Защита от перенапряжения барьер схема: Схема подключения и устройство реле напряжения Барьер – СамЭлектрик.ру

Содержание

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 

  Терморегуляторы

  Таймеры , реле времен

  Регуляторы и измерители влажности

  Сумеречные выключатели (фотореле)

  Устройства защиты от перенапряжения

  

Отпугиватели животных и насекомых

  Измерители влажности и температуры

  Охранная сигнализация

  
Системы видеонаблюдения готовые для установки

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

Библиографическое описание:

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.

ИС ограничителя перенапряжения

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.

Таблица 1. Стандартные методы защиты
Обозначение «Ex» Техника Описание Приложение
‘p’ Разделение: газ Напор Аппаратные
‘o’ Разделение: жидкость Заливка масла Трансформаторы
‘q’ Разделение: полутвердое Песочная заливка Приборы
м Разделение: твердое Инкапсуляция Приборы
‘n’ Строительство Невоспламеняющийся Распределительное устройство
‘e’ Строительство Повышенная безопасность Освещение, двигатели
‘d’ Содержание Взрывобезопасный Насосы
‘i’ Электрооборудование Искробезопасность Приборы

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.

Таблица 2. Системы классификации опасных сред
Класс Опасность
I Газ / Пар
II Пыль
III Частицы / Волокна / Опилки
Подразделение
(Северная Америка)
Присутствие Зона
(Европа)
Присутствие
1 Вероятно
0 Постоянно
1 Вероятно
2 Маловероятно 2 Маловероятно
Газовая группа Промышленность
I Метро
II Поверхность
Группа аппаратов Типичный газ
IIA Пропан
IIB Этилен
ИИК Водород
Температурный код Максимальная температура поверхности ° C (40 ° C окружающей среды)
Т1 450
T2 300
T3 200
T4 135
T5 100
T6 85

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.

Барьеры

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.

Таблица 3. Допустимая пропускная способность по газовой группе IEC / NEC
Групповая классификация аппаратов Проходящая энергия
Класс I Группа IIC = Этилен 20 мкДж
Класс I Группа IIB = Водород 80 мкДж
Класс I Группа IIA = Ацетилен 160 мкДж
Класс I Группа I = Метан 226 мкДж

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

стабилитроны

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.


Эта информация любезно предоставлена:

REGULATEURS GEORGIN UK
Регби Newbold Road CV21 2NH
Почта: [email protected]
Тел: 0044 (0) 1.788.557.413
Веб: www.georgin.com

ноябрь 2012


% PDF-1.4 % 318 0 объект > эндобдж xref 318 84 0000000016 00000 н. 0000002578 00000 н. 0000002772 00000 н. 0000002816 00000 н. 0000002843 00000 н. 0000002893 00000 н. 0000002950 00000 н. 0000003431 00000 н. 0000003538 00000 н. 0000003641 00000 п. 0000003748 00000 н. 0000003856 00000 н. 0000003959 00000 н. 0000004068 00000 н. 0000004173 00000 п. 0000004282 00000 п. 0000004391 00000 п. 0000004496 00000 н. 0000004575 00000 п. 0000004652 00000 п. 0000004731 00000 н. 0000004809 00000 н. 0000004887 00000 н. 0000004965 00000 н. 0000005043 00000 н. 0000005121 00000 н. 0000005199 00000 н. 0000005276 00000 н. 0000006066 00000 н. 0000006122 00000 п. 0000006200 00000 н. 0000006539 00000 н. 0000011683 00000 п. 0000012146 00000 п. 0000012536 00000 п. 0000012613 00000 п. 0000014041 00000 п. 0000015730 00000 п. 0000017466 00000 п. 0000019112 00000 п. 0000020925 00000 п. 0000022792 00000 п. 0000023325 00000 п. 0000023843 00000 п. 0000024110 00000 п. 0000028860 00000 п. 0000029276 00000 н. 0000029650 00000 п. 0000030999 00000 н. 0000032681 00000 п. 0000033262 00000 п. 0000033338 00000 п. 0000033464 00000 н. 0000034750 00000 п. 0000034993 00000 п. 0000035350 00000 п. 0000075096 00000 п. 0000075135 00000 п. 0000089456 00000 п. 0000089495 00000 п. 0000115855 00000 н. 0000115894 00000 н. 0000115951 00000 п. 0000116033 00000 н. 0000116148 00000 п. 0000116301 00000 п. 0000116424 00000 н. 0000116535 00000 н. 0000116697 00000 н. 0000116830 00000 н. 0000116949 00000 н. 0000117051 00000 н. 0000117155 00000 н. 0000117267 00000 н. 0000117403 00000 н. 0000117525 00000 н. 0000117657 00000 н. 0000117853 00000 н. 0000117965 00000 н. 0000118069 00000 н. 0000118191 00000 н. 0000118323 00000 н. 0000118471 00000 н. 0000001976 00000 н. трейлер ] / Назад 601285 >> startxref 0 %% EOF 401 0 объект > поток hb«b`X Ā

