От перепада напряжения защита: Защита от скачков напряжения 220 вольт в доме и квартире

Защита от скачков напряжения 220 вольт в доме и квартире

Электрическая энергия – неотъемлемая составляющая быта современных людей, где бы они ни проживали – в городе или сельской местности. Трудно представить себе квартиру или дом, где нет ни одного бытового прибора, а для освещения пользуются свечками или лучинами. Однако вся бытовая техника, как и элементы освещения, питание к которым поступает по домашней линии, подвергается опасности, связанной с нестабильностью напряжения. Превышение этим показателем допустимых пределов влечет серьезные проблемы, вплоть до поломки дорогостоящей аппаратуры и выхода линии из строя. Уберечь проводку и приборы поможет защита от скачков напряжения 220В для дома. В этом материале мы расскажем о том, как защититьсвоими рукамитехнику от скачковнапряжения в квартире или в частном доме.

В чем причины перепадов напряжения в сети?

Система электроснабжения в нашем государстве далеко не совершенна. Из-за этого положенная величина напряжения 220В, с расчетом на которую изготавливают всю бытовую технику, выдерживается далеко не всегда. В зависимости от того, какая нагрузка в конкретный момент приходится на сеть, напряжение в ней может колебаться в значительных пределах.

Скачки напряжения в наших сетях не являются редкостью из-за того, что подавляющее большинство всех элементов энергоснабжающей системы разрабатывалось несколько десятилетий назад и не рассчитывалось на современную нагрузку. Ведь практически в любой современной квартире имеется множество домашних энергопотребителей. Конечно, это делает проживание более комфортным, но вместе с тем значительно увеличивает потребление электричества. Линия далеко не всегда может справиться с такими нагрузками, следствием чего становятся частые перепады напряжения.

Один из способов защиты от перенапряжения сети на видео:

Надеяться на то, что вскоре старая система будет полностью переделана с учетом современных требований, не стоит. Поэтому защита от скачков напряжения электролинии и подключенных к ней аппаратов – это та задача, при решении которой хозяевам приходится думать собственной головой и работать своими руками.

Теперь поговорим о причинах, из-за которых возникают скачки напряжения, более подробно. Обычно изменения разности потенциалов происходят без резких бросков, и современная техника, рассчитанная на работу в пределах от 198 до 242В, способна справиться с ними без ущерба для себя.

Речь пойдет о тех случаях, когда напряжение в течение долей секунды повышается в разы, а затем столь же быстро снижается. Это и есть то явление, которое называется – скачок напряжения. Вот каковы причины, по которым оно чаще всего происходит:

• Одновременное включение (или, наоборот, отключение) нескольких приборов.
• Обрыв нулевого проводника.
• Удар молнии в линию электропередачи.
• Разрыв жил внутри провода из-за падения на ЛЭП дерева
• Неправильное подключение кабелей в общем электрощите.

Как видим, скачок напряжения может произойти по разным причинам. Предугадать, когда он произойдет, попросту нереально, а значит, подумать о защите от перепадов напряжения следует заблаговременно.

Пример монтажа реле напряжения на видео:

Как защитить технику от перенапряжений?

Конечно, оптимальный вариант защиты от повышенного напряжения домашней сети и включенных в нее приборов – это полная реконструкция системы энергоснабжения с последующим ее обслуживанием опытными специалистами. Но если целиком заменить проводку в частном доме еще можно, то в многоквартирных зданиях это нереально. Практика показывает, что несколько десятков жильцов практически никогда не смогут договориться о совместной оплате подобных работ.

Вряд ли будут этим заниматься и управляющие компании. А менять электропроводку в отдельно взятой квартире бесполезно – скачки напряжения от этого никуда не денутся, поскольку возникают они, как правило, из-за общего оборудования.

Что делать, чтобы скачки напряжения не стали причиной серьезного ущерба? Не ждать же, пока у коммунальщиков и всех соседей по дому возникнет желание заменить общую электропроводку в здании? Ответ один – подобрать надежное устройство для защиты домашней сети от скачков напряжения.

Сегодня используются следующие приборы, повышающие безопасность домашней аппаратуры и позволяющие свести к минимуму вероятность ее повреждения из-за перенапряжений:

• Реле контроля напряжения (РКН).
• Датчик повышенного напряжения (ДПН).
• Стабилизатор.

Отдельно следует назвать источники бесперебойного питания. Они близки к перечисленным устройствам, но назвать их полноценными аппаратами для защиты линии от перепадов разности потенциалов нельзя. Более подробно о них расскажем ниже.

Реле контроля напряжения

Когда скачки напряжения в квартире случаются нечасто и в постоянной защите от них нужды не имеется, достаточно подключить к сети специальное реле.

Что представляет собой этот элемент? РКН – это небольшой прибор, задача которого состоит в отключении цепи при перепаде разности потенциалов и возобновлении подачи электричества после того, как сетевые параметры придут в норму. Само по себе реле никак не влияет на величину и стабильность напряжения, а только фиксирует данные. Эти устройства бывают двух типов:

• Общий блок, который устанавливается в распределительном щите и защищает от перенапряжения всю квартиру.
• Устройство, по внешнему виду напоминающее удлинитель с гнездами электророзеток, в которые включаются отдельные приборы.

Наглядно перо принцип работы реле напряжения на видео:

Приобретая реле, важно не ошибиться в расчете его мощности. Она должна несколько превышать суммарную мощность подключенных к устройству приборов. Индивидуальные РКН, которые включаются в общую сеть, подобрать несложно – надо просто купить элемент с нужным количеством розеток.

Эти устройства удобны, имеют невысокую стоимость, но пользоваться ими имеет смысл лишь тогда, когда сеть стабильна. Если же скачки напряжения в ней происходят постоянно, такой вариант не подойдет – ведь мало кому из хозяев понравится непрерывное включение-отключение всей сети или отдельных приборов.

Датчик перепадов напряжения

Этот датчик, как и РКН, фиксирует информацию о величине разности потенциалов, отключая сеть при перенапряжениях. Однако функционирует он по другому принципу. Такой прибор нужно устанавливать в сеть вместе с устройством защитного отключения. Когда аппарат обнаружит нарушение сетевых параметров, он вызовет утечку тока, обнаружив которую, автомат защиты (УЗО) обесточит сеть.

Стабилизатор напряжения

В тех линиях, которым нужна постоянная защита от перепадов напряжения, необходимо устанавливать стабилизатор сети. Эти устройства, будучи включенными в линию, вне зависимости от подающейся на них разности потенциалов, на выходе нормализуют параметры до нужной величины. Поэтому, если скачки напряжения в вашей домашней сети происходят часто, стабилизатор будет для вас оптимальным решением.

Эти приборы подразделяются по принципу действия. Разберемся, какой из них подойдет для различных случаев:

• Релейные. Такие аппараты имеют достаточно низкую цену и небольшую мощность. Впрочем, для защиты бытовой аппаратуры они вполне подойдут.
• Сервоприводные (электромеханические). По своим характеристикам такие приборы мало чем отличаются от релейных, но при этом стоят дороже.

• Электронные. Эти стабилизаторы собраны на базе тиристоров или симисторов. Они имеют достаточно высокую мощность, точны, долговечны, отличаются хорошим быстродействием и почти всегда гарантируют надежную защиту от перенапряжений. Цена их, естественно, довольно высока.
• Электронные двойного преобразования. Эти устройства самые дорогие из всех перечисленных, но при этом они обладают наилучшими техническими параметрами и позволяют обеспечить максимальную защиту линии и приборов.

Стабилизаторы бывают однофазными, предназначенными для подключения к домашней линии, и трехфазными, которые устанавливаются в сети крупных объектов. Они также могут быть переносными или стационарными.

Наглядно про стабилизаторы на видео:

Выбирая для себя такой аппарат, предварительно следует рассчитать суммарную мощность энергопотребителей, которые будут к нему подключены, и предельные значения сетевого напряжения. Рекомендуем в этом деле прибегнуть к помощи специалистов – они помогут не запутаться в технических тонкостях и подобрать наилучший вариант для конкретной линии по характеристикам и стоимости.

Источники бесперебойного питания

Теперь поговорим об этих, ранее упомянутых нами, устройствах. Иногда неопытные пользователи путают их со стабилизаторами напряжения, но это совсем не так. Основная задача ИБП – при внезапном отключении электроэнергии обеспечить подсоединенные устройства питанием в течение определенного времени, что позволит плавно завершить работу на них, сохранив имеющуюся информацию. Резерв электроэнергии дают встроенные в аппарат аккумуляторы. Как правило, бесперебойники используются вместе с компьютерами.

В некоторых ИБП, например, с интерактивной схемой или режимом двойного преобразования, имеются встроенные стабилизаторы, которые способны нивелировать небольшие перепады разности потенциалов, но при этом цена их очень высока, и для общей защиты сети они подходят плохо. Поэтому полноценной заменой стабилизатору их считать нельзя. Но для защиты ПК при внезапных отключениях электричества такие аппараты поистине незаменимы.

Заключение

В этой статье мы разобрались, для чего нужна защита от скачков сетевого напряжения 220В для дома и с помощью каких устройств можно ее обеспечить. Как читатели могли убедиться, надежнее всего убережет бытовую технику от перенапряжений мощный и дорогой стабилизатор.

Однако это не значит, что ничем другим проблему перепадов разности потенциалов не решить. Во многих случаях подойдут и другие перечисленные приборы. Все зависит от параметров сети и ее стабильности.

Устройства защита от скачков напряжения для дома и квартиры

Содержание

Высокий уровень развития современных технологий позволил оснастить наше жилье высокотехнологичной бытовой техникой, которая экономит время, облегчает труд и упрощает жизнь. В подавляющем большинстве квартир и жилых домов обязательно найдутся автоматические стиральные и посудомоечные машины, микроволновки, холодильники, аудио- и видеоаппаратура, персональные компьютеры, а также другие электроприборы, реализованные на основе электронных компонентов и имеющие цифровые алгоритмы управления.

С ростом функциональности, эффективности и удобства эксплуатации растут и требования таких устройств к питающему напряжению, показатели которого, к сожалению, далеко не всегда соответствуют действующим стандартам качества электроэнергии.

По ряду причин, речь о них пойдет ниже, в электрических сетях могут возникать либо резкие колебания (скачки) напряжения, либо его длительные отклонения как в большую, так и в меньшую сторону. И то, и другое приводит не только к сбоям в работе или выходу из строя дорогостоящей бытовой техники, но и представляет реальную угрозу для безопасности жизни и здоровья людей.

Допустимые отклонения сетевого напряжения по ГОСТ

Стандартный уровень напряжения однофазной электросети в нашей стране составляет 230 В – именно на это номинальное значение рассчитана вся современная бытовая техника. Согласно требованиям ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), определяющего нормы качества электроэнергии, расхождение с данной величиной не должно превышать ±10%. Таким образом, применительно к однофазной домашней сети диапазон предельно допустимого напряжения составляет 207-253 В.

Крайние значения из этого диапазона, не говоря уже о больших отклонениях, губительно влияют на многие современные электроприборы, в особенности на те, которые не имеют в своём составе импульсного блока питания. При этом следует понимать, что неисправность бытовой техники, вызванная некачественным электропитанием, не будет считаться гарантийным случаем – производитель, как правило, оговаривает подобные ситуации следующим образом: «Гарантия не распространяется на изделие, вышедшее из строя по причине повышенного/пониженного входного напряжения».

