Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

 
 

Сайт электрика

Электрик Инфо » Электромастерская

Как защититься от колебаний сетевого напряжения

Как защититься от колебаний сетевого напряженияОписание простого устройства, отключающего нагрузку в случае выхода сетевого напряжения за допустимые пределы.

Допуск на сетевое напряжение для питания бытовой электронной и просто электрической аппаратуры составляет плюс - минус 10%. Но в условиях отечественной системы энергоснабжения это требование зачастую не соблюдается.

Напряжение бывает значительно завышено или намного ниже нормы, что может повлечь за собой выход аппаратуры из строя. Чтобы такого не случилось, в статье описывается простое устройство, которое отключит нагрузку вовремя, прежде, чем она успеет сгореть.

Схема достаточно простого устройства защиты показана на рисунке 1.

Принцип действия. Описание схемы

Отключение нагрузки от сети происходит когда напряжение превысит 242 В или станет ниже 170 В. Мощное реле на выходе устройства позволяет коммутировать токи до десяти ампер, что позволяет подключать нагрузку мощностью до двух киловатт.

В исходном состоянии контакты реле находятся в положении указанном на схеме. Переключающий контакт К1.3 подключает к сети светодиод HL1, сигнализирующий, что нагрузка выключена, а в сети есть напряжение. Подключение нагрузки к сети происходит при кратковременном нажатии на кнопку SB1 «Пуск».

Устройство защиты от колебаний сетевого напряжения

Рисунок 1. Устройство защиты от колебаний сетевого напряжения

Сетевое напряжение через гасящий конденсатор С1 и резистор R10 поступает на выпрямитель на диодах VD9, VD10, и заряжает конденсатор С3. Напряжение на этом конденсаторе стабилизировано стабилитроном VD11. От этого выпрямителя производится питание маломощного реле К2, которое управляет работой мощного реле К1, коммутирующего собственно нагрузку.

Через диод VD2 сетевое напряжение поступает на узел включения реле К2. Если напряжение в сети будет более 170 В стабилитрон VD7 откроется, что позволит зарядиться конденсатору С2 до напряжения достаточного для открывания транзистора VT1, который включит маломощное реле К2. (Параллельно катушке реле К2 включен диод VD8. Его назначение – защита транзистора от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент выключения реле К2.)

Это реле своим контактом К2.1 включит мощное реле К1, а оно своими контактами К1.1…К1.4 подаст сетевое напряжение в нагрузку. Кнопку «Пуск» теперь можно отпустить, устройство вошло в рабочий режим. При этом загорается светодиод HL2, сигнализирующий о нормальной работе устройства. Светодиод HL1 погаснет, устройство вошло в рабочий режим.

Защита от понижения напряжения

Если напряжение сети станет меньше, чем 170 В, стабилитрон VD7 закроется, и зарядка конденсатора С2 прекратится. Это приведет к тому, что конденсатор С2 разрядится через резистор R8 и переход база – эмиттер транзистора VT1. Транзистор закроется и промежуточное реле К2 отключится и контактом К2.1 выключит мощное реле К1 – нагрузка будет обесточена.

Защита от повышенного напряжения

Узел защиты от превышения напряжения собран на тиристоре VS1. Работает он следующим образом.

Сетевое напряжение, а точнее его положительная полуволна, через диод VD2 поступает на соединенные последовательно стабилитроны VD3… VD6, а через них на последовательно соединенные резисторы R2 и R3. При повышении сетевого напряжения свыше 242 В стабилитроны откроются и на резисторе R3 создастся падение напряжения, величина которого будет достаточна для открытия тиристора VS1.

Открытый тиристор через резистор R5 «посадит» напряжение на конденсаторе С3. (Поскольку выпрямитель, питающий этот конденсатор, собран по схеме с гасящим конденсатором, то он не боится даже коротких замыканий. Резистор R4 нужен лишь для того, чтобы разрядом конденсатора С3 не сжечь тиристор VS1.) Этого напряжения будет не достаточно для удержания реле К2, оно выключится, а вместе с ним отключится реле К1, и нагрузка будет отключена. Также будет обесточено и само устройство, если не считать цепочки R1, VD1, HL1.

Повторное включение нагрузки можно осуществить лишь нажатием кнопки «Пуск». При этом не следует торопиться, а выждать некоторое время, ведь иногда, при возобновлении подачи электроэнергии, случаются достаточно большие перепады, можно даже сказать скачки, напряжения.

Несколько слов о деталях

Почти все детали устройства смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5…2 мм. Топология платы настолько проста, что ее можно просто вырезать острым ножом. Почти все детали разместились на плате. Плата с расположенными на ней деталями показана на рисунке 2.

Конструкция печатной платы устройства защиты от колебаний сетевого напряжения

Рисунок 2. Конструкция печатной платы устройства защиты от колебаний сетевого напряжения

Все устройство в целом необходимо разместить в корпусе из изоляционного материала. Те детали, которые не уместились на плате установлены внутри корпуса методом навесного монтажа. Если мощное реле будет иметь значительные габариты, то его также следует разместить вне платы.

В качестве мощного реле К1 возможно использовать реле типов МКУ-48, РПУ-2 или аналогичные с катушкой на переменное напряжение 220 В. В качестве реле К2 можно применить реле РЭС-6, РЭС-22 или другого типа с напряжением срабатывания около 50 В и током катушки не более 15 мА. У этого реле может быть всего один контакт.

При монтаже устройства можно применить следующие типы деталей: постоянные резисторы типа МЛТ, подстроечный резистор типа СП3-3 или СП3-19. Конденсатор С1 типа К73-17 на рабочее напряжение не ниже указанного на схеме, оксидные конденсаторы типа К50-35 или импортные. В качестве диодов VD1, VD2, VD8…VD10 подойдут любые маломощные диоды с обратным напряжением не менее 400 В, а также импортные типа 1N4007.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ817Г, КТ603А,Б или КТ630Д.

Повышенное напряжение сети, при котором производится отключение, определяется напряжением стабилизации стабилитронов VD3… VD6, в качестве которых, вместо указанных на схеме, возможно применение стабилитронов КС600А, КС620А, КС630А, КС650А, КС680А.

С их помощью производится грубая настройка порога отключения, а более плавная осуществляется подбором резистора R3. Проще всего при настройке вместо него установить переменный резистор сопротивлением около 10 килоом, а по окончании настройки заменить его постоянным, равным сопротивлению введенной части переменного резистора.

Нижний порог срабатывания (минимальное напряжение сети) устанавливается с помощью подстроечного резистора R7.

Налаживание устройства проще всего производить с помощью ЛАТРа. Сначала следует настроить верхний порог. Для этого следует устройство подключить к ЛАТРу, и плавно увеличивать напряжение, конечно, контролируя его вольтметром. Подбором стабилитронов VD3…VD6 и резистора R3 добиться отключения прибора при напряжении 242 В. Устройство – потребитель при этом, естественно, подключать не следует. Чтобы не происходило срабатывания устройства по нижнему порогу движок подстроечного резистора R7 установить в верхнее по схеме положение.

После настройки верхнего порога следует с помощью резистора R7 добиться отключения устройства при понижении напряжения до 170 В.

Если требуется возможность принудительного отключения устройства, то последовательно с контактом реле К2.1 можно установить кнопку с контактом на размыкание.

Замечания по технике безопасности

Конструкция не имеет гальванической развязки с питающей сетью, поэтому при ее налаживании надо быть предельно внимательным и осторожным, соблюдать все правила техники безопасности при работе в электроустановках. Лучше всего для наладки воспользоваться трансформатором безопасности: ЛАТР следует подключить уже после него. Тогда настройку можно делать безо всяких опасений.

Борис Аладышкин, http://electrik.info/

Практическая электротехника и электроника


Сейчас самое время поделиться статьей и добавить ее в закладки!


Тематические разделы: Электрик Инфо » Электромастерская

Другие статьи:

  • Ступенчатый регулятор напряжения
  • Простой источник аварийного освещения
  • Устройство управления однофазным асинхронным двигателем
  • Схемы фотореле для управления освещением
  • Самодельное устройство защиты электродвигателя от неполнофазных режимов и п ...
  • Акустический датчик работы механизма

  •  
      Комментарии:

    #1 написал: григорий | [цитировать]

     
     

    Здравствуйте. Простите за нескромный вопрос. Зачем изобретать велосипед? Сейчас проблема некачественного сетевого напряжения стоит довольно остро, поэтому нашей и "не нашей" промышленностью выпускается огромное множество стабилизаторов напряжения начиная от самых дешевых до довольно дорогих. Большая половина их строится по описанному вами принципу. Можно еще было упомянуть про возможность использования сетевых и магистральных стабилизаторов. Магистральные стабилизаторы напряжения предлагают комплексное решение качественного и эффективного электроснабжения для дачи, дома, коттеджа или квартиры, любых жилых и нежилых помещений, так что стабилизатор это не роскошь, а необходимость которую надо не конструировать, а приобретать.

      Комментарии:

    #2 написал: Александр | [цитировать]

     
     

    григорий, это не стабилизатор, а только устройство защитного отключения. Оно на порядок дешевле "дешёвых" стабилизаторов. У большинства людей дома очень мало приборов, для которых опасно внезапное отключение. А для последних стоит использовать ИБП, независимо от того наличия или отсутствия как УЗО, так и стабилизатора.

      Комментарии:

    #3 написал: Руслан | [цитировать]

     
     

    Насчёт приобретать - не согласен. Сейчас доделываю... У нас провалы до 110 в бывают, назовите покупной что при этом не выключит нагрузку? Назовите покупной что при напряжении 160 в имеет мощность 5 кВт и стоит до 10 т.р ?

    Вдобавок, чтобы был надёжным и экономичным. И чтобы был точным.