Проектирование простой схемы защиты от перенапряжения с использованием стабилитронов

Каждая конструкция схемы работает на разных уровнях напряжения, наиболее распространенными уровнями напряжения для цифровой схемы являются 3.3В, 5В и 12В. Но каждая конструкция уникальна, и для схемы также характерно иметь более одного рабочего напряжения. Типичная компьютерная система SMPS, например, может работать на шести различных уровнях напряжения, а именно: ± 3,3 В, ± 5 В и ± 12 В. Для питания различных типов компонентов будут использоваться разные уровни напряжения, в этих случаях, если компонент с низким энергопотреблением запитан высоким напряжением, компонент будет безвозвратно поврежден. Следовательно, разработчик всегда должен концентрироваться на реализации схемы защиты от перенапряжения в своих проектах, чтобы предотвратить повреждение от перенапряжения.

Любой компонент или цепь будет иметь три различных номинальных напряжения, а именно минимальное рабочее напряжение, рекомендуемое или стандартное рабочее напряжение и максимальное рабочее напряжение. Любое значение выше максимального рабочего напряжения может быть фатальным для любых цепей или компонентов. Очень распространенное и экономичное решение — использовать схему защиты от перенапряжения стабилитрона .

Стабилитроны — основы

Стабилитроны в большинстве случаев являются первым выбором для защиты схемы от состояния перенапряжения .Стабилитрон работает по тому же принципу, что и диод, который блокирует ток в обратном направлении. Но существует ограничение, заключающееся в том, что стабилитрон блокирует протекание тока в обратном направлении только для ограниченного напряжения, указанного в номинальном напряжении стабилитрона . В частности, стабилитрон на 5,1 В блокирует протекание тока в обратном направлении вплоть до 5,1 В. Если напряжение на стабилитроне превышает 5,1 В, он позволяет току проходить через него. Эта особенность стабилитрона делает его отличным компонентом для защиты от перенапряжения .

Как защитить схемы от перенапряжения?

Рассмотрим изображение ниже, где нам нужна защита от перенапряжения для микроконтроллера . Микроконтроллер может быть любым, что имеет максимальное напряжение 5 В на выводах ввода-вывода. Следовательно, напряжение более 5 В может повредить микроконтроллер.

Стабилитрон, используемый в приведенной выше схеме, представляет собой стабилитрон с напряжением 5,1 В. Он будет работать нормально при перенапряжении. Если напряжение больше 5.1 В, стабилитрон будет пропускать ток и регулировать напряжение до 5,1 В. Но менее 5,1 В стабилитрон будет действовать как обычный диод и блокировать

.

Изображение ниже представляет собой моделирование цепи стабилитрона Protection на Spice. Вы можете посмотреть видео внизу этой страницы для полного объяснения симуляции.

На приведенной выше схеме имеется входное напряжение V1. R1 и D2 — это два компонента, защищающие выход от защиты от перенапряжения.В данном случае D2, 1N4099 представляет собой стабилитрон на 6,8 В. Выход будет защищен, если напряжение V1 превысит 6,8 В. Из-за опорного напряжения 6,8 В на 1N4099 выходное напряжение останется максимальным 6,8 В.

Давайте посмотрим, как вышеуказанная схема действует как схема защиты входа стабилитрона и защищает выход от напряжения более 6,8 В.

Вышеупомянутая схема моделируется с использованием частоты вращения педалей pspice . Во время входного напряжения 6 В на V1 выходное напряжение остается постоянным на уровне 5.999 В (что составляет 6,0 В).

В приведенном выше моделировании входное напряжение составляет 6,8 В. Таким образом, выходное напряжение составляет 6,785 В, что близко к 6,8 В. Давайте дальше увеличим входное напряжение и создадим ситуацию перенапряжения.

