Защита от перепадов напряжения. — Схемы радиолюбителей

 Схема аналог прибора защиты от перепадов напряжения «Цифровой барьер».

Источник материала http://radio-hobby.org

Автор: Haimovich.(Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.)

Предлагаемое микроконтроллерное устройство предназначено для защиты электрооборудования и аппаратуры, подключенных к сети 220 В. При возникновении аварийной ситуации, когда напряжение сети выйдет за допустимые пределы, устройство защиты отключает нагрузку.

Одновременно устройство отображает значение напряжения сети на светодиодном 7″сегментном 3″разрядном индикаторе.

Устройство позволяет устанавливать min и max пределы напряжения сети, по которым будет отрабатывать защита, а также время задержки (до 255 сек) повторного включения нагрузки после возвращения напряжения в допустимые пределы.

Настройки сохраняются в энергонезависимой памяти и не пропадают после выключения питания.

Управление реле напряжения осуществляется с помощью двух кнопок «+» и «-» .

При нажатии на кнопку «+» в течении пяти секунд отображается максимальный предел напряжения.

При нажатии на кнопку «-» в течении пяти секунд отображается минимальный предел.

При нажатии одновременно на кнопку «+» и «-» в течении пяти секунд отображается время задержки включения реле.

При нажатии на кнопку «+» или «-», в момент отображения установленных параметров , будет изменен отображаемый предел в большую или меньшую сторону. Если в течении пяти секунд никаких манипуляций с кнопками не происходит устройство переходит в дежурный режим контроля и отображения текущего напряжения сети.

За основу было взято аналоговое реле напряжения китайского производства монтируемое на DIN-рейку.

С указанного реле используем коммутирующее реле и транзистор.

В качестве управляющего чипа используется AVR микроконтроллер ATtiny26L.

Схема включения индикатора с общим катодом.

Настройка реле заключается в подстройке многооборотного резистора R5 до тех пор пока показания индикатора не совпадут с показаниями эталонного измерительного прибора.

Схема :

FUSE;

Исходный код для схемы с индикатором ОК.

Исходный код для схемы с индикатором ОА.

http://www.youtube.com

Печатная плата от пользователя.

Архив файлов созданных в рабочем процессе.

Устройства защиты от перенапряжения- барьеры

  При использовании электроприборов на производстве, в быту часто возникают проблемы из-за резких перепадов напряжения в сети.Такие скачки напряжения ниже нормального значения напряжения, либо выше его, могут пагубно влиять на аппаратуру вплоть до выхода ее из строя.И все это часто происходит даже при наличии защитных схем в электроаппаратуре.Самое простое решение таких проблем ― установка независимых защитных устройств ― «барьеров » между розеткой  и устройством ― потребителем переменного напряжения 220 Вольт. Чаще всего барьеры или реле контроля напряжения, применяют для холодильников, стиральных машин, телевизоров и другой бытовой техники.

 Современное реле контроля напряжения в сети является цифровым прибором. Принцип его работы основан на  постоянном измерении и анализе напряжения сети 220 В и мгновенном отключении нагрузки от сети при выходе значения напряжения за допустимые нормы.В дальнейшем не прекращается измерение напряжения сети барьером и нагрузка подключается к сети через некоторое время (для различных барьеров это время отличается и зависит от типа нагрузки). 

 Защитные барьеры выпускаются в корпусах под розетку 220 Вольт и на DIN-рейку, однофазные и трехфазные. Также они различаются  по максимальной мощности подключаемой нагрузки.

 Товары в группах , которые популярны 

Реле контроля напряжения ZUBR — защита от перенапряжения для профессионалов

593 грн. ZUBR D25 Оптимальный выбор для дачи или обьекта с небольшим количеством энергопотребителей. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 5 500 ВА 25 А (30 А максимум 10 мин.) 70 × 85 × 53 мм не более 0,03 с не более 1,2 с 3–600 с 665 грн. ZUBR D25t Оптимальный выбор для дачи или обьекта с небольшим количеством энергопотребителей. Улучшенная модель реле напряжения с термозащитой. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 5 500 ВА 25 А (30 А максимум 10 мин.) 70 × 85 × 53 мм не более 0,03 с не более 1,20 с 3–600 с 665 грн. Реле контроля напряжения ZUBR D32 Базовая модель реле напряжения для защиты всего дома или квартиры от скачков напряжения в сети 220 В. Реле контроля напряжения ZUBR D32 оснащен мощными клеммами. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 7 000 ВА 32 А (40 А максимум 10 мин.) 70 × 85 × 53 мм не более 0,03 с не более 1,20 с 3–600 737 грн. Защита от перенапряжения ZUBR D32t Надёжная защита от перенапряжения в сети. Оснащена интеллектуальной системой самосохранения, которая отключит нагрузку при перегрузке или плохом контакте в клемме. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 7 000 ВА 32 А (40 А максимум 10 мин.) 70 × 85 × 53 мм не более 0,03 с не более 1,20 с 3–600 с 926 грн. Защита от перенапряжения ZUBR D2-40 Реле напряжения ZUBR D2-40 с термозащитой предназначен для защиты оборудования от чрезмерных колебаний напряжения в сети. Два типа времени задержки включения нагрузки после аварийного срабатывания. Журнал аварийных срабатываний способен сохранить в энергонезависимой памяти 100 последних аварийных ситуаций. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 8 800 ВА 40 А (50 А максимум 10 мин.) 66 × 85 × 36 мм не более 0,04 с не более 10,0 с 3–600 с 1016 грн. Защита от перенапряжения ZUBR D2-50 Реле напряжения ZUBR D2-50 с термозащитой предназначен для защиты оборудования от чрезмерных колебаний напряжения в сети. Два типа времени задержки включения нагрузки после аварийного срабатывания.Журнал аварийных срабатываний способен сохранить в энергонезависимой памяти 100 последних аварийных ситуаций. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 11 000 ВА 50 А (60 А максимум 10 мин.) 66 × 85 × 36 мм не более 0,04 с не более 10,0 с 3–600 с 1133 грн. Защита от перенапряжения ZUBR D2-63 Реле напряжения ZUBR D2-63 с термозащитой предназначен для защиты оборудования от чрезмерных колебаний напряжения в сети. Два типа времени задержки включения нагрузки после аварийного срабатывания. Журнал аварийных срабатываний способен сохранить в энергонезависимой памяти 100 последних аварийных ситуаций. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 13 900 ВА 63 А (80 А максимум 10 мин.) 66 × 85 × 36 мм не более 0,04 с не более 10,0 с 3–600 с 845 грн. Защита от перенапряжения ZUBR D2-40 red Аналог модели ZUBR D2-40. Реле ZUBR D2-40 red отличается красной световой индикацией и более доступной ценой! Все остальные характеристики остались без изменений. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 8 800 ВА 40 А (50 А максимум 10 мин.) 66 × 85 × 36 мм не более 0,04 с не более 10,0 с 3–600 с 953 грн. Защита от перенапряжения ZUBR D2-50 red Аналог модели ZUBR D2-50. Реле ZUBR D2-50 red отличается красной световой индикацией и более доступной ценой! Все остальные характеристики остались без изменений. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 11 000 ВА 50 А (60 А максимум 10 мин.) 66 × 85 × 36 мм не более 0,04 с не более 10,0 с 3–600 с 1052 грн. Защита от перенапряжения ZUBR D2-63 red Аналог модели ZUBR D2-63. Реле ZUBR D2-63 red отличается красной световой индикацией и более доступной ценой! Все остальные характеристики остались без изменений. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 13 900 ВА 63 А (80 А максимум 10 мин.) 66 × 85 × 36 мм не более 0,04 с не более 10,0 с 3–600 с 494 грн. ZUBR D16 Для защиты определенной группы потребителей. Устанавливается в распределительном щитке. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 3 500 ВА 16 А 70×85×53 мм не более 0,05 с не более 1,20 с 3–600 с 881 грн. Трехфазное реле напряжения ZUBR 3F Реле напряжения для трехфазных двигателей. Защита от обрыва нуля, перекоса фаз, слипания фаз, неправильного чередования фаз, минимального и максимального напряжения. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 1 000 ВА 5 А 80 × 90 × 54 мм не более 0,05 с не более 1,20 с 3–600 с 611 грн. ZUBR SR1 с сенсорными кнопками ZUBR SR1 — реле напряжения в розетку в обновленном компактном корпусе. Заземляющий контакт будет особенно полезен при защите холодильника и стиральной машины. Самый простой вариант защиты от перенапряжения — включил и работает. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 3 000 ВА 16 А 106 × 60 × 76 мм не более 0,05 С не более 1,20 с 3–600 с 494 грн. ZUBR SR1 red с сенсорными кнопками Аналог модели ZUBR SR1. Реле ZUBR SR1 red отличается красной световой индикацией и более доступной ценой! Все остальные характеристики остались без изменений. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 3 000 ВА 16 А 106 × 60 × 76 мм не более 0,05 С не более 1,20 с 3–600 с Топ продаж 494 грн. ZUBR R116y «вольт контроль» ZUBR R116y — реле для защиты оборудования подключаемого в одну розетку. Заземляющий контакт будет особенно полезен при защите холодильника и стиральной машины. Самый простой вариант защиты от перенапряжения — включил, и работает. 100–420 В 120–210 В 220–280 В 3 000 ВА 16 А 124 × 57 × 83 мм не более 0,05 С не более 1,20 с 3–600 с 584 грн. ZUBR V3 Трехфазный вольтметр сетевого напряжения с фиксацией в памяти макимального и минимального напряжения, и контролем чередования фаз. 100–420 В 80 × 90 × 54 мм 404 грн. ZUBR V1 Вольтметр бытовой для визуального контроля уровня напряжения — цифровой индикатор напряжения. Монтируется в распределительный щиток на DIN-рейку. При выходе напряжения за допустимые пределы начинаю мигать показания вольтметра, сигнализируя об аварии в сети. 100–420 В 70 × 85 × 53 мм Новинка 710 грн. ZUBR VА-1 red Цифровой вольтамперметр VА-1 red предназначен для измерения и контроля в однофазной цепи: напряжения, тока, мощности (активной, реактивной или полной), cos φ. Монтируется в распределительный щиток на DIN-рейку. Мигающий индикатор сигнализирует о выходе одного из параметров за допустимые пределы. 100–420 В 36 × 85 × 66 мм 764 грн. ZUBR I25 ZUBR I25 — реле контроля тока. Предназначено для защиты электрической сети переменного тока от перегрузки или отклонения тока от заданных пределов. 100–420 В 5 500 ВА 25 А 70×85×53 мм 782 грн. ZUBR I32 ZUBR I32 — реле контроля тока. Предназначено для защиты электрической сети переменного тока от перегрузки или отклонения тока от заданных пределов. 100–420 В 7 000 ВА 32 А 70×85×53 мм 935 грн. ZUBR I40 ZUBR I40 — реле контроля тока. Предназначено для защиты электрической сети переменного тока от перегрузки или отклонения тока от заданных пределов. 100–420 В 8 800 ВА 40 А 70×85×53 мм 971 грн. ZUBR I50 ZUBR I50 — реле контроля тока. Предназначено для защиты электрической сети переменного тока от перегрузки или отклонения тока от заданных пределов. 100–420 В 11 000 ВА 50 А 70×85×53 мм 1016 грн. ZUBR I63 ZUBR I63 — реле контроля тока. Предназначено для защиты электрической сети переменного тока от перегрузки или отклонения тока от заданных пределов. 100–420 В 13 900 ВА 63 А 70×85×53 мм 791 грн. ZUBR MF25 ZUBR MF25 — многофункциональное реле. Предназначено для защиты однофазного электрооборудования от отклонения напряжения, тока или мощности от заданных пределов. С помощью многофункционального реле можно ограничивать потребляемую активную мощность удаленного оборудования. 100–420 В 5 500 ВА 25 А 70×85×53 мм 800 грн. ZUBR MF32 ZUBR MF32 — многофункциональное реле. Предназначено для защиты однофазного электрооборудования от отклонения напряжения, тока или мощности от заданных пределов. С помощью многофункционального реле можно ограничивать потребляемую активную мощность удаленного оборудования. 100–420 В 7 000 ВА 32 А 70×85×53 мм 1088 грн. ZUBR MF40 ZUBR MF40 — многофункциональное реле. Предназначено для защиты однофазного электрооборудования от отклонения напряжения, тока или мощности от заданных пределов. С помощью многофункционального реле можно ограничивать потребляемую активную мощность удаленного оборудования. 100–420 В 8 800 ВА 40 А 70×85×53 мм 1106 грн. ZUBR MF50 ZUBR MF50 — многофункциональное реле. Предназначено для защиты однофазного электрооборудования от отклонения напряжения, тока или мощности от заданных пределов. С помощью многофункционального реле можно ограничивать потребляемую активную мощность удаленного оборудования. 100–420 В 11 000 ВА 50 А 70×85×53 мм 1124 грн. ZUBR MF63 ZUBR MF63 — многофункциональное реле. Предназначено для защиты однофазного электрооборудования от отклонения напряжения, тока или мощности от заданных пределов. С помощью многофункционального реле можно ограничивать потребляемую активную мощность удаленного оборудования. 100–420 В 13 900 ВА 63 А 70×85×53 мм Цены на реле напряжения ZUBR Модель Характеристики, мощность нагрузки Цена Реле напряжения для всего дома защита от перенапряжения на весь дом ZUBR D25 25 А (максимально 30 А), 5 500 ВА 593 грн ZUBR D25t 25 А (максимально 30 А), 5 500 ВА 665 грн ZUBR D32 40 А (максимально 50 А), 8 800 ВА 665 грн ZUBR D32t 32 А (максимально 40 А), 7 000 ВА 737 грн ZUBR D40 40 А (максимально 50 А), 8 800 ВА 755 грн ZUBR D40t 40 А (максимально 50 А), 8 800 ВА 809 грн ZUBR D50 50 А (максимально 60 А), 11 000 ВА 845 грн ZUBR D50t 50 А (максимально 60 А), 11 000 ВА 890 грн ZUBR D63 63 А (максимально 80 А), 13 900 ВА 926 грн ZUBR D63t 63 А (максимально 80 А), 13 900 ВА 1007 грн Новое поколение реле напряжения на 2 модуля реле напряжения на 2 модуля ZUBR D2-40 40 А (максимально 50 А), 8 800 ВА 926 грн ZUBR D2-50 50 А (максимально 60 А), 11 000 ВА 1016 грн ZUBR D2-63 63 А (максимально 80 А), 13 900 ВА 1133 грн ZUBR D2-40 red 40 А (максимально 50 А), 8 800 ВА 845 грн ZUBR D2-50 red 50 А (максимально 60 А), 11 000 ВА 953 грн ZUBR D2-63 red 63 А (максимально 80 А), 13 900 ВА 1052 грн Реле напряжения для управления контактором ZUBR D16 16 А, 3 кВт 494 грн Реле напряжения для трехфазной нагрузки защита трехфазной нагрузки ZUBR 3F 5 А, 1,0 кВт 881 грн Реле напряжения в розетку бытовая защита от перенапряжения ZUBR SR1 16 А, 3 кВт 611 грн ZUBR SR1 red 16 А, 3 кВт 494 грн ZUBR R116y 16 А, 3 кВт 494 грн Вольтметры ZUBR V3 100-420 В 584 грн ZUBR V1 100-420 В 404 грн Вольтамперметр ZUBR VА-1 red 100-420 В 710 грн Реле тока ZUBR ZUBR I25 100-420 В 764 грн ZUBR I32 100-420 В 782 грн ZUBR I40 100-420 В 935 грн ZUBR I50 100-420 В 971 грн ZUBR I63 100-420 В 1016 грн Многофункциональное реле ZUBR ZUBR MF25 100-420 В 791 грн ZUBR MF32 100-420 В 800 грн ZUBR MF40 100-420 В 1088 грн ZUBR MF50 100-420 В 1106 грн ZUBR MF63 100-420 В 1124 грн

