Як запобігти втратам від перенапруг в домашній електромережі - огляд нової розробки

Той, хто добре знає ціну ремонту домашніх електроприладів, особливо сучасних телевізорів та іншої складної техніки, давно вже поставив стабілізатор або реле напруги в щиток електроживлення (якщо збої по напрузі випадкові і короткочасні). Інші, не вельми обізнані про ціну випадку, спокійно користуються дорогою технікою з ризиком великих втрат ( «на авось»). Найбільш критичною в даному плані є ситуація в дачно-селищних (сільських) електромережах, де крім грозових явищ мають місце і «перекоси фаз» загального живильного трансформатора, при яких напруга на слабо навантаженої фазі може зрости до 260-270 Вольт і більш.

Що пропонує ринок

На сучасному ринку має місце достаток стабілізаторів і реле напруги (у вигляді перехідника «вилка-розетка» або для електрощитка на всю квартиру). Сучасні провідні фірми випускають пристрої захисту (головним чином щитові моделі), - дивіться в інтернеті, які не дозволяють, однак, надійно захистити електронну побутову апаратуру, мають певні функціональні недоліки (див. Нижче). Ця продукція широко проводиться і яскраво рекламується, думається, просто в розрахунку на технічно неграмотного споживача. Судячи з огляду пропозицій ринку (за кілька років) більшість Виробників зупинилися в розвитку своєї продукції на вивірених роками інженерних і конструктивних рішеннях, вигідних з економічної точки зору, і є зовні привабливими для широкого споживача. Однак, якщо дивитися на проблему захисту від перенапруг з інженерної точки зору, то можна сказати, що якісна «розетка» (пристрій захисту) повинна просто поставляти якісну напругу, і це залежить не від її красивого «особи», а від «функціонального розуму».

Погляд на промислові пристрої захисту з технічної (інженерної) точки зору

Відзначимо, перш за все, що всі прості нагрівальні прилади не бояться великих відхилень напруги від норми (відхилення може бути до +/- 40 Вольт). Тому недоцільно включати їх після стабілізатора, надмірно навантажуючи його. Стабілізатор необхідний головним чином для холодильника, якщо напруга тривалий час знижується до 180-190 Вольт.

У всіх випадках вирішення питань стабілізації або іншого захисту треба враховувати, що:

  • Стабілізатори мають так званий «струм холостого ходу» (без навантаження), який безперервно сумується зі струмом навантаження. Тому в багатьох випадках, особливо при харчуванні малопотужної електронної техніки, загальне споживання електроенергії буде багато більше (стабілізатор, як правило, не відключається і не включається разом з навантаженням). Всі виробники вказують ККД для номінального навантаження.
  • Більшість стабілізаторів не має пристроїв захисту від перенапруг у випадках грозових явищ або при обриві нульового »проводи в електромережі (або мають найпростіші, з заводської налаштуванням). Час спрацювання захисту, як правило, більш полупериода напруги, що дуже небезпечно при кидку напруги понад 300 В. Треба враховувати, що напруга, контрольоване стабілізатором і викликає певні перемикання, продовжує зростати на вході блоку живлення телевізора або іншого споживача за весь час спрацьовування захисту ( відключення навантаження), і кидки ці (імпульси) часто мають крутий фронт.
  • За своїм принципом дії стабілізатори пропускають короткі (до декількох мілісекунд) імпульси перенапруг, тому якість вихідної напруги визначається додатковою фільтрацією, яка може виявитися для деякої електронної техніки недостатньою.
  • Стабілізація напруги при його спаді в мережі для сучасних електронних споживачів не потрібно, вони мають власну стабілізацію в цій зоні.
  • Реле напруги, що встановлюються в щитку або на розетку (як перехідник) мають релейні уставки на відключення навантаження при підвищенні або зниженні напруги більш встановлених величин (вручну настроюються). Тобто має місце дуже неприємна для споживача і навіть шкідлива їх функціональна особливість. Для всієї, як правило дорогої апаратури, строго необхідно не допускати напруження вище 250 В. У той же час у багатьох електромережах, особливо в дачно-селищних, це перевищення дуже ймовірно. Таким чином, виникають часті відключення телевізора і всіх інших споживачів, яке швидко набридає і призводить до завищення уставки до 260 В і вище, якщо користувач технічно неписьменний. Ризик пошкодження апаратури різко зростає (треба врахувати і величину затримки спрацьовування, яка також налаштовується вручну і може виявитися небезпечно великий). Щоб зменшити психологічний вплив частих відключень розробники зробили автоматичне відновлення роботи пристрою захисту з деякою (настроюється) затримкою. Але, у багатьох випадках (особливо для комп'ютера) це не дозволить зберегти спокій користувачів техніки і особливо плоди довгої праці за комп'ютером.
  • Переважна більшість захисних пристроїв в формі разветвителей або перехідників, наявних в широкому продажі, взагалі не мають захисту зазначеної на яскравій упаковці. Найчастіше вони мають лише малопотужний варістор, який починає якось гасити напругу (за своїми характеристиками, в мікросекундах) приблизно після 350 В. Але, це ж напруга буде одночасно докладено і до вхідних елементів блоку живлення будь-якої електронної апаратури, з високою ймовірністю їх пробою і випалювання!

