Меню

Защита сети от высокого напряжения схема



Скачки напряжения – не беда, если в щиток вмонтирована надежная защита

Защита от скачков напряжения бытовых электрических сетей, разновидности защитных устройств и способы их установки.

Конструктивное несовершенство электрических сетей является основной причиной резких скачков напряжения. Предугадать время очередного перепада невозможно. Единственное, что мы можем сделать для предотвращения неприятных последствий – это заранее обезопасить электрических потребителей в своем доме. В этой статье мы расскажем, как и чем защитить сеть квартиры и дома.

Что спасет от скачка напряжения

Защита от перепадов напряжения возможна при помощи разных типов защитных устройств. Мы поговорим о самых распространенных. Это реле контроля напряжения (РН) и бытовые стабилизаторы.

Реле защиты от скачков напряжения

Защита дома от скачков напряжения с помощью РН рекомендуется в тех случаях, когда напряжение в сети устойчиво, а его заметные скачки редки. РН представляет собой устройство, способное считывать параметры электрического тока и разрывать электрическую цепь в тот момент, когда показатели выйдут за пределы заданного диапазона. После того, как показетели в общей сети нормализуются, устройство автоматически замкнет цепь и возобновит питание потребителей. Функция возобновления питания через заданный промежуток времени (с задержкой), встроенная в реле напряжения 220в для дома, помогает продлить срок службы некоторых бытовых устройств, холодильников и т.п.

РН обладают небольшими габаритами, сравнительно низкой стоимостью и хорошим быстродействием. К недостаткам РН можно отнести их неспособность сглаживать колебания электрической энергии. Для максимальной защиты всех потребителей потребуется установить сразу несколько устройств.

РН защищает сеть только от недопустимых скачков напряжения и не предназначено для защиты от коротких замыканий (эту функцию выполняют автоматические выключатели).

Современные модели РН бывают трех типов:

1. Стационарное реле, встраиваемое в электрический щиток дома или квартиры.

2. Реле для индивидуальной защиты одного потребителя.

3. Реле индивидуальной защиты нескольких потребителей.

Если с эксплуатацией реле второго и третьего типа все практически ясно, то РН первого типа имеет более сложную конструкцию, а его установка требует определенных знаний. Подобные устройства монтируются на входе в помещение, так выполняется защита от скачков напряжения в сети всего домашнего электрооборудования.

Выбор РН

Выбирая реле, чтобы защитить домашнюю сеть, достаточно знать номинал электрического тока, который способен пропускать через себя вводной автоматический выключатель. Если, к примеру, пропускная способность выключателя равна 25А (что соответствует потребляемой мощности – 5,5 кВт), то рабочие характеристики РН должны быть на ступень выше – 32А (7 кВт). Если выключатель рассчитан на 32А, то реле должно выдерживать ток в 40 – 50А.

loaпоьзователь FORUMHOUSE

Я для такого случая взял реле на 40 А, при вводном автомате 25/32 (стоит первый, но уставка увеличится).

Некоторые люди выбирают марку РН, опираясь на суммарную потребляемую мощность. Это не совсем правильно. Ведь реле, способное выдерживать ток в 32А, может спокойно работать как при нагрузке в 7 кВт, так и при гораздо большей мощности потребления. Только во втором случае в рабочую схему РН необходимо встраивать специальный магнитный контактор. Но об этом в следующем разделе.

Установка РН

Стандартная схема установки РН в распределительный щиток показана на рисунке. Это наиболее простая защита от скачка напряжения.

Работы по установке РН следует производить только при отключенном вводном выключателе!

Как видим, все просто: реле контроля устанавливается сразу после электрического счетчика и подключается к фазному проводу, через который осуществляется электроснабжение всего дома. При скачке за пределы выставленного (регулируемого) диапазона реле отсоединяет внешнюю питающую сеть от внутренней электропроводки, и выполняется защита от скачков напряжения в квартире и в доме.

РН, вмонтированное в панель щитка, занимает минимум пространства на DIN-рейке.

Если мощность потребителей домашней сети даст в сумме 7 кВт и более, производители настоятельно рекомендуют встраивать в рабочую схему РН дополнительный электромагнитный контактор. Хотя, надежный контактор в общей схеме никогда не станет лишней деталью, смотрим следующий комментарий:

Vitichekпользователь FORUMHOUSE

К любому реле лучше ставить контактор, хоть производители и пишут, что РН выдерживает большие токи. Контактор имеет большие контакты и меньшее сопротивление.

Это устройство помогает разгрузить контакты РН, самостоятельно разъединяя силовую линию от общей сети бытовых потребителей. Реле контроля, в момент недопустимого перенапряжения, лишь подает команду на отключение. После этого электромагнитная катушка контактора разъединяет силовые контакты, соединяющие внешнюю и внутреннюю сети. Схема подключения в этом случае будет следующей:

Система защиты от перепада напряжения.

Защита от скачков напряжения 220в

Для того чтобы РН смогло принести пользу своему владельцу, его рабочие параметры (пределы допустимых напряжений и время задержки возобновления питания) необходимо правильно отрегулировать. Если в рабочей схеме используется одно РН, то устанавливать пределы допустимых значений следует, ориентируясь на характеристики бытовой техники, чувствительной к перепадам. Наиболее чувствительным и дорогостоящим оборудованием является аудио- и видеотехника. Диапазон допустимых значений напряжения для нее составляет 200 – 230В.

Читайте также:  Как изменится заряд конденсатора если увеличить напряжение между обкладками

Допускаемое отклонение напряжения от номинальных показателей в отечественных энергетических сетях составляет 10% (198…242В). В случае частого срабатывания РН эти показатели можно брать за основу, осуществляя регулировку реле. Однако чувствительную бытовую электронику в этом случае рекомендуется защищать с помощью переносных стабилизаторов невысокой цены.

DenBakпользователь FORUMHOUSE

Никто и не говорит, что надо при плюс-минус 15В выключаться. Есть диапазон предельно допустимых отклонений в 10%, его большинство приборов должно выдерживать. Ставить нужно, исходя из этого, примерно 190В-250В. Хотя, с нашим состоянием сетей, особенно в частном секторе ожидаемо все. Так что разумная осторожность не повредит.

Для того чтобы обеспечить максимально надежную защиту всех потребителей, следует использовать электрическую схему с несколькими реле. Рабочая схема защиты, включающая несколько РН, позволяет разбить потребителей по группам – в соответствии с их чувствительностью к перенапряжению:

Источник

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.
Принцип действия этой защиты прост: при превышении уровня питающего напряжения срабатывает пороговое устройство, устраивающее короткое замыкание в цепи нагрузки, в результате которого проводник предохранителя плавится и разрывает цепь нагрузки.
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.
Простейшее защитное устройство [4.1], позволяющее спасти защищаемую радиоэлектронную схему, показано на рис. 4.1. При пробое стабилитрона включается тиристор и шунтирует нагрузку, после чего перегорает предохранитель. Тиристор должен быть рассчитан на значительный, хотя и кратковременный ток. В схеме совершенно не допустимо использование суррогатных предохранителей, поскольку в противном случае могут одновременно выйти из строя как защищаемая схема, так и источник питания, и само защитное устройство.


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.
Следующее устройство (рис. 4.3) защитит радиоаппаратуру от выхода из строя при случайной переполюсовке или превышении
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.
Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на максимальный ток, потребляемый радиоаппаратурой.
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.
Недостатком устройства является отсутствие индикации перегорания предохранителя. Эту функцию в устройство несложно ввести самостоятельно. Примеры организации индикации разрыва питающей цепи приведены также в главе 36 книги [1.5].

Читайте также:  Заряженный до напряжения u конденсатор разряжается через резистор


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.
Схема работает следующим образом. При напряжении в сети до 270 В стабилитроны VD3, VD4 закрыты. Также закрыты и тиристоры VS1, VS2. При действующем напряжении более 270 В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2. Когда ток превышает 10 А, срабатывают автоматические выключатели (пробки, плавкие предохранители), отключая электроприборы от электросети. Нагрузка (на рисунке не показана) подключается параллельно тиристорам. Проверить работоспособность устройства можно с помощью ЛАТРа.
Устройство работоспособно и на постоянном токе.


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.
Устройство (патент DL-WR 82992) [4.7], принципиальная схема которого приведена на рис. 4.7, может применяться для защиты нагрузки от недопустимо высокого выходного напряжения. В нормальных условиях транзистор VT1 работает в режиме, когда напряжение между его коллектором и эмиттером небольшое, и на транзисторе рассеивается небольшая мощность (ток базы определяется резистором R1). Сопротивление стабилитрона VD2 в этом случае большое и тиристор VS1 закрыт.


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.

Источник

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.

Читайте также:  Реле контроля напряжения 63а schneider electric

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.

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

Adblock
detector