Защита от перенапряжения: 4 устройства

Реле напряжения: барьер для электросети 220В

Для обеспечения контроля над входным напряжением и перепадов напряжения для сети 220 Вольт в квартире или частном доме используют релейное автоматическое устройство Барьер.

Основные элементы устройства:

• Корпус;
• Клеммные колодки;
• Реле;
• Контроллер;
• Плата.

Говоря простым языком, с применением данного автомата, осуществляется защита от перенапряжения сети. Что в свою очередь подразумевает безопасное использование бытовой техники и электроприборов. Если напряжение в сети выше или ниже допустимых пределов, то устройство электрозащиты автоматически отключает подачу электричества.

Все элементы устройства располагаются на печатной плате. Но основную функцию (защитное отключение) выполняет реле, через которое проходит электричество. Так же к силовым элементам данного устройства, которые расположены на плате, относят резисторы, диоды и блок питания.

Элементом, выполняющим более тонкую работу, является контроллер, на основе которого обеспечивается контроль над измерением напряжения, светодиодными индикаторами и силовыми реле.

Обратите внимание! Подбор автоматического устройства по мощности, необходимо осуществлять согласно мощности всех потребителей.

Данный автомат устанавливается непосредственно в распределительный щиток. Корпус изделия предполагает установку на DIN – рейку. Занимаемое пространство соответствует трем однополюсным автоматам защитного отключения.

К техническим данным устройства относят: срабатывание происходит в пределах о 120 до 400 В, мощность автоматов варьируется от 16 до 80 А (Ампер). При падении напряжения да нижнего предела, срабатывание происходит через 0,2 секунды, при превышении допустимого предела, автомат отключается через 1 секунду.

Защита от перенапряжения в сети 380 Вольт

Контроль трехфазного напряжения, осуществляется посредством специальных устройств электрозащиты. Данные устройства используют как в промышленных, так и в бытовых целях.

Автоматический прибор служит для:

• Контроля над обрывом и чередованием фаз;
• Двухпороговой защиты от перенапряжения;
• Защиты от скачков (бросков) напряжения импульсных;
• Осуществления контроля частоты сети.

Данное устройство обеспечивает включение и отключение нагрузки при работе от генератора. Для его работы не требуется использование дополнительных пусковых устройств. В промышленности данные устройства используют для обеспечения безопасной работы различных видов оборудования и агрегатов. В бытовых условиях, он применяется для стабильной работы, например электропечей или духовок.

Работа устройства основана на том, что при скачках напряжения от электродвигателей, пускателей магнитных, или трансформаторных подстанций, он отключает подачу электроэнергии на данный участок электросети.

Установка устройства производится на DIN – рейку. Сечение проводов подключаемых в клеммы устройства достигает 35мм². На регулировочной панели, расположены два переключателя, которые отвечают за настройку прибора на максимальное и минимальное значение напряжения, при котором он должен срабатывать.

Так же, панель прибора оснащена различными индикаторами, указывающими на то, что напряжение превышено или наоборот, меньше допустимого значения. Осуществляется индикация напряжения в каждой из трех фаз и клеммы для управления устройством дистанционно.

Важно знать! Данные устройства, предназначены для работы только с трехфазными электросетями.

Работа происходит следующим образом: после подключения его к сети, загораются индикаторы трех фаз. Если напряжение соответствует допустимым значениям, то загорается желтый знак.

Устройство защиты от перенапряжения в квартире: стабилизатор

Для того, чтобы обеспечить равномерную подачу напряжения к определенному прибору или линии в квартире или доме, используют специальные устройства (стабилизаторы напряжения). В настоящее время, существует несколько видов стабилизаторов.

Виды стабилизаторов:

• Магниторезонансные;
• Ступенчатые или дискретные;
• Электромеханические.

Стабилизаторы напряжения, удобно применять в нескольких случаях: дом находится в частном секторе, а электричество подается от подстанции старого образца. По каким – либо причинам, нет необходимости выполнять электромонтажные работы.

Магниторезонансные стабилизаторы, являются самыми старыми образцами. Работа данных трансформаторов основывается на электромагнитном насыщении сердечника или дросселя. Стоит отметить, что достойным вариантом их назвать трудно, так как эти приборы зачастую маломощные, сильно искажается синусоидальная кривая напряжения на выходе. По сравнению с другими образцами, данный вид очень шумен при работе и при частом превышении напряжения быстро выходит из строя.

