Ako predísť stratám v dôsledku prepätia v domácej elektrickej sieti - prehľad nového vývoja

<

Každý, kto pozná náklady na opravu domácich elektrických spotrebičov, najmä moderných televízorov a ďalších sofistikovaných zariadení, už nainštaloval stabilizátor alebo napäťové relé na napájací panel (ak je prerušenie napätia náhodné a krátkodobé). Iní, najmä nevediaci o cene veci, pokojne používajú drahé vybavenie s rizikom veľkých strát („náhodne“). Najkritickejšie v tomto ohľade je situácia v prímestských (vidieckych) rozvodných sieťach, kde okrem búrok existujú aj „fázové nerovnováhy“ spoločného napájacieho transformátora, v ktorých sa môže napätie vo fáze s miernym zaťažením zvýšiť na 260 až 270 V alebo viac.

Čo ponúka trh?

Na modernom trhu je množstvo stabilizátorov a napäťových relé (vo forme adaptéra „plug-socket“ alebo pre elektrický panel pre celý byt). Moderné vedúce spoločnosti vyrábajú ochranné zariadenia (najmä modely panelov), - pohľad na internet, ktorý však neumožňuje spoľahlivo chrániť elektronické vybavenie domácnosti, má určité funkčné nevýhody (pozri nižšie). Tieto výrobky sú široko vyrábané a jasne inzerované, myslím, jednoducho založené na technicky negramotnom spotrebiteľovi. Na základe preskúmania trhových ponúk (v priebehu niekoľkých rokov) väčšina výrobcov zastavila vývoj svojich výrobkov na inžinierskych a štrukturálnych riešeniach, ktoré boli overené v priebehu rokov, ktoré sú ekonomicky výhodné a navonok príťažlivé pre bežného spotrebiteľa. Ak sa však pozriete na problém ochrany pred príval z technického hľadiska možno povedať, že kvalitná „zásuvka“ (ochranné zariadenie) by mala jednoducho napájať vysokokvalitné napätie, čo nezávisí od jej krásnej „tváre“, ale od „funkčnej mysle“.

Pohľad na priemyselné ochranné zariadenia z technického (inžinierskeho) hľadiska

Najprv si všimneme, že všetky jednoduché vykurovacie zariadenia sa neboja veľkých odchýlok napätia od normy (odchýlka môže byť až +/- 40 V). Preto je nepraktické zahrnúť ich po stabilizátore a zbytočne ho naložiť. Stabilizátor je potrebný hlavne pre chladničku, ak je napätie neustále znižované na 180 - 190 voltov.

Vo všetkých prípadoch by sa malo pri riešení problémov so stabilizáciou alebo inej ochrany pamätať na to, že:

• Stabilizátory majú takzvaný „prúd s otvoreným obvodom“ (bez záťaže), ktorý sa nepretržite pripája k záťažovému prúdu. Preto v mnohých prípadoch, najmä pri napájaní nízkoenergetických elektronických zariadení, bude celková spotreba energie oveľa väčšia (stabilizátor sa spravidla nevypne a nezapne sa so záťažou).Všetci výrobcovia uvádzajú účinnosť pri menovitom zaťažení.
• Väčšina stabilizátorov nemá ochranné zariadenia proti prepätiu v prípade blesku alebo blesku prerušenie nulového vodiča v napájacej sieti (alebo majú najjednoduchšie, nastavené z výroby). Čas odozvy ochrany je spravidla viac ako polovica periódy napätia, čo je príliš nebezpečné pre prepätie napätia väčšie ako 300 V. Malo by sa pamätať na to, že napätie riadené stabilizátorom a spôsobujúce určité spínanie sa neustále zvyšuje pri vstupe napájacieho zdroja televízora alebo iného spotrebiteľa po celú dobu ochrannej operácie ( uvoľňovanie záťaže) a tieto hody (impulzy) majú často strmý front.
• Podľa ich princípu činnosti stabilizátory vysielajú krátke (až niekoľko milisekúnd) prepäťové impulzy, takže kvalita výstupného napätia sa určuje dodatočnou filtráciou, ktorá môže byť pre niektoré elektronické zariadenia nedostatočná.
• Stabilizácia napätia počas jej poklesu v sieti nie je potrebná pre moderných elektronických spotrebiteľov, majú v tejto zóne vlastnú stabilizáciu.
• Napäťové relé nainštalované v paneli alebo na zásuvke (ako adaptér) majú nastavenia relé na odpojenie záťaže, keď napätie stúpne alebo klesne nad nastavené hodnoty (manuálne nastaviteľné). To znamená, že je pre spotrebiteľa veľmi nepríjemný a dokonca škodlivý funkčný prvok. Pre všetkých je spravidla drahé zariadenie potrebné bezpodmienečne zabrániť napätiu nad 250 V. Zároveň je v mnohých elektrických sieťach, najmä v letnej chate, tento prebytok veľmi pravdepodobný. Takto dochádza k častým vypínaniam televízora a všetkých ostatných spotrebiteľov, čo rýchlo vadí a vedie k nadhodnoteniu nastavení na 260 V a vyššie, ak je užívateľ technicky negramotný. Riziko poškodenia zariadenia sa prudko zvyšuje (je potrebné vziať do úvahy rozsah prevádzkových oneskorení, ktorý je tiež manuálne nastavený a môže sa ukázať ako nebezpečne veľký). Na zníženie psychologického dopadu častých výpadkov vývojári automaticky obnovili ochranné zariadenie s určitým (prispôsobiteľným) oneskorením. V mnohých prípadoch (najmä v prípade počítača) to však neumožní udržiavať pokoj používateľov technológie a najmä ovocie z dlhej práce na počítači.
• Prevažná väčšina ochranných zariadení vo forme rozbočovačov alebo adaptérov, komerčne dostupných, spravidla nemá ochranu uvedenú na jasnom obale. Najčastejšie majú iba nízku spotrebu energie varistor, ktorá začne nejakým spôsobom zhasínať napätie (vo svojich charakteristikách, v mikrosekundách) po asi 350 V. Rovnaké napätie sa však súčasne privedie na vstupné prvky napájania akéhokoľvek elektronického zariadenia s vysokou pravdepodobnosťou ich rozpadu a vyhorenia!

Situácia týkajúca sa riešenia problémov s prepäťovou ochranou sa preto nepovažuje za uspokojivú ako v obchodných regáloch a na miestach popredných výrobcov.

Možné racionálne riešenie problémov s ochranou

Moje vlastné skúsenosti s vývojom najúspornejších a najsľubnejších ochranných zariadení podľa môjho názoru viedli k nasledujúcemu riešeniu (ktoré bolo úspešne testované na pokusných modeloch, patentovateľné alebo predstavuje predmet know-how - na základe príslušnej dohody so zainteresovaným výrobcom).

Aby sa odstránili nevýhody stabilizátorov a napäťových relé, odporúča sa vykonať prerušenie nadmernej amplitúdy napätia v rozsahu 250 - 290 V vstupného napätia (najpravdepodobnejšie prekročenie) a okamžitého prerušenia pri vyššom napätí. To je možné zavedením aktívneho predradníka do výkonového obvodu pomocou výkonného Darlingtonovho tranzistora (alebo dvoch jednoduchých). Aby sa zvýšila povolená energia spotrebiteľov, je možné nainštalovať miniatúrny ventilátor (12 V) s jednoduchým napájaním pre nabíjačky.V tomto prípade je prechod 12/5 voltov veľmi jednoduchý - prepínaním ďalšej zenerovej diódy v nabíjacom obvode. To znamená, že ochranné zariadenie nadobúda ďalšiu funkciu nabíjačky.

Implementácia riadenia balastu podľa vyššie uvedeného princípu (synchrónny amplitúdový rez vrátane všetkých impulzov) nevyžaduje použitie žiadnych regulátorov. Navyše, v nedávnej novej práci na obvode bolo možné zbaviť sa relé na zapnutie režimu stabilizácie amplitúdy, a teda aj elektrolytického kondenzátora (vôbec neexistujú), vďaka vývoju pôvodného kľúča na tyristore (s hysteréziou), ktorý sa ukázal ako veľmi úspešný v použitom obvode ochranné zariadenia (na základe skúseností autora a hľadania analógov sa dá považovať za vynález).

V pohotovostnom režime spotrebuje riadiaca doska menej ako 0,5 W (v závislosti od napätia). Pre okamžité prerušenie (asi 1 ms) autor tiež vyvinul a úspešne otestoval (v priebehu niekoľkých rokov, v rôznych zariadeniach) návrh reléového vypnutia založeného na tepelnom ističi typu VK-1-10, ktorý sa široko používa v sieťových filtrových rozbočovačoch. Avšak kvôli synchrónnemu prerušeniu amplitúdy na úrovni 250 V, až do 280 - 290 V sieťového napätia, je pravdepodobnosť väčšieho prepätia výrazne znížená, takže je racionálne používať jednoduchú poistku, ktorá je jednoducho vypálená silným tyristorom (s určitým obmedzením prúdu) na dostatočne dlhú dobu. pre tento prepäťový impulz (berúc do úvahy trvanie rozpadu polvlny sieťového napätia). Malo by sa vziať do úvahy aj to, že prúd poistkou (rádovo 20–40 A) „napája“ sieťové napätie (kvôli jeho odporu).

Varianty implementácie schémy synchrónneho obmedzenia amplitúdy

Nižšie sú uvedené fotografie ovládacieho panela (najnovší vývoj, možnosť testovania), ako aj videozáznam testovania zariadenia s okamžitým prerušením (predchádzajúci vývoj, aby ste mohli počúvať kliknutím na prerušenie, musíte zvýšiť hlasitosť) a testovacie video „kľúča DC“ (prvý test nápadu, napätie 24 V). Posledne uvedené si samozrejme vyžaduje určité vysvetlenia, ale keďže sa predpokladá, že toto zariadenie bude prevedené na zainteresovaných výrobcov ako „know-how“ (na základe zmluvy), je možné tu uviesť iba kvalitnú (experimentálnu) I - V charakteristiku prvého nízkonapäťového spínača (spínač bol už testovaný na napätie). do 400 V, s hysteréziou asi 10%).

video:

Tiež by som chcel hovoriť o zdroji zvýšeného napätia na nastavenie a testovanie ochranného zariadenia. Namiesto dobre známej LATR, ktorá má „drsnú“ krokovú charakteristiku a nedostatočne vysoké napätie, sa odporúča použiť špeciálne zariadenie založené na dvoch konvenčných transformátoroch so sekundárnym vinutím 30–40 voltov. Nižšie je uvedený graf, ktorý autor použil (niektoré zmeny sú možné).

Výkon hlavného transformátora môže byť 50 - 100 W a ďalších 15 - 30. Zároveň sa skúšajú ochranné zariadenia na ľahké zaťaženie až do 10 - 15 W (napríklad odpor s neónovým indikátorom alebo žiarovka pre chladničku). Na otestovanie predradníka na silné zaťaženie je možné napájať predradník priamo z výstupu a riadiacej dosky pomocou vyššie uvedeného zariadenia na zvýšenie napätia (testy predradníka na silné zaťaženie sú v skutočnosti tepelné skúšky).

Tí, ktorí sa chcú zapojiť do vývoja priemyselných dizajnov nového ochranného zariadenia pre elektronické zariadenia (výstavné modely), sa môžu obrátiť na správcu s návrhmi.