Методи боротьби та забезпечення роботи електронних пристроїв при підвищеній напрузі в мережі

Думаю не дуже помилюся, якщо скажу, що досить велика кількість людей стикалися з виходом електронних пристроїв з ладу в результаті попадання підвищеної напруги. Відбувається це через різні причини, але результат майже завжди один, вигоряє джерело живлення.
Так само як бувають різні причини виникнення подібного, існують різні методи боротьби з цим і ось про це ми сьогодні і поговоримо.

Під перенапругою, в даному випадку, я маю на увазі попадання на вхід пристрою напруги вище ніж 242-252 вольта на тривалий час.

Причин виникнення перенапруг в електричній мережі багато, з найбільш поширених - перехльостування дротів через вітер або сніг, обрив проводів, відгорання нуля, ну і останнім часом додалася ще як мінімум одна, руйнація підстанцій.
Є звичайно і імпульсні перенапруги, наприклад, через грозові розряди, але це вже інша тема та інші методи захисту.

Чим зазвичай захищаються. Ну як мінімум можна поставити реле захисту від перенапруг, спосіб простий, дієвий, відносно надійний, хоча має певні недоліки, наприклад у разі виходу реле з ладу без захисту залишаться всі підключені до нього пристрої.

Як ще один варіант рішення, захищати пристрої локально та деякі виробники побутової техніки таке пропонують. Не стверджуватиму погано воно працює чи добре, сам факт що це є.

І ось якраз про такий варіант захисту я б і хотів сьогодні розповісти та показати на реальному прикладі.

Взагалі нічого інноваційного у подібному способі захисту немає, чому не вбудовують його скрізь? Та потім що це, як мінімум, дорого в ближній перспективі і невигідно в дальній. Власне перше обмежують самі покупці, такі пристрої банально дорожчі, а друге обмежують виробники, тому що простіше відмовити в гарантії, ніж робити надійний пристрій.

Що зазвичай роблять для захисту. Як максимум, поставлять варистор, який у деяких ситуаціях може справді захистити за рахунок самопробою та як наслідок – випалювання запобіжника. На жаль, подібний варіант захисту спрацьовує далеко не завжди, не у всіх пристрої він є, а також іноді номінал варистора настільки високий, що він може допомогти тільки при імпульсних високовольтних перешкодах.

Найчастіше варистор має номінал 470 вольт і в деяких ситуаціях він справді допомагає, але захист це одноразовий.

Ще один варіант вирішення, функція OVP у блоках живлення, знову ж таки, реалізована далеко не завжди, навіть швидше частіше її немає, ніж вона є. Як приклад схема блоку живлення на базі чіпа від Power Integrations та ланцюг захисту UVP/OVP. Сам виробник при цьому заявляє, що
Якщо MOSFET є off, rectified DC високої потужності глибокої здатності зростає до стабілізації частоти MOSFET (700 V), призводить до позбавлення reflected voltage and leakage spikes on drain.
У вільному перекладі - коли напруга на вході вище за певний, то ми блокуємо роботу високовольтного транзистора, а оскільки він на 700 вольт, і відсутні сплески напруги через роботу, то блок живлення може витримати високу напругу.

Третім варіантом рішення є випадок, коли блок живлення спочатку розраховують на роботу при такій напрузі.По суті все просто, в мережі ми можемо отримати максимум 380/400 вольт (за винятком неординарних випадків), а значить виготовивши блок живлення під вхідну напругу 400 вольт нам стає все одно, що там у нього на вході.

Такий варіант за своїм зручним, але виходить дорожче, а крім того при напрузі 220/230 вольт і тим більше при 180-190 працює в менш оптимальному режимі, що знижує його ККД, також ККД знижується за рахунок високовольтних силових транзисторів.
Нижче на фото приклади блоків живлення для яких декларується робочий діапазон 100-520 та 80-580 VAC.

Щоправда, є окрема категорія з автоматичним перемиканням 115/230 вольт, але такі блоки живлення широкого поширення не отримали, обмежуючись лише механічним перемикачем.

Оглядів реле напруги досить багато, високовольтні блоки живлення застосовуються рідко, тому хотів би зупинитися на варіанті захисту на рівні джерела живлення.

Як приклад реалізації захисту від перенапруги на рівні споживача можна розглянути драйвери світлодіодного світильника LRC-60, тим більше, що освітлення це саме та сфера, де вихід з ладу джерела живлення помітніший. А так як подібні драйвери застосовуються і у вуличному освітленні, то груповий захист може бути незручним, адже у разі виходу з ладу ми втрачаємо всю гілку освітлення, а не один світильник.

Драйверів у мене виявилося відразу два, хоча по суті це той самий драйвер, але в одного виконання IP66, в іншого IP20.

Під діапазоном робочої напруги мається на увазі той діапазон, в якому драйвер живить навантаження, але при цьому вказується, що драйвер здатний відносно довго витримувати вхідну напругу до 380 вольт.

Так як ступінь захисту різна, то відповідно один драйвер залитий компаундом, другий "голий".

Як приклад я розглядатиму начинку драйвера з IP20

Ні, я звичайно людина проста і в принципі могла розібрати і залитий драйвер, як робив вже в одному з оглядів, але маючи в руках драйвер без заливки, це вже перебір.
До речі, на фото попередня модель вона також витримувала на вході 380, але важлива відмінність нової - наявність активного коректора.

Щось мене занесло, повернімося до теми статті.

Які елементи визначають, чи джерело живлення витримає високу напругу на вході і заразом подивимося на прикладі цього драйвера.

1. Варистор по входу мережі, природно після запобіжника (хоча якось зустрічав і до.), 680 вольт, відповідно умовно на 475 змінного, отже, тут він стоїть для захисту від імпульсних перешкод. До речі, нагадую, що тут на варисторі вказано напругу по постійному струму, для змінного це еквівалентно амплітудному, але для варисторів Epcos вказують діюче.
2. Х-конденсатор, довелося випаяти, щоб подивитися номінал, а якщо точніше, напруга. Тут стоїть на 400 вольт і це досить важливо, бо зазвичай у блоках живлення ставлять на 250-300 вольт. Таких конденсаторів тут два, до та після синфазного дроселя.
3. Ще один варистор, на 470 вольт, судячи з хитрою схемою включення він тут для гасіння одиночних імпульсів, але при цьому на напругу, що безперервно діє, він вплив не надає.
4. Міжобмотувальний Y-конденсатор, так само як і X-конденсатори бувають різними, а