Теперь входное напряжение составляет 7,5 В, что больше, чем 6,8 В. На выходе все еще 6,883 В. Таким образом, стабилитрон эффективен для спасения подключенной схемы от ситуации перенапряжения, даже когда напряжение возвращается ниже 6.8 В, схема снова будет работать нормально, как показано на предыдущем шаге. Это означает, что, в отличие от предохранителя, стабилитрон не повреждается даже при перенапряжении.

Любые другие стабилитроны с другими значениями, такими как 3,3 В, 5,1 В, 9,1 В, 10,2 В, могут использоваться для выбора различных пределов перенапряжения в приведенной выше схеме.

Как выбрать стабилитрон для защиты от перенапряжения?

Следующей важной частью является выбор номинала стабилитрона.Приведенные ниже пункты помогут вам выбрать правильное значение и номер детали для стабилитрона.

1. Сначала выберите напряжение стабилитрона . Это значение напряжения, при котором стабилитрон будет действовать как замыкающая цепь и защищать нагрузку от перенапряжения. Для приведенного выше примера в Pspice напряжение стабилитрона составляет 6,8 В.

В некоторых случаях заданное напряжение на стабилитроне может быть недоступно. В таких случаях можно выбрать близкое значение стабилитрона.Например, для защиты от перенапряжения до 7 В стабилитрон 6,8 В является близким значением.

2. Рассчитайте ток нагрузки , подключенный к цепи защиты от перенапряжения. Для нашего примера, описанного выше, это 50 мА. Помимо тока нагрузки, стабилитроны нуждаются в токе смещения . Следовательно, полный ток должен быть равен току нагрузки плюс ток смещения стабилитрона. В рассмотренном выше примере это может быть

.
Общий ток = 50 мА + 10 мА = 60 мА 

3.Стабилитроны имеют номинальную мощность . Таким образом, для правильного отвода тепла требуется стабилитрон правильной номинальной мощности. Номинальная мощность может быть рассчитана на основе расчетного полного тока на шаге 2, который составляет 60 мА.
Следовательно, номинальная мощность стабилитрона будет равна напряжению стабилитрона, что связывает общий ток, который будет протекать через диод.

В нашем примере

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

Следовательно, стабилитрона мощностью 500 мВт будет достаточно.

4. Рассчитайте значение резистора номиналом , дифференцируя напряжение источника и общее напряжение. Напряжение источника будет максимальным, которое можно приложить к цепи.

Например, максимальное перенапряжение, которое может произойти или может быть применено в качестве напряжения питания, может составлять 13 В.

Таким образом, падение напряжения на резисторе будет = 13 В — 6,8 В = 6,2 В

По закону Ома номинал резистора будет = 6,2 В / 0,060 А = 103R

Можно выбрать резистор стандартного номинала 100R.

Популярные стабилитроны

Напряжение стабилитрона

Стабилитрон Номер детали

3,3 В

1N5226

5,1 В

1N5231

6.8В

1N5235

9,1 В

1N5239

11,0 В

1N5241

13,0 В

1N5243

15.0В

1N5245

Схема защиты стабилитрона от перенапряжения — плюсы и минусы Защита от перенапряжения

с использованием стабилитронов — самый простой и легкий способ защиты устройств от перенапряжения. В этом методе напряжение остается регулируемым, а стоимость этой схемы намного ниже по сравнению с другими методами.

Но, конечно, у этой схемы есть недостатки.Основным недостатком схемы этого типа является рассеиваемая мощность . Благодаря подключенному последовательно резистору он всегда рассеивает тепло и приводит к потере энергии.

Сетевой предохранитель для защиты опасных зон повышает безопасность электронного оборудования в потенциально взрывоопасных средах

Признан UL 248-14, соответствует стандартам искробезопасности (IS) для приложений во взрывоопасных зонах

Нажмите, чтобы загрузить изображение с высоким разрешением:
Барьерный предохранитель PICO® 242 Series 40 мА

ЧИКАГО, 17 сентября 2018 г. — Littelfuse, Inc.сегодня представила сетевой предохранитель для защиты опасных зон серии PICO ® 242 40 мА, который поддерживает проектирование барьерных цепей для искробезопасных продуктов для предотвращения пожаров и взрывов в опасной атмосфере. Предохранитель предотвращает перегрев электронного оборудования, используемого в опасных зонах, или образование искр, которые могут привести к возгоранию или взрыву, сводя к минимуму риск перегрузки по току / короткого замыкания.