Причины и последствия перепадов напряжения в сети

Причины возникновения колебаний и резких перепадов сетевого напряжения чаще всего следующие:

1. 
   Недостаточная мощность и общий износ подстанций, которые не всегда соответствуют фактическому потреблению электроэнергии, в результате чего сеть работает с перегрузкой и постоянными сбоями.
2. Плохое состояние инфраструктуры энергетического комплекса, являющееся причиной частых аварий и ухудшения общего качества электроэнергии.
3. Несимметричное (неравномерное) распределение нагрузки, вызывающее перекос фаз и скачок напряжения в однофазной сети.
4. Атмосферные явления, например, попадание разряда грозовой молнии в линию электропередач или обрывающий провода ледяной дождь.
5. Человеческий фактор. Короткие замыкания и перенапряжения часто возникают вследствие некорректного подключения или умышленного вандализма.
6. Включение мощных нагрузок, приводящее к падению сетевого напряжения (при отключении таких нагрузок наблюдается обратная картина – резкий рост сетевого напряжения).

Небольшие перепады напряжения в сети снижают, в первую очередь, эффективность осветительного и нагревательного оборудования. Кроме того, они могут повлечь за собой сбои в работе и остальных электроприборов, в особенности тех, которые имеют электронное управление (газовые котлы, стиральные машины, кухонная техника и т. п.).

Куда более плачевные последствия вызывают значительные сетевых отклонения: даже кратковременные провалы или скачки напряжения довольно часто становятся причиной сокращения срока службы бытовой техники, а в худшем случае и её моментального выхода из строя.

Наиболее опасны перенапряжения – резкие и сильные броски сетевого напряжения в большую сторону (на десятки и сотни вольт), такое явление практически всегда губительно для любого электрооборудования.

Спасут ли пробки или автоматы?

Автоматические выключатели и их более ранние аналоги, предохранительные пробки, являются устройствами защиты от коротких замыканий и длительных перегрузок. Их защитное срабатывание происходит только при недопустимо длительном по времени превышении током в цепи определённого значения, которое во время сетевого перепада может быть и не достигнуто.

В итоге пробки и автоматы либо вообще не сработают, либо сработают через длительный промежуток времени, поэтому такие изделия вряд ли можно рассматривать в качестве серьёзной защиты от сетевых скачков и колебаний.

Как защитить технику от скачков напряжения?

Для того, чтобы в условиях нестабильной электросети гарантировать безопасное и надёжное функционирование своей бытовой техники необходимо принять определённые меры защиты. Они заключаются в установке и правильной эксплуатации специального устройства, нейтрализующего скачки напряжения и другие негативные сетевые явления.

Рассмотрим основные типы данных устройств.

Сетевой фильтр

Основное назначение этого прибора определяется его названием: фильтрация и сглаживание приходящих из сети помех. При наличии в составе варистора он будет защищать и от экстремальных перенапряжений.

Следует понимать, что сетевой фильтр не обеспечивает коррекцию напряжения, следовательно, при сетевых отклонениях как хронических, так и резких прибор будет неэффективен.

Реле контроля напряжения (РКН)

Основная задача такого реле заключается в своевременном обесточивании подключенного оборудования при выходе питающего напряжения из определённого диапазона. Причем границы максимально допустимого и минимально допустимого значения пользователь задаёт самостоятельно.

РКН отличаются компактностью, достаточным токовым номиналом и удобным исполнением, позволяющим размещать их непосредственно в вводном щитке и использовать для защиты сразу всей домашней электросети.

Из недостатков можно назвать не самую эффективную защиту от значительных импульсных перенапряжений, а также неспособность повышать качество сетевого напряжения.

Обратите внимание!

В случае электросети с периодическими скачками, срабатывание реле контроля напряжения может стать постоянным явлением, при этом частое обесточивание электросети значительно понизит комфорт проживания в квартире или доме.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Эти устройства хорошо зарекомендовали себя в качестве защиты от импульсных перенапряжений, возникающих при грозовых разрядах, коротких замыканиях или переходных коммутационных процессах. Но они совершенно бесполезны при сетевых колебаниях и скачках, в результате которых напряжение не достигает экстремальных значений, а именно такие явления наиболее распространены и случаются во многих электросетях практически ежедневно.

УЗИП логичнее всего использовать в связке с другим устройством защиты, например, с упомянутым выше реле контроля напряжения – это повысит надежность системы электропитания и обеспечит ей максимальный уровень устойчивости перед импульсными перенапряжениями.

Стабилизаторы напряжения

Данные приборы регулируют входное напряжение и стараются максимально приблизить его фактические параметры к номинальным значениям. Качественный прибор способен быстро нейтрализовать сетевое колебание или подтянуть хронически пониженное/повышенное напряжение до установленной величины.

Применение современного стабилизатора (в частности – инверторного) позволит повысить качество электроэнергии в домашней сети до уровня, удовлетворяющего требованиям даже самого чувствительного к характеристикам электропитания оборудования. Однако не все стабилизаторы одинаково эффективны — на рынке представлено большое количество моделей, которые не способны обеспечить защиту должного уровня и уязвимы для скачков напряжения.

Ознакомиться с полным модельным рядом инверторных стабилизаторов напряжения «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль».

Источники бесперебойного питания (ИБП)

Аналогично стабилизаторам напряжения, современный ИБП является эффективным средством защиты от сетевых скачков, отклонений и колебаний. Главным отличием этих приборов от всех вышерассмотренных является способность обеспечить бесперебойное питание нагрузки при отсутствии напряжения в основной сети. Работа в автономном режиме поддерживается благодаря аккумуляторным батареям, от емкости которых зависит ее продолжительность.

ИБП, как и стабилизаторы, строятся на основе разных схем и имеют различные принципы работы. Если требуется устройство, гарантирующее высокое качество электропитания при работе и от сети, и от батарей, то необходимо выбирать ИБП с двойным преобразованием или, иначе говоря, онлайн ИБП.

Ознакомиться с полным модельным рядом онлайн ИБП «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Источники бесперебойного питания топологии онлайн от ГК «Штиль».

Эффективность приборов для защиты от скачков напряжения

Подытожив, можно сказать, что сетевой фильтр и РКН обеспечивают лишь частичную защиту и не справляются со всем спектром сетевых проблем. Стабилизатор напряжения и ИБП универсальнее – подключенное к ним оборудование менее досягаемо для негативных сетевых воздействий (если перед стабилизатором или ИБП дополнительно установить УЗИП, то уровень защиты возрастет ещё больше).

Однако далеко не все стабилизаторы и ИБП качественны и по-настоящему надежны, поэтому следует максимально внимательно подходить к выбору устройства и при возникновении любых вопросов консультироваться с профессионалами.

Стоит отметить, что средняя стоимость качественного ИБП превышает стоимость схожего по мощности и качеству стабилизатора (при примерно одинаковом функционале по борьбе с сетевыми скачками).

Защита от перенапряжения сети для дома (220 и 380 вольт)

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.).

На рисунке ниже наглядно продемонстрирована величина грозового (U_гр) и коммутационного импульса (U_к) по отношению к номинальному напряжению сети (U_н).

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.

https://www.youtube.com/watch?v=e86nhzDoncM

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

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

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

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.

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

Пример организации трехуровневой защиты продемонстрирован ниже.

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 (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

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

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.

Список использованной литературы

• Буткевич Г. В. «Дуговые процессы при коммутации электрических цепей» 1973
• Д. В. Разевига «Техника высоких напряжений» 1976
• Родштейн Л. А. «Электрические аппараты» 1981
• Халилов Ф. Х., Евдокунин Г. А., Поляков B.C., Подпоркин Г. В., Таджибаев А. И. «Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений» 2002
• Дмитриев М. В. «Применение ОПН в электрических сетях 6-750 кВ» 2007

Защита от перенапряжения сети 🔌 220в, 380в и скачков напряжения для дома и квартиры

Современная жизнь приводит к появлению все большего количества сложной бытовой техники, оборудования и электроники в наших домах и квартирах. При этом качество электроснабжения желает быть лучшим по различным причинам. С другой стороны, промышленность предлагает целый ряд электротехнических приборов, позволяющих решать обозначенные проблемы своими руками в собственном жилье. Давайте познакомимся с ними и сделаем свой выбор.

Контроль уровня напряжения в сети

Виды скачков напряжения в сети электроснабжения

Трудно выбрать правильную систему защиты от перепадов напряжения, не зная их природу и характер. При этом все они имеют природный или техногенный характер:

1. Зачастую напряжение в сети становится стабильно низким. Причина – перегрузка устаревшей линии электропередачи (ЛЭП), например, в результате массового подключения электронагревателей или кондиционеров в соответствующий сезон.
2. В этих же условиях напряжение может оказаться завышенным длительное время при недостаточной нагрузке.
3. Возможна ситуация, когда при стабильном общем уровне питания в линии электроснабжения появляются импульсы и скачки высокого напряжения. Причиной бывает работа сварочного аппарата, мощного электроинструмента, технологического оборудования или некачественного контакта в ЛЭП.
4. Довольно неприятной неожиданностью является обрыв нулевого провода в сети 380 В питающей подстанции. В результате различной нагрузки по трем фазам возникает перекос напряжения, то есть на Вашей линии оно окажется слишком низким или завышенным.
5. Удар молнии в ЛЭП вызывает огромный скачок перенапряжения, что приводит к выходу из строя и бытовой техники, и внутренней проводки зданий, что приводит к пожару.

Как защищают бытовую технику пробки и автоматы

Долгое время в наших домах и квартирах универсальным средством обороны от перечисленных выше неприятностей оставались плавкие предохранители под названием пробки. На смену им пришли современные автоматические выключатели (автоматы), и бесшабашный народ перестал ставить «жучки», восстанавливая сгоревшие пробки. Сегодня во многих квартирах автоматические выключатели остаются практически единственным средством защиты от проблем в домашней электросети.

Автоматические выключатели приходят на смену плавким предохранителям

Во время работы автоматический выключатель срабатывает, когда протекающий через него ток превышает значение, указанное на его корпусе. Это позволяет защитить электропроводку от перегрева, короткого замыкания и возгорания в случае перегрузки. При этом перенапряжение успевает вывести из строя электронику, а при коротком скачке автомат даже не сработает.

Таким образом, мощный импульс, вызванный ударом молнии, проходит через автоматический выключатель и может пробить проводку с перечисленными последствиями.

Иными словами, от повышенного напряжения и его скачков или перепадов автомат не спасает.

Зачем в домашней сети подключают УЗИП

Специально для организации системы защиты от ударов молнии и возникающих при этом импульсов перенапряжения разработаны УЗИП – устройства защиты от импульсных помех. Отметим, что ЛЭП имеют определенные средства компенсации ударов молнии. Также в блоках питания современных электронных устройств имеются УЗИП класса III.

Модульные УЗИП для монтажа в электрощите

Однако этого недостаточно, если Вы живете в частном доме, запитанном от воздушной линии электропередачи. Методика выбора и подключения УЗИП приводится в статье «Устройство защиты от импульсных грозовых перенапряжений, схема подключения». В любом случае для защиты от молнии поможет громоотвод, о котором рассказано в статье «Как правильно сделать громоотвод и молниезащиту в частном доме своими руками».