Ступенчаты стабилизаторы, по своей сути гораздо надежнее магниторезонансных. Работа данных приборов происходит следующим образом: при помощи ключей, происходит переключение обмоток трансформатора, а выравнивание напряжения происходит ступенчато. Из – за того, что при работе данного трансформатора, напряжение выравнивается очень быстро, его удобно использовать для подключения холодильников, стиральных машин и других устройств и агрегатов оснащенными электродвигателями.

Независимо от конструкции и принципа работы, все виды стабилизаторов осуществляют выравнивание различных значений напряжения до оптимальных.

Регулировка напряжения в электромеханических трансформаторах происходит при перемещении щетки по обмотке устройства. Данный прибор, является самым практичным из всех представленных, так как напряжение выравнивается очень плавно, при работе отсутствуют помехи, и намного ровнее выходное напряжение.

Схема подключения УЗО с защитой от перенапряжения

В настоящее время, в схемы с применением автоматов для защиты от перенапряжения, дополнительно встраивают устройства защитного отключения (УЗО), которые служат для обеспечения безопасности человека от поражения электрическим током.

Схема состоит из:

• Вводной автомат;
• Электросчетчик;
• Автомат защиты от перенапряжения;
• Устройство защитного отключения;
• Автоматы для каждой группы.

Стоит отметить, что существует две вариации сборки данной схемы. Одна служит для подключения всей электропроводки и приборов, другая для определенной группы.

В первую очередь, к электросети подключается двухполюсной автоматический выключатель. Далее от него провода подключаются к электросчетчику. После в схему встраивается УЗО. Важно понимать, что мощность УЗО, должна быть равна или на порядок превосходить модность вводного автоматического выключателя (например, автомат мощностью 20 А – УЗО мощностью 40 А). Затем, после УЗО, в схему подключается автомат с защитой от перенапряжения, и закончить сборку нужно несколькими однополюсными автоматами на каждую группу (розетки, освещение).

Обязательное условие! В данные схемы, устанавливается только двухполюсной вводной автомат.

Во второй схеме после счетчика, устанавливается дополнительный автомат (вводной 20 А, дополнительный 16 А). После него подключается защите от перенапряжения, от которой параллельно одна фаза идет на УЗО, с автоматами на розетки, и отдельный автомат на освещение.

Барьер защиты от перенапряжения (видео)

Большинство устройств для защиты от перенапряжения в сети, для установки и подключения, не требуют особенных знаний и умений. Главное понимать принцип работы и способы применения.

Способы защиты устройств СЦБ от перенапряжения

Ситникова, Т. Г. Способы защиты устройств СЦБ от перенапряжения / Т. Г. Ситникова, Д. И. Селиверов. — Текст : непосредственный // Актуальные вопросы технических наук : материалы II Междунар. науч. конф. (г. Пермь, февраль 2013 г.). — Пермь : Меркурий, 2013. — С. 24-27. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/73/3122/ (дата обращения: 19.06.2021).

В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям. Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надежную изоляцию, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники и выравниватели. [1]

Самыми распространёнными средствами защиты от перенапряжений приборов перегонной сигнальной установки автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации являются вентильные разрядники типа РВНШ-250 или РВН-250. Разрядник РВН-250 предназначен для защиты от перенапряжений электрических цепей аппаратуры автоматики с рабочим напряжением до 250В и обеспечивает мгновенное гашение дуги сопровождающего тока. Разрядник штепсельный РВНШ-250 предназначен для защиты от перенапряжений электрических цепей аппаратуры автоматики с рабочим напряжением до 360В и обеспечивает мгновенное гашение дуги сопровождающего тока. Более поздняя разработка это разрядники РКН-600 предназначенные для замены разрядников типа РВНШ-250 в цепях защиты вводов питания и цепях ввода-вывода. Он предназначен для защиты изоляции переменного тока с напряжением от 0 до 250В и постоянного тока с напряжением от 0 до 120В в устройствах автоматики от импульсных перенапряжений, возникающих в результате грозовых разрядов и коммутационных процессов в линиях электропитания. С 1989 года промышленностью выпускаются устройства УЗТ и устанавливаются взамен разрядников типа РВНШ-250. Устройства защиты тиристорные типов УЗТ-1 и УЗТ-2 предназначены для защиты аппаратуры электрических цепей переменного тока с частотой до 75Гц и рабочим напряжением до 220В (УЗТ-1) либо до 60В (УЗТ-2) от коммутационных перенапряжений, возникающих на аппаратуре рельсовых цепей при аварийных режимах работы тяговой сети.

Для защиты от перенапряжений полупроводниковой аппаратуры СЦБ предназначены выравниватели разных типов. С 1973 года выпускаются керамические выравниватели типа ВК-10.

Выравниватели ВОЦШ-220 и ВОЦШ-110 предназначены для защиты от перенапряжений полупроводниковой аппаратуры СЦБ и связи в электрических цепях с номинальным напряжением 220 и 110В переменного тока частотой 50 Гц. Выравниватели типа ВОЦН-24 и ВОЦН-36 пришли на смену выравнивателям ВОЦШ-220 и ВОЦШ-110 и предназначены для защиты аппаратуры рельсовых цепей на участках с автономной тягой и другой низковольтной аппаратуры от импульсных перенапряжений, возникающих в результате грозовых разрядов и коммутационных процессов в контактной сети электрифицированных железных дорог. [2]

Несмотря на многолетний опыт эксплуатации, перечисленные выше средства грозозащиты, оказались недостаточно надёжными и эффективными. Кроме того, они требуют периодической проверки и сами могут стать причиной возгорания оборудования, в результате которого выходили из строя полупроводниковые элементы приборов, происходили пробои изоляции обмоток сигнальных трансформаторов, прожоги штепсельных плат реле.

Иногда срабатывание выравнивателей и разрядников приводило к выходу из строя питающего кабеля, оплавлению монтажа и даже возгоранию релейных шкафов, что усугубляло ситуацию и увеличивало продолжительность отказа. Из-за отсутствия удалённого мониторинга состояние этих устройств защиты после воздействия грозовых перенапряжений электромеханикам СЦБ приходится менять разрядники и выравниватели, что требует дополнительных трудозатрат.

Для исключения возгорания релейных шкафов автоблокировки от элементов защиты специалистами хозяйства автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» предпринимались разные меры. Наиболее эффективным оказался способ предложенный эксплуатационниками Дальневосточной железной дороги, при котором выравниватели и разрядники выносятся из релейного шкафа и размещаются в отдельно стоящем путевом ящике. Такой способ помог повысить защищённость сигнальных точек автоблокировки на участках повышенной грозовой активности на 30%.[6. c.25-26]

Одним из современных и эффективных средств защиты является защитный фильтр ЗФ-220, который устанавливается не в релейном шкафу, а в специальном кабельном ящике на опоре. По сравнению с распространенными элементами защиты от перенапряжений выравнивателей ВОЦШ и разрядников РВНШ защитный фильтр ЗФ-220 имеет более низкий порог срабатывания, меньшее значение остаточного напряжения и в своем составе содержит более энергоемкие элементы защиты, что обеспечивает большую надежность помехозащищенность аппаратуры СЦБ. Защитный фильтр ЗФ-220 имеет встроенные средства обогрева, что обеспечивает стабильность характеристик при низких значениях температуры окружающей среды.

Защитный фильтр ЗФ-220М содержит счетчик выработки ресурса защитных элементов, что позволяет дистанционно контролировать ресурс элементов защиты средствами диспетчерского контроля, либо по органам индикации на корпусе блока.[4]

Следует отметить, что задолго до появления фильтров ЗФ, ещё в 90-х годах, проходила опытные испытания аппаратура защиты от импульсных перенапряжений, разработанная специалистами ДВГУПС: ключевое защитное устройство «КЗУ», защитный многофункциональный тиристорный ключ «ЗАМОК-Т» и сетевой фильтр ввода питания релейных шкафов «ФСРШ». Эти устройства были установлены для защиты вводов питания автоблокировки на участках с высокой грозовой активностью.

В устройствах СЦБ с такой защитой повреждений не наблюдалось. По мнению работников дистанции СЦБ эти приборы имеют ряд достоинств: низкое остаточное напряжение при грозовом воздействии, стабильность характеристик во времени и по уровню срабатывания, возможность настройки устройств на любой уровень защиты. Но к их недостаткам можно отнести отсутствие информационных каналов о срабатывании устройств защиты для подачи в систему диспетчерского контроля, которыми обладает современное средство защиты аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК».[6. c. 26]

Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК» — современное и эффективное средство защиты, которое включается в разрыв внешних цепей сигнальной установки и защищающее устройства автоблокировки от импульсных помех, проникающих со стороны источников электропитания, рельсовых и линейных цепей. В разработанном изделии «БАРЬЕР-АБЧК» реализованы решения, повышающие надёжность и сокращающие затраты на обслуживание как защищаемой аппаратуры, так и самой аппаратуры защиты.

Аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК» имеет средства контроля срабатывания защиты, вычисления ресурса и передачу сигнала о необходимости замены защитных элементов (80% ресурса) в аппаратуру диспетчерского контроля. Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК» устанавливается на боковой стенке перегонного релейного шкафа с внешней стороны. Аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК» выпускается в трёх исполнениях «БАРЬЕР-АБЧК-1», «БАРЬЕР-АБЧК-2», «БАРЬЕР-АБЧК-3».

Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК-1» и «БАРЬЕР-АБЧК-2» предназначена для защиты от атмосферных и коммутационных перенапряжений устройств числовой кодовой автоблокировки и переездной сигнализации. Аппаратура защиты имеет средства контроля срабатывания защиты, вычисления ресурса и передачи сигнала о необходимости замены защитных элементов в аппаратуру диспетчерского контроля, размещается в шкафу аппаратуры защиты.