Предохранитель серии PICO ® 242 соответствует требованиям стандартов искробезопасности (IEC / EN / UL 60079-11) для использования в опасных зонах и во взрывоопасной атмосфере, поэтому изделия, разработанные с его использованием, будут соответствовать соответствующим европейским директивам и другим глобальным требованиям.При номинальном токе 40 мА серия PICO ® 242 является самым низким из представленных на рынке барьерных предохранителей с номинальным номинальным током в таком небольшом корпусе, который поддерживает компактную конструкцию искробезопасного продукта без ущерба для характеристик защиты.

Типичные области применения предохранителей для защитных сетей для опасных зон серии PICO ® 242:

  • Тестирование, измерение или обработка электронного и электрического оборудования
  • Контроллеры двигателей
  • Телефонная трубка / двусторонняя радиосвязь и соответствующие зарядные устройства
  • Аппаратура АСУ ТП и автоматизации
  • Расходомеры / счетчики газа

«Номинальный ток 40 мА для PICO ® 242 Series дает значительное преимущество по сравнению с более ранними барьерными предохранителями на 50 мА.Разработчики искробезопасных продуктов используют номинальный ток предохранителя, чтобы установить порог мощности, которому должны соответствовать все остальные компоненты », — сказал Кристофер Кулман, менеджер по глобальным продуктам подразделения электроники компании Littelfuse. «Это обеспечивает 20-процентное снижение требований к питанию для последующих компонентов, таких как стабилитроны, что обеспечивает более компактную конструкцию и может привести к снижению затрат на эти компоненты».

PICO ® Сетевые предохранители с защитой от взрывоопасных зон серии 242 обладают следующими ключевыми преимуществами:

  • Сверхнизкий номинальный ток (40 мА) позволяет снизить номинальную мощность и допустимую нагрузку по току последующих компонентов, проводки и дорожек печатной платы.
  • Он соответствует требованиям стандартов искробезопасности (EN / IEC / UL 60079-11) для приложений во взрывоопасных зонах и признан UL 248-14, что ускоряет процесс сертификации конечных продуктов и обеспечивает соответствие глобальным требованиям.
  • Предотвращает перегрузку по току / короткое замыкание в цепях ниже по потоку от воспламенения окружающей взрывоопасной атмосферы.

Наличие
PICO ® Сетевые предохранители для защиты от опасных зон серии 242 доступны в форме с осевыми выводами (в упаковке боеприпасов по 100 или 500 штук) и в корпусах для поверхностного монтажа (в упаковке с лентой и катушкой в ​​количестве 500 шт).Запросы на образцы могут быть размещены через официальных дистрибьюторов Littelfuse по всему миру. Список дистрибьюторов Littelfuse можно найти на сайте Littelfuse.com.

Для получения дополнительной информации
Дополнительная информация доступна на странице продукта PICO ® 242 Series предохранитель сети для защиты опасных зон. По техническим вопросам обращайтесь: Кристоферу Кулману, менеджеру по глобальным продуктам, бизнес-подразделению электроники в Littelfuse, [email protected]

О компании Littelfuse
Компания Littelfuse, основанная в 1927 году, является мировым лидером в области защиты цепей с передовыми платформами в области управления питанием и сенсорных технологий.Компания обслуживает клиентов на рынках электроники, автомобилестроения и промышленности, предлагая продукты, в том числе предохранители, полупроводники, полимеры, керамику, реле и датчики. В Littelfuse работает более 11 000 сотрудников в более чем 50 местах по всему миру. Для получения дополнительной информации посетите Littelfuse.com.

Защита от грозовых перенапряжений для электроники

Марк Харрис

| & nbsp Создано: 7 апреля 2021 г.

В ясный ясный день земля обычно несет небольшой отрицательный заряд с соответствующим положительным зарядом в верхних слоях атмосферы.Это создает среднюю напряженность электрического поля во всем мире порядка 120 В / м. Для сравнения, прямо перед тем, как разрядиться от удара молнии, грозовое облако создает напряженность электрического поля порядка 25 кВ / м. Это создает разность потенциалов между этим облаком и землей или другими заряженными облаками в диапазоне от десяти до ста миллионов вольт. Поле такой интенсивности может вызвать ионизацию молекул воздуха между положительными и отрицательными зарядами, создавая проводящий канал, по которому может перемещаться молния.В то время как большинство проводящих каналов образуются между облаками, по крайней мере, один из десяти образуется между облаком и землей, создавая характерный разряд молнии.