Функции УЗО в схеме электроснабжения дома

В схеме электроснабжения современного дома обязательно присутствует УЗО – устройство защитного отключения. Его основное предназначение – защита людей от удара электрическим током, а также защита электропроводки от пробоя и утечки, что может привести к пожару. Методика выбора и подключения УЗО приводится в специальной статье.

Однофазное и трехфазное УЗО

Несомненно, если в Вашем доме еще не установлено УЗО, это нужно обязательно сделать. При этом от перепадов напряжения устройство защитного отключения спасает лишь в некоторой степени и косвенным образом.

Защита электроприборов с помощью стабилизатора напряжения

Электрический стабилизатор — это прибор, который поддерживает на выходе стабильное напряжение при его изменении на входе в допустимых пределах. Прибор может иметь различную мощность и обеспечивать стабильное электропитание всего дома, либо отдельных потребителей.

Стабилизаторы напряжения различной мощности

Стабилизатор прекрасно справляется с коррекцией медленно меняющегося пониженного или повышенного напряжения. В зависимости от принципа работы он компенсирует резкие скачки или импульсы перенапряжения в разной степени.

В современных агрегатах имеется функция отключения подачи питания, когда его уровень в сети принимает предельные значения. После возвращения входного напряжения к допустимой величине электроснабжение восстанавливается.

При этом прибор не защищает от грозового перенапряжения.

Из рассмотренных нами устройств стабилизатор является наиболее дорогим. Читайте статью «Как правильно выбрать бытовой стабилизатор напряжения 220в для дачи и частного дома».

Альтернативный вариант — реле контроля напряжения в сети

Бюджетной альтернативой стабилизатору является реле контроля напряжения, которое выполняет оговоренную нами функцию отключения электропитания при выходе напряжения в сети за допустимые пределы. В зависимости от исполнения, устройство срабатывает при перенапряжении, либо контролирует и его нижний уровень.

Варианты модульных реле напряжения

Существуют модификации реле, которые восстанавливают питание автоматически при его возвращении к допустимым пределам, или это нужно делать вручную. Наиболее совершенные устройства предоставляют возможность установки уровней напряжения, при которых наступает отключение потребителей и времени задержки при возвращении питания. Например, холодильник нельзя включать в сеть повторно в течение пяти минут, чтобы не повредить компрессор. Именно такое значение можно задать на реле.

Реле напряжения ASV-3M после срабатывания необходимо включить вручную

При этом реле не обеспечивает стабильное напряжение, не компенсирует импульсные скачки и не защищает от грозового перенапряжения. Иными словами, такой способ защиты подходит в ситуации, когда напряжение в сети нормальное, но возможны его редкие и значительные отклонения, в том числе, в результате аварии в сети электроснабжения.

Реле напряжения для маломощных потребителей

Существуют варианты исполнения для защиты отдельных потребителей в виде удлинителя или моноблока с вилкой и розеткой. Эти устройства рассчитаны на ток нагрузки 6-16А. Аналогичные приборы в модульном исполнении монтируются на электрощите.

Реле модульного типа может иметь на выходе переключающую группу контактов, нормально разомкнутые контакты, а также две отдельные группы нормально разомкнутых или нормально замкнутых контактов. Это позволяет реализовать разные варианты управления питанием потребителей.

Монтажная схема подключения реле напряжения в сети 220В

Электромонтаж реле напряжения модульного типа можно выполнить по вышеприведенной иллюстрации. В любом случае устройство подключается после входного автомата. Нулевой провод подсоединяется к клемме N, а провода фазы — к нормально разомкнутым контактам реле.

Для защиты более дорогого устройства его номинальный рабочий ток выбирается на ступень выше, чем значение, указанное на корпусе входного автомата. Например, если перед реле установлен автомат на 40А, выбирают прибор с номинальным значением 50А.

Если устройство с необходимым значением рабочего тока отсутствует, либо стоит слишком дорого, его можно заменить реле напряжения с минимальным параметром нагрузки. При этом к его выходу подключается контактор необходимой мощности или пускатель, который подает напряжение на потребители.

Схема подключения реле напряжения с применением контактора

Электромонтаж реле напряжения в паре с контактором приведен на схеме. В данном примере собственно реле напряжения подключается также после входного автомата, счетчика и УЗО. Провод фазы с выходного контакта реле подключается к клемме управляющей обмотки контактора, а к ее второй клемме подсоединяется нулевой провод (выступающая часть корпуса). На выходные клеммы контактора (дальняя часть корпуса) сверху подаются фаза питания и ноль, а снизу подключаются провода фазы и нуля потребителей.

При наличии нормального уровня напряжения в сети реле контроля замыкает выходные контакты и подает питание на обмотку контактора. Он, в свою очередь, замыкает выходные контакты и подает питание потребителям. При отсутствии напряжения в сети или выходе его за допустимые пределы цепи последовательно разрываются и питание нагрузки отключается.

Схема подключения нескольких реле напряжения в однофазной сети

В ряде случаев удобно использовать несколько реле напряжения для разных типов потребителей. При этом для наиболее дорогих электронных потребителей, как, например, компьютеры, можно задать с помощью соответствующего реле допустимый диапазон входного питания в пределах 200-230В.

Бытовым электроприборам с электродвигателями, как, например, холодильник или стиральная машина, можно установить диапазон напряжения 185-235В. Потребители типа утюга, обогревателя или водонагревателя могут питаться напряжением 175-245В. Внутренние таймеры реле можно настроить на разное время задержки возобновления питания.

Как работает реле контроля фаз в сети 380В

В сети 380В может быть установлено трехфазное реле напряжения. Это имеет смысл, если в доме имеется оборудование с трехфазным питанием.

Подключение реле напряжения в сети 380В

В этом случае реле срабатывает при отклонении напряжения на любой фазе и отключает нагрузку по всем трем линиям. При отсутствии потребителей с питанием 380В удобнее и дешевле подключить три отдельных реле напряжения. В этом случае мы получаем три группы потребителей 220В, для которых могут быть установлены различные предельные значения напряжения и время задержки.

Схема подключения реле напряжения на каждой фазе в сети 380В

От чего защищает ИПБ

Основная задача источника бесперебойного питания (ИПБ) – обеспечение потребителей электроэнергией при отсутствии напряжения в сети. Наиболее часто этот прибор используют для питания компьютеров. Хотя ИПБ обеспечивает напряжение 220 вольт непродолжительное время, имеется возможность сохранить информацию и выключить компьютер. Актуально применение источника бесперебойного питания при использовании малогабаритной электростанции для беспрерывной подачи энергии в момент ее запуска.

Распространенный источник бесперебойного питания

Очевидно, что применение ИПБ функционально, если в сети электроснабжения дома установлено реле напряжения. При использовании аккумулятора достаточной емкости к источнику бесперебойного питания может быть подключен газовый котел. Аккумулятора на 60 АЧ хватит для обеспечения напряжением котла мощностью 160Вт примерно в течение суток.

ИПБ с двойным преобразованием работает при изменении напряжения на входе в широких пределах, однако стоит очень дорого.

Вероятно, в большинстве случаев, в бытовых целях практичнее использовать одновременно недорогой источник бесперебойного питания и стабилизатор или реле напряжения.

Чем поможет сетевой фильтр

Чаще всего бытовые сетевые фильтры выполнены в виде удлинителя. Таким образом, к нему может быть подключено сразу несколько единиц бытовой техники. Фильтры отличаются количеством розеток и длиной кабеля. Обычно устройство снабжается собственным выключателем с индикацией подачи питания. Фильтр может иметь индивидуальные выключатели питания для каждой розетки.

Популярные сетевые фильтры

Ряд моделей имеют защиту от короткого замыкания и перегрузки. Общий ток нагрузки устройств такого рода не превышает 6-16А. Собственно фильтр таких устройств состоит из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности. Таким образом, обеспечивается защита электроники от маломощных и коротких импульсов помех. Последние могут создаваться, в том числе, бытовой техникой, подключенной в домашней сети.

Заметим, что блоки питания большинства современных электронных приборов уже имеют аналогичные схемы в своем составе. Иными словами, подобные сетевые фильтры можно рассматривать как удлинители с дополнительной фильтрацией и сервисными возможностями.

Система защиты от скачков напряжения своими руками

Ознакомившись с вышеизложенной информацией, Вы сможете подобрать систему с защиты домашней сети от нестабильности напряжения разного рода. При этом важно правильно оценить характер угрозы. В зависимости от обстоятельств может быть обеспечена защита от скачков напряжения как всей сетевой проводки в доме, так и отдельных приборов. В статье «Как выбрать стабилизатор для защиты холодильника от перепадов и скачков напряжения 220в» мы рассказываем о том, как можно сделать импровизированный стабилизатор для холодильника своими руками.

Поделитесь с друьями!

Защиты от скачков напряжения 220 вольт в квартире и доме

Скачки электричества – неприятное явление, от которого никто не застрахован, поэтому приходится защищаться от этого самостоятельно. Какие есть способы и насколько они эффективны, стоит ли уделять этому внимание и в каких случаях – в данном материале.

Перепады напряжения – неизбежность?

Наши жилые дома запитываются по трехфазной системе. К дому подходит четыре провода: три фазовых и один нулевой. Если замерить напряжение между любым фазовым и нулевым проводами, то всегда будет 220 В, если между двумя фазовыми проводами – всегда получим 380 В. В связи с тем, что состояние щитовых оставляет желать лучшего, когда нулевой провод отходит, остается то напряжение, которое есть между двумя фазами, то есть 380 В.

Обрыв нуля в трехфазной сети часто вводит в заблуждение: провод обрывается, а напряжение не исчезает, а наоборот, увеличивается. Это и есть причиной резких перепадов напряжения, точнее, скачков высокого напряжения, которые приводят к порче элекроприборов, электропроводки, а также риску пожара. Можно ли от этого защититься?

Существует ряд вариантов защиты от высокого напряжения и несколько причин, из которых мы рассмотрели только одну. Идеальным решением было бы обновить всю энергосистему не только в квартире, но и во всем доме. Однако в многоквартирных домах это проблематично, кроме того, помимо обрыва нулевого проводника, существуют и другие причины резкого скачка напряжения вверх:

• Удар молнии в линию электропередачи.
• Разрыв проводов от падения на линию электропередач дерева.
• Ошибки в настройке общего электрощитка.
• Одновременное включение или отключение большого количества электроприборов.

Не от каждого случая можно защититься превентивными мерами, поэтому применяют специальные устройства, которые реагируют на скачок и своевременно предотвращают тот вред, который может быть нанесен в результате скачка.

Реле контроля напряжения

Основной прибор, который отвечает за защиту от высокого напряжения – это реле высокого напряжения, которое действует следующим образом:

• Предельно допустимое минимальное и максимальное напряжение выставляется заблаговременно.
• Как только напряжение превышает предел, электричество в квартире отключается.
• Как только сетевые параметры приходят в норму, электричество снова начинает подаваться.

Подробнее о реле контроля напряжения, о причинах и целесообразности его установки, а также о том, как его установить и настроить, смотрите в видео:

РКН может быть двух типов:

• Устанавливаемое на уровне всей квартиры (встраивается в щиток).
• Устанавливаемое для определенной группы приборов (устанавливается в квартире).