Отличительные особенности «БАРЬЕР-АБЧК-1» и «БАРЬЕР-АБЧК-2» заключаются лишь в способе их подключения к электрическим цепям релейного шкафа. Подключение входных цепей блоков защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1» в релейном шкафу производится на клеммы, на которые разделаны вводы кабелей релейного шкафа. При этом монтажные провода, увязанные в жгут из шкафа «БАРЬЕР-АБЧК-1» в релейный шкаф автоблокировки передаются через специальное отверстие. Шкаф аппаратуры «БАРЬЕР-АБЧК-2» в свою очередь установлен на отдельной стойке для релейных шкафов, а сообщение между шкафами организуется посредством сигнально-блокировочного кабеля, уложенного в земле и вводимого через защитные трубы.

Аппаратура «БАРЬЕР-АБЧК-3» предназначена для установки на внутренней стенке задней двери релейного шкафа, а в целом функции этой аппаратуры идентичны «БАРЬЕР-АБЧК-1» и «БАРЬЕР-АБЧК-2». [3]

Современным модифицированным исполнением аппаратуры защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1-3» является аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1М-3М», которая также предназначена для защиты устройств числовой кодовой автоблокировки и переездной сигнализации от атмосферных и коммутационных перенапряжений. Она устанавливается на участках железнодорожных линий с любым видом тяги и релейными шкафами числовой кодовой автоблокировки.

В сравнении с аппаратурой защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1-3» аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК-1М-3М оптимизирована для защиты как одиночных, так спаренных и сигнальных установок, увеличена нагрузочная способность по току, увеличена энергоемкость элементов защиты. В состав и функциональные возможности устройства могут изменяться в зависимости от условий применения, предусмотрена функция отключения варисторов при перегреве с передачей информации об отключении в цепи ДК, исключены элементы печатного монтажа. Модуль регистрации модернизированной аппаратуры имеет функции вычисления выработки ресурса и подсчета количества срабатываний элементов защиты, повреждение модуля защиты не приводит к отключению защищаемой цепи, снижена масса и уменьшены габариты.[5]

Вследствие применения принципиально новой защиты от перенапряжений «ББАРЬЕР» и ЗФ-220 уменьшается количество нарушений нормальной работы устройств автоблокировки и сбоев автоматической локомотивной сигнализации. Более того эти устройства позволяют организовать дистанционный контроль выработки ресурса элементов защиты, в результате чего сокращаются эксплуатационные расходы на обслуживание элементов защиты.

Литература:

1. Анализ влияния атмосферных перенапряжений на устройства автоблокировки». www.dc-neman.ucoz.ru

2. Сороко, В.И., Розенберг, Е.Н. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 2 кн. Кн.2.3-е изд.М.: Москва: НПФ «ПЛАНЕТА», 2000.-1008 с.

3. Аппаратура защиты «БАРЬЕР-АБЧК». Технические решения по включению числовой кодовой автоблокировки ЕИУС.646181.004 ТР12006.

4. Защитный фильтр ЗФ-220. stalenergo.ru

5. Аппаратура защиты «Барьер-АБЧК-М». http://www.stalenergo.ru

6. Защита систем ЖАТ от грозовых и коммутационных перенапряжений. Журнал «АСИ» №4 2011г.

Устройство защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП)

Импульсное перенапряжение (ИП) – это кратковременное, длящееся доли секунд, и резкое повышение (скачок) напряжения, которое опасно для электрической линии и электрического оборудования своим разрушающим воздействием.

Причины появления ИП

Существует две основных причины появления ИП, это природная и технологическая. В первом случае причиной является прямое или косвенное попадание молнии в линию электропередачи (ЛЭП) или в молниезащиту защищаемого здания. Во втором случае скачки напряжения появляются из-за коммутационных перегрузок на силовых трансформаторных подстанциях.

Назначение УЗИП

Чтобы обезопасить электрическую линию, электрическое оборудование и электрические приборы от  резких скачков напряжения и опасных электрических токовых импульсов применяют устройства защиты от импульсных перенапряжений (сокращённо УЗИП).

В состав УЗИП входит как минимум один нелинейный элемент. Если их несколько, то внутреннее подключение УЗИП может выполняться между разными фазами, между фазой и заземлением (землёй), а также между нулём и фазой, между нулём и заземлением. Кроме того, подключение нелинейных элементов выполняется и в виде определённой комбинации.

Виды УЗИП

По количеству вводов УЗИП бывают одновводные и двухвводные. Подключение первого вида выполняется параллельно защищаемой электрической цепи. УЗИП второго вида имеют два комплекта выводов – вводные и выводные.

По типу нелинейного элемента делятся на:

● УЗИП коммутирующего типа;

● УЗИП ограничивающего типа;

● УЗИП комбинированного типа.

1. УЗИП коммутирующего типа в нормальном рабочем режиме обладает достаточно высоким значением сопротивления. Но в случае резкого скачка напряжения сопротивление УЗИП резко изменяется до очень низкого значения. УЗИП коммутирующего типа основаны на «разрядниках».
2. УЗИП ограничивающего типа также изначально имеет сопротивление большой величины, но по мере увеличения напряжения в сети и увеличения волны электрического тока, сопротивление постепенно снижается. УЗИП данного типа нередко называют «ограничителями».
3. Комбинированные УЗИП конструктивно состоят из элементов с функцией коммутации и элементов с функцией ограничения, соответственно они способны коммутировать напряжение, ограничивать повышение напряжения, а также способны выполнять эти две функции одновременно.

Классы УЗИП

УЗИП делят на три класса. УЗИП класса 1 применяют для защиты от ИП, вызванных прямым попаданием молнии в молниезащиту или в линию электропередачи. УЗИП класса 1 обычно монтируют внутри вводного распределительного шкафа (ВРЩ) или внутри главного распределительного щита (ГРЩ). УЗИП класса 1 нормируются импульсным электрическим током с формой волны 10/350 мкс. Это наиболее опасное значение импульсного тока.

УЗИП класса 2 применяются в качестве дополнительной защиты от попаданий молнии. Также их применяют, когда нужно выполнить защиту от коммутационных помех и перенапряжений. Монтаж УЗИП класса 2 выполняется после УЗИП класса 1. УЗИП класса 2 нормируется импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Конструкция УЗИП класса 2 – это основание (корпус) и специальные сменные модули, имеющие сигнализирующий индикатор. По индикатору можно узнать о состоянии УЗИП. Зелёный цвет индикатора указывает на нормальный режим работы устройства, оранжевый цвет индикации указывает на необходимость замены сменных модулей. Иногда в конструкции УЗИП используется специальный электрический контакт, который дистанционно передаёт сигнал о том, в каком состоянии находится устройство. Это очень удобно для обслуживания УЗИП.

УЗИП класса 1+2 применяются для защиты отдельных жилых зданий. УЗИП данного типа устанавливаются недалеко от электрооборудования. Они используются в качестве последнего барьера, защищаемого оборудование от небольших остаточных перенапряжений. В качестве УЗИП данного класса выпускаются специализированные электрические вилки, розетки и др.

Использование УЗИП всех трёх классов, позволяет построить трехступенчатую защиту от импульсных перенапряжений.

Схемы подключения УЗИП в частном доме

УЗИП подключаются к однофазной сети 220В или к трёхфазной сети 380В. На промышленных объектах наиболее часто применяются трёхфазные УЗИП. Что касается частных домов и бытовой электрической сети, то используется УЗИП на напряжение 220В. Поэтому полная схема, в которой используется УЗИП, должна быть выполнена на такое напряжение и с применением соответствующего типа УЗИП. Вариант схемы подключения и конструктивного исполнения применяемого УЗИП зависит от режима нейтрали.

Если нейтраль N и защитный проводник PE объединены в один общий проводник PEN, то для защиты от ИП применяется самое простое по конструкции УЗИП, которое состоит всего лишь из одного блока. Схема подключения такого УЗИП выполняется в следующем виде: фазный провод, подключаемый на вход УЗИП – выходной провод, подключённый к PEN-проводнику – параллельно подключённое защищаемое электрооборудование или электрические аппараты.

По современным электротехническим требованиям нейтраль электрической сети должна выполняться отдельно от защитного проводника PE. В таком случае используется УЗИП с двумя модулями и отдельными клеммами L, N, PE. Вариант такой схемы подключения выглядит следующим образом: фазный провод подключается на клемму устройства защитного отключения L и шлейфом идёт на защищаемое оборудование. Нулевой проводник подключается на клемму N устройства УЗИП и шлейфом также идёт на оборудование. Клемма PE устройства УЗИП подключается на защитную шину PE. Аналогично заземляется и защищаемое оборудование.

Таким образом, и в первом и во втором случае при возникновении перенапряжений импульсные токи уходят в землю либо по проводнику PEN либо по защитному проводнику PE, не затрагивая защищаемое электрооборудование.

Защита холодильника от скачков напряжения в квартире

Резкие перепады тока в сети часто приводят к неисправности электроприборов, в том числе и холодильников. Чтобы защитить домашнюю электротехнику от внезапных скачков напряжения используют специальные устройства защищающие бытовые приборы — это реле контроля напряжения. Популярностью пользуется защита от скачков напряжения Барьер и Зубр, их можно установить своими руками по схемам.

Защита холодильника от высокого напряжения

Почему нужно защищать холодильник от перепада напряжения

Домашние холодильники работают от поршневых агрегатов. В момент отключения питания или его снижении поршень, который перегоняет хладагент по системе холодильной установки, находится под большим давлением и ему необходимо огромное усилие для запуска всей системы. Для правильного и безопасного запуска требуется порядка 6 минут отключения от электропитания, но при резком скачке компрессор может выйти из строя, что приводит к поломке холодильника.

Реле контроля напряжения

В некоторых случаях компрессор может справиться с перепадом напряжения, но при этом сокращается его срок службы.

Общее реле контроля напряжения

Подобное устройство охватывает все электроприборы в квартире. Реле обеспечивает временную задержку подключения к электропитанию на 5 минут, например, Барьер. Защита от скачков напряжения Зубр позволяет произвести задержку до 10 минут.

Таймер суточно-недельный

Недостаток общих реле контроля заключается в том, что на определенное время вся техника в доме обесточится и придется выжидать 5-10 минут. Особенно ощутимо это, если перепады напряжения в электросети происходят часто.

Комбинирование нескольких реле

Для комфорта быта устанавливают групповые реле с использованием кросс-модуля. Одно реле охватывает электротехнику с компрессорными устройствами (холодильник, морозильник, кондиционер), а другое обеспечивает безопасность, например, телевизора, компьютера и т.д. Каждая из групп при этом будет подключена к сети в свое время: холодильные установки в течение 5-10 минут, другие электроприборы в течение минуты.

Несколько реле контроля напряжения

Однако установка групповых реле обходится достаточно дорого, кроме того, требуется наличие места в щитке.

Реле с таймером задержки питания

Удобны в применении реле со встроенными таймерами. Они позволяют самостоятельно регулировать время задержки подачи электропитания к приборам. Преимуществом такого прибора является экономия места и невысокая стоимость.

Реле с таймером задержки питания

Для защиты холодильника от скачков напряжения в квартире достаточно задать таймеру реле необходимые временные параметры.

Установить реле для защиты холодильника от скачков напряжения своими руками возможно при понимании схемы электроснабжения квартиры. Реле — оптимальная защита для холодильника, призванная сохранить его долговременное рабочее состояние. В то время как стабилизаторы или предохранители в полной мере не обеспечат такую защиту.

упрощает конструкцию барьера искробезопасности для электроники, предназначенной для работы в опасных средах

По мере увеличения количества приложений для электронного оборудования все большее количество приложений требует оборудования, достаточно безопасного для работы в опасных средах. Химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы, нефтяные / газовые скважины, угольные и текстильные предприятия — все это примеры потенциально взрывоопасных сред, в которых используются электронные приборы. Для безопасной работы в таких средах приборы должны быть взрывозащищенными.

Компании, поставляющие оборудование на эти рынки, должны интегрировать защиту в конструкцию. Разработчик электроники должен рассмотреть доступные меры безопасности и реализовать их с минимальными затратами и влиянием на правильную работу схемы. Это непростая задача с точки зрения проектирования, которая еще более усложняется из-за большого количества стандартов для опасных сред, которые необходимо соблюдать для удовлетворения требований глобального или внутреннего рынка. Хотя различные стандарты медленно продвигаются к гармонизации, в некоторых случаях они все еще противоречат друг другу.

В этой статье обсуждаются основные требования стандартов безопасности и методики выполнения этих требований. В частности, серия устройств защиты от перенапряжения / перегрузки по току LT4356 предлагает эффективные и элегантные средства создания защитных барьеров в электронных устройствах. Чтобы полностью понять требования и решения, необходимо в меру ознакомиться с самими стандартами и агентствами, которые их применяют.

Проще говоря, в опасной среде задача проектировщика — предотвратить попадание источника возгорания во взрывоопасную атмосферу.Есть несколько методов для достижения этой цели, и в этой статье основное внимание уделяется дисциплине проектирования, называемой искробезопасным (ИБ) проектированием. На рисунке 1 изображен треугольник воспламенения, иллюстрирующий, что для возникновения взрыва должны присутствовать топливо, окислитель и источник воспламенения. Некоторые методы просто предотвращают контакт существующего источника воспламенения со взрывоопасной атмосферой, в то время как искробезопасная конструкция фактически исключает источник воспламенения. Основные методы защиты перечислены в таблице 1.

Рисунок 1. Треугольник зажигания.

Методы разделения хорошо подходят для многих применений, но требуют специальных методов уплотнения и веществ, которые часто создают постоянный барьер, делая ремонт или обслуживание невозможным.Строительные методы — это механические подходы, и они снова требуют специальных материалов.

Только метод искробезопасности допускает использование обычных методов и материалов для изготовления приборов и не требует экзотической конструкции или упаковки. Кроме того, цепи IS могут обслуживаться при наличии питания и, как правило, представляют собой самый дешевый подход к получению сертификата. Кроме того, только сертифицированное по искробезопасности оборудование разрешено в зонах ATEX Zone 0 (Директива 94/9 / EC ATEX «Atmosphères Explosibles»). Это верно, потому что конструкция прибора обеспечивает недостаточное количество электрической (искровой) или тепловой энергии для использования в качестве источника воспламенения.В частности, искробезопасная цепь — это цепь, в которой любая искра или любое тепловое воздействие, возникающее в условиях, указанных в основном стандарте (IEC 60079-2006), включая нормальную работу и указанные условия неисправности, не способно вызвать воспламенение заданного взрывоопасная газовая среда.

Несколько органов следят за соблюдением стандартов и выдают сертификаты производителям. В Северной Америке FM, UL и CSA регулируют стандартную сертификацию серии IEC-79, в то время как соответствие стандарту ATEX в Европейском Союзе сертифицировано в основном DEMKO.Требуемый уровень защиты зависит от среды, в которой будет работать прибор. Международные стандарты и кодексы практики классифицируют окружающую среду по степени опасности взрыва. Тип и летучесть присутствующего газа / пара / пыли, а также вероятность ее присутствия определяют такой риск. В зависимости от юрисдикции система классификации — по классам / разделам (Северная Америка) или по зонам (ЕС). Эти системы в целом совместимы, и для целей данной статьи мы сконцентрируемся на системе Класс / Разделение, поскольку многие страны приняли стандарты серии IEC79, наиболее полно используемые и согласованные из всех существующих стандартов.

Когда электрическое оборудование и легковоспламеняющиеся материалы присутствуют одновременно, необходимо классифицировать как оборудование, так и взрывоопасные среды. Обеспечиваемый уровень защиты должен быть таким же или лучше, чем тот, который требуется стандартами для использования в такой среде. Окружающая среда, или «завод», классифицируется в зависимости от типа (класс и группа) и вероятности присутствия (категории) взрывоопасной атмосферы. Оборудование классифицируется в соответствии с максимальной температурой поверхности (Температурный код) любого компонента оборудования, подверженного воздействию опасной атмосферы, и по максимальному количеству энергии (Группа устройств), которое оно может произвести или высвободить в случае искры.Важно понимать, что нет никакой связи между температурой поверхности и энергией искрового зажигания, необходимой для воспламенения данного газа. Эти ограничения приведены в таблице 2.

Искробезопасная цепь определена в стандарте IEC79-11 как:

«Цепь, в которой любое искровое или тепловое воздействие, возникающее в условиях, указанных в этом международном стандарте, включая нормальную работу и указанные условия неисправности, не способно вызвать воспламенение в данной взрывоопасной газовой среде.”

Таким образом, цепь должна содержать компоненты безопасности, предотвращающие искрение или тепловую энергию достаточного уровня, чтобы вызвать взрыв в условиях неисправности. Разработчик схемы несет ответственность за включение этих защитных компонентов в конструкцию, сохраняя при этом надлежащую работу схемы. Это редко бывает легкой задачей.

Любое устройство, предназначенное для использования во взрывоопасных средах, можно разделить на простое или непростое. Не вдаваясь в подробности, простой аппарат не требует сертификации агентства, если он содержит пассивные компоненты, не генерирует и не накапливает значительную энергию, превышающую 1.5 В, 100 мА и 25 мВт. Примерами простых устройств являются резисторы, диоды, светодиоды, фотоэлементы, термопары, переключатели, клеммные колодки и т.п. По понятным причинам мы не будем останавливаться на этом классе оборудования.

Непростые искробезопасные устройства, которыми занимаются разработчики электронных приборов, относятся к категории «Ex ib», которая может иметь одну счетную неисправность, и «Ex ia», которая может иметь две счетные неисправности. Счетные неисправности относятся к произвольным неисправностям, наложенным экзаменатором для анализа эффективности защиты от термических неисправностей и неисправностей искрового зажигания.Неисчисляемая неисправность возникает не из-за отказов компонентов, а из-за проблем с разнесением цепей, таких как путь утечки / зазоры, неправильное напряжение / ток / номинальная мощность компонента или конструкция компонента. Задача проектировщика — убедиться, что выбранный им компонент и компоновка схемы не содержат неисчислимых неисправностей, в противном случае он может не пройти сертификацию только по ним.

Во время проверки соответствия эксперту разрешается вывести из строя один (Ex ib) или два (Ex ia) защитных компонента и изучить последствия этих отказов для безопасности.Если эти отказы не приводят к ухудшению характеристик безопасности цепи, устройство получает сертификат для работы в опасной зоне. Ссылаясь на Таблицу 2, сертификация по Классу I, Разделу 1, Группе IIC, T6 позволяет работать в любой опасной среде, включая зоны ATEX Zone 0. Очевидно, что сертификацию Ex ia получить сложнее всего, и производитель должен определить, что он должен иметь этот уровень защиты, прежде чем нести затраты на это. Для большинства приложений требуется только сертификация Class I / Div 1 или 2 (Zone 1).

Барьер, ограничивающий мощность / напряжение / ток до безопасных уровней для конкретной среды, должен сдерживать любую мощность или поток сигналов между опасным и безопасным местом. В Стандартах такой барьер называется ассоциированным устройством. Важно понимать, что искробезопасный барьер, содержащий защитные компоненты, находится в невзрывоопасной зоне и подает питание на сертифицированное по искробезопасности оборудование в опасной зоне, включая простое устройство. Оба оборудования должны соответствовать правилам ИБ.Это означает, что для сертификации Ex ia оба блока должны быть допущены к двойным отказам при сохранении безопасности от возгорания, как показано на Рисунке 2. Правильная или коммерческая эксплуатация аппарата не имеет значения для экзаменатора, если это безопасно.

Рис. 2. Расположение изоляционного / защитного барьера.

Концепция барьера — мощный инструмент для достижения соответствия. Ясно, что барьер для безопасных зон на рисунке 2 должен ограничивать общую мощность, доступную для искробезопасного оборудования во взрывоопасной зоне.Однако внутри устройства во взрывоопасной зоне также может существовать несколько барьеров. Внутренние барьеры могут использоваться для дальнейшего ограничения мощности подсхем в оборудовании, чтобы предотвратить возникновение множественных счетных неисправностей.

В самом широком смысле, защитные компоненты бывают последовательного или шунтирующего типа. Токоограничивающий резистор — это наиболее распространенное последовательное защитное устройство, а ограничивающий напряжение стабилитрон — наиболее распространенное шунтирующее защитное устройство. При использовании в комбинации для ограничения мощности защитные устройства называются барьерами.Барьеры, в которых поддерживается настоящая гальваническая развязка, называются «изоляторами». Примерами изоляторов являются трансформаторы, емкостные и оптические соединители. Однако изоляторы не будут обеспечивать питание постоянного тока или передавать сигналы постоянного тока и не имеют отношения к этому обсуждению. Мы не будем углубляться в использование резисторов или диодов для изоляции энергосберегающих компонентов для обеспечения защиты от искрового зажигания, но это предусмотрено стандартами и отличается от гальванических изоляторов.

можно разделить на пассивные и активные в зависимости от компонентов, используемых для их проектирования.Пассивные барьеры обладают преимуществом концептуальной простоты, легкости конструкции и доступности на рынке. Однако защищенное полевое устройство должно выдерживать нагрузку по напряжению, создаваемую барьером, и по-прежнему функционировать должным образом. Пассивные барьеры энергоэффективны и громоздки. Если на полевое устройство необходимо передать значительную мощность сверх нескольких милливатт, компоненты безопасности становятся очень большими.

Активные барьеры имеют огромное преимущество в эффективности и размере компонентов, но, как правило, их труднее проектировать и их производство может быть более дорогостоящим.Кроме того, это обычно нестандартные конструкции, которые нелегко использовать повторно. Самый серьезный недостаток активных барьеров не концептуальный, а бюрократический. Эксперты, которые анализируют конструкцию барьера, полностью знакомы с распространенными пассивными конструкциями и могут потребовать фактического искрового испытания (за ваш счет) перед утверждением активных конструкций. Однако, как мы увидим, ИС ограничителя перенапряжения серии LT4356 можно использовать для разработки активного барьера, параметры которого можно легко изменить, чтобы быстро создать специальные барьеры.Поскольку основная топология схемы практически не изменится, после утверждения такой активной конструкции ее будет легче одобрить, если будут внесены изменения только в значениях компонентов. Если поставщик искробезопасных приборов выполняет хотя бы несколько конструкций искробезопасных барьеров, достигается значительная экономия энергии, размера барьера и стоимости.

Пассивная конструкция связанного устройства, барьера, который подает питание постоянного тока на полевое устройство, использует три известных пассивных устройства для реализации защиты: предохранители, резисторы и стабилитроны.К этим параметрам устройства применяются коэффициенты безопасности 1,5 или 1,7. Кроме того, для защиты от двойного отказа на уровне защиты «ia» необходимо несколько резервных компонентов. На рисунке 3 в качестве примера показан наиболее распространенный тип конструкции пассивного барьера.

Рисунок 3. Простой пассивный компонентный барьер.

Только стабилитроны могут ограничивать напряжение холостого хода, и только резистор и предохранитель могут ограничивать ток. Предохранители не считаются устройством ограничения энергии искрового зажигания из-за их медленного времени срабатывания.В каждом случае устройства рассеивают мощность и должны быть правильно рассчитаны. На самом деле стабилитроны поглощают некоторый ток обратной утечки, хотя они не полностью включены.

Исследователь предполагает, что скачок напряжения стабилитрона возникает на верхнем пределе его допуска, обычно 5%. Стабилитрон должен быть рассчитан на 1,5-кратную максимальную мощность барьера, резисторы должны быть рассчитаны на 1,5-кратную максимальную мощность, а предохранитель должен пропускать 1,7-кратный номинальный ток. Предполагается, что резистор находится в нижней части допустимого диапазона.Все активные и пассивные устройства также должны иметь абсолютное максимальное напряжение пробоя, которое в 1,5 раза превышает максимальное рабочее напряжение, с которым они могут столкнуться в нормальных условиях или в условиях неисправности. Эти презумпции вводятся не для того, чтобы расстроить разработчика электроники, а для достижения наихудших характеристик барьера, всегда ошибающихся в сторону безопасности.

Предполагается, что барьер пропускает максимальную мощность V _OC • I _SC = P _MAX /2, когда полное сопротивление полевого устройства равно сопротивлению источника барьера, точке максимальной передачи мощности.Для этого анализа предполагается, что номинал резистора равен (допуск R -%) и V _OC при (допуск Vz +%). Любой компонент полевого устройства должен выдерживать P _MAX /2, если не защищен вторичными средствами при более низких значениях. Если мы предположим, что полевое устройство представляет собой не что иное, как светодиод, светодиод должен иметь возможность рассеивать P _MAX /2 без превышения кода температуры поверхности устройства, например 85 ° C для продукта с рейтингом T6.

В практических конструкциях барьеров для обеспечения соответствия необходимо резервирование защитных компонентов, особенно для стабилитронов.Для оборудования с рейтингом Ex ib требуются два параллельно включенных стабилитрона, а для уровня защиты Ex ia — три параллельных стабилитрона. Обратите внимание, что номинальная рассеиваемая мощность стабилитрона зависит от срабатывания предохранителя. Если предохранитель отсутствовал, должно быть предоставлено доказательство того, что стабилитрон может рассеивать полную мощность барьера в течение неограниченного времени, не выходя из строя или не превышая номинальные температуры устройства. Кроме того, стандарт IEC79 требует, чтобы все предохранители, не содержащиеся в утвержденных держателях, были герметизированы. К защитному резистору предъявляются дополнительные требования: он должен быть «безупречным».«Если два резистора используются последовательно, каждый резистор должен иметь достаточно высокое значение, чтобы ограничить ток в случае короткого замыкания одного из них. Если два резистора используются параллельно, каждый должен быть определен таким образом, чтобы рассеивать максимальную мощность повреждения, если один резистор выходит из строя. Устойчивый резистор представляет собой резистор из металлической пленки, керамической глазурованной проволоки или толстопленочного SMD-резистора с конформным покрытием, все с подходящим расстоянием утечки / зазорами, чтобы избежать неисчислимых неисправностей. Считается, что неисправный резистор выходит из строя только на разрыв цепи.Исследователь может принять это за одну счетную неисправность, но, если она не обнаруживает отказы после резистора, она не информирует анализ.

Несмотря на свою простоту, пассивные барьеры требуют больших потерь мощности и размеров. Максимальная мощность передается на полевой прибор только тогда, когда его входное сопротивление равно сопротивлению токоограничивающего резистора в барьере, а это только половина мощности, подаваемой на барьер. Если в полевом устройстве требуется более нескольких милливатт, барьерный резистор может стать физически большим.Понятно, что такие резисторы дороги, имеют ограниченный диапазон значений и их сложно найти и установить. Если предохранитель не предусмотрен в конструкции, стабилитроны также становятся громоздкими и дорогими. Тот факт, что предохранитель должен быть инкапсулирован (параграф 7.3), обычно требует, чтобы весь барьер был инкапсулирован, что делает его невозможным в обслуживании, а также делает его беспорядочным и более дорогостоящим в производстве.

Фактическая мощность, которая может быть передана полевому устройству через связанный с ним аппаратный барьер, полностью определяется уровнем сертификации, которую ищет поставщик инструментов.Это, в свою очередь, полностью определяется окружающей средой, с которой он столкнется.

Требуемый рейтинг класса и подразделения легко определить. Однако тип горючего газа / пыли определяет группу аппаратов и Т-код. Тот факт, что водород имеет относительно высокую температуру воспламенения (560 ° C) и очень низкую энергию искрового воспламенения (20 мкДж), демонстрирует, что перед проведением сертификационных испытаний необходимо тщательно продумать эти параметры. Здесь мы ограничиваем наши обсуждения местоположениями класса I, газами и парами при наземных операциях, группой II.Чтобы определить, сколько мощности может быть доступно на выходе из барьера и при этом безопасно разомкнуться или закоротить, мы используем эмпирически определенные кривые воспламенения газа, опубликованные в стандартах. Эти кривые показывают максимальное напряжение и ток, допустимые для данной группы газов.

В стандартах опубликованы три таблицы, одна для резистивных, индуктивных и емкостных цепей. На рисунке 4 показана кривая для простой резистивной цепи. В целях обсуждения мы предполагаем, что мы имеем дело с наихудшей средой для искрового зажигания, ацетиленом группы IIA.Ссылаясь на рисунок 4, при 20 В _OC кажется, что до 400 мА I _SC допускается без опасности воспламенения. Кроме того, эта мощность не должна допускать соответствующего повышения температуры поверхности, достаточно высокого для термического воспламенения газа в нормальных или аварийных условиях.

Рисунок 4. Кривые искрового зажигания резистивной цепи.

Некоторые специалисты рекомендуют снизить номинальное напряжение V _OC на 10% и ток I _SC на 33%. Об этом говорится в стандартах (IEC 60079-11, 10.1.4.2) с учетом запаса прочности. Расчетное значение токоограничивающего последовательного резистора просто равно V _OC / I _SC = 20 / 0,4 = 5 Ом. Мощность, которую должен рассеивать резистор, составляет V _OC • I _SC или (I _SC ) 2 / R или (V _OC ) 2 / R, в зависимости от того, что больше во время работы цепи или неисправности. Простые расчеты показывают, что даже небольшая мощность может потребовать достаточно больших физически ограничивающих резисторов. Последнее замечание: в стандартах указано, что на основании эмпирических и аналитических данных температурный код T4 (135 ° C) автоматически присваивается любому контуру, использующему 1.3 Вт или меньше.

Ограничители перенапряжения / максимального тока LT4356 — отличный выбор для проектирования активных защитных барьеров с минимальным количеством деталей и потерянной мощностью. Признавая этот факт, Linear Technology предлагает ИС в 16-выводном корпусе SO с расстоянием между выводами, достаточным для того, чтобы избежать потери конструкции несчетным отказом при инкапсуляции. Для напряжений до 10 В некоторые стандарты требуют расстояния утечки 1,5 мм (59,1 мил) и 2,0 мм (78,7 мил) для напряжений до 30 В. До выхода Стандарта серии 79 от 2006 года ИС должна быть инкапсулирована, чтобы соответствовать этим требованиям из-за 50 мил (1.2 мм) между выводами 16-выводного корпуса SO, но герметизация имеет дополнительное преимущество, заключающееся в повышении тепловых ограничений для любых связанных компонентов в цепи.

Тем не менее, последняя версия гармонизированного стандарта IEC60079-11 (5-е издание 2006-07) резко снижает эти требования утечки на печатных платах, когда устройство заключено таким образом, чтобы соответствовать стандартам защиты от проникновения. Эти стандарты, известные как уровни IP, предотвращают попадание пыли или влаги, тем самым гарантируя степень загрязнения 2 или меньше.Идея состоит в том, что чем чище и суше остается печатная плата, тем ниже CTI (сравнительный индекс отслеживания) и тем меньше вероятность тока утечки. Таким образом, приложение F 79-11 допускает путь утечки всего 0,2 мм до 50 В для сред класса I. Поскольку большая часть приборов в любом случае закрыта, разработчику следует использовать корпус с высоким рейтингом IP, например IP67 или IP68, чтобы избежать требований к герметичности. Если для соблюдения тепловых ограничений не требуется герметизация, лучше всего избежать ее стоимости и связанных с этим проблем.

На рис. 5 представлена ​​упрощенная блок-схема микросхемы LT4356. LT4356 непрерывно контролирует ток и напряжение и быстро отключает последовательный МОП-транзистор в случае возникновения неисправности. Пределы как тока, так и напряжения устанавливаются внешними компонентами, поэтому пределы можно легко изменить. Токовый шунтирующий резистор и резисторы обратной связи по напряжению должны быть исправны для прохождения сертификации. Обычно резисторы обратной связи могут быть сделаны сколь угодно большими, чтобы неисправность полевого МОП-транзистора, которая закорачивает входную мощность непосредственно на резисторы обратной связи, не могла вызвать значительного рассеивания мощности.

Рисунок 5. Упрощенная блок-схема LT4356.

Тем не менее, следует сделать два предостережения. Во-первых, активные устройства (управляемые полупроводники) могут использоваться в ситуациях Ex ib для ограничения мощности (тепловое воспламенение), но не для защиты от искрового воспламенения. См. Параграфы 7.5.2 и 7.5.3 Стандартов. Некоторые интерпретации могут допускать использование активного барьера в Зоне 0, но только в трех экземплярах. Второе предостережение заключается в том, что, как и в случае любого искробезопасного барьера, даже для приложений Ex ib (единичное повреждение), выход барьера из строя обычно приводит к неучтенному тепловому повреждению за барьером.Следовательно, на случай выхода из строя одного из барьеров требуется резервирование.

LT4356 имеет два последовательных транзистора, обычно для защиты от обратной полярности. Защита от переполюсовки требуется «там, где это может произойти». Один диод считается приемлемым для удовлетворения этого требования, но двухпроходные транзисторы обеспечивают лучшую защиту от счетных неисправностей без значительного падения напряжения.

Рисунок 6. Резервные проходные транзисторы.

Для сред Ex ib исследователь может использовать свою единственную счетную ошибку, чтобы закоротить все контакты на ИС для анализа результирующих отказов.В то время как должным образом рассчитанные резервные стабилитроны могут быть размещены на выходе LT4356 для обеспечения ограничения напряжения, при любом значительном уровне мощности стоимость и сложность определения этих стабилитронов делают более экономичным простое дублирование всего барьера. Обратите внимание, что для приложений Ex ia требуются либо тройные барьеры, либо два барьера с последовательным неповрежденным резистором, чтобы соответствовать правилу анализа двойного повреждения.

С этого момента мы предполагаем, что соблюдаются интервалы и термическое превышение, номинальные параметры компонентов, ширина закрепления печатной платы и правила резервирования, и что цепь не может быть повреждена ни из-за счетных, ни из-за несчетных неисправностей.Остается вопрос об энергии искрового зажигания. Для этой цели LT4356 может оказаться бесполезным в зависимости от приложения.

LT4356 реагирует на сбои как по току, так и по напряжению, отключая проходной транзистор (-ы). Однако, поскольку он не отключается мгновенно, через барьер проходит некоторое количество энергии. В стандартах это называется сквозной энергией и обычно оценивается с помощью измерений с помощью осциллографа и / или фактического испытания на искровое зажигание в камере.Если этой энергии достаточно для воспламенения исследуемого газа, барьер не прошел сертификацию. Допустимая сквозная энергия приведена в Таблице 3.

Стендовые испытания показывают, что LT4356 более чем подходит даже для устройств с тепловым воспламенением Ex ia.Стендовые испытания проводились с использованием модифицированной оценочной платы LT4356 DC1018A. Схема установки показана на рисунке 7. Резисторы обратной связи были выбраны для предельного напряжения 9,9 В, зависящего от искробезопасности, а значение резистора считывания тока было изменено, чтобы обеспечить ограничение по току 300 мА. Были протестированы предельные характеристики по перенапряжению и перегрузке по току. Предел напряжения оценивался по ступенчатому изменению входного напряжения от нуля до 15 В. Предел по току был оценен путем прямого короткого замыкания на выходную землю через полевой МОП-транзистор с низким напряжением R _{DS (ON)} , управляемый прямоугольной волной 5 В.

Рис. 7. Схема модифицированной оценочной платы DC1018A.

Серия IC предлагает ряд вариантов восстановления после сбоев с использованием таймеров сбоев, которые могут быть использованы разработчиком устройства искробезопасности в зависимости от приложения, но здесь они не обсуждаются. Включенный на оценочной плате автоматический сброс неисправности остается включенным для тестирования.

На рисунке 8 показана осциллограмма действия ограничения напряжения, когда на оценочную плату подается питание 15 В и напряжение 9.Предел зажима 9 В. Действие таймера сброса неисправности очевидно.

Рисунок 8. Срабатывание при перенапряжении.

Что еще более важно, на Рисунке 9 показано текущее действие при отказе. Он показывает, что при коротком замыкании при включении нагрузки MOSFET напряжение фиксируется относительно земли менее чем за 6 мкс. Канал 1 — это пусковой импульс, а канал 2 — выходное напряжение барьера. Хотя это не показано, ток также уменьшается, хотя и не так быстро, как напряжение. Скорость нарастания тока зависит от импеданса источника питания, индуктивности схемы и емкости затвора полевого МОП-транзистора, среди других переменных.В общем, следует использовать как можно меньший размер кристалла MOSFET, и может потребоваться использовать резистор низкого номинала последовательно с выходом барьера, чтобы оставаться ниже порогов искрового зажигания.

Рисунок 9. Срабатывание при перегрузке по току.

Для правильного расчета пропускаемой энергии профиль мощности должен быть получен из кривых тока и напряжения, а затем интегрирован с течением времени. Испытание на искровое зажигание проводится только на тех соединениях, которые можно разорвать, не открывая корпус прибора.То есть кабели или разъемы для устройств вне и за пределами самого барьера. Экзаменатор может разрезать кабель или отсоединить разъемы, чтобы измерить потенциал искрового воспламенения. Внутри корпуса необходимо оценивать только потенциал теплового воспламенения.

Любой поставщик, желающий продавать оборудование на рынках и в среде, которая может быть взрывоопасной, должен соблюдать правила проектирования, которые делают его работу в такой среде невоспламеняющейся. То есть они не должны обеспечивать источники теплового или искрового воспламенения.Существует несколько стандартных методов обеспечения такой защиты, но для электронных приборов предпочтительным и наименее затратным подходом обычно является искробезопасность. Международные стандарты, регулирующие электрические устройства во взрывоопасных средах, запутаны и во многих случаях расплывчаты в отношении методов проектирования, необходимых для достижения соответствия. В сегодняшнем мире, заботящемся о безопасности, и правительства, и рынки требуют, чтобы оборудование было сертифицировано на соответствие стандартам. Сертификация проводится рядом регулирующих органов, известных как испытательные лаборатории, признанные на национальном уровне, и перед присуждением сертификата проводится тщательный и подробный анализ.

Получение сертификата контрольно-измерительной аппаратуры для искробезопасных сред значительно упрощается за счет правильной конструкции защитного барьера. Хотя пассивные барьеры просты в конструкции, они влекут за собой большие потери по размеру и стоимости, когда для правильной работы требуется более нескольких милливатт. Активные барьеры могут обеспечить безопасную работу при выработке нескольких ватт энергии, но правила проектирования более сложны.

Интегральные схемы, такие как LT4356, значительно упрощают сертификацию активных барьерных конструкций при соблюдении основных правил.Великолепное время отклика токовых клещей LT4356 серии является ключом к соблюдению нормативных требований по ограничению мощности, которая может вызвать тепловое возгорание. Если LT4356 будет использоваться также для ограничения искрового зажигания, может потребоваться тщательная конструкция и, возможно, дополнительные быстрые зажимы.

Эта статья не охватывает всех деталей, необходимых для создания совместимого барьера, и от проектировщика ИБ по-прежнему требуется тщательное изучение применимых стандартов. Тем не менее, готовые к сертификации активные барьеры теперь очень доступны, что дает дизайнерам и их компаниям беспрецедентную возможность выйти на ранее относительно закрытые рынки.

Регулятор защиты от перенапряжения и ограничитель пускового тока обеспечивают защитный барьер для приложений искробезопасности

Милпитас, Калифорния — Linear Technology Corporation представляет LT4356-3, стабилизатор защиты от перенапряжения с защитой от перегрузки по току и ограничением пускового тока для систем высокой готовности. LT4356-3 — это новая опция, обеспечивающая работу с отсечкой в ​​условиях сбоя, и последний член семейства продуктов, предназначенных для подавления скачков и токов высокого напряжения для защиты последующей электроники от повреждений.LT4356-3 обеспечивает энергоэффективный барьер для ограничения количества электрической и тепловой энергии, доступной для электрического оборудования, что является важным требованием для приложений искробезопасности.

Искробезопасное оборудование должно работать в опасных средах, где количество рассеиваемой мощности должно быть ограничено в нормальных или ненормальных условиях эксплуатации для предотвращения взрывов, вызванных воспламенением опасных газов. Традиционные методы защиты используют громоздкие пассивные устройства, такие как барьеры безопасности Зенера, которые состоят из стабилитронов, резисторов и предохранителей.Эти устройства должны иметь мощность, в 1,7 раза превышающую рассеиваемую ими мощность, поэтому резистор, необходимый для защиты ИС при выходе из строя, может быть размером с большой палец. LT4356-3 представляет собой активный барьер, который при нормальной работе передает входную мощность непосредственно на нагрузку с очень небольшими потерями.