Эффекты молнии

Для этих разрядов между облаками разрядом будут генерироваться кратковременные радиоволны высокой интенсивности. Обычно они не причиняют вреда электронному оборудованию, если только они не чувствительны к таким сигналам и находятся в разумной близости от разряда. Мы можем не учитывать влияние этих разрядов на наземное оборудование, если только переходные помехи от излучаемых электромагнитных помех (EMI) не будут серьезной проблемой.Основные проблемы возникают из-за тех разрядов, которые достигают земли в непосредственной близости от электронных устройств. Эти удары молнии ответственны за большинство разрушительных воздействий, которые мы испытываем как инженеры-электрики.

Прямые удары молнии по электрическому оборудованию и кабелям, как правило, такой силы, что встроенная защита от этого события практически невозможна. Молниеотводы, прикрепленные к конструкциям, отводят ток разряда непосредственно на землю в качестве основного механизма защиты.Вероятность прямого удара по электрическому оборудованию обычно является приемлемо низкой, если только устройство не установлено неправильно или намеренно. Он способствует ионизации при наличии значительной напряженности электрического поля в атмосфере.

Вероятная опасность для электрического оборудования возникает из-за разряда на землю в непосредственной близости от оборудования. Огромная передача энергии, которая происходит во время удара молнии, различными способами приводит к временному возникновению повреждающих токов в близлежащих электрических системах.Основными эффектами обычно являются временные электромагнитные помехи, переходные напряжения, вызванные магнитной или емкостной связью, и импульсные токи, вызванные локализованными сдвигами потенциала земли. Кратко резюмируем эти три эффекта:

Электромагнитные помехи

Поток разрядного тока создает широкополосное излучение электромагнитных помех на время разряда. Хотя это всего лишь одна часть общей электромагнитной среды для оборудования, временная высокая напряженность поля может создавать помехи для неэкранированных компонентов и линий передачи на большой площади.

Магнитно-емкостная связь

Когда ток разряда проходит рядом с электрическими кабелями, индуктивные эффекты могут вызывать переходные процессы в кабелях. Это особенно характерно для воздушных кабелей, проводимых на большие расстояния между опорами или опорами. Электрические устройства обычно подключаются к силовым и сигнальным кабелям, которые проходят через токопроводящие лотки, воздуховоды или проходят через воздушные кабели. Чем длиннее кабели, тем выше вероятность того, что переходные процессы высокого напряжения будут вызваны эффектами связи.Это делает удаленные устройства, используемые для управления и мониторинга в удаленных местах, особенно уязвимыми для таких событий.

Для достижения достаточно высокого уровня магнитной или емкостной связи, вызывающего индукцию значительного тока, ток молнии должен находиться в непосредственной близости от кабеля. Однако такие наведенные переходные токи обычно могут учитываться конструкцией оборудования и системы. Обычно полевые сигнальные кабели имеют экранирование или экранирование для уменьшения общих электромагнитных помех и наводок.Использование кабелей витой пары может снизить напряжение между линиями до уровня, который не приведет к повреждению оборудования. Однако синфазные напряжения все еще могут генерироваться на уровнях, которые могут повредить чувствительные компоненты, если не будет добавлена ​​дополнительная защита.

Сдвиги потенциала Земли

Почти все грозовые разряды превышают 3 кА, а примерно каждый десятый превышает 100 кА. Подавляющее большинство ударов по земле оканчиваются непосредственно землей. Те, что попадают в здание, обычно направляются на землю через молниеотводы и заземляющие стержни.Очень большой ток разряда течет через заземление и рассеивает заряд в массе Земли. Одним из эффектов этого тока является то, что он увеличивает опорный потенциал земли в месте удара. Например, разрядный ток 100 кА, проходящий через землю с импедансом 0,1 Ом, приведет к возникновению потенциала 10 000 вольт в точке удара. Любое заземленное устройство рядом с точкой удара будет подключено к тому же опорному потенциалу. Хотя это не повлияет на устройство, поскольку разность потенциалов, которую он видит локально, не изменится, он увидит огромную разницу потенциалов между этим локальным заземлением и землей любых кабелей, подключенных к устройствам, заземленным на некотором расстоянии.Это приведет к появлению очень высокого переходного напряжения из-за разницы между двумя потенциалами земли.

