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.
eax.me
Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения
Аварийные «экстратоки» и «экстранапряжения» не идут на пользу ни одному электронному устройству. Необходимо вводить защитные цепи с автоматическим ограничением, снижением, отключением питания или, в крайнем случае, с визуальной/звуковой индикацией аварийного состояния.
Простейшим элементом защиты служит плавкий предохранитель. При его выборе надо ориентироваться на стандартные номинальные токи срабатывания:
• SМD-предохранители — 62; 125; 250; 375; 500; 750 мА, 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 3.5; 4.0; 5.0 А;
• обычные «стеклянные» предохранители — 50; 60; 80; 100; 160; 200; 250; 315; 500; 630; 800 мА, 1.0; 1.25; 1.6; 2.0; 3.15; 3.5; 4.0 А.
Время срабатывания предохранителя зависит от величины протекающего тока. Судя по Табл. 6.9, ориентироваться на номинальный ток ПЛАВ нельзя, необходимо его многократное превышение, например, 4/ПЛАВ. На практике считается, что плавкая вставка с надписью «1А» гарантированно «сгорает» при токе 2.5 А.
Радиолюбители за неимением времени иногда изготавливают кустарные проволочные предохранители, называемые в обиходе «жучками». Если используется медный провод, то можно взять данные из Табл. 6.10. Разумеется, «жучки» после проведения эксперимента надо заменить нормальными предохранителями.
Следует отличать плавкие предохранители (fuse) от предохранительных резисторов (fusible resistor). Последние по конструкции напоминают обычные резисторы, но при перегорании не оставляют вокруг себя чёрного пятна металлизированной сажи, которая может закоротить другие цепи на печатной плате.
Ещё один важный элемент защиты — это варисторы (Табл. 6.11). В отличие от предохранителей, они устанавливаются не последовательно, а параллельно, т.е. защита осуществляется по напряжению, а не по току.
Если напряжение меньше порогового, то сопротивление варистора большое, и он практически не оказывают влияние на защищаемую цепь. Если порог достигнут, то сопротивление варистора быстро снижается. Это позволяет эффективно защищать аппаратуру от кратковременных импульсных помех.
На Рис. 6.20, а…к показаны схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий.
Рис. 6.20. Схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий (начало):
а) защита от повышенного входного напряжения с порогом, определяемым стабилитроном VD1. Оптореле VU1 имеет нормально замкнутые контакты с током нагрузки не более 250 мА;
б) электронное отключение питания при пробое мощного регулирующего транзистора, находящегося внутри стабилизатора напряжения А1. Быстродействие определяется параметрами оптотиристора VU1. Излучатель HL1 красным цветом индицирует аварийное состояние. Резистор R3 устанавливает напряжение перехода транзистора VT1 в закрытое состояние;
в) «параллельная» защита цепи +5 В. При всплесках напряжения открывается тиристор VS1 и перегорает плавкая вставка FU1 (или самовосстанавливающийся предохранитель). Конденсатор C1устраняет ложные срабатывания тиристора. Мощный проволочный резистор R3защищает тиристор VS1 от «экстратоков». Пороговое напряжение стабилитрона VDI имеет разброс 3.1…3.5 В, поэтому его точное значение устанавливается подстройкой резистора R1.