      Комментарии:

    #4 написал: Роман | [цитировать]

     
     

    лучше на тиристоре собрать а не на реле -  быстродействие выше

      Комментарии:

    #5 написал: Владимир | [цитировать]

     
     

    Во первых, речь идет не о стабилизаторах, а о всего лишь отсекателе напряжения. Этот прибор не стабилизирует напряжение в сети, а просто следит за его величиной и при выходе за пределы допуска просто отключает нагрузку. Думаю, что и схема, и описание принципа работы даны так, "для общего развития", а отнюдь не для повторения схемы. Тем более, что описанная конструкция не свободна от недостатков. Прежде всего, включая прибор кнопкой "Пуск" неплохо было бы знать уровень напряжения в сети в данный момент, а контролировать это напряжение тестером не очень удобно. И потом, не зная реального уровня напряжения в сети и нажимая кнопку "Пуск", контактами этой кнопки мы сразу подаем в нагрузку опасно завышенное напряжение, и если еще и будем к5акое-то время удерживать эту кнопку нажатой, то имеем шанс успешно сжечь защищаемый прибор. Кроме того, даже при нормальном уровне напряжения в сети в первый момент, пока не отработает автоматика и не включатся оба реле, ток нагрузки будет проходить через довольно слабые контакты кнопки "Пуск", и, если ток нагрузки довольно большой, то надолго кнопки не хватит. Ну, и во вторых, самое главное. Промышленность уже отреагировала на запросы рынка, и сегодня в продаже есть огромное количество разных моделей отсекателей, как таких, которые включаются в розетку и имеют собственную розетку для подключения нагрузки, так и устанавливаемые на DIN - рейку. Но общее у всех отсекателей  то, что все они выполнены на микроконтроллере, имеют индикацию напряжения в сети и органы программирования. И еще: все эти отсекатели по сравнению со стабилизаторами  напряжения достаточно дешевы. Хотя, лично я не сторонник широкого применения отсекателей.  В моей практике немало клиентов сначала хотели весь двухэтажный коттедж "посадить" на отсекатели, а потом, когда дам начал мигать, как новогодняя елка, сами же их снимали и выбрасывали.  Думаю, что сегодня даже в сельской местности со всеми "прелестями" электроснабжения по воздушной линии , имеет смысл приобретать приборы бытовой электроники, которые, по анонсам фирм - изготовителей, способны работать в условиях больших колебаний сетевого напряжения: от 100 до 400 Вольт. И это вполне реально.

      Комментарии:

    #6 написал: Николай | [цитировать]

     
     

    Вот действительно, зачем изобретать велосипед. Существует широкая гамма приборов, которую выпускает промышленность. Устройство, которое отключит нагрузку, если питающее напряжение выйдет за пределы установленного, стоит дешевле, чем детали для данной схемы. Вот пример, РН-111М я недавно покупал за 1400 р, так там есть установка нижнего порога, установка верхнего порога, таймер и цифровой вольтметр. А еще он встает на дин-рейку. Сплошные плюсы.

      Комментарии:

    #7 написал: MaksimovM | [цитировать]

     
     

    Руслан, я думаю, что приобретать стабилизатор напряжения большой мощности, например, 5 кВт, как вы указали – пустая трата денег. Приобретая такой стабилизатор, вы делаете выгоду продавцу подобной техники, выкидывая приличные деньги за данное устройство, только и всего. Смысл ставить стабилизатор на всю квартиру? Зачем стабилизировать напряжение для электрического водонагревателя, электрического обогревателя, печи, духового шкафа? Целесообразнее устанавливать стабилизатор на ту часть проводки, которая питает бытовые электроприборы, чувствительные к перепадам напряжения. Если руководствоваться таким принципом выбора мощности стабилизатора, то окажется, что вместо стабилизатора 5 кВт нужно всего лишь на 1-2 кВт, который на порядок дешевле. Ведь, по сути, подавляющая часть нагрузки в квартире – это те электроприборы, которые не чувствительны или, по крайней мере, менее чувствительны к перепадам напряжения.

    Также считаю более целесообразным использовать для защиты электропроводки реле напряжения модульного исполнения, которые имеют множество преимуществ: они достаточно надежны, характеризуются высоким быстродействием и точностью уставок срабатывания, имеют дополнительную контактную группу, при помощи которой реле можно использовать для реализации различных автоматизированных схем. Модульные реле напряжения достаточно компактные: есть реле, занимающие одну позицию на DIN-рейке (размер однофазного автомата).

      Комментарии:

    #8 написал: ASP | [цитировать]

     
     

    Всё уже давно придумали, приборы защиты (цифровые реле напряжения) ASP. От дешёвых до дорогих, на все случаи жизни. 

    Добавление комментария
    Имя:*
    E-Mail:
    Комментарий:
    Введите код: *

    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Электромастерская | Электротехнические новинки

    Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, обзоры электротехнических новинок, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
    Copyright © 2008-2016 electrik.info
    Е-mail: electroby@mail.ru Сайт в Google+
    Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Полезное

    Светодиодные лампы и светильники IEK