Удар молнии

Переходные процессы, наведенные на силовые или сигнальные кабели из-за электромагнитных помех и эффектов магнитной / емкостной связи, относительно легко защитить. Таким переходным процессам можно противодействовать, используя стандартные методы экранирования и экранирования, необходимые в сегодняшней среде, насыщенной электромагнитным излучением.

Переходные процессы, вызванные потенциальным сдвигом земли, представляют собой гораздо более серьезную проблему.Экранирование не устраняет возможные временные различия, наблюдаемые между физически разделенными уровнями земли. Маломощные полупроводниковые компоненты могут быть серьезно повреждены перенапряжением всего в несколько десятков вольт. Переходные напряжения, индуцированные в этих условиях, потребуют дополнительных механизмов защиты, которые мы сейчас обсудим.

Варианты защиты

Устройства защиты от перенапряжения могут использоваться для защиты электрического и электронного оборудования от потенциально разрушительного воздействия переходных процессов высокого напряжения.Эти устройства также известны как ограничители перенапряжения, молниезащиты и молниезащиты. Цепи защиты от перенапряжения работают почти мгновенно, чтобы обеспечить путь с низким импедансом для проведения большого тока, чтобы устранить чрезмерную разницу в защите, а также поглощать и отводить дополнительный ток на землю для защиты от эффектов переходных процессов или скачков. Как только импульсный ток спадет, устройство в идеале должно автоматически восстанавливать нормальную работу и, следовательно, быть способным защитить от любых последующих скачков.Однако для полноты картины мы также кратко рассмотрим более традиционные одноразовые защитные устройства.

Существует два основных типа защиты от перенапряжения. Фильтры обеспечивают барьер для высокочастотных переходных токов, в то же время позволяя токам низкой частоты проходить без изменений. С другой стороны, переходные переключатели обеспечивают путь к земле с очень низким импедансом всякий раз, когда напряжение устройства превышает заданное значение. Здесь мы сосредоточились на переходных переключателях, поскольку они обеспечивают необходимую защиту от сдвигов потенциала земли, вызванных ударами молнии.

Поскольку не все цепи могут быть подвержены этим переходным процессам, часто используется подход, заключающийся в использовании дополнительных защитных компонентов или устройств, подключенных между оборудованием общего назначения, системами и внешними источниками шума или переходных процессов. Доступны несколько компонентов, которые могут предотвратить попадание чрезмерной энергии на чувствительные части оборудования или систем. Они работают путем отвода скачков напряжения на землю или отключения сигнальных линий. Приемлемое устройство работает быстро и способно пропускать большие токи в течение коротких периодов времени, ограничивая при этом напряжение или ток через защищенное оборудование до уровней, ниже которых может произойти повреждение.Устройства, не требующие обслуживания, и устройства с самовозвратом, как правило, предпочтительны там, где следует избегать перерывов в работе.

Искровые разрядники воздушные

Этот защитный механизм состоит из двух проводящих электродов, которые физически разделены и расположены в неконтролируемой среде. Обычно непроводящий, когда разность потенциалов между двумя электродами достигает определенного значения, воздух между ними ионизируется, и между ними течет ток разряда. Эта ионизация создает путь с низким сопротивлением между двумя электродами, что позволяет току течь до тех пор, пока воздух не перестанет ионизироваться.Расстояние между электродами будет определять значение разности потенциалов, при которой происходит ионизация. Это эффективно создает управляемый удар молнии в местную точку заземления.

Хотя искровые разрядники недороги, напряжение, при котором они работают, будет зависеть от условий окружающей среды, таких как температура и влажность, а также от загрязняющих веществ, переносимых по воздуху. Их характеристики также могут изменяться со временем и ухудшаться из-за их работы из-за эрозии электродов и могут потребовать замены, если они регулярно активируются.

Трубки газоразрядные

Вариант защиты искрового промежутка, когда проводящие электроды физически разделены в контролируемой среде, обычно в герметичном контейнере, заполненном определенным газом. Это позволяет улучшить управление разрядным напряжением и снижает влияние условий окружающей среды. Обычно используемые материалы включают смесь аргона и водорода низкого давления, запечатанную в керамическом контейнере, с напряжением пробоя от 90 В и номинальным током более 5 кА.

