Как предотвратить потери от перенапряжений в домашней электросети — обзор новой разработки

Автор публикации: Василев А.И.

Те, кто хорошо знает стоимость ремонта бытовой техники, а особенно современных телевизоров и других сложных устройств, давно установили в силовой щит стабилизатор или реле напряжения (если сбои напряжения случайные и кратковременные). Другие, особенно те, кто не подозревает о стоимости дела, незаметно используют дорогостоящее оборудование, рискуя крупными потерями («ударил и промахнулся»). Наиболее критичной в этом отношении является ситуация в локальных электрических сетях, где помимо грозы есть еще «разбаланс фаз» общего силового трансформатора, при котором напряжение на слабо нагруженной фазе может возрасти до 260-270 В и более. .

  • Что предлагает рынок
  • Взгляд на промышленные защитные устройства с технической (инженерной) точки зрения.
  • Возможные разумные решения проблем безопасности
  • Варианты схем ограничения синхронной амплитуды

Что предлагает рынок

На современном рынке существует множество стабилизаторов и регуляторов напряжения (в виде переходной «розетки» или для электрощита на всю квартиру). Современные ведущие компании производят защитные устройства (в основном панельные модели) — ищите в Интернете, которые, однако, не позволяют надежно защитить бытовую электронику, имеют некоторые функциональные дефекты (см. Ниже). Эти продукты широко производятся и четко рекламируются, мы думаем, просто рассчитывая на технически неграмотных потребителей. Судя по обзору рыночных предложений (за несколько лет), большинство производителей остановились в развитии своей продукции на инженерно-строительных решениях, которые экономически выгодны и привлекательны для населения. Однако если взглянуть на проблему защиты от перенапряжения с инженерной точки зрения, можно сказать, что качественная «розетка» (защитное устройство) просто должна подавать качественное напряжение, и это зависит не от его красивого «лица». , но на его «функциональном уме».

Взгляд на промышленные устройства защиты с технической (инженерной) точки зрения

В первую очередь следует отметить, что все простые нагревательные приборы не боятся больших отклонений напряжения от нормы (отклонение может составлять до +/- 40 В). Поэтому включать их после стабилизатора бессмысленно, перегружая его. Стабилизатор нужен в основном для холодильника, если напряжение на длительное время падает до 180-190 В.

Во всех случаях, принимая решение о стабилизации или другой защите, следует учитывать, что:

  • Стабилизаторы имеют так называемый «ток холостого хода» (без нагрузки), который постоянно добавляется к току нагрузки. Поэтому во многих случаях, особенно при питании маломощных электронных устройств, общая потребляемая мощность будет намного выше (стабилизатор, как правило, не выключается, а включается вместе с нагрузкой). Все производители предоставляют КПД для номинальной нагрузки.
  • Большинство стабилизаторов не имеют устройств защиты от перенапряжения при грозовых явлениях или обрыве нулевого провода в сети (или имеют самый простой, с заводской настройкой). Время срабатывания защиты обычно больше, чем период полураспада напряжения, что слишком опасно для скачков напряжения выше 300 В. Следует помнить, что напряжение, контролируемое регулятором и вызывающее определенные переключения, продолжает расти на входе мощности телевизора или другого приемника в течение срабатывания защиты (отключение нагрузки), и эти перенапряжения (импульсы) часто имеют резкий скачок. лицо.
  • По принципу действия стабилизаторы пропускают короткие (до нескольких миллисекунд) импульсные перенапряжения, поэтому качество выходного напряжения определяется дополнительной фильтрацией, которой для некоторых электронных устройств может быть недостаточно.
  • Стабилизация напряжения при падении напряжения в сети современным электронным приемникам не требуется, у них есть своя стабилизация в этой области.
  • Реле напряжения, устанавливаемые в распределительном щите или в розетке (как адаптер), имеют настройкиреле, отключающее нагрузку при повышении или понижении напряжения выше установленных значений (настраивается вручную). Другими словами, это очень неприятно для потребителя и даже вредит их функциональности. Для всех, обычно дорогих устройств, абсолютно необходимо не допускать напряжения выше 250 В. В то же время во многих электросетях, особенно в усадьбах одноквартирных домов, такое превышение весьма вероятно. Это приводит к частому отключению телевизора и всех других приемников, что быстро становится раздражающим и приводит к чрезмерной настройке напряжения до 260 В и выше, если пользователь технически неграмотен. Риск повреждения оборудования резко возрастает (также необходимо учитывать величину задержки срабатывания, которая также регулируется вручную и может быть опасно высокой). Чтобы снизить психологическое воздействие частых отключений, разработчики ввели автоматическое восстановление предохранительного устройства с определенной (регулируемой) задержкой. Однако во многих случаях (особенно в случае с компьютером) это не успокоит пользователей техники, особенно плодов долгой работы за компьютером.
  • Подавляющее большинство имеющихся на рынке защитных устройств в виде разветвителей или переходников вообще не имеют защиты на яркой упаковке. Чаще всего у них есть только маломощный варистор, который начинает как-то (по своим характеристикам, в микросекундах) гасить напряжение примерно через 350 В. Но такое же напряжение будет одновременно подаваться на входные элементы блока питания любой электронной оборудования, с большой вероятностью их повреждения и сгорания!