Оба варианта доступны по стоимости и просты в установке.

Это устройство может пригодиться:

• Если сеть стабильна и подобные случаи бывают крайне редко.
• Если планируется использовать устройство вместе с другими приборами, обеспечивающими стабильное напряжение без отключений.

Ведь правда, мало кому понравится частое отключение электроэнергии дома.

Устройство защитного отключения

Немного по-другому работают устройства другого типа, УЗО (устройство защитного отключения) и ДИФ (дифференциальный автомат), которые срабатывают при утечке тока. Задача ДИФ – защитить человека от поражения током при соприкосновении с неисправной проводкой или электроприборами при утечке тока и перенапряжения, вызванного другими причинами.

Устройство защищает сеть от перегрузок и коротких замыканий, при этом имея функцию УЗО – автоматическое отключение при утечке. Применяются дифустройства в однофазных и трехфазных сетях переменного тока. Они значительно повышают уровень безопасности в процессе постоянной эксплуатации электроприборов.

Визуально УЗО и дифавтомат похожи, функции их схожи. Чем же они отличаются и что лучше выбрать? Оба защищают и утечек электричества. Но только ДИФ еще и от замыканий и перегрузок в сети. УЗО – это только индикатор утечек, связанных с повреждение изоляции, например. При утечке УЗО отключит подачу электричества, но не защитит от перегрузки в сети.

Стабилизатор напряжения

Если напряжение «скачет» постоянно и необходима защита от этого, устанавливают стабилизатор напряжения. Это уникальное устройство, которое при любом напряжении, повышенном или пониженном, выравнивают его – подают на выходе нормализованные параметры. Аппарат незаменим в случае, если скачки в вашей сети – обычное и постоянное явление: без него в таком случае все приборы быстро выйдут из строя.

Есть несколько видов стабилизаторов напряжения:

• Релейные.
• Электромеханические.
• Электронные.
• Электронные двойного преобразования.

Релейные – с небольшой мощностью, предназначены для защиты бытовой аппаратуры.

Электромеханические имеют примерно такое же устройство, но эти приборы мощнее и дороже. Электронные имеют высокую мощность и точность, характеризуются быстродействием и служат долго и надежно. Наибольшую защиту линии могут гарантировать электронные стабилизаторы двойного преобразования. Стабилизаторы могут быть:

• Переносными и стационарными.
• Однофазными (для своего дома) и трехфазными (для крупных объектов).

Больше о стабилизаторах напряжения – в видео:

Подбор аппарата зависит от суммарной мощности всей электросети объекта, должен учитывать предельное сетевое напряжение и крайне желательно при подборе советоваться с электриками.

Источник бесперебойного питания

В ряде случаев, обзаведясь приборами отключения электричества при несоответствии требованиям и параметрам, стоит обдумать и приобретение источника бесперебойного питания, который не позволит отключить важные приборы от работы.

Это прибор, который отличается от названных, хотя в некоторых случаях его путают со стабилизатором напряжения. Если электричество перестает подаваться (в том числе и по причине отключения при срабатывании реле контроля или устройства защитного отключения), или если непогодой оборвутся провода, электричество не поступит в жилище, и ни стабилизатор, ни другие приборы не дадут возможность продолжать пользоваться электричеством. На это способен только ИБП. Он создан для того, чтобы при внезапном отключении тока то или иное устройство могло еще поработать (что даст, например, возможность корректно его выключить или закончить текущий процесс).

Источник бесперебойного питания может обеспечить поступление электричества только на определенное время, на которое он рассчитан. Чем больше времени может обеспечить электричество ИБП, тем мощнее он и тем дороже он стоит. Созданы бесперебойники на основе имеющихся в них аккумуляторов. Они необходимы на производстве, в офисе, где люди работают на компьютерах, дома для возможности выключить компьютер и закончить работу, не потеряв важные данные.

Эти устройства могут объединять в себе стабилизаторы, и помимо основной задачи – обеспечить электричеством при внезапном отключении – отвечают за подачу стабильного напряжения, однако считается, что полноценно заменить стабилизаторы они неспособны.

Импульсное перенапряжение

Существует еще такое понятие как импульсное перенапряжение в сети. Импульсное перенапряжение – это очень резкий и очень кратковременный скачек напряжения в сети, который длится доли секунды, но за это время может успеть испортить проводку и электроприборы. Особенно опасным может оказаться такой скачок для домашней сети в частном доме. От этого защищают специальные приборы – устройства защиты от импульсных перенапряжений.

Причиной импульсного скачка напряжение может стать:

• Коммутационная перегрузка.
• Удар молнии в молниезащиту.

В любом из этих случаев поможет УЗИП. Их активно используют для защиты от перепадов сети частного дома. Устройства бывают:

• Одновводными.
• Двухвводными.

В зависимости от типа нелинейного элемента они бывают:

• Коммутирующими.
• Ограничивающими сетевое напряжение.
• Комбинированными.

Принцип работы у каждого вида разный. Коммутирующие защитные аппараты характеризуются высоким сопротивлением. При резком скачке напряжения в электросети сопротивление моментально падает до минимума. Ограничивающие УЗИП – ограничители сетевого перенапряжения – тоже имеют высокое сопротивление. Но отличительный принцип работы их – в плавном снижении сопротивления по мере роста напряжения. Как только напряжение становится больше допустимого, сила тока резко возрастает. После сглаживания электрического импульса ОПН возвращается в исходное состояние.

Импульсный скачок напряжения – серьезная угроза для крупных объектов и жилых домов. Существует три ступени защиты от этой угрозы. Аппараты для защиты от ИП, соответственно, делятся на три класса:

• I класс – устройства, устанавливаемые на щите и обеспечивают защиту от разряда молнии.
• II класса – устройства, обеспечивающие защиту от повреждений электросетей после удара молнии или скачком напряжения по причине коммутации.
• Аппараты III класса используются для защиты отдельно стоящих домов. Это последняя защита, которая сглаживает остаточное перенапряжение. Устройства представляют собой специальные электророзетки.

Все три класса, примененные вместе, обеспечивают трехступенчатую защиту объекта. В отличие от УЗО, эти приборы не считаются обязательными, однако повышают уровень защиты от неожиданностей и степень безопасности для дома и жильцов. Подключение аппаратов защиты от ИП требует учета существующей заземляющей схемы и характеристик системы электроснабжения.

Принимая решение о применении тех или иных средств защиты от скачков напряжения лучше советоваться с опытным электриком.

Как защитить технику от скачков напряжения? | Безопасность | Общество

Бытовая техника может быстро выйти из строя из-за частых перепадов напряжения. Они могут колебаться от 380 В до 180 В, в то время как нормальным показателем считается 220 В. Защитить домашние устройства от подобных скачков можно с помощью двух приборов — реле контроля напряжения и стабилизатора напряжения.

Обеспечить резервной энергией домашний компьютер, холодильник и т.д. можно с помощью бесперебойников. Благодаря встроенному аккумулятору такие устройства некоторое время могут подпитывать электроэнергией вашу технику.

Когда нужен стабилизатор, а когда реле?

Это зависит от того, насколько часто у вас бывают перепады напряжения. Следует учитывать, что реле не сможет отрегулировать напряжение — повысить или понизить его. Данный прибор сможет только отключить напряжение при резком его скачке.

Поэтому, если перепады напряжения происходят постоянно, то в таком случае больше подойдет стабилизатор. Такой прибор обеспечивает стабильное напряжение, а также защищает технику от поломок и излишне высоких скачков. В отличие от реле он не отключает подачу энергии, а лишь выравнивает напряжение до 220 вольт.

Реле напряжения позволяет автоматически отключать сеть при перепадах напряжения. Данное устройство полностью обесточивает проводку и возобновляет подачу электричества тогда, когда в сети нет никаких скачков. С помощью реле можно постоянно контролировать входное напряжение. Если напряжение превысило допустимые пределы, то реле отключит нагрузку, пока напряжение в сети не стабилизируется.

Стабилизатор напряжения. Фото: Shutterstock.com

Какие преимущества и недостатки есть у этих приборов?

Электронная схема реле быстрее реагирует на скачки напряжения, поэтому данное устройство эффективней справляется с защитой бытовой техники от поломок при резком снижении или повышении напряжения. Реле — достаточно компактный прибор, его размеры позволяют разместить прибор в любом месте в квартире. К преимуществам также можно отнести стоимость прибора. Реле дешевле стабилизатора. К недостаткам реле напряжения следует отнести то, что данное устройство не устраняет колебаний напряжения, поэтому для максимальной защиты необходимо установить не только его, но еще и стабилизатор. 

Стабилизаторы, как и реле, обеспечивают защиту приборов от недостаточного напряжения или перенапряжения. Они могут сглаживать небольшие скачки и колебания напряжения, а подключенные через них приборы продолжают работать. Недостатком стабилизатора является его громоздкость. Чтобы установить такой прибор необходимо наличие свободного пространства, а поскольку прибор еще и нагревается, то ему необходимо дополнительное пространство для охлаждения. Кроме этого, стоимость такого прибора выше, чем реле.

Реле контроля напряжения. Фото: Кадр youtube.com

причины скачков в сети в квартире, как защищает автоматическое или полуавтоматическое устройство от перепадов тока

К скачкам напряжения в сети должен быть готов каждый пользователь. Для обеспечения безопасности современной техники, установив стабилизатор.

Скачки в сети и безопасность для техники в доме

Перепады напряжения – знакомое явление. Повезет, если сработает защита и техника сама отключится, в противных случаях – воспламенение прибора, пожар.

При этом найти потом виновного будет сложно и никто не возместит ущерб. Чтобы предупредить подобные случаи стоит потратиться на защитные устройства, созданные противостоять скачкам напряжения. Использовать их можно где угодно – в доме, квартире или на даче. И даже произвести установку без привлечения дорогих мастеров, изучив предварительно рекомендации и инструкции.

Причины скачков напряжения в сети

1. Проблема часто встречается в домах со старой электропроводкой. Если в доме подключается два мощных электроприбора, то это приводит к падению тока в сети. При резком отключении такой техники произойдет всплеск в сети.
2. Нарушение работы трансформаторной подстанции. Оборудование, которое используется на этих подстанциях уже на износе. Стоит учитывать, что такие подстанции работают с перегрузкой, поэтому сбои в работе не редкость.
3. Обрывы и замыкания на линиях электропередач, которые установлены давно и не обновляются уже много лет.
4. Обрыв «нуля» – самая опасная авария, что приводит к перенапряжению. Ежегодно тысячи людей несут ущерб по этой причине. Такая авария приводит к тому, что приборы включенные в розетку горят как спички.
5. Ослабление заземления, которое играет важную роль в безопасности приборов. В случае обрыва этого провода проявление скачков тока проявляется сильнее.
6. Электрооборудование, смонтированное на станции рассчитано на определенное количество нагрузки.
7. Плохое качество монтажа и материалов электрической разводки, слабый контакт.
8. Включение в сеть промышленного оборудования.
9. Некорректная работа регулирующего оборудования приводит к скачкам в сети.
10. Попадание молнии в линию электропередач (случается редко). Большого импульса вполне достаточно для серьезного скачка напряжения.
11. Например, произошел обрыв трамвайной линии и провод оказался на линии обычных электропередач – серьезная причина скачка в сети.
12. Если сварочный аппарат подключить на вход проводов, то удастся миновать защиту, но в то же время скачок в сети гарантирован.

