Защита источников питания от грозы - Компьютерный форум OSzone.net

Для того чтобы обезопасить аппаратуру от наведенных грозовыми раз*рядами импульсов, подвод электросети к телекоммуникационным и охранным устройствам, а также к системам видео*наблюдения, где она не может быть от*ключена по условиям эксплуатации, выполняют в соответствии с требова*ниями. И, как правило, используют источники бесперебойного питания со встроенными сетевыми защитными устройствами.

Но что делать тем, кто, например, оставляет на даче включенную аппара*туру, извещающую владельца о проник*новении на контролируемую террито*рию посторонних лиц. Для того чтобы снизить вероятность повреждения ох*ранного устройства при грозе, блок его питания нужно дополнить некоторыми элементами, резко ослабляющими им*пульсы высокого напряжения в сети, которые будем в дальнейшем называть сетевыми помехами.

Эффективность подавле*ния таких помех одними и теми же элементами различ*на Отсюда следует первая особенность — защитное уст*ройство должно быть много*ступенчатым.

Вторая особенность кон*струирования защитного устройства — необходимость наличия в нем проводника с нулевым потенциалом, “зем*лей”. Это условие легко со*блюсти в современных кварти*рах где электропроводка вы*полнена по трехпроводной схеме (”фаза” (L). “ноль” (N), “защитная земля” (РЕ)) . Если питающая элек*тросеть без защитного заземления, то придется либо самостоятельно создать контур заземления, либо смириться с тем, что подавление помех будет недо*статочно эффективным. Удовлетвори*тельно, если помехи с фазного провода отводят на нулевой, хорошо — с фазно*го провода и отдельно с нулевого про*вода на заземляющий отлично — с фаз*ного провода отдельно на нулевой и на заземляющий, а также с нулевого на заземляющий.

Для ослабления продолжительных мощных помех порождаемых грозовы*ми разрядами, в качестве поглотителей энергии импульса применяют вакуум*ные и газонаполненные разрядники. Как показывает статистика, доля таких помех составляет примерно 20 %. Ос*тальные 80 % приходятся на кратковре*менные. которые эффективно подав*ляются параллельными защищаемой цепи конденсаторами и последователь*ными заградительными элементами — дросселями. Применяют также комби*нированный метод, когда мощные по*мехи ослабляются параллельно вклю*ченными поглощающими элементами (ограничителями напряжения), а мало*мощные — последовательно.Газонаполненные разрядники могут быть применены в двух- и трехэлектродном исполнении в зависимости от конструкции защитного устройства — двухпроводной или трехпроводной. По надежности функционирования и мак*симальному импульсному току такой ограничитель напряжения превосходит все остальные (рис. 1). Это цилиндри*ческий баллон с разрядными электро*дами в его торцах, наполненный инерт*ным газом. Недостатком разрядника яв*ляется его меньшее быстродействие по сравнению с другими защитными эле*ментами. что обусловлено необходи*мостью некоторого интервала времени для ионизации газа.

Рассмотрим трехэлектродный раз*рядник Т23-А230Х диаметром 8 и дли*ной 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. Та*кая эффективность защиты обеспечена особой конструкцией разрядника, которую иллюстрирует рис 1. В исход*ном состоянии его сопротивление пре*вышает 10 Ом. Когда напряжение в разрядном промежутке создает напря*женность электрического поля, способ*ную вызвать ионизацию газа, происхо*дит электрический разряд, в результате чего сопротивление разрядника резко снижается. По завершении импульса инертный газ восстанавливает свои изоляционные свойства. Напряжение пробоя разрядного промежутка опреде*ляется как размерами и конструкцией электродов, так и свойствами запол*няющего газа — составом и давлением. Специальное компаундное покрытие электродов и керамического изолятора между ними активирует их эмиссион*ную способность. Кольцевая форма центрального электрода позволяет мак*симально использовать поверхность торцевых электродов 1 и 2, обеспечивая большой разряд*ный ток без эрозии токонесу*щих поверхностей.

Чтобы компенсировать за*паздывание в срабатывании от помехи с крутым фронтом (1 кВ/мкс и более), разрядники в многоступенчатых защитных устройствах, как правило, до*полняют варисторами и за*щитными диодами, которые отводят на себя часть энергии импульсной помехи в началь*ный момент ее появления в электрической сети.

Металлооксидный варистор аналогичен симметричному стабилитрону — при превыше*нии некоторого порогового значения прикладываемого напряжения сопротивление элемента резко падает. Классификационное напряжение варистора должно превышать максималь*ную амплитуду напряжения сети не менее чем на 5 %. Например, макси*мально допустимому повышению сете*вого напряжения 220 В на 20 % (264 В) соответствует амплитуда 374 В. Следо*вательно, классификационное напря*жение варистора должно быть не менее 393 В. Если использовать варистор. как во многих промышленно изготавливае*мых защитных устройствах, со стан*дартным классификационным напряже*нием 390 В, в силу допускаемой техно*логической погрешности данного параметра существует риск его поврежде*ния. Поэтому пунше его использовать с несколько большим классификацион*ным напряжением.

Варистор характеризуется также не*которой предельной энергией импульса, которую он может поглотить без разру*шения. Такая характеристика обладает свойством накопления. Это значит, что прибор без ухудшения параметров спо*собен поглотить одиночный импульс с некоторой максимально допустимой энергией или некоторое число импуль*сов с меньшей энергией. Например, металлооксидный варистор диаметром 20 мм поглощает импульс с максималь*но допустимой энергией 410 Дж либо 10 импульсов с энергией 40 Дж. После выработки варистором заложенного ре*сурса его классификационное напряже*ние несколько увеличится, а затем с каж*дым последующим импульсом начнет резко снижаться, в результате варистор “выгорит”. Поэтому он подлежит замене при малейшем внешнем проявлении деградации (потемнении лакокрасочно*го покрытия). Необходимость контроля технического состояния варистора. на*ходящегося внутри закрытого сетевого фильтра, является его недостатком.

Защитные диоды (Transient Voltage Suppressor), подобно стабилитронам, крайне быстро становятся проводящими при увеличении приложенного на*пряжения сверх напряжения открыва*ния. Время реакции такого прибора, осо*бенно 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 перемен*ного тока. При очень большом токе, в от*личие от газонаполненного разрядника, происходящий в защитном диоде электрический пробой становится необра*тимым. Такой элемент подлежит замене.

Промышленно изготавливаемые уст*ройства защиты от высоковольтных им*пульсов в электросети как в нашей стра*не. так и за рубежом должны соответ*ствовать требованиям международных стандартов, утверждаемых Междуна*родной электротехнической комиссией (МЭК), и по общепринятой терминоло*гии подразделяются на I, II и III класс защиты. Устройства I класса предназна*чены для защиты электросети на вводе в здание перед счетчиком электрической энергии. Основными элементами таких устройств являются вакуумные и газона*полненные разрядники, способные ней*трализовать 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 им*пульсные 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 по*требляемым током не более 16 А. Вы*полняют их, как правило, на защитных диодах.

Разумеется, для безопасной экс*плуатации радиоаппаратуры пользова*тель может оборудовать такими устрой*ствами промышленного изготовления распределительную электросеть на даче или в квартире, но реализация такого решения может оказаться за*труднительной в финансовом отноше*нии. Гораздо дешевле обойдется само*стоятельное изготовление сетевого защитного устройства. В статье приведены рекомендации по изготовлению такого устройства, а на рис. 2 этой статьи показана его схема: http://radio-technica.ru/transformatory/zashhita-istochnikov-pitaniya-ot-grozy.html