г) аналогично Рис. 6.20, в, но с заменой тиристорного ключа мощным параллельным стабилизатором напряжения на элементах VDI, VTI, R1…R3 и дополнительной защитой по входу при помощи варистора RV1. Порог срабатывания устанавливается резистором R1 на уровне примерно на 0.2…0.4 В выше, чем напряжение питания +3…+5 В;
Рис. 6.20. Схемы защиты питания от всплесков напряжения и коротких замыканий (окончание):
д) HL1 — это индикатор снижения напряжения питания с +5 до +4 В, что может свидетельствовать о предаварийном состоянии. Точный порог устанавливается резистором R3. Схема служит только для индикации неполадок. Устранение аварии производится оператором вручную;
е) защита от помех и перенапряжений в бортовой сети автомобиля (элементы R1, C1). Мигающий светодиод HL1 служит индикатором неверной полярности подачи питания;
ж) красный цвет светодиода HL1 индицирует обрыв предохранителя FU1, зелёный — нормальную работу. При оранжевом или жёлтом цвете следует выбрать другой тип диода VD1
з) защита от превышения тока в «минусовом» проводе. Резистором R3 добиваются триггер-ного режима работы. Резистором R1 устанавливают ток защиты в пределах 10…600 мА. Для ориентира, если R2= 10 Ом, то ток срабатывания равен 85… 111 мА;
и) варисторная защита устройств, подключённых к телефонной линии. При большой амплитуде или случайной подаче сетевого напряжения 220 В перегорает плавкая вставка FU1;
к) стабилитрон VD2 защищает от всплесков входного напряжения. Ток ограничивается резистором R1, короткие импульсные помехи сглаживаются конденсатором C1.
Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.
www.qrz.ru
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.
el-shema.ru
Защита трансивера от перенапряжения на выходе блока питания | RUQRZ.COM
«Все, что может сломаться — ломается». Сказанное в полной мере можно отнести и к блокам питания (БП) +13.8В/20А. Самая благоприятная неисправность — исчезновение напряжения на клеммах БП. В этом случае трансивер (по цене несоизмеримый с блоком питания) остается в целости и сохранности, а ремонт блока питания обычно трудностей не составляет.
Если же при отказе блока питания на его клеммах появляется не +13.8В, а все 23 вольта (что чаще случается в импульсных блоках питания), то это уже для трансивера кончается печально.
Защититься от этой беды достаточно просто. Надо встроить в блок питания, не имеющего защиты от перенапряжения, схему защиты. Один из вариантов защиты приводится на рисунке выше.
При напряжении +13,8В на клеммах блока питания тиристор КУ202 закрыт и нормально-замкнутый контакт К1.1 замкнут, напряжение с блока питания подается в нагрузку. Сигнальная лампа горит в пол накала.
При повышении выходного напряжения на клеммах блока питания, например, до 16В, ток протекающий через стабилитрон КС156А открывает тиристор КУ202 и контакты реле К1.1 размыкаются, а индикаторная лампочка загорается ярче, сигнализируя о неисправности.
Порог срабатывания тиристора может устанавливаться резистором R1. Реле К1 постоянного тока с напряжением срабатывания 24В, должно иметь нормально замкнутые контакты, выдерживающие ток 25…30А. В авторском варианте используется автомобильное реле 112.3747 (с пятью группами контактов) от автомобиля. Резистор 100Ом снижает напряжение на его обмотке до 12В.
Блок защиты автономен, он может встраиваться в любые блоки питания, где подобная защита отсутствует, или может быть собран в виде отдельной приставки и подключаться между блоком питания и трансивером.
Мне известен случай, когда блок питания заводского изготовления, не имеющий защиты от перенапряжения, все-таки убил дорогостоящий трансивер, затраты на ремонт которого существенно превысили доработку схемой защиты.
И. Аносов
Что еще почитать по теме:
www.ruqrz.com
Защита от перенапряжения электронных схем
Защита от перенапряжения электронных устройств
Защита от перенапряжения электронных схем — если пройтись по радио-рынкам, то там можно увидеть огромное количество всевозможных устройств защищающих бытовые приборы от бросков сетевого напряжения.
Эффективное быстродействие
Увы, большинство из них имеют существенный недостаток, а именно: незначительное по быстроте срабатывание, особенно если коммутация выполняется через электромагнитное реле. Помимо этого, нет функции мягкого включения, после того, как сработала система защиты от резкого перепада напряжения. А вот как раз такие нюансы очень полезны, в особенности это актуально для импульсных источников питания установленных в приборах бытовой технике.
Здесь мы предлагаем к повторению рабочую схему прибора защиты, которое не имеет выше перечисленных недоработок и обладает высоким быстродействием. Принцип ее работы такой: при увеличении напряжения свыше указанных значений (минимальный порог устанавливается подстроечным резистором R4, а максимальный — подстроечным сопротивлением R6) включается легендарный прибор установки интервалов времени NE555P, это одна из самых популярных интегральных микросхем.
Принцип работы защиты
Далее, на третьем выводе таймера создается малый уровень напряжения, светодиод зеленого свечения VD6 начинает погасать, симметричный тиристор (симистор) ТС106, рассчитанный на 10А 600В, разъединяет нагрузку. Малый уровень на седьмом выводе NE555P NE555P дает команду счетчику выполненному на микросхеме К176ИЕ5.
И тот, в свою очередь начинает работать, по существу выполняя действия дублирующего счетчика времени, то-есть формирует задержку включения нагрузки на определенное время. Длительность задержки определяется значением цепи R14 — C6, указанные в схеме номиналы этой цепочки, определяют задержку в пределах четырех минут.
По истечении четырех минут через дифференциальный тракт С5 R15 и Т2 появляется мгновенный импульсный сигнал, дающий команду сброса таймеру NE555P. И в случае нормализации сетевого напряжения, на третьем выводе таймера появится высокое значение уровня.
При этом начнет светится зеленый светодиод, а симметричный тиристор ТС106 включится и соединит цепь с нагрузкой. В случае сохранения нестабильного сетевого напряжения, через четыре минуты весь цикл повторится. Такое действие будет происходить до того момента, пока напряжение электросети не придет в норму.
Простота в сборке и наладке
Светодиод красного свечения VD7 сигнализирует о начале работы таймера на микросхеме К176ИЕ5. Если нет никаких проблем, то он будет мигать в промежутке двух-трех секунд.
Что касается комплектующих для этой схемы, то защита от перенапряжения специальных требований не имеет, разве, что некоторые исключения: постоянный резистор R2 должен выдерживать мощность не менее 1 Вт, емкость C3 должна иметь наименьший ток утечки. Симисторный оптрон VD9 МОС 3022, в случае необходимости можно заменять на МОС 3020-3062. Емкость С1 должна быть с рабочим напряжением 400v или более.
С помощью симистора ТС-106 можно подключать нагрузку рассчитанную на рабочий ток 10А, естественно ТС106 должен быть установлен на подходящем теплоотводе. При необходимости увеличения рабочего ток для модуля защиты, то в таком случае нужно увеличить и мощность симистора, можно поставить больший по мощности ТС132.
Приведенная здесь схема защиты от перенапряжения, способна работать в круглосуточном режиме без каких либо проблем. Единственное, что ей не нравится, так это короткого замыкания в нагрузке. При начальном включении устройства через схему защиты, нагрузка будет подключена по прошествии четырех минут, а потом уже все будет работать на автомате.
usilitelstabo.ru
УЗИП для частного дома: 6 схем подключения
Парадокс наших дней — задал простой вопрос десятку знакомых: вы понимаете, что от удара молнии может сгореть стиралка, холодильник, морозильник и дорогая электроника: компьютер, телевизор, домашний кинотеатр?
Спастись от этой беды можно. Достаточно подключить УЗИП для частного дома в отдельном щитке и возложить на него защиту от случайной аварии.
Только один человек сказал, что планирует решить этот вопрос. Остальные же отложили его рассмотрение до лучших времен. Вот я и решил объяснить его подробнее.
Содержание статьи
Для чего предназначены внутренние устройства молниезащиты и как они работают при разрядах
Стихийное возникновение молнии происходит внезапно, создавая огромные разрушения.
Защитить дом от него позволяет внешняя молниезащита, состоящая из молниеприемника, распложенного над крышей, а также молниеотвода и контура заземления.
Ток разряда, проникающий кратковременным импульсом по подготовленной цепи, имеет очень большую величину. Он наводит в близкорасположенной проводке здания и токопроводящих частях перенапряжения, способные сжечь изоляцию, повредить бытовые приборы.
Предотвратить опасные последствия грозового разряда предназначены внутренние устройства молниезащиты, представляющие собой комплекс технических устройств и приборов на основе модулей УЗИП с подключением их к системе заземления.
Они надежно работают не только при непосредственном ударе молнии по дому, но и гасят разряды, попадающие в:
- питающую ЛЭП;
- близлежащие деревья и строения;
- почву, расположенную рядом со зданием.
Если с ударом по ЛЭП обычно вопросов не возникает, то в последних двух случаях перенапряжение способно импульсом проникнуть в домашнюю проводку по контуру земли, трубам водопровода, канализации, другим металлическим магистралям, как показано на самой первой картинке
Работа внутренней молниезащиты происходит за счет подключения проникшего высоковольтного импульса на специально подобранный разрядник или электронный элемент — варистор.
Он включается на разность двух потенциалов и для обычного напряжения обладает очень большим сопротивлением, когда токи через него ограничиваются, не превышают нескольких миллиампер.
При попадании на схему варистора аварийный импульс открывает полупроводниковый переход, замыкая его накоротко. Через него начинает стекать опасный потенциал на защитное заземление.
После варистора опасное напряжение значительно ограничивается. На базе этих электронных компонентов созданы современные модули защиты — УЗИП.
Устройство защиты от импульсных перенапряжений: как правильно выбрать и установить модуль
Представьте картинку, когда накопленная энергия статического электричества между движущимися на больших расстояниях облаками разряжается молниеносным ударом по зданию или питающей его ЛЭП.
Усредненная форма импульса тока приведена ниже. Она вначале круто возрастает примерно за 10 миллисекунд, а затем, достигнув своего апогея, начинает плавно снижаться. Причем спад до середины максимального значения тока происходит через 350 мс и продолжается дальше до нуля.
Этот импульс грозового разряда создает перенапряжение в сети, которое примерно повторяет форму тока, но может отличаться за счет работы ограничителей перенапряжения, установленных на воздушной ЛЭП.
Форма такого импульса, обработанного разрядниками, показана чуть правее, а обычная синусоида частотой 50 герц для сравнения ниже.
Ограничители перенапряжения ЛЭП работают за счет пробивания калиброванного воздушного зазора повышенным импульсом разряда. В обычном состоянии его сопротивление исключает протекание токов от напряжения нормальной величины.
У высоковольтных линий электропередач ограничители имеют довольно внушительные размеры.
На воздушных ЛЭП 0,4 кВ их габариты значительно меньше. Они располагаются на опоре рядом с изоляторами.
Ограничители перенапряжения ВЛ способны погасить очень высокое напряжение разряда молнии только до 6 киловольт. Такой импульс имеет измененную форму нарастания и спада напряжения с характеристикой 8/20 мкс. Он поступает на вводные устройства вашего дома.
Защита перенапряжения ЛЭП его сильно урезала и преобразовала. Но этого явно недостаточно для обеспечения безопасности оборудования и жильцов.
Бытовая проводка 220/380 вольт выпускается с изоляцией, способной противостоять импульсам 1,5÷2,5 кВ. Все, что больше, ее пробивает. Поэтому требуется использовать дополнительное устройство защиты от импульсных перенапряжений для частного дома.
Ассортимент таких конструкций обширен. Их необходимо уметь правильно выбирать и монтировать.
УЗИП для сети 0,4 кВ выпускаются на 2 режима возможной аварии для гашения:
- тока разряда с формой 10/350мкс, который не претерпел изменений от ОПН воздушной ЛЭП;
- импульса перенапряжения с характеристикой 8/20мкс.
По этим факторам удобно при выборе УЗИП пользоваться алгоритмом, который я показал картинкой ниже.
Однако следует представлять, что практически нет устройств, способных разово погасить импульс 6 киловольт до безопасной для бытовой проводки величины в 1,5 кВ.
Этот процесс происходит в три этапа. Под каждый из них используется свой класс УЗИП, хотя есть небольшие исключения из этого правила.
Модули класса 1 способны снизить импульс перенапряжения с 6 до 4 кВ, который проникает:
- после ограничителей ЛЭП;
- или наводится от тока разряда молнии, стекающего по молниеотводу;
- либо ее удара в близко расположенные строения, деревья, почву.
УЗИП класса 1 устанавливают во вводном щиту здания внутри отдельной герметичной пожаробезопасной ячейки. Пренебрегать этим правилом опасно.
При монтаже следует правильно прокладывать защищаемые кабели. Они не должны пересекаться с отводом аварийных токов на контур земли и приходящими, не подвергнутыми защите магистралями.
От сверхтоков модули спасают силовыми предохранителями с плавкими вставками.
Автоматические выключатели для этих целей не приспособлены. Их контакты не выдерживают создаваемые импульсные перегрузки. Они привариваются, а повреждение продолжает развиваться.
Следующий класс УЗИП №2 снижает импульс перенапряжения с четырех до 2,5 кВ. Его ставят в следующем по иерархии распределительном щите, например, квартирном. Он дополняет работу предшествующего модуля, но может использоваться и автономно.
Класс №3 устройства защиты от импульсных перенапряжений может выполняться модулями, устанавливаемыми на DIN-рейку или комплектами, встраиваемыми в бытовые приборы, удлинители, сетевые фильтры.
УЗИП класса 3 способен обеспечивать безопасность только после срабатывания защиты класса №2. Он ставится последовательно за ней потому, что от 4-х киловольт сгорает.
Производители побеспокоились о сложности выбора правильной конструкции УЗИП и предлагают комплексное решение этого вопроса общим модулем, называемым 1+2+3.
Он ставится в отдельном боксе. Однако, цена такой разработки не всем по карману.
Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с однофазным питанием
Монтаж электропроводки в частном доме, особенно выполненном из древесины и горючих материалов, требует тщательного соблюдения правил электрической безопасности.
Необходимо учесть, что здание может быть запитано по разным схемам заземления:
- типовой старой TN-C;
- либо современной, более безопасной TN-S или ее модификациям.
Разберем оба случая.
Схема подключения УЗИП: 2 варианта по системе заземления TN-S
На картинке ниже представлена развернутая схема с защитой комбинированного класса 1+2, которое используется для установки после вводного автоматического выключателя.
Варистор ограничителя перенапряжения встроен в корпус модуля, защищает электрическую схему от прямых или удаленных атмосферных разрядов молний.
Традиционный для всех УЗИП сигнальный флажок имеет два цвета:
- зеленое положение свидетельствует об исправности устройства и готовности к работе;
- красное — о необходимости замены в случае срабатывания или перегорания.
Такой модуль может применяться во всех системах заземления, а не только TN-S. Он имеет 3 клеммы подключения:
- сверху слева L — фазный провод;
- сверху справа PE — защитный проводник заземления;
- снизу N — нулевой провод.
УЗИП защищает электросчетчик и все цепи после него.
На очередной схеме показан вариант использования защиты с УЗО. После него создается дополнительная шинка рабочего нуля N1, от которой запитаны все потребители квартиры.
Схема вроде понятна, вопросов не должно возникнуть.
Для дополнительных систем заземления TN-C-S и ТТ предлагаю к изучению и анализу еще две схемы. У них УЗИП монтируется тоже во вводном устройстве.
Цепи подключения счетчика, реле контроля напряжения РКН и УЗО, а также потребители подробно не показываю. Но принцип понятен: используется защитная шина PE.
А вот в старой системе заземления ее нет, за счет чего снижается надежность и безопасность. Но все же она осуществляет защиту, поэтому и рассматривается.
Схема подключения УЗИП по системе заземления TN-C
Отсутствие шины РЕ диктует необходимость подключения УЗИП только между потенциалами фазного провода и PEN. Других вариантов просто нет.
Слева показан способ монтажа защиты для однофазной проводки, а справа — трехфазной.
Импульс перенапряжения снимается по принципу создания искусственного короткого замыкания в питающей цепи.
Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с трехфазным питанием
Разбираю принципы подключения УЗИП на примере разных систем заземления.
Схема подключения УЗИП для трехфазного питания дома по системе TN-S
Защита проводки возложена на:
- трехполюсный вводной автоматический выключатель;
- однополюсные и трехполюсные автоматы отходящих линий;
- устройство защиты от импульсных перенапряжений комбинированного типа 1+2+3.
Учетом электроэнергии занимается трехфазный электросчетчик. После него в цепях рабочего нуля образована дополнительная шинка N1. От нее запитываются все потребители.
Шинки N и РЕ, модуль УЗИП подключены стандартным образом.
При раздельном использовании защит классов №1, 2, 3 следует распределять их по зонам I, II, III.
Проникновение импульсов перенапряжения со всех сторон потенциалов фаз, рабочего нуля и соединенного с контуром земли оборудования блокирует включение модулей между шинами фаз, нуля и РЕ.
Схема подключения УЗИП: 2 варианта для трехфазного питания дома по системе TN-C
В предлагаемой разработке показан не чистый вариант подключения защит под систему заземления TN-C, а рекомендуемая современными требованиями модификация перехода на TN-C-S с выполнением повторного заземления.
Проводник PEN по силовому кабелю от питающей трансформаторной подстанции подается на свою шинку, которая подключается перемычкой к сборке рабочего нуля и шине повторного заземления.
Трехполюсный УЗИП, включенный после вводного автомата, защищает электрический счетчик и все его цепи, включая УЗО, от импульсов перенапряжения. Напоминаю, что он должен монтироваться в отдельном несгораемом боксе.
При отсутствии повторного заземления нижняя клемма модуля УЗИП подключается на шину PEN проводника отдельной жилой, а проводка работает чисто по старой системе TN-C.
Еще одна методика снижения нарастающего фронта броска импульса перенапряжения показана ниже. Здесь работают специальные реактивные сопротивления — дросселя LL1-3 с индуктивностью от 6 до 15 микрогенри, подбираемые расчетным путем.
Они используются при близком расположении оборудования для создания небольшой задержки срабатывания защиты, необходимой по условиям селективности.
Их монтируют в отдельном защитном щитке совместно с УЗИП. Так проще выполнять настройки и периодические обслуживания, профилактические работы.
Считаю, что необходимо указать еще на один вариант использования ограничителей перенапряжения и разрядников, которым иногда пренебрегают владельцы сложной электронной техники.
В отдельных ситуациях, как было у меня в электротехнической лаборатории на подстанции 330 кВ. Настольный компьютер подвергался различным видам облучения электромагнитных полей с частотами низкого и высокого диапазонов. Это сказывалось на отображении информации и даже быстродействии.
Выход был найден за счет создания мощного экранирующего чехла и подключения его к отдельному функциональному заземлению.
Однако при ударе молнии в рядом расположенную почву или молниезащиту такой путь может стать источником опасности. Исправить ситуацию позволяет метод создания дополнительной гальванической развязки.
Ее создают подключением разрядника. У меня использовалась разработка компании Hakel, как показано на картинке выше.
3 главных ошибки электрика в схемах молниезащиты
Отвод случайного разряда молнии от здания и ликвидация опасных последствий перенапряжения — это сложная и ответственная техническая задача, требующая:
- тщательного инженерного расчета;
- надежного монтажа;
- своевременного профилактического обслуживания.
Три перечисленных пункта требуют профессиональных знаний и опыта, которыми обладает далеко не каждый специалист.
Отличает профессионала от других электриков не наличие диплома об образовании, количество сертификатов или положительных отзывов, а готовность взять на себя всю полноту материальной ответственности за проделанную работу и причиненный ущерб в случае допущения ошибки на любом вышеперечисленном этапе.
Расчет проекта молниезащиты
Он должен выполняться по двум направлениям:
- внешней схеме отвода тока разряда;
- внутренней ликвидации импульса перенапряжения с полным учетом местных условий.
На расчет конструкции влияют характеристики грунтов, форма и габариты здания, условия подключения электроэнергии и многие другие факторы.
Их требуется просчитать, смоделировать, подвергнуть испытаниям специализированными компьютерными программами и внести необходимые усовершенствования.
Но есть и другой путь — собрать доступную информацию самостоятельно, например, с интернета и рискнуть безопасностью дома и жильцов: вдруг пронесет. Грозы то бывают не каждый день, авось… (Так поступает большинство, причем часто по незнанию.)
Монтаж внутренней и внешней молниезащиты
Попробуйте ответить на простой вопрос: можно ли изготовить надежно работающую систему без точного проекта, учитывающего аварийные и эксплуатационные режимы?
А ведь так поступают многие владельцы домов. В итоге создаются контуры заземления с завышенным электрическим сопротивлением, ненадежные молниеотводы, что превращает задуманную защиту в ловушку молний, когда молниеприемник притягивает на себя грозовой разряд, а его энергия не отводится на потенциал земли, а прикладывается к зданию.
Ошибки монтажа внутренней молниезащиты ведут к выгоранию бытовой проводки, повреждению дорогого оборудования, бесполезной трате денег, времени.
Профилактическое обслуживание систем молниезащиты
Здесь надо учитывать, что любая техника не только морально изнашивается, но и естественно стареет.
Электрические характеристики грунта меняются в зависимости от погоды, сезона, влажности. Электронные защиты на УЗИП при срабатывании, как и их предохранители могут выгореть. Контактные соединения собранных цепочек со временем увеличивают сопротивление.
Все эти процессы требуется контролировать внешним и внутренним осмотром, выполнением электротехнических измерений точными специализированными приборами.
Внутри многоэтажного здания вопросами внутренней и внешней молниезащиты занимается эксплуатирующая организация ЖКХ со своими работниками. Владелец частного дома решает их самостоятельно и выполнить их обязан надежно и качественно привлечением специалистов лабораторий.
В статье я привел типовые схемы, показывающие как подключить УЗИП для частного дома и постарался кратко объяснить принципы их работы.
Дополняет этот материал видеоролик владельца Василия Юферева. Обратите внимание на комментарии: отдельные люди так и не поняли роль этой защиты.
Если у вас возникли вопросы по изложенной теме, то воспользуйтесь разделом комментариев. Обсудим.
electrikblog.ru
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
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 B. 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, позволяющее спасти защищаемую радиоэлектронную схему, показано на рис. 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. 1. Простейшая защита от перенапряжения
Рис. 2. Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения
Усовершенствованная схема защиты нагрузки от превышения напряжения, дополненная резистором и конденсатором, показана на рис. 2. Резистор ограничивает предельный ток через стабилитрон и управляющий переход тиристора, конденсатор снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения. Следующее устройство (рис. 3) защитит радиоаппаратуру от выхода из строя при случайной переполюсовке или превышении напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле. При правильной полярности и номинальном напряжении питания диод VD1 и тиристор VS1 закрыты, и ток через предохранитель FU1 поступает на выход устройства.
Рис. 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 B). 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 приведена простая и довольно эффективная схема защиты 7777-устройств от перенапряжения. 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.
Рис. 4. Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения
Рис. 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. 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.
6. Схема релейного устройства защиты от
перенапряжения с самоблокировкой
Устройство защиты от перенапряжения (рис. 6) выгодно отличается от предыдущих тем, что в нем не происходит необратимого повреждения элемента защиты. 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), принципиальная схема которого приведена на рис. 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. 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.
studfile.net