Во время события перенапряжения LT4356-3 регулирует выходной сигнал до заданного пользователем напряжения, управляя затвором внешнего N-канального полевого МОП-транзистора. Ограничение пускового тока достигается за счет управления скоростью нарастания напряжения затвора.LT4356-3 отслеживает падение напряжения на токовом резисторе на входе схемы для защиты от перегрузок по току. Как для регулятора защиты от перенапряжения, так и для ограничителя пускового тока стр. 2 Обеспечивает защитный барьер для искробезопасных приложений при возникновении перенапряжения или перегрузки по току, встроенный таймер неисправности обеспечивает безопасное отключение полевого МОП-транзистора, если неисправность сохраняется. Для полного соответствия спецификации искробезопасности LT4356-3 предлагается в 16-выводном корпусе SOIC, отвечающем требованиям к расстоянию между выводами высокого напряжения.Последовательное использование двух устройств соответствует требованиям спецификации по резервированию.

LT4356-3 предлагает широкий входной рабочий диапазон от 4 В до 80 В и может выдерживать переходные напряжения от 100 В и выше, а также обеспечивает защиту от обратного входа до -60 В без повреждения себя или нагрузки. LT4356-3 идеально подходит для применения в автомобилях, промышленности, авионике и искробезопасности, а также в системах с горячей заменой положительного высоковольтного распределенного питания.

Дополнительный усилитель предназначен для дополнительной гибкости конструкции.LT4356-3 может использоваться как компаратор обнаружения напряжения или как контроллер линейного регулятора с малым падением напряжения (LDO). LT4356 доступен в трех вариантах, определяемых функцией вывода отключения. Для LT4356-1 (автоповтор) и LT4356-3 (опция с фиксацией) отключение устройства снижает ток покоя до 7 мкА. Для LT4356-2 с автоповтором вспомогательный усилитель и внутреннее опорное напряжение остаются активными, чтобы обеспечить постоянное напряжение питания для жизненно важных функций, когда основная система отключена.Во время отключения ток покоя снижен до 60 мкА.

Все три версии LT4356, указанные во всех диапазонах температур коммерческого, промышленного, автомобильного и военного назначения, предлагаются в 12-контактных корпусах DFN (4 мм x 3 мм), 10-контактных MSOP и 16-контактных SOIC. Демонстрационные платы и образцы можно заказать на сайте www.linear.com. Цена начинается с 1,98 доллара за штуку в количестве 1000 штук, и сегодня устройство доступно в серийных количествах. Для получения дополнительной информации посетите www.linear.com.

Обзор функций: LT4356

• Широкий рабочий диапазон: от 4 В до 80 В
• Регулируемое выходное напряжение зажима
• Ограничение пускового тока
• Защита от обратного входа до -60 В
• Регулируемый таймер неисправности
• Индикация выхода неисправности
• Запасной усилитель для компаратора определения уровня или контроллера линейного регулятора
• Защита от перегрузки по току
• От -55oC до + 125oC Эксплуатация (военный пластик)
• 12-контактный корпус DFN 4 мм x 3 мм, 10-выводный корпус MSOP и 16-выводной корпус SOIC

ИСТОЧНИК: Linear Technology

Как работают стабилитроны

Принципы стабилитронных барьеров

Стабилитроны — это сопутствующее оборудование, которое установлен в безопасной зоне.Он предназначен для ограничения суммы энергии, которая может появиться в электрической цепи, проходит через опасная зона, несмотря на подключение перед шлагбаумом. Барьер состоит из:

резисторов для ограничения текущие

к ограничить напряжение

Предохранители для защиты компоненты

Как и любое искробезопасное оборудование, барьер Зенера позволяет использовать кабели короткое замыкание друг на друга или на металлические части, соединенные на землю без опасности.

Режим сопряжения с барьером Зенера отличается от других тем, что есть нет гальванической развязки. Кабели, проходящие через опасные Таким образом, площадь имеет общие черты с характеристиками безопасной зоны. Это подразумевает эквипотенциальное заземление.

На рисунке (1) показано подключенное искробезопасное оборудование (A). к цепи (C) через барьер Зенера (B), который ограничивает ток, напряжение и мощность.

Если между клеммами (m) и (n) возникает аварийное напряжение, стабилитрон (защищенный предохранителем) ограничивает напряжение, которое риски, возникающие во взрывоопасной зоне, и пределы резистора ток до приемлемого значения.

Если напряжение неисправности возникает между клеммой (m) или (n) и заземления, напряжение проводов (е) и (f) относительно земля не будет превышать Vz при условии, что стабилитрон правильно заземлен на (T1).

Путь тока при нормальной работе, U <= 9 В
Токовый путь в случае перенапряжения, U <= 9В
Стабилитрон становится проводящим
Предохранитель защищает стабилитрон от разрушения

Стабилитрон позволяет короткое замыкание проводов (e) и (f). без опасности.Однако, если точка (n) случайно достигает высокий потенциал относительно земли, замыкание на землю с риском (f) вызывая опасную искру.

Для обеспечения безопасности такой разводки точка Т1 должна быть подключена заземлить, как показано на рис. (2). Итак, в случае неисправности между (m) и (n), напряжение между (e) и (f) не будет превышает Vz, ток короткого замыкания между (e) и (f) будет не превышает Vz / R, и ток замыкания на землю будет равен нулю для точка (f) и равна Vz / R для точки (e).

Уведомление:
Чтобы подтвердить следующее утверждение, основания T1 и T2 должны быть с таким же потенциалом.
Фактически, разность потенциалов Vt вызывает контурный ток ограничивается только сопротивлением линии и земли.

Вывод: только эквипотенциальная сеть заземления может гарантировать безопасность системы опорного заземления.

Был разработан широкий спектр барьеров, подходящих для всех типов монтаж.Они различаются по своей электрической схеме диаграммы, параметры и функции.
Принципиальная электрическая схема шлагбаума отличается от другого.

Есть два основных типа:
«Одиночные» заграждения: «Двойные» заграждения:

Одноместный шлагбаумы:
В этой конфигурации один из двух метрологических проводов подключен напрямую. подключен к земле (T1) на шлагбауме (рис.(2)).

Если есть разница потенциалов между T1 и T2, короткое замыкание на землю (T2) может вызвать возникновение петлевого тока.

Даже если этот ток не влияет на систему, он может повредить измерение сигналов низкого уровня (например, Pt100, термопара). Важная разница потенциалов может снизить безопасность.

Двухместный шлагбаумы:

Вт = Разница потенциалов между заземлением T1 и T2

С преградой такого типа (рис.(3)), замыкание на землю в (f) вызывает возникновение петлевого тока:

Ток Он ниже, чем с одиночным барьером, где он может принимаем значение:

Еще одним преимуществом является то, что двойная преграда — в отличие от одинарной. — обеспечивает изоляцию метрологических проводов относительно земли соответствующий порогу стабилитрона.

Заграждения и их функции

Три основные функции: ток сигнала
А функция передачи
Напряжение сигнала A функция передачи
Источник питания функция

В функции передачи сигнала тока измеренное значение — это текущее значение.Барьер интегрирован в петлю, соединенную к текущему источнику. Защитные диоды шлагбаума не должны провести.

Барьер создает дополнительное сопротивление, которое не должно вызывать допустимое сопротивление контура должно быть превышено. Барьер определяется следующим образом:

Ue — напряжение, при котором ток утечки меньше или равен к I (t) обеспечивается.
Если I — ток, а V — напряжение, необходимое в опасной площадь (рис.4): Следующие соотношения должны быть проверены для оборудование работает исправно:

В + I × (Rs + Rc) U

Если эти соотношения проверены, максимальное омическое значение кабель можно определить следующим образом:

Rc макс. = [Ue — V — (Rs × I)] / I

Сопротивление предохранителя R Fu настолько незначительно, что расчет может быть сделано со значением RL параметров bzg вместо Rs.

Влияние внутреннего сопротивления стабилитрона:

Из-за V — напряжение, необходимое для работы оборудования во взрывоопасной зоне сопротивление контура Rc + RL должно быть совместимо с питающим напряжением на входе шлагбаума.
Сопутствующее оборудование всегда имеет внутреннее сопротивление (RL). последовательно с клеммами, подключенными к искробезопасности оборудование.и = (RL + Rc) x Я потребил передатчиком

Пример :
Передатчик с питанием 24 В через стабилитрон с внутренним резистор 200Ом. Сопротивление кабеля незначительное.

Максимальный ток потребляемая трансмиттером: 21 мА
Падение напряжения? u из-за внутреннего сопротивления: 0,021 x 200 = 4,2 В
Эффективное питание напряжение V, воспринимаемое передатчиком: 24-4.2 = 19,8
V
В этом примере RL включен в расчет максимального сопротивление нагрузки, указанное производителем передатчика.

Эффективное напряжение питания V никогда не должно быть ниже минимального. напряжение питания указано.

Значения напряжения, тока и мощности, ограниченные шлагбаумом также необходимо учитывать.

Рабочее напряжение оборудования во взрывоопасной зоне должно быть ниже, чем Uo сопутствующего оборудования.

Рабочий ток оборудования во взрывоопасной зоне должен быть ниже, чем Io сопутствующего оборудования.

Рабочая мощность, потребляемая оборудованием во взрывоопасных зонах. площадь должна быть ниже Po соответствующего оборудования.

Функция передачи сигнала напряжения подразумевает проверку что сопротивление барьера RL не сильно ослабляет сигнал когда входное сопротивление приемника Z не ограничено (рис.5).

Значение импульса V должно быть меньше Ue, в противном случае генератор рискует закоротить через резистор Rs. В частоту импульсов необходимо проверить.

Блок питания работает следующим образом (рис. 6):

Для этого типа барьера необходимо проверить следующие соотношения:
Если I — ток, необходимый во взрывоопасной зоне.

I <= Ue / (Rs + R)

Сопротивление предохранителя R Fu настолько незначительно, что расчет может быть сделано со значением RL параметров bzg вместо Rs.

Общий ток = 50 мА + 10 мА = 60 мА 

номинальная мощность = 6,8 В x 0,060 = 0,408 Вт.