Таким чином ситуація щодо вирішення проблем захисту від перенапруг бачиться не настільки благополучною, як на полицях магазинів і на сайтах провідних виробників.

Можливе раціональне рішення проблем захисту

Мій власний досвід розробки найбільш економічних і перспективних, на мій погляд, пристроїв захисту привів до наступного рішення (яке успішно випробувано в досвідчених моделях, патентоспроможності, або є предметом «ноу-хау», - за відповідним договором з зацікавленим Виробником).

Щоб виключити недоліки стабілізаторів і реле напруги доцільно реалізувати зріз зайвої амплітуди напруги в діапазоні 250-290 Вольт вхідної напруги (найбільш ймовірного перевищення) і миттєву відсічення при більшій напрузі. Це можливо шляхом введення в ланцюг харчування активного баласту з потужним транзистором Дарлінгтона (або двома простими). Для збільшення допустимої потужності споживачів можлива установка мініатюрного вентилятора (12 В) з найпростішим блоком живлення для зарядних пристроїв. При цьому перехід 12/5 Вольт забезпечується дуже просто - перемиканням додаткового стабилитрона в схемі зарядного пристрою. Тобто пристрій захисту знаходить додаткову функцію зарядного пристрою.

Реалізація управління баластом із зазначеного вище принципу (синхронний зріз амплітуди, включаючи всі імпульси) не вимагає використання будь-яких контролерів. Більш того, в недавній новій роботі над схемою вдалося позбутися від реле включення режиму стабілізації амплітуди і, відповідно, від електролітичного конденсатора (їх немає взагалі), завдяки розробці оригінального ключа постійного струму на тиристори (з гістерезисом), який виявився дуже вдалим у використовуваній схемі пристрої захисту (судячи з досвіду автора і пошуку аналогів, його можна розглядати як винахід).

У черговому режимі плата управління споживає менше 0,5 Вт (залежить від напруги). Для миттєвої відсічення (близько 1 мс) автором розроблена також і успішно випробувана (протягом кілька років, в різних пристроях) конструкція реле - расцепителя на базі термобрейкера типу ВК-1-10, широко використовуваного в мережевих фільтрах-розгалужувачах. Однак, у зв'язку з синхронним зрізом амплітуди на рівні 250 В, аж до 280-290 В напруги мережі, ймовірність більшого перенапруги істотно зменшується, тому стає раціонально обґрунтованим використання простого запобіжника, який просто випалюється потужним тиристором (з деяким обмеженням струму) при досить тривалому для цього імпульсі перенапруги (з урахуванням тривалості спаду напівхвилі мережевої напруги). При цьому треба враховувати також, що струм через запобіжник (порядку 20-40 А) «підсаджує» напруга мережі (з огляду на її опору).

Варіанти реалізації схеми синхронного обмеження амплітуди

Нижче представлені фото плати управління (остання розробка, - варіант для випробувань), а також відео випробувань пристрою з миттєвою отсечкой (попередня розробка, - для прослуховування клацання відсічення треба збільшити гучність) і відео випробувань «ключа постійного струму» (перша перевірка ідеї, на напрузі 24 В). Останнє вимагає, звичайно, певних пояснень, але оскільки даний пристрій планується передати зацікавленим Виробникам як «ноу-хау» (за договором), то тут можливо уявити поки лише якісну (експериментальну) ВАХ першого малопотужного ключа (зараз випробуваний вже ключ і на напругу до 400 В, з гістерезисом близько 10%).

Відео:

Окремо хотілося б розповісти про джерело підвищеної напруги для настройки і випробувань захисного пристрою. Замість широко відомого ЛАТРа, який має «грубу» ступінчасту характеристику і недостатньо висока напруга, доцільно використовувати спеціальний пристрій на базі двох звичайних трансформаторів з вторинною обмоткою на 30-40 Вольт. Нижче показана схема, яка використовується автором (можливі деякі зміни).

Потужність основного трансформатора може бути 50-100 Вт, а додаткового 15-30. При цьому захисні пристрої випробовуються на мале навантаження, до 10-15 Вт (наприклад, резистор з неоновим індикатором, або лампа розжарювання для холодильника). Для випробування баласту на потужне навантаження є можливість живити баласт прямо від розетки, а плату управління через вказане вище пристрій підвищення напруги (випробування баласту на потужне навантаження є, по суті, тепловими випробуваннями).

Бажають включитися в розробку промислових зразків нового пристрою захисту для електронної апаратури (виставкових моделей) можуть звернутися з пропозиціями до адміністратора.

Додати коментар


Захисний код
Оновити