Как обезопасить свою квартиру от скачков напряжения?

Замена  электропроводки в квартире не поможет решить проблему. В идеале заменить электросеть дома и системы распределения. Чтобы минимизировать последствия скачков в сети, рекомендуются такие решения:

1. Реле – устройство, которое отключает приборы от питания в момент перепада напряжения. После стабилизации, реле подключает их обратно.
2. Источник беспроводного питания подбирается согласно особенностям устройства дома.
3. Стабилизаторы поддерживают питание в норме при скачках. На выбор представлены разные модели – релейные, электронные, электромеханические, феррорезонансные, инверторные.

Представленные устройства помогут решить проблему с перепадом, защитить технику, что актуально для современных сооружений.

Автоматические стабилизаторы напряжения на всю технику

При скачках или нехватке питания рекомендуется устанавливать стабилизаторы напряжения. Лучше всего устройства проявляют себя при «проседании» электроэнергии. Хорошо справляются с незначительными импульсными перепадами, но вот совсем неэффективны при высоком перенапряжении. В этом случае рекомендуется использовать их вместе с реле.

Точечная защита электросети (реле)

Специальное реле напряжения позволит решить проблему перенапряжения. Задача защитного прибора заключается в отключении электроэнергии, если показатели напряжения выходят за возможны нормы.

Только когда ситуация нормализируется, прибор возобновит питание. Защита будет обеспечена даже если на линии произошел обрыв нулевого провода или на сетевые провода попала контактная линия городского электротранспорта. Единственная ситуация, когда защитная установка бесполезна – импульсные скачки, которые образовались от близкого грозового разряда.

При защитном отключении рекомендуется обзавестись стабилизатором питания, чтобы на время перебоя быть с электричеством.

Как самостоятельно установить стабилизатор напряжения?

1. На вводе в щитке отключается электроэнергия.
2. Если для установки выбрана ниша, обратите внимание, чтобы отделочные материалы были пожаробезопасными.

Комната, где предстоит установить стабилизатор, должна быть сухой и хорошо вентилируемой. Ведь главная причина поломки таких приборов – наличие конденсата.

3. Провести монтаж не так уж сложно, главное предварительно изучить видеоматериалы, схемы и рекомендации. Сзади устройства расположена клеммная колодка на 5 разъемов. Следуйте такой очередности подключения: вводные фаза и ноль, заземление, фаза и ноль, идущие на нагрузку.
4. Предварительно подберите кабель по мощности и показателям тока, чтобы произвести правильную установку.

Чтобы продлить срок службы стабилизатора, рекомендуется установить еще и автоматический выключатель, но после счетчика и до стабилизатора

5. Если мощность защиты не меньше 5 кВт, то стабилизатор подключается напрямую к розетке. Такой прибор стоит подобрать для гаража, загородного дома и дачи. Мобильное устройство может быть установлено отдельно под прибор, например, компьютер.
6. Если стабилизатор необходим для подключения к трехфазной сети, то стоит приобрести три однофазных аппарата на 220в. Монтаж осуществляется по схеме звезда. Такой подход позволит сэкономить на приборе и в будущем на ремонте. Привести в порядок однофазный стабилизатор дешевле, чем трехфазный.
7. Схема по которой стоит производить монтаж указана на корпусе продукции. Рекомендуется ориентироваться на нее, но если подсказка отсутствует, в интернете множество схем, главное следовать советам и рекомендациям.
8. Не стоит подключать устройства к нагрузке больших параметров. Стоит учитывать запас мощности стабилизатора – не менее 20-30 процентов.

Причины скачка напряжения самые разнообразные, но с чем бы не пришлось столкнуться всегда есть возможность предупредить проблему. Решение кроется в двух вариантах – установкой реле или стабилизатора. Произвести монтаж при этом сможет каждый потребитель.

Полезное видео

Схема защиты от перенапряжения

Цепи защиты, такие как защита от обратной полярности, защита от короткого замыкания и защита от повышенного / пониженного напряжения, используются для защиты любого электронного устройства или схемы от любых неожиданных сбоев. Обычно для защиты от перенапряжения используется предохранитель или MCB, здесь, в этой схеме, мы построим схему защиты от перенапряжения без использования предохранителя.

Защита от перенапряжения — это функция источника питания, которая отключает подачу питания, когда входное напряжение превышает заданное значение.Для защиты от перенапряжения мы всегда используем защиту от перенапряжения или схему защиты ломом. Схема защиты ломом — это тип защиты от перенапряжения, который чаще всего используется в электронных схемах.

Есть много разных способов защитить вашу схему от перенапряжения. Самый простой способ — подключить предохранитель со стороны входа питания. Но проблема в том, что это разовая защита, потому что, когда напряжение превышает заданное значение, провод внутри предохранителя сгорает и разрывает цепь.Затем вам необходимо заменить поврежденный предохранитель на новый, чтобы снова выполнить соединения.

Здесь, в этой схеме, стабилитрон и биполярный транзистор используются для автоматической защиты от перенапряжения. Это можно сделать двумя способами:

1. Цепь стабилитрона напряжения: Этот метод регулирует входное напряжение и защищает схему от перенапряжения путем подачи стабилизированного напряжения, но не отключает выходную часть , когда напряжение превышает пределы безопасности .Мы всегда будем получать выходное напряжение, меньшее или равное номинальному значению стабилитрона.

2. Схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона: Во втором методе защиты от перенапряжения, когда входное напряжение превышает заданный уровень, отключает выходную часть или нагрузку от схемы.

Цепь стабилизатора напряжения

Стабилитрон стабилизатора напряжения защищает схему от перенапряжения, а также регулирует входное напряжение питания.Принципиальная схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона приведена ниже:

Предустановленное значение напряжения . цепи — это критическое значение, при превышении которого либо отключается питание, либо напряжение выше этого значения недопустимо. Здесь предустановленное значение напряжения — это номинал стабилитрона. Мол, мы используем стабилитрон 5.1V, тогда напряжение на выходе не будет превышать 5.1V.

Когда выходное напряжение увеличивается, напряжение база-эмиттер уменьшается, из-за этого транзистор Q1 проводит меньше.Поскольку Q1 проводит меньше, он снижает выходное напряжение, следовательно, поддерживает постоянное выходное напряжение.

Выходное напряжение определяется как:

  VO = VZ - VBE  

Где,

VO — выходное напряжение

VZ — напряжение пробоя стабилитрона

VBE — напряжение база-эмиттер

Схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

Приведенная ниже принципиальная схема защиты от перенапряжения построена с использованием стабилитрона и транзистора PNP. Эта схема отключает выход, когда напряжение превышает заданный уровень . Заданное значение — это номинальное значение стабилитрона, подключенного к цепи. Вы даже можете изменить стабилитрон в соответствии с вашим подходящим значением напряжения. Недостатком схемы является то, что вы не можете найти точное значение стабилитрона, поэтому выберите тот, который имеет наиболее близкое значение к заданному значению.

Необходимые материалы

• FMMT718 Транзистор PNP — 2 шт.
• Стабилитрон 5.1V (1N4740A) — 1шт.
• Резисторы (1 кОм, 2,2 кОм и 6,8 кОм) — 1 шт. (каждый)
• Макет
• Соединительные провода

Схема защиты от перенапряжения

Работа схемы защиты от перенапряжения

Когда напряжение ниже заданного уровня , на клемме базы Q2 высокий уровень, и, поскольку это транзистор PNP, он выключается.И, когда Q2 находится в выключенном состоянии, базовый вывод Q1 будет LOW, и это позволяет току течь через него.

Теперь, когда напряжение превышает заданное значение , стабилитрон начинает проводить ток, который соединяет базу Q2 с землей и включает Q2. Когда Q2 включается, базовая клемма Q1 становится ВЫСОКОЙ, а Q1 включается, что означает, что Q1 ведет себя как разомкнутый переключатель. Следовательно, Q1 не позволяет току проходить через него и защищает нагрузку от превышения напряжения.

Теперь нам также необходимо учесть падение напряжения на транзисторах, оно должно быть небольшим для правильной схемы.Итак, мы использовали FMMT718 PNP-транзистор , который имеет очень низкое значение насыщения VCE, из-за чего падение напряжения на транзисторах невелико.

Далее проверьте наши другие схемы защиты.

.

Защита от перенапряжения на входе операционного усилителя

Метод защиты от перенапряжения Условия перенапряжения могут быть вызваны рядом различных ситуаций. Рассмотрим систему, в которой удаленный датчик расположен в поле — например, он измеряет поток жидкости на нефтеперерабатывающем заводе и отправляет свой сигнал по кабелю в электронику сбора данных, которая находится в другом физическом месте. Первым каскадом в сигнальном тракте электроники сбора данных часто может быть операционный усилитель, сконфигурированный как буфер или усилитель усиления.Вход этого операционного усилителя открыт для внешнего мира и, следовательно, может быть подвержен инцидентам перенапряжения, таким как короткое замыкание из-за поврежденного кабеля или неправильное подключение кабеля к электронике сбора данных.

Точно так же ситуация, которая может вызвать состояние перенапряжения, — это когда входной сигнал, который обычно находится в диапазоне входного напряжения усилителя, внезапно получает внешний стимул, вызывающий скачок напряжения, который превышает напряжение питания операционного усилителя.

Третий сценарий, который может привести к состоянию перенапряжения на входе, связан с последовательностью включения операционного усилителя и других компонентов в тракте прохождения сигнала. Например, если источник сигнала, такой как датчик, получает питание до того, как это сделает операционный усилитель, выход источника может начать выдавать напряжение, которое затем будет подаваться на вход операционного усилителя, даже если операционный усилитель контакты питания еще не имеют питания и по существу находятся на земле. Это создаст ситуацию перенапряжения и, вероятно, вызовет чрезмерный ток через вход операционного усилителя на землю (контакты питания без питания).

Зажим: классический метод защиты от перенапряжения

Очень популярный способ добавления OVP показан на рисунке 1. Когда амплитуда входного сигнала (V _IN ) превышает одно из напряжений питания плюс прямое напряжение диода, диод (D _OVPP или D _OVPN ) будет направлять напряжение смещения и направлять ток на шины питания, а не на входы операционного усилителя, где избыточный ток может повредить операционный усилитель. В этом приложении мы используем ADA4077, операционный усилитель чрезвычайно высокой точности с максимальным диапазоном питания 30 В (или ± 15 В).

Ограничивающие диоды представляют собой диоды Шоттки 1N5177, поскольку они имеют прямое напряжение приблизительно 0,4 В, что меньше прямого напряжения входных диодов защиты от электростатического разряда (ESD) операционного усилителя; таким образом, ограничивающие диоды начнут проводить ток раньше, чем диоды ESD. Резистор защиты от перенапряжения, R _OVP , ограничивает прямой ток через ограничивающие диоды, чтобы поддерживать их ниже максимального номинального тока, предотвращая их повреждение чрезмерным током.Резистор R _FB в контуре обратной связи присутствует, потому что любой входной ток смещения на неинвертирующем входе может вызвать ошибку входного напряжения на R _OVP — добавление R _FB аннулирует ошибку, генерируя аналогичное напряжение на инвертирующий вход.

Рисунок 1. Классическая схема зажима для защиты от перенапряжения.

Компромисс между схемой ограничения диода — снижение точности

Хотя классическая схема на Рисунке 1 защищает входы операционного усилителя, она вносит значительную ошибку в тракт прохождения сигнала.Прецизионные усилители обычно имеют входное напряжение смещения (V _OS ) в диапазоне микровольт. Например, максимальное напряжение V _OS для ADA4077 составляет 35 мкВ во всем диапазоне рабочих температур от –40 ° C до + 125 ° C. Добавление внешних диодов и резистора перенапряжения приводит к ошибке смещения входа, которая может быть во много раз больше, чем низкое смещение, присущее прецизионному операционному усилителю.

Диоды с обратным смещением обладают обратным током утечки, который течет от катода через анод к источнику питания.Когда напряжение входного сигнала (V _IN ) находится между шинами питания, диоды D _OVPP и D _OVPN имеют на себе обратное напряжение. Когда V _IN находится на земле (середина диапазона входного напряжения), обратный ток через D _OVPN примерно равен обратному току утечки через D _OVPP . Однако, когда V _CM движется над или под землей, через один диод протекает больший обратный ток, чем через другой. Например, когда V _CM находится в верхней части диапазона входного напряжения операционного усилителя, который составляет 2 В от положительного источника питания или 13 В в этой цепи, диод D _OVPN будет иметь обратное напряжение 28 В. .Согласно паспорту диода 1N5177, это может вызвать обратный ток утечки, близкий к 100 нА. Поскольку обратный ток утечки течет от входного сигнала (V _IN ) через R _OVP , он создает падение напряжения на R _OVP , которое выглядит точно как увеличенное входное напряжение смещения на пути прохождения сигнала.

Дополнительную озабоченность вызывает то, что ток обратной утечки диода экспоненциально возрастает с увеличением температуры, вызывая увеличение штрафа напряжения смещения цепи ограничения O _VP .В качестве основы для сравнения точности операционного усилителя без внешней схемы защиты от перенапряжения на рисунке 2 показано измеренное напряжение смещения ADA4077 в диапазоне входного напряжения от -13 В до +13 В. Измерения проводились при трех температурах: 25 ° C. , 85 ° С и 125 ° С. Обратите внимание, что при 25 ° C V _OS ADA4077, используемого в этом тесте, достигал только 6 мкВ; даже при 125 ° C напряжение V _OS составляет всего около 20 мкВ. Когда мы добавляем внешнюю схему ограничения OVP к тому же устройству ADA4077 и подаем вход на V _IN , мы видим результаты, показанные на рисунке 3.При комнатной температуре V _OS подскакивает до 30 мкВ, что в пять раз превышает погрешность пути прохождения сигнала только от ADA4077. При 125 ° C напряжение V _OS превышает 15 мВ, что в 750 раз больше, чем 20 мкВ ADA4077! Точность ушла.

Рисунок 2. Зависимость входного напряжения смещения от входного напряжения для ADA4077. Рисунок 3. Зависимость входного напряжения смещения от входного напряжения для схемы ограничения OVP, добавленной к ADA4077.

Резистор 5 кОм отлично защищает ограничивающие диоды, а также операционный усилитель в условиях перенапряжения, но он добавляет немалую погрешность смещения во время нормальной работы, когда диоды пропускают ток через него (не говоря уже о шумах Джонсона от резистор).Мы хотели бы, чтобы динамическое входное сопротивление имело низкое сопротивление во время работы в указанном диапазоне входного напряжения, но высокое сопротивление в условиях перенапряжения.

Комплексное решение дает ответ

ADA4177 — это высокоточный операционный усилитель со встроенной защитой от перенапряжения. Встроенные диоды ESD действуют как фиксаторы перенапряжения для защиты детали. Полевые транзисторы режима обеднения включены последовательно на каждом входе перед диодами ESD. Они обеспечивают динамическое сопротивление, которое увеличивается, когда входное напряжение (V _CM ) превышает напряжения питания.По мере увеличения входного напряжения сопротивление сток-исток (R _DSON ) внутреннего полевого транзистора увеличивается, таким образом, экспоненциально ограничивая протекание тока с повышенным напряжением (показано на рисунке 4). Поскольку в ADA4177 на входах используются полевые транзисторы, работающие в режиме обеднения, а не последовательный защитный резистор, операционный усилитель не страдает от потери напряжения смещения на резисторе, которое имеет схема ограничения OVP.

Рис. 4. Входной ток смещения ADA4177 ограничивается по мере увеличения перенапряжения.

ADA4177 может выдерживать напряжения на своих входах до 32 В сверх напряжения питания.Он ограничивает ток перенапряжения до 10–12 мА, защищая операционный усилитель без использования каких-либо внешних компонентов. Как показано на Рисунке 5, даже при 125 ° C этот испытанный блок показывает напряжение смещения всего 40 мкВ. Это менее 3% погрешности, которую показала цепь зажима при этой температуре. Точность сохраняется!

Рис. 5. Зависимость входного напряжения смещения от входного напряжения для ADA4177 со встроенным OVP.

Что это значит для производительности системы

При анализе влияния изменения входного напряжения на точность пути прохождения сигнала разработчик системы должен учитывать коэффициент подавления синфазного сигнала усилителя (CMRR).Это мера того, какая часть входного синфазного напряжения не отображается на выходе (или насколько мало проходит). Поскольку операционные усилители часто конфигурируются для обеспечения усиления между входом и выходом, мы нормализуем спецификацию CMRR, ссылаясь на изменение входного напряжения смещения, которое представляет собой изменение выходного сигнала, деленное на коэффициент усиления с обратной связью усилителя. Коэффициент подавления синфазного сигнала представляет собой положительное значение, выраженное в дБ, и рассчитывается по следующей формуле:

CMRR = 20 log (ΔV _CM / ΔV _OS )

Исходя из этого соотношения, мы видим, что желательно, чтобы VOS был как можно меньше.ADA4177 должен иметь гарантированный минимальный предел CMRR 125 дБ при полной рабочей температуре. Используя результаты испытаний устройств, измеренных в этом эксперименте, мы можем рассчитать и сравнить CMRR схемы ограничения и ADA4177. Таблица 1 показывает крайнюю потерю точности при использовании классической схемы ограничивающего диода и превосходного CMRR ADA4177 со встроенной защитой от перенапряжения на полевых транзисторах.

Таблица 1. Сравнение CMRR ADA4177 с дискретным OVP с фиксирующими диодами

Метод защиты от перенапряжения	25 ° С	85 ° С	125 ° С
ADA4177	143 дБ	145 дБ	142 дБ
ADA4077 и зажим OVP	113 дБ	78 дБ	58 дБ

.Надежные усилители

обеспечивают интегрированную защиту от перенапряжения

Неисправная работа или даже повреждение могут произойти, когда входное напряжение операционного усилителя превышает указанный диапазон входного напряжения или, в крайних случаях, напряжение питания усилителя. В этой статье обсуждаются некоторые распространенные причины и следствия условий перенапряжения , как громоздкую защиту от перенапряжения можно добавить к незащищенному усилителю и как интегрированная защита от перенапряжения новых усилителей предоставляет разработчикам компактную, надежную, прозрачную и недорогую -эффективное решение.

Все электронные компоненты имеют верхние пределы допустимого напряжения. При превышении любого из этих верхних пределов последствия могут варьироваться от кратковременного прерывания работы до фиксации системы или необратимого повреждения. Величина перенапряжения, которое может выдержать данный компонент, зависит от нескольких факторов, в том числе от того, установлена ​​ли деталь или произошел случайный контакт, амплитуда и продолжительность события перенапряжения и надежность устройства.

Прецизионные усилители, часто являющиеся первым компонентом в цепях сигналов измерения датчиков, наиболее подвержены сбоям из-за перенапряжения.При выборе прецизионного усилителя разработчики системы должны учитывать диапазон синфазного входа усилителя. В техническом описании входной диапазон синфазного сигнала может быть задан диапазоном входного напряжения (IVR), или в условиях испытаний для коэффициента подавления синфазного сигнала (CMRR), или обоими способами.

Реальные причины состояний перенапряжения

Усилители требуют: защиты от перенапряжения ; для защиты от сбоев, вызванных последовательностью источников питания, переключением спящего режима и скачками напряжения; и защита от электростатического разряда для защиты от повреждений, вызванных электростатическим разрядом (ESD), даже во время работы.Когда установлен , устройство может подвергаться условиям последовательного включения питания системы, которые вызывают повторяющиеся перенапряжения. Разработчики систем ищут способы отвести токи короткого замыкания от чувствительных компонентов или ограничить эти токи замыкания в достаточной степени, чтобы избежать повреждений.

В сложных системах с распределенной архитектурой питания (DPA) с несколькими напряжениями питания последовательность источников питания позволяет источникам питания различных частей схемы системы включаться и выключаться в разное время.Неправильная последовательность может вызвать перенапряжение и возникновение условий фиксации на любом выводе любого устройства.

В связи с повышенным вниманием к энергоэффективности многие системы реализуют сложные режимы sleep и standby . Это означает, что некоторые разделы системы могут быть отключены, а другие могут оставаться включенными и активными. Как и в случае с последовательностью питания, эти ситуации могут вызвать непредсказуемые события перенапряжения, но в первую очередь на входных контактах.

Многие типы датчиков могут генерировать неожиданные всплески выходного сигнала, не связанные с физическими явлениями, для измерения которых они предназначены.Этот тип состояния перенапряжения обычно влияет только на входные контакты.

Электростатический разряд — это хорошо известное событие перенапряжения, которое часто происходит до установки компонента. Ущерб, который он может вызвать, настолько распространен, что отраслевые спецификации, такие как JESD22-A114D, определяют, как тестировать и определять способность полупроводника противостоять различным типам событий электростатического разряда. Практически все полупроводниковые изделия содержат в той или иной форме встроенные устройства защиты. Замечания по применению AN-397 «Электрическое повреждение стандартных линейных интегральных схем: наиболее распространенные причины и связанные с ними исправления для предотвращения повторения» — хороший справочник, подробно освещающий эту тему.Ячейки ESD предназначены для перехода в состояние с низким импедансом после импульса высокой энергии. Это не ограничивает входной ток, но обеспечивает путь к шинам питания с низким импедансом.

Простой пример: последовательность источников питания

Поскольку схемы со смешанными сигналами становятся повсеместными, растет и потребность в нескольких источниках питания на одной печатной плате. См. Примечания по применению AN-932, «Последовательность блоков питания», где рассмотрены некоторые тонкие вопросы, которые следует учитывать в новых разработках, особенно когда требуются несколько несвязанных источников питания.

Прецизионные усилители могут стать жертвой этого состояния. На рисунке 1 показан операционный усилитель, сконфигурированный как дифференциальный усилитель. Усилитель измеряет ток через R _SENSE и выдает выходной сигнал, пропорциональный результирующему падению напряжения. Необходимо следить за тем, чтобы делитель, образованный R ₃ и R ₄ , смещал входы где-то в пределах указанного IVR. Если напряжение питания усилителя не является производным от V _SY , а V _CC появляется после V _SY , напряжение на инвертирующем входе A1 будет:

В _— = В _SY — (I _— × R ₁ ) (1)

, где I _— зависит от входного импеданса A1 без питания.Если усилитель не предназначен для работы в условиях перенапряжения, наиболее вероятный путь тока будет через диод ESD, фиксирующий диод или паразитный диод к источнику питания или заземлению. Повреждение может произойти, если это напряжение упадет за пределы IVR или если ток превысит максимальное значение, указанное в паспорте.

Структуры ESD, используемые в усилителях с защитой от перенапряжения, таких как ADA4091 и ADA4096, представляют собой не диоды, а устройства DIAC (двунаправленный «диод для переменного тока»), что делает эти усилители устойчивыми к условиям перенапряжения даже без питания.

Рисунок 1. Датчик тока высокого плеча дифференциального усилителя. Если V _SY включается раньше V _CC , входное напряжение или ток усилителя могут превысить максимум, указанный в паспорте.

Условия отказа в операционных усилителях

На рисунке 2 показан N-канальный входной каскад JFET (J ₁ , J ₂ , R ₁ и R ₂ ), за которым следуют вторичный каскад усиления и выходной буфер (A1). Когда усилитель без обратной связи находится в пределах заданного IVR, дифференциальный входной сигнал (V _{IN +} — V _IN– ) сдвинут по фазе на 180 градусов с V _DIFF .При подключении в качестве буфера с единичным усилением, как показано, если синфазное напряжение на V _{IN +} превышает IVR усилителя, затвор-сток J ₁ будет расцепляться и проводить весь ток каскада 200 мкА. . Пока напряжение затвор-сток J ₁ остается обратным смещением, дальнейшее увеличение на V _{IN +} не вызывает изменений в V _DIFF (V _OUT остается на положительной шине). Однако как только затвор-сток J ₁ становится смещенным в прямом направлении, дальнейшее увеличение V _{IN +} повышает на напряжение на инвертирующем входе A1, вызывая нежелательное изменение фаз между входным сигналом и V _DIFF . .

Рис. 2. Концептуальный операционный усилитель с N-канальным входом JFET.

На рисунке 3 показан пример смены фаз на выходе A1. В отличие от усилителей с биполярным входом, усилители на JFET-транзисторах склонны к перевороту фазы, поскольку их входы не ограничены. КМОП-усилители обычно невосприимчивы к реверсированию фазы, поскольку затворы электрически изолированы от стоков. Если инверсии фазы не происходит, производители операционных усилителей часто указывают это в технических данных. Инверсия фазы возможна, если: входы усилителя не являются CMOS, максимальный дифференциальный вход составляет V _SY , и в технических данных не заявлена ​​устойчивость к инверсии фазы.Хотя инверсия фазы сама по себе является неразрушающей, она может вызвать положительную обратную связь, что приводит к нестабильности в контурах сервопривода.

Рис. 3. Когда VIN превышает заданный IVR, инверсия входной фазы приводит к тому, что выход усилителя становится отрицательным.

Системные проектировщики также должны быть обеспокоены тем, что происходит, когда входы усилителя выходят за пределы источников питания. Чаще всего это состояние неисправности возникает, когда последовательность подачи питания приводит к тому, что сигнал источника становится активным до включения питания усилителя, или когда источник питания резко скачивает во время включения, выключения или работы.Это состояние разрушительно для большинства усилителей, особенно если перенапряжение превышает падение напряжения на диоде.

На рис. 4 показан типичный биполярный входной каскад с диодами защиты от электростатического разряда и ограничивающими диодами. В буферной конфигурации, когда V _{IN +} превышает любую из шин, ESD и ограничивающие диоды будут смещены в прямом направлении. При очень низком импедансе источника эти диоды будут проводить столько тока, сколько позволяет источник. Прецизионные усилители, такие как AD8622, обеспечивают минимальную дифференциальную защиту за счет включения резисторов на 500 Ом последовательно со входами для ограничения входного тока при приложении дифференциального напряжения, но они защищают только до тех пор, пока не указан максимальный входной ток. не превышено.Если максимальный входной ток составляет 5 мА, то максимально допустимое дифференциальное напряжение составляет 5 В. Обратите внимание, что эти резисторы не включены последовательно с диодами ESD, поэтому они не могут ограничивать ток на шинах (например, в условиях перенапряжения).

Рис. 4. Биполярный входной каскад, показывающий ESD и диоды дифференциальной защиты.

На рис. 5 показано соотношение входного тока и напряжения незащищенного биполярного операционного усилителя при одновременном применении дифференциального входа и перенапряжения. Как только приложенное напряжение превышает падение диода, ток может стать разрушительным, ухудшить или даже разрушить операционный усилитель.

Рисунок 5. Входной ток операционного усилителя, когда дифференциальное входное напряжение превышает диодное падение.

Защита от перенапряжения внешнего входа

С первых дней появления полупроводниковых операционных усилителей разработчикам ИС приходилось искать компромисс между архитектурой микросхемы и внешней схемой, необходимой для устранения ее недостатков. Защита от сбоев является одной из наиболее сложных проблемных областей (например, см. MT-036, «Защита от опрокидывания фазы на выходе операционного усилителя и входного перенапряжения» и MT-069, «Защита от входного напряжения In-Amp»).

Разработчикам систем необходимы прецизионные операционные усилители с двумя характеристиками: низкое напряжение смещения (V _OS ) и высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), которые упрощают калибровку и минимизируют динамическую ошибку. Чтобы поддерживать эти характеристики при наличии электрического перенапряжения (EOS), биполярные операционные усилители часто включают внутренние ограничивающие диоды и небольшие ограничивающие резисторы, соединенные последовательно с их входами, но они не могут устранять неисправные состояния, возникающие, когда входы выходят за пределы шин.Чтобы добавить защиту, разработчик системы может реализовать схему, подобную показанной на рисунке 6.

Рисунок 6. Прецизионный операционный усилитель с внешней защитой с использованием токоограничивающего резистора и двух диодов Шоттки. RFB устанавливается равным R _OVP , чтобы сбалансировать смещения из-за входных токов смещения.

R _OVP ограничит ток, подаваемый на операционный усилитель, если источник сигнала V _IN включится первым. Прямое напряжение диодов Шоттки на 200 мВ меньше, чем у типичных малосигнальных диодов, поэтому весь ток перенапряжения будет шунтироваться через внешние диоды D ₁ и D ₂ .Однако эти диоды могут ухудшить характеристики операционного усилителя. Например, графики обратной утечки от 1N5711 (см. Рисунок 7) можно использовать для определения штрафа CMRR для данного резистора OVP. Обратная утечка 1N5711 составляет 0 нА при 0 В и 60 нА при 30 В. При общем режиме 0 В дополнительная I _OS , вызванная D1 и D2, зависит от того, насколько хорошо их утечки совпадают. Когда V _IN устанавливается на +15 В, D1 будет иметь обратное смещение на 30 В, а D2 будет иметь смещение 0 В. Таким образом, дополнительные 60 нА поступают в R _OVP .Когда на входе установлено значение –15 В, D ₁ и D ₂ меняют местами электрически местами, и 60 нА вытекает из ROVP. Дополнительный IOS, вызванный защитными диодами в любом синфазном режиме, просто:

I _OSaddr = I _D1 — I _D2 (2)

Рис. 7. Зависимость обратного тока 1N5711 от постоянного обратного напряжения.

Из уравнения 2 штраф V _OS может быть получен на крайних значениях синфазного диапазона следующим образом:

В _{OS Штраф} = I _OSaddr × R _OVP (3)

При использовании 60 нА в качестве утечки 1N5711 при 30 В и защитного резистора 5 кОм, VOS на каждом конце будет увеличиваться на 300 мкВ, вызывая дополнительные 600 мкВ ∆VOS во всем диапазоне входного напряжения.С точки зрения технических данных, операционный усилитель с CMRR 110 дБ будет иметь снижение на 17 дБ. Вставка резистора обратной связи для выравнивания импеданса источника помогает только тогда, когда общий режим равен 0 В, и ничего не делает для предотвращения дополнительных IOS во всем синфазном диапазоне. В таблице 1 показан такой же расчет для диодов, обычно используемых для защиты прецизионных усилителей. Для расчета штрафа CMRR предполагается наличие защитного резистора 5 кОм. Все затраты являются недавними котировками (2011 г.) в долларах США с сайта www.mouser.com.

Таблица 1.Часто используемые защитные диоды и их влияние на прецизионный ОУ CMRR 110 дБ

	1N5711	BAV99	PAD5	BAS70-04	1N914	BZB84-C24
I OSaddr (nA)	60	10	<< 0.005	8	40	50
В О Штраф (мкВ)	600	100	0	80	400	500
Штраф CMRR (дБ)	17	6	0	5	14	16
Стоимость при 1 тыс. Штук	0 руб.07	0,015 доллара США	$ 3,52	0,095 $	$ 0,01	0,034 доллара США

Другой возможный недостаток метода, показанного на рисунке 6, состоит в том, что защитные диоды шунтируют ток перенапряжения в источники питания. Если, например, положительный источник питания не может потреблять значительную величину тока, ток перенапряжения может вызвать увеличение положительного напряжения питания.

Один из способов предотвратить это — использовать встречные стабилитроны между положительным входом и землей, как показано на рисунке 8. Когда напряжение стабилитрона D1 или D2 превышено, диод шунтирует ток перенапряжения на землю, защита источников питания. Эта конфигурация предотвращает накачку заряда в условиях перенапряжения, но стабилитроны имеют более высокие ток утечки и емкость, чем малосигнальные диоды. Кроме того, стабилитроны имеют характеристику мягкого перегиба в профиле тока утечки.Это, как описано ранее, добавляет дополнительный штраф CMRR в синфазном диапазоне усилителя. Например, BZB84-C24 представляет собой пару встречных стабилитронов с рабочим напряжением от 22,8 В до 25,6 В. Обратный ток указан как максимум 50 нА при 16,8 В, но производитель не указывает, что утечка ближе к напряжению Зенера. Кроме того, для достижения более резкой характеристики пробоя стабилитроны обычно делаются из более высоколегированных диффузоров, чем их собратья с малым сигналом.Это вызывает относительное увеличение паразитной емкости, что приводит к увеличению искажений (особенно при более высоких амплитудах) и повышенной нестабильности.

Рис. 8. Прецизионный операционный усилитель с внешней защитой с использованием токоограничивающего резистора и двух стабилитронов.

Ранняя встроенная защита от перенапряжения

В предыдущем разделе обсуждались недостатки некоторых широко используемых методов защиты внешнего усилителя. Некоторых из этих недостатков можно было бы избежать, если бы сам усилитель был спроектирован так, чтобы выдерживать большие входные перенапряжения.На рисунке 9 показана общая схема интегрированной защиты, используемая на паре дифференциальных входов.

Рисунок 9. Пара дифференциальных входов с резистивной защитой от перенапряжения (защита от электростатического разряда не показана).

Эта схема включает входные защитные резисторы на обоих входах усилителя. Хотя защита от перенапряжения обычно требуется только на одном входе, выравнивание паразитной емкости и утечки на каждом входе снижает искажения и ток смещения. Кроме того, диоды не должны обрабатывать события ESD, поэтому они могут быть относительно небольшими.

Добавление сопротивления, внешнего или внутреннего, добавляет к тепловому шуму усилителя из корня из суммы квадратов (RSS) (уравнение 4):

(4)

Если для защиты операционного усилителя от шума 4 нВ / √Гц используется резистор 1 кОм, общий шум напряжения увеличится на √2. Интеграция защитных резисторов не меняет того факта, что защита от перенапряжения увеличивает приведенный ко входу шум напряжения, но интеграция R ₁ и R ₂ с операционным усилителем гарантирует, что спецификация шума в технических данных покрывает защитную схему.

Чтобы избежать компромисса между шумом и перенапряжением, требуется защитная схема, которая имеет низкое сопротивление, когда входы усилителя находятся в пределах указанного диапазона, и очень высокое сопротивление, когда входы усилителя превышают направляющие. Эта характеристика обеспечит улучшенную защиту от перенапряжения по запросу, тем самым снизив общий шумовой вклад при нормальных условиях эксплуатации. На рисунке 10 показана реализация одной схемы, которая ведет себя подобным образом.

Рисунок 10. Входная дифференциальная пара с активной защитой от перенапряжения.

Jxy — это P-канальные полевые транзисторы; они работают в режиме истощения, поэтому канал имеет ту же полярность, что и исток и сток. Когда входные уровни усилителя находятся между рельсами, J _1A и J _2A действуют как простые резисторы с сопротивлением, равным R _DSON , поскольку входные токи смещения достаточно малы, чтобы победить любая разность потенциалов между каналом и затвором. t защелкните канал закрытым. Если напряжение V _{IN +} превысит отрицательное напряжение питания на диоде, ток начнет протекать через J _1A , что приведет к закрытию стока.Этот переход фактически представляет собой переход J _1A из триода в линейную область. Если напряжение V _{IN +} превысит положительное напряжение питания на диодное падение, J _1A будет действовать как боковой PNP. V _{IN +} к затвору будет действовать как смещенный в прямом направлении переход эмиттер-база, а другой переход действует как база-коллектор, сдерживая перенапряжение.

График вольт-амперной характеристики на Рисунке 11 показывает изменение входного импеданса операционного усилителя с полевым транзистором при качании по перенапряжению.R _DSON защитного полевого транзистора составляет 4,5 кОм; когда положительный вход усилителя поднимается над шиной, сопротивление защитного полевого транзистора быстро увеличивается до 22 кОм при 30 В, ограничивая входной ток до 1,5 мА.

Рис. 11. Эффективное входное сопротивление операционного усилителя, защищенного полевыми транзисторами, при качании по перенапряжению постоянного тока.

Преимущества интеграции

Усилители, такие как ADA4091 и ADA4096, демонстрируют, что надежные и устойчивые к перенапряжениям входы операционных усилителей могут быть достигнуты с минимальным влиянием на точность (как показано на рисунке 10).ADA4096 обеспечивает защиту 32 В независимо от уровней питания, устраняя необходимость во внешних компонентах, которые могут быть либо недорогими, но значительно ухудшающими точность усилителя, либо точными, но более дорогими, чем сами усилители.

На рисунке 12 показан ADA4096-2 в корпусе LFCSP размером 2 × 2 мм рядом с парой дискретных компонентов, часто используемых для внешней защиты входа. Интегрированная защита ADA4096-2 обеспечивает значительно меньше занимаемой площади печатной платы; его эффекты включены в спецификации операционного усилителя; и защищает усилитель даже при отключенном питании (см. рисунок 13).Кроме того, ADA4091 и ADA4096 имеют входы и выходы Rail-to-Rail (RRIO) и не имеют инверсии фазы во всем диапазоне защиты от перенапряжения (см. Рисунок 14). Эти преимущества позволяют разработчикам системы немного меньше беспокоиться о последовательности и фиксации источников питания.

Рисунок 12. ADA4096-2 в корпусе размером 2 × 2 мм занимает меньше места, чем два компонента, обычно используемых для внешней защиты по напряжению. Рисунок 13. Ограничение входного тока OVP ADA4096-2 с питанием и без него. Рисунок 14.ADA4096-2 работает от источника питания ± 10 В, когда входы подтянуты на 30 В выше и ниже шин.

Выводы

Таким образом, встроенная защита от перенапряжения дает множество преимуществ:

1. Повышенная надежность и точность цепей аналоговых сигналов.
2. Сокращенное время вывода продукта на рынок (TTM), более короткое время разработки и меньшие требования к испытаниям.
3. Сниженная стоимость ведомости материалов (BOM).
4. В утвержденных списках компонентов требуется меньше компонентов.
5. Уменьшение занимаемой площади на печатной плате / более высокая плотность.
6. Более низкая частота отказов.

Ссылки

Технический паспорт

1N914 доступен на сайте www.fairchildsemi.com.

Технический паспорт

1N5711 доступен на сайте www.st.com.

Спецификации

BAV99, BAS70-04 и BZB84-C24 доступны на сайте www.nxp.com.

Технический паспорт

PAD5 доступен на сайте www.vishay.com.

Стандарт JESD22-A114D доступен на сайте www.jedec.org.

.

Ограничитель перенапряжения, перенапряжения и защиты от перенапряжения

1

LTC7862

1

Ограничитель перенапряжения

от 4 В до 140 В

1,2 м

50 мВ

140 В с коммутацией высокого КПД PBC 900 ) 77 — 77 — 9000 µModule Regulator с улучшенным входом и защитой нагрузки окно с регулируемым напряжением Пороги UV / OV и защита от обратного входа, режим отключения 2 LTC4368 1 Автоматический выключатель, отключение OV, блокировка обратного тока, защита обратного входа, УФ-блокировка 2.От 5 В до 60 В 80µ ± 50 мВ или + 50 мВ / -3 мВ Двунаправленный автоматический выключатель, переходник окна напряжения с регулируемыми порогами UV / OV и реверсом $ 1,99 (LTC4368CDD-1 # PBF) 3 LTC4380 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного входа, ограничитель перенапряжения, УФ-блокировка От 4 до 72 В 8µ 50 мВ Защита от сквозного прохода с 8uA Iq, регулируемый выходной зажим и цепь- выключатель с таймером, выключение 2 $.48 (LTC4380CDD-1 # PBF) 4 LTC4367 1 OV Disconnect, Reverse Input Protection, UV Lockout От 2,5 В до 60 В 70µ — Пороги UV / OV и защита от обратного входа, режим отключения 1,75 доллара США (LTC4367CDD # PBF) 5 LTC7860 1 Предел тока, защита от обратного входа, импульсный ограничитель перенапряжения 60 В (с возможностью расширения до 200 В +) 770µ 95 мВ Защита от сквозного переключения ШИМ, регулируемый выходной фиксатор с таймером, ограничение тока, отключение м $ 2.95 (LTC7860EMSE # PBF) 6 LTM4641 1 Предел тока, отключение OV, uModule Regulator, УФ-блокировка 4,5–38 В 8 м 25,95 долл. США (LTM4641EY # PBF) 7 LTC4364 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, блокировка обратного тока, защита обратного входа, защита выхода, защита от перенапряжения УФ-блокировка 4–80 В 483µ 50 мВ Проходная защита с идеальным диодом, регулируемый выходной зажим и автоматический выключатель с таймером, Sh $ 3.45 (LTC4364CDE-1 # PBF) 8 LT4363 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного входа, ограничитель перенапряжения, УФ-блокировка 4–80 В 970мк 50 — сквозная защита, регулируемый выходной зажим и автоматический выключатель с таймером, режим отключения, Latc $ 2,48 (LT4363CDE-1 # PBF) 9 LTC4366 1 Защита от обратного входа, ограничитель перенапряжения От 9 В до более 500 В 159µ — Защита от проскальзывания, поплавки для работы с высоким напряжением, регулируемый выходной зажим с таймером, выключатель $ 2.65 (LTC4366CDDB-1 # TRPBF) 10 LTC4365 1 OV Disconnect, Reverse Input Protection, UV Lockout от 2,5 до 34 В 125µ — 1,49 $ (LTC4365CDDB # TRPBF) 11 LTC4362 1 Автоматический выключатель, отключение OV, защита от обратного входа 2.От 5 В до 5,5 В 220µ 1,5 A Пороговое значение OV 5,8 В, внутренний полевой транзистор и чувствительный резистор, защита 28 В, драйвер PFET с обратным входом, -1 La $ 1,60 (LTC4362CDCB-1 # TRPBF) 12 LTC4361 1 Автоматический выключатель, отключение OV, защита обратного входа 2,5–5,5 В 230µ 50 мВ Порог 5,8 В OV, порог перегрузки по току 50 мВ, защита 80VET, драйвер обратного PF 1 Защелка $ 1.40 (LTC4361CDC-1 # TRPBF) 13 LTC4360 1 OV Disconnect, Reverse Input Protection От 2,5 до 5,5 В 230µ — 5,8 В Защита от OV -1 для режима отключения, -2 для драйвера PFET с обратным входом 1,15 долл. США (LTC4360CSC8-1 # TRPBF) 14 LT4356MP-2 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного входа, ограничитель перенапряжения , УФ-блокировка 4–80 В 1.21 м 50 мВ Защита от проскальзывания, регулируемый выходной зажим и автоматический выключатель с таймером, от -55 ° C до 125 ° C, рабочий 5,94 долл. США (LT4356MPS-2 # PBF) 15 LT4356MP-1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного входа, ограничитель перенапряжения От 4 до 80 В 1,21 м 50 мВ Защита от проскальзывания, регулируемый выходной зажим и автоматический выключатель с таймером, от -55 ° C до 125 ° C Операция 5 долларов США.94 (LT4356MPS-1 # PBF) 16 LT4356-3 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного входа, ограничитель перенапряжения 4–80 В Ride 1,21 м 50 мВ — сквозная защита, регулируемый выходной зажим и автоматический выключатель с таймером, режим отключения, Latc $ 1,98 (LT4356CDE-3 # PBF) 17 LT4356-2 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, Защита от обратного входа, ограничитель перенапряжения, УФ-блокировка 4–80 В 1.21 м 50 мВ Защита от проскальзывания, регулируемый выходной зажим и автоматический выключатель с таймером, режим отключения (доп. $ 1,98 (LT4356CDE-2 # PBF) 18 LT4356-1 1 Автоматический выключатель, ограничение тока, защита от обратного входа, ограничитель перенапряжения 4–80 В 1,21 м 50 мВ Защита от сквозного пробоя, регулируемый выходной зажим и автоматический выключатель с таймером, режим отключения, автоматический $ 1 .98 (LT4356CMS-1 # PBF) 19 LTC1696 2 OV Disconnect 0,8–24 В 170µ — Мониторы Два выходных напряжения от 0,8 В до 24 В. Привод затвора для лома SCR или внешнего N-канального полевого транзистора 1,76 $ (LTC1696ES6 # TRPBF) . alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Схема расключения проходного двухклавишного выключателя: Проходные двухклавишные выключатели: 5 схем 29.12.201929.09.2020 Как правильно заряжать 2 аккумулятора: Как заряжать два аккумулятора одновременно 06.05.197210.01.2022 Рот в рот дыхание: рот в рот, порядок, техника действий, методика 19.01.202102.10.2020 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт