[serega19861906]

Для того чтобы обезопасить аппаратуру от наведенных грозовыми раз­рядами импульсов, подвод электросети к телекоммуникационным и охранным устройствам, а также к системам видео­наблюдения, где она не может быть от­ключена по условиям эксплуатации, выполняют в соответствии с требова­ниями. И, как правило, используют источники бесперебойного питания со встроенными сетевыми защитными устройствами.

 

Но что делать тем, кто, например, оставляет на даче включенную аппара­туру, извещающую владельца о проник­новении на контролируемую террито­рию посторонних лиц. Для того чтобы снизить вероятность повреждения ох­ранного устройства при грозе, блок его питания нужно дополнить некоторыми элементами, резко ослабляющими им­пульсы высокого напряжения в сети, которые будем в дальнейшем называть сетевыми помехами.

 

Эффективность подавле­ния таких помех одними и теми же элементами различ­на Отсюда следует первая особенность — защитное уст­ройство должно быть много­ступенчатым.

 

Вторая особенность кон­струирования защитного устройства — необходимость наличия в нем проводника с нулевым потенциалом, “зем­лей”. Это условие легко со­блюсти в современных кварти­рах где электропроводка вы­полнена по трехпроводной схеме (”фаза” (L). “ноль” (N), “защитная земля” (РЕ)) . Если питающая элек­тросеть без защитного заземления, то придется либо самостоятельно создать контур заземления, либо смириться с тем, что подавление помех будет недо­статочно эффективным. Удовлетвори­тельно, если помехи с фазного провода отводят на нулевой, хорошо — с фазно­го провода и отдельно с нулевого про­вода на заземляющий отлично — с фаз­ного провода отдельно на нулевой и на заземляющий, а также с нулевого на заземляющий.

 

Для ослабления продолжительных мощных помех порождаемых грозовы­ми разрядами, в качестве поглотителей энергии импульса применяют вакуум­ные и газонаполненные разрядники. Как показывает статистика, доля таких помех составляет примерно 20 %. Ос­тальные 80 % приходятся на кратковре­менные. которые эффективно подав­ляются параллельными защищаемой цепи конденсаторами и последователь­ными заградительными элементами — дросселями. Применяют также комби­нированный метод, когда мощные по­мехи ослабляются параллельно вклю­ченными поглощающими элементами (ограничителями напряжения), а мало­мощные — последовательно.

 

Обобщенные характеристики наибо­лее распространенных ограничителей напряжения, используемых в защитных устройствах, представлены в таблице.

 

Газонаполненные разрядники могут быть применены в двух- и трехэлектродном исполнении в зависимости от конструкции защитного устройства — двухпроводной или трехпроводной. По надежности функционирования и мак­симальному импульсному току такой ограничитель напряжения превосходит все остальные (рис. 1). Это цилиндри­ческий баллон с разрядными электро­дами в его торцах, наполненный инерт­ным газом. Недостатком разрядника яв­ляется его меньшее быстродействие по сравнению с другими защитными эле­ментами. что обусловлено необходи­мостью некоторого интервала времени для ионизации газа.

Рассмотрим трехэлектродный раз­рядник Т23-А230Х диаметром 8 и дли­ной 10 мм Несмотря на столь малые размеры, этот защитный элемент допускает пиковый разрядный ток в многократных одиночных импульсах 8/20 мкс (фронт/спад) до 20 кА или в течение 1 с выдерживает переменный разрядный ток 10 А частотой 50 Гц. Та­кая эффективность защиты обеспечена особой конструкцией разрядника, которую иллюстрирует рис 1. В исход­ном состоянии его сопротивление пре­вышает 10 Ом. Когда напряжение в разрядном промежутке создает напря­женность электрического поля, способ­ную вызвать ионизацию газа, происхо­дит электрический разряд, в результате чего сопротивление разрядника резко снижается. По завершении импульса инертный газ восстанавливает свои изоляционные свойства. Напряжение пробоя разрядного промежутка опреде­ляется как размерами и конструкцией электродов, так и свойствами запол­няющего газа — составом и давлением. Специальное компаундное покрытие электродов и керамического изолятора между ними активирует их эмиссион­ную способность. Кольцевая форма центрального электрода позволяет мак­симально использовать поверхность торцевых электродов 1 и 2, обеспечивая большой разряд­ный ток без эрозии токонесу­щих поверхностей.

 

Чтобы компенсировать за­паздывание в срабатывании от помехи с крутым фронтом (1 кВ/мкс и более), разрядники в многоступенчатых защитных устройствах, как правило, до­полняют варисторами и за­щитными диодами, которые отводят на себя часть энергии импульсной помехи в началь­ный момент ее появления в электрической сети.

 

Металлооксидный варистор аналогичен симметричному стабилитрону — при превыше­нии некоторого порогового значения прикладываемого напряжения сопротивление элемента резко падает. Классификационное напряжение варистора должно превышать максималь­ную амплитуду напряжения сети не менее чем на 5 %. Например, макси­мально допустимому повышению сете­вого напряжения 220 В на 20 % (264 В) соответствует амплитуда 374 В. Следо­вательно, классификационное напря­жение варистора должно быть не менее 393 В. Если использовать варистор. как во многих промышленно изготавливае­мых защитных устройствах, со стан­дартным классификационным напряже­нием 390 В, в силу допускаемой техно­логической погрешности данного параметра существует риск его поврежде­ния. Поэтому пунше его использовать с несколько большим классификацион­ным напряжением.

 

Варистор характеризуется также не­которой предельной энергией импульса, которую он может поглотить без разру­шения. Такая характеристика обладает свойством накопления. Это значит, что прибор без ухудшения параметров спо­собен поглотить одиночный импульс с некоторой максимально допустимой энергией или некоторое число импуль­сов с меньшей энергией. Например, металлооксидный варистор диаметром 20 мм поглощает импульс с максималь­но допустимой энергией 410 Дж либо 10 импульсов с энергией 40 Дж. После выработки варистором заложенного ре­сурса его классификационное напряже­ние несколько увеличится, а затем с каж­дым последующим импульсом начнет резко снижаться, в результате варистор “выгорит”. Поэтому он подлежит замене при малейшем внешнем проявлении деградации (потемнении лакокрасочно­го покрытия). Необходимость контроля технического состояния варистора. на­ходящегося внутри закрытого сетевого фильтра, является его недостатком.

 

Защитные диоды (Transient Voltage Suppressor), подобно стабилитронам, крайне быстро становятся проводящими при увеличении приложенного на­пряжения сверх напряжения открыва­ния. Время реакции такого прибора, осо­бенно безвыводного, составляет всего лишь несколько пикосекунд. Конечно, индуктивность выводов и подводящих проводов снижает быстродействие диода, но тем не менее оно остается самым высоким среди используемых ограничителей напряжения. Существуют как однополярные защитные диоды, так и с симметричной вольт-амперной характеристикой . что позволяет их использовать без дополнительных выпрямляющих диодов в цепях перемен­ного тока. При очень большом токе, в от­личие от газонаполненного разрядника, происходящий в защитном диоде электрический пробой становится необра­тимым. Такой элемент подлежит замене.

 

Промышленно изготавливаемые уст­ройства защиты от высоковольтных им­пульсов в электросети как в нашей стра­не. так и за рубежом должны соответ­ствовать требованиям международных стандартов, утверждаемых Междуна­родной электротехнической комиссией (МЭК), и по общепринятой терминоло­гии подразделяются на I, II и III класс защиты. Устройства I класса предназна­чены для защиты электросети на вводе в здание перед счетчиком электрической энергии. Основными элементами таких устройств являются вакуумные и газона­полненные разрядники, способные ней­трализовать мощные грозовые разряды до 150 кА в импульсе, что соответствует прямому попаданию молнии с учетом растекания тока по подвергнувшейся электрическому удару поверхности.

 

Устройства II класса ослабляют им­пульсные помехи в этажных и цеховых распределительных щитах. Наиболее часто используемый защитный элемент в таких устройствах — варистор.

 

Устройства III класса предназначены для защиты отдельных устройств с по­требляемым током не более 16 А. Вы­полняют их, как правило, на защитных диодах.

 

Разумеется, для безопасной экс­плуатации радиоаппаратуры пользова­тель может оборудовать такими устрой­ствами промышленного изготовления распределительную электросеть на даче или в квартире, но реализация такого решения может оказаться за­труднительной в финансовом отноше­нии. Гораздо дешевле обойдется само­стоятельное изготовление сетевого защитного устройства. В статье приведены рекомендации по изготовлению такого устройства, а на рис. 2 этой статьи показана его схема: Схемы устройства

[wtyd]

А зачем там двунаправленный защитный диод нужен (1.5КЕ...)? У варисторов время срабатывания 25 наносекунд, если я правильно помню даташит, а у 1.5КЕ что-то около 10 микросекунд :-). При равном напряжении срабатывания диода и варистора диод не нужен :-).

 

По идее после варисторов имеет смысл поставить ещё один "каскад" фильтрации, это ещё пара индуктивностей и что-то скорострельнее варситора. Писали про сверхбыстрые защитные диоды, но я таких не видел. 1.5КЕ к ним точно не относится.