Поэтому ситуация с защитой от перенапряжения не так хороша, как это выглядит на полках магазинов и сайтах ведущих производителей.

Возможное рациональное решение проблем защиты

Собственный опыт разработки наиболее экономичных и, на мой взгляд, перспективных защитных устройств привел к следующему решению (которое успешно апробировано на опытных образцах, патентоспособно или является предметом «ноу-хау», — на основании соответствующего соглашения с заинтересованным производителем).

Для устранения недостатков стабилизаторов и регуляторов напряжения рекомендуется ввести отсечку избыточной амплитуды напряжения в диапазоне 250-290 В входного напряжения (наиболее вероятное превышение) и немедленное отключение при более высоких напряжениях. . Это возможно за счет введения в цепь питания активного балласта с мощным транзистором Дарлингтона (или двумя простыми транзисторами). Миниатюрный вентилятор (12 В) с элементарным зарядным устройством позволяет увеличить допустимую мощность приемников. В этом случае переход 12/5 В обеспечивается очень просто — включением дополнительного стабилизатора в схему зарядного устройства. Таким образом, протектор приобретает дополнительную функцию зарядного устройства.

Реализация управления балластом по описанному выше принципу (синхронное ограничение амплитуды всех импульсов) не требует каких-либо регуляторов. Кроме того, в последней новой работе над схемой удалось избавиться от реле, включающего режим стабилизации амплитуды и, соответственно, от электролитического конденсатора (их нет вообще), благодаря разработке оригинальный выключатель постоянного тока на тиристоре (с гистерезисом), который оказался очень эффективным, в схеме использовался предохранитель (судя по опыту автора и поиску аналогов, его можно считать изобретением).

В режиме ожидания плата управления потребляет менее 0,5 Вт (в зависимости от напряжения). Для мгновенного расцепителя (примерно 1 мс) автором также разработана и успешно испытана (в течение нескольких лет, в различных устройствах) конструкция релейного разъединителя на основе широко используемого термовыключателя типа ВК-1-10. в распределительных фильтрах. Однако благодаря синхронному снижению амплитуды на 250В до 280-290 В сетевого напряжения вероятность перенапряжения значительно снижается, поэтому становится рациональным использование простого предохранителя, который просто перегорит с исправным тиристором (с некоторым ограничением тока) при достаточно длительном импульсе перенапряжения. (с учетом длительности полуволны спада сетевого напряжения). Также следует учитывать, что ток, протекающий через предохранитель (примерно 20-40 А), «высасывает» сетевое напряжение (из-за своего сопротивления).

Варианты реализации схемы синхронного ограничения амплитуды

Ниже представлены изображения платы управления (последняя разработка — тестовая версия), а также видео-тесты устройства с немедленным отключением (предыдущая разработка — чтобы услышать щелчок отключения нужно увеличивать громкость) и видео-тесты устройства. «выключатель постоянного тока» (первая проверка идеи, на 24В). Последнее, очевидно, требует некоторого пояснения, но поскольку это устройство планируется передать заинтересованным производителям в качестве «ноу-хау» (по контракту), здесь можно представить только качественную (экспериментальную) кривую IV первого нижнего предела. выключатель питания (в настоящее время выключатель уже проходит испытания на напряжение до 400 В с гистерезисом около 10%).

Отдельно хотим рассказать об источнике повышенного напряжения для регулирования и проверки защитного устройства. Вместо известного ЛАТП, имеющего «грубые ступенчатые характеристики и недостаточно высокое напряжение», рекомендуется использовать специальное устройство на основе двух обычных трансформаторов с вторичной обмоткой 30-40 В. Приведена использованная автором схема. ниже (возможны некоторые изменения).

Мощность основного трансформатора может составлять 50-100 Вт, а вспомогательного трансформатора 15-30. Устройства безопасности испытываются на малую нагрузку, до 10-15 Вт (например, резистор неоновой лампы или колба холодильника). Чтобы проверить балласт на большую нагрузку, можно запитать балласт непосредственно от розетки и платы управления, используя указанное выше устройство повышения напряжения (проверка балласта на высокую нагрузку в основном представляет собой тепловое испытание).

Люди, желающие принять участие в разработке промышленных образцов нового защитного устройства для электронной техники (выставочные модели), могут направить предложения администратору.