключается в подборе номинала R19 таким образом, чтобы при токе отсечки, напряжение снижалось на 0,6V. Итак, если мы хотим отключиться на токе 2А, R = V/I = 0,6/2 = 0,3 или 0,33 Ом. Поскольку этот резистор пропускает через себя полный ток нагрузки, он должен быть рассчитан на мощность не менее 5 Вт.

Обратите внимание, что вы должны на компонентах, которые будут нагреваться, оставить длину выводов немного побольше, и увеличить под них площадь радиатора охлаждения на печатной плате. Кроме того, припаяйте его, чтобы значительно повысить его способность рассеивать тепло (но не делайте этого с радиочастотными компонентами!)

Стабилизатор с максимальной токовой защитой

Рис.5 Стабилизатор с максимальной токовой защитой

Еще одно устройство защита от перенапряжения

Конечно, есть и другие устройства защиты от перегрузки по току, такие как предохранители и автоматические выключатели для большого переменного тока, наверняка они имеются в линии электроснабжения и вашего дома.

Читайте также:  Фильтр сетевого напряжения от помех

Предохранители — это просто специальная тонкая проволока, которая быстро нагревается и плавится. К ним можно еще добавить различные устройства, такие как пружины растяжения, чтобы они медленнее взрывались, и порошок, окружающий предохранительный провод, чтобы предотвратить разбивание стекла при его взрыве. Обычно выбираются предохранители с номиналом 150% от нормального тока. Вот здесь есть хорошая статья о предохранителях.

Автоматические выключатели — это отдельная тема. Но в общем, это простые переключатели, у которых есть механизм их отключения. В обычном автоматическом выключателе — это биметаллическая полоса, через которую течет ток и изгибается при нагревании.

Затем он механически присоединяется к механизму отключения и срабатывает при определенном токе. Автоматические выключатели также имеют небольшую индуктивную составляющую, поэтому автоматический выключатель может отключаться медленно при перегрузке или очень быстро при коротком замыкании.

Защита от обратной полярности

Защита от обратной полярности является наиболее простой для реализации. Подойдет простой диод в цепи входящего питания. Но для этого он должен быть соответствующего номинала. На Рис.6, выпрямительный диод 1N4006 имеет номинальный ток 1А и PIV (пиковое обратное напряжение) 800V, поэтому его должно хватить для большинства схем.

Диод создает постоянное падение напряжения от 0,6 до 0,7V, но это не должно быть проблемой. Однако, если у вас есть цепь, которая должна работать при очень низком напряжении, падение 0,6V на последовательном диоде может стать проблемой. В этом случае нужно установить шунт, на рис.6 (справа) показан шунтирующий диод.

Когда входное напряжение меняется на противоположное, диод проводит ток, вызывая перегорание предохранителя. Он действительно работает, но есть некоторые вещи, о которых следует знать, например: диод должен выдерживать полный ток источника питания в течение времени, которое требуется для срабатывания предохранителя. Это будет достаточно, хотя потребуется диод рассчитанный на ток не менее 5-10А.

Рис.6 Защита от обратного напряжения

Защита от обратной полярности, обратной ЭДС

Есть еще одна форма защиты от обратной полярности, которая возникает, когда вы этого не ожидаете. Каждый раз, когда индуктивность, несущая ток, отключается, накопленное магнитное поле в катушке должно рассеяться, поэтому, ток будет пытаться сделать это в обратном направлении, через свои выводы.

Мало того, это могут быть сотни вольт. (Так работают автоматические свечи зажигания старого образца.) Вы также можете защитить свое устройство от этой обратной ЭДС, используя перевернутый диод включенный параллельно индуктивности, как показано на рис.7. Обратите внимание, что диод 1N4006 должен иметь при этом высокое пиковое обратное напряжение.

Защита от обратной ЭДС

Рис.7 Защита от обратной ЭДС

Примечание: помните, что предохранители работают медленно. Бытует шутка, что транзистор за 50 долларов часто перегорает первым, чтобы защитить предохранитель на 10 центов!

Источник

Обзор устройств для защиты от перенапряжения в сети

В современных бытовых приборах используется чувствительная электроника, что делает эти устройства уязвимыми перед перепадами напряжения. Поскольку устранить их не представляется возможным, необходима надежная защита. К сожалению, ее организация не входит в сферу обязанностей службы ЖКХ, поэтому заниматься этим вопросом приходится самостоятельно. Благо защитные устройства приобрести сегодня не проблема. Прежде чем перейти к описанию и принципу действия таких приборов, кратко расскажем о причинах, вызывающих скачки напряжения, и их последствиях.

Что такое перепад напряжения и его природа?

Под этим термином подразумевается краткосрочное изменение амплитуды напряжения электросети, с последующим восстановлением, близким к первоначальному уровню. Как правило, длительность такого импульса исчисляется я миллисекундами. Существует несколько причин для его возникновения:

  1. Атмосферные явления в виде грозовых разрядов, они способны вызвать перенапряжение в несколько киловольт, что не только гарантированно выведет электроприборы из строя, а и может стать причиной пожара. В данном случае жителям многоэтажек проще, поскольку организация защиты от таких предсказуемых явлений входит в обязанности поставщиков электричества. Что касается частных домов (особенно с воздушным вводом), то их жильцы должны самостоятельно заниматься этим вопросом или обращаться к специалистам.
  2. Скачки при коммутационных процессах, когда происходит подключение-отключение мощных потребителей.
  3. Электростатическая индукция.
  4. Подключение определенного оборудования (сварка, коллекторный электродвигатель и т.д.).
Читайте также:  Схемы автономных однофазных инверторов напряжения

На рисунке ниже наглядно продемонстрирована величина грозового (Uгр) и коммутационного импульса (Uк) по отношению к номинальному напряжению сети (Uн).

Грозовой и коммутационный импульсы перенапряжения

Грозовой и коммутационный импульсы перенапряжения

Для полноты картины следует упомянуть и о долгосрочном повышении и понижении напряжения. Причиной первого является авария на линии, в результате которой происходит обрыв нулевого провода, что вызывает повышение до 380 вольт. Нормализовать ситуации никакими приборами не получится, потребуется ждать устранения аварии.

Длительное снижение напряжения можно часто наблюдать в сельской местности или дачных поселках. Это связано с недостаточной мощностью трансформатора на подстанции.

В чем заключается опасность перепадов?

В соответствии с допустимыми нормами, допускается отклонение от номинала в диапазоне от -10% до +10%. При скачках напряжение может существенно выйти за установленные границы. В результате блоки питания бытовой техники подвергаются перегрузке и могут выйти из строя или существенно сократить свой ресурс. При высоких или длительных перепадах велика вероятность возгорания проводки, и, как следствие, пожара.

Пониженное напряжение также грозит неприятностями, особенно к этому критичны компрессоры холодильных установок, а также многие импульсные блоки питания.

Защитные устройства

Существует несколько видов защитных устройств различающихся как по функциональности, так и по стоимости, одни из них обеспечивают защиту только одному бытовому прибору, другие – всем имеющимся в доме. Перечислим хорошо зарекомендовавшие себя и наиболее распространенные защитные устройства.

Сетевой фильтр

Наиболее простой и доступный по деньгам вариант защиты маломощного бытового оборудования. Отлично зарекомендовал себя при бросках до 400-450 вольт. На более высокие импульсы устройство не рассчитано (в лучшем случае оно примет удар на себя, спасая дорогостоящую аппаратуру).

Фильтр удлинитель Swen Fort Pro

Фильтр удлинитель Swen Fort Pro

Основной элемент защиты у такого устройства – варистор (полупроводниковый элемент изменяющий сопротивление в зависимости от приложенного напряжения). Именно он выходит из строя при импульсе более 450 В. Вторая важная функция фильтра – защита от высокочастотных помех (возникают при работе электродвигателя, сварки и т.д.) отрицательно влияющих на электронику. Третьим элементом защиты является плавкий предохранитель, срабатывающий при КЗ.

Не следует путать фильтры с обычными удлинителями, которые не обладают защитными функциями, но похожи по внешнему виду. Чтобы различить их достаточно посмотреть паспорт изделия, где приведены полные характеристики. Отсутствие такового должно само по себе вызывать подозрение.

Стабилизатор

В отличие от предыдущего типа приборы этого класса позволяют нормализовать напряжение в соответствии с номинальным. Например, установив границу в пределах 110-250 В, на выходе устройства будет стабильные 220 В. Если напряжение выйдет за пределы допустимого, прибор отключит питание и возобновит его подачу после нормализации работы электросети.

Стабилизатор EDR-1000 от производителя Luxeon

Стабилизатор EDR-1000 от производителя Luxeon

В некоторых случаях (например, в сельской местности) установка стабилизатора является единственным способом повысить напряжение до необходимой нормы. Бытовые стабилизаторы выпускают двух модификаций:

  • Линейные. Они предназначены для подключения одного или нескольких бытовых приборов.
  • Магистральные, устанавливаются на входе электросети здания или квартиры.

И первые, и вторые следует подбирать исходя из мощности нагрузки.

Источники бесперебойного питания

Основное отличие от предыдущего типа является возможность продолжения подачи питания подключенного устройства после срабатывания защиты или полного отключения электричества. Время работы в таком режиме напрямую зависит от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки.

Бесперебойный блок питания APC, модель SC-420

Бесперебойный блок питания APC, модель SC-420

В быту эти устройства в основном используются для подключения стационарных компьютеров, чтобы при проблемах с электросетью не потерять данные. При срабатывании защиты ИБП будет продолжать подачу питания в течение определенного времени, как правило, не более получаса (зависит характеристик устройства). Этого времени вполне достаточно, чтобы сохранить необходимые данные и корректно отключить компьютер.

Читайте также:  Генератор переменного напряжения принцип действия

Современные модели ИБП могут самостоятельно управлять работой компьютера через USB интерфейс, например, закрыть текстовый редактор (предварительно сохранив открытые документы), после чего произвести отключение. Это довольно полезная функция, если пользователь при срабатывании защиты не находился рядом.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Все перечисленные выше приборы обладают общим недостатком, у них не реализована действенная защита от импульса высокого напряжения. Если таковой произойдет, он, практически гарантированно выведет такие устройства из строя. Следовательно, защита должна быть организована таким образом, чтобы после срабатывания можно было оперативно привести ее в рабочее состояние. Этому требованию, как нельзя лучше отвечают УЗИП. На их основе организуется многоуровневая система защиты внутренних линий частного дома.

Одна из принятых классификаций таких устройств показана в таблице.

Таблица 1. Классификация УЗИП

Категория Применение
В (I) Обеспечивают защиту при прямом попадании грозового разряда по системе молниезащиты. Место установки – вводно-распределительное устройство или главный распределительный щит. Основная нормирующая характеристика – величина импульсного тока.
С (II) Защищают токораспределительную сеть от коммутационных импульсов, а также играют роль второго защитного уровня при грозовом разряде. Место установки – распределительный щит.
D (III) Обеспечивают последний уровень защиты, при которой к потребителям не допускаются остаточные броски напряжения и дифференциальные перенапряжения. Помимо этого обеспечивается фильтрация высокочастотных помех. Установка производится перед потребителем. Могут быть выполнены в виде модуля под розетку, удлинителя и т.д.

Пример организации трехуровневой защиты продемонстрирован ниже.

Организация трехуровневой защиты от перенапряжения

Организация трехуровневой защиты от перенапряжения

Конструктивные особенности УЗИП.

Устройство представляет собой платформу (С на рис. 6) со сменным модулем (В), внутри которого находятся варисторы. При их выходе из строя индикатор (А) изменит цвет (в приведенной на рисунке модели на красный).

УЗИП Finder

УЗИП Finder (категория II)

Внешне устройство напоминает автоматический выключатель, крепление – такое же (под DIN рейку).

Особенностью УЗИП является необходимость замены модулей при выходе варисторов из строя (что довольно просто). Конструкция модулей выполнена таким образом, что установить их на платформу с другим номиналом невозможно. Единственный серьезный недостаток связан с характерными особенностями варисторов. Им необходимо время, чтобы остыть, многократное попадание грозового разряда существенно усложняет этот процесс.

Защитное реле

В завершении рассмотрим реле контроля напряжения (РКН), эти устройства способны обеспечить защиту бытовых приборов от коммутационных импульсов, перекоса фаз, а также пониженного напряжения. С грозовыми импульсами они не справятся, поскольку на это не рассчитаны. Их сфера применения – защита внутренней сети квартиры, то есть там, где обеспечение грозозащиты входит в обязанности электрокомпаний.

Приборы могут устанавливаться во входном щитке, непосредственно, после электросчетчика, для этого предусмотрено крепление под DIN рейку.

РКН можно подключать после счетчика

РКН можно подключать после счетчика

Помимо этого выпускаются модификации приборов в виде удлинителей питания и модулей под розетку.

РКН в виде удлинителя и розеточного модуля

РКН в виде удлинителя и розеточного модуля

Данные устройства могут произвести только защитное отключение сети, при выходе напряжения за указанные пределы (устанавливается кнопками управления), после нормализации электросети производится ее подключение. Стабилизация и фильтрация не производятся.
https://www.youtube.com/watch?v=AyTLz6G9Ul8

Предостережения

Не следует доверять защиту своего дома самодельным конструкциям, в бытовых условиях бывает проблематично настроить собранную схему и протестировать ее работу в критических режимах.

Не имея практического опыта в организации грозозащиты, не стоит пытаться реализовать ее самостоятельно, эту работу лучше доверить профессионалам. Рекомендуем рассматривать эту часть статьи как информационную.

Все манипуляции с электрощитом, приборами и проводкой необходимо проводить только при отключенном электропитании.

Источник