Одним из недостатков газоразрядной трубки является конечное время, необходимое для ионизации газа, что ограничивает защиту от импульсных токов, которые имеют крутой нарастающий фронт по отношению к форме волны перенапряжения. Типичная лампа, рассчитанная на пробой 100 В постоянного тока, имеющая дело со скачком с временем нарастания 200 В / мкс, не выйдет из строя до тех пор, пока напряжение не достигнет около 200 В при времени ионизации 0,5 мкс. При этом не учитывается допуск на номинальное напряжение 100 В; Обычно такие устройства имеют допуск 20%. Другой недостаток — срок их службы ограничен из-за изменений давления и состава газа с течением времени.

После пробоя и ионизации газа, если в течение длительного периода времени протекает достаточный ток, газ может преобразоваться в ионизированную плазму. Эта плазма может разрядить тысячи ампер с относительно небольшой разностью потенциалов, если схема может поддерживать такой высокий ток. Схема защиты должна быть тщательно спроектирована, чтобы предотвратить поддержание работы газоразрядной трубки после того, как импульсный ток источника рассеивается источником питания устройства.

Газоразрядные трубки

обычно подходят для использования с маломощными цепями, где любые скачки напряжения будут иметь условия медленно нарастающего напряжения и могут допускать условия выбросов напряжения.

Полупроводниковые приборы

Преимуществом полупроводниковых приборов является их быстрая работа и широкий диапазон напряжений, в которых они работают. Пока ток поддерживается в пределах спецификации, они предлагают точную и повторяемую функцию фиксации напряжения. Диоды для подавления перенапряжения, также известные как диоды для подавления переходных напряжений (TVS), могут выдерживать выбросы в несколько кВт для импульсов длительностью менее 1 мс. Разница между диодом для подавления перенапряжения и стандартным стабилитроном просто заключается в увеличении размера области перехода, что снижает плотность тока.Эти компоненты предлагают одно из самых быстрых времен отклика среди доступных защитных компонентов (обычно несколько наносекунд), но за счет относительно низкой способности поглощать энергию. Одним из недостатков диодов для подавления перенапряжения является их относительно высокая стоимость. Другой причиной является их значительная емкость, которая будет влиять на работу схемы, а это означает, что они не могут быть просто включены в качестве защитного устройства с болтовым креплением, но, возможно, должны быть спроектированы как часть процесса разработки устройства.

Варисторы

Варисторы — это резисторы, зависящие от напряжения, где изменение тока, протекающего через устройство, по сравнению с напряжением на устройстве имеет нелинейную зависимость.Поскольку варисторы обычно изготавливаются из оксида металла, они обычно известны как варисторы на основе оксида металла (MOV). Частицы оксида металла действуют аналогично полупроводниковому переходу. Это дает им время отклика на скачки, сравнимое с диодным компонентом. Их преимущество перед диодами для подавления перенапряжения заключается в том, что мощность рассеивается по всему устройству, а не только в области перехода. Однако недостатком является то, что они имеют гораздо больший ток утечки при низких напряжениях. Они также в большей степени подвержены влиянию факторов окружающей среды, таких как температура, и могут со временем разрушаться, особенно при регулярном воздействии сильноточных переходных процессов.

Реле перенапряжения

Реле защиты от перенапряжения

предназначены для отключения сигнальных линий в случае сильных скачков тока и могут работать с относительно высокими уровнями мощности. Они полагаются на физическое движение электрических контактов, чтобы замкнуть или разорвать цепь. Их преимущество в том, что они стабильны и чувствительны, но их главный недостаток — их скорость работы. Время, необходимое для того, чтобы контакты реле сместились достаточно, чтобы повлиять на ток, может составлять несколько миллисекунд. Если реле защиты от перенапряжения настроено на размыкание цепи в условиях превышения тока, задержка может быть увеличена из-за образования дуги между контактами в течение первоначального времени их размыкания.Это увеличивает время между первым появлением импульсного тока и его окончательной остановкой.

После прохождения переходного процесса импульсного тока реле защиты от перенапряжения вернется в состояние по умолчанию. Эта операция также может быть относительно медленной, и физическая природа операции может сделать ее подверженной эффектам дребезга контактов, которые рассматриваются как временное подключение / отключение цепи. В зависимости от природы цепи этот физический отскок может привести к электрическому удару.

Реле перенапряжения

также требуют либо технического обслуживания для поддержания контактов в чистоте, либо замены, если контакты находятся внутри герметичного корпуса. Многократная эксплуатация контактов может привести к чрезмерному износу из-за эффектов эрозии металла из-за искрения и удара.

Предохранители

В качестве одноразового устройства защиты предохранители от перенапряжения обеспечивают эффективную защиту и используют механизм натяжения пружины для обеспечения быстрого срабатывания. Однако они могут быть подвержены проблемам с выбросом напряжения, если переходный импульсный ток имеет быстро нарастающий фронт.Они полагаются на импульсный ток плавления металлической проволоки при заданном значении, а не на их номинальные характеристики, основанные непосредственно на разности потенциалов. Следовательно, они должны использоваться в сочетании с резистивным элементом для реализации защитной функции. Конечно, главный недостаток — это необходимость ручной замены предохранителя после срабатывания. Обязательно отметить, что обычный предохранитель не сможет справиться с переходными процессами, вызванными молнией; Необходимо использовать специальный предохранитель для защиты от перенапряжения.

Автоматические выключатели

Автоматические выключатели обычно предназначены для энергосистем. Хотя способность управления энергией может быть увеличена до любого уровня, который считается необходимым, скорость реакции составляет порядка десятков миллисекунд, что обычно слишком медленно, чтобы быть эффективным против кратковременных переходных процессов. Они также требуют ручного сброса после активации, что делает их практически одноразовым устройством защиты с точки зрения эксплуатации. Что касается предохранителей, стандартные автоматические выключатели не могут справиться с переходными процессами, вызванными молнией.Если необходим автоматический выключатель, всегда выбирайте тот, который правильно рассчитан для работы с такими переходными процессами.

Передовой опыт внедрения защиты от перенапряжения

Часто обнаруживается, что одно устройство не обеспечивает требуемого решения с точки зрения времени отклика, пропускной способности по току, устойчивости к окружающей среде или надежности. В этом случае ответом вполне может быть каскадирование двух или более разных типов вместе. Это позволяет разработчику сочетать преимущества каждого устройства и повышать общий уровень защиты.Наиболее распространенная комбинация использует сильноточный, относительно медленно действующий компонент с более быстродействующим, но с более низкой номинальной мощностью таким образом, чтобы минимизировать выходное напряжение и ток. Устройство с высокой пропускной способностью по импульсному току может использоваться по внешнему периметру схемы защиты для отвода основной части переходного перенапряжения, за которым следует более точное устройство, которое обеспечивает комплексное решение для защиты от перенапряжения.

Устройства защиты от перенапряжения

могут выполнять ряд функций в зависимости от их реализации.Они могут шунтировать переходные токи на землю, фиксировать разность потенциалов, предотвращать попадание избыточной энергии в цепь или фильтровать определенные частоты из сигнальной линии. Обычно они выполняют комбинацию этих функций для достижения требуемой защиты концов. Идеальное устройство защиты от перенапряжения будет, как минимум, ограничивать напряжение, выдерживать чрезвычайно высокие импульсные токи и уменьшать быстро нарастающий фронт перенапряжения.

Защита обеспечивается отводом импульсных токов на землю по низкоомному пути.Этот путь должен быть правильно спроектирован и реализован для достижения номинальных характеристик устройств защиты от перенапряжения. Плохо спроектированные или реализованные пути отклонения могут сделать схему защиты неэффективной.

Защита должна применяться ко всем внешним подключениям к устройству; соединения выходного сигнала столь же восприимчивы, как входные силовые линии и сигнальные соединения. Самый значительный риск не обязательно исходит от разъема с подключенным самым длинным кабелем, а от соединения, которое заканчивается заземлением, которое физически наиболее удалено от заземления защищаемого устройства.Одно и то же соединение не всегда может соответствовать этим двум критериям.

При проектировании защиты от перенапряжения или подавления перенапряжения для вашего устройства важно учитывать индуктивность кабеля для соединений при расчете требований к защите от переходных напряжений. Конструкции должны быть основаны на наихудших вариантах кабеля, чтобы гарантировать его эффективность для всех возможных установок.

При выборе компонентов защиты помните, что существует взаимосвязь между ценой за единицу и производительностью.Всегда учитывайте стоимость защищаемого устройства при расчете бюджета на защитные элементы.

Инструменты проектирования в Altium Designer® содержат все необходимое, чтобы идти в ногу с новыми технологиями. Поговорите с нами сегодня и узнайте, как мы можем улучшить вашу следующую конструкцию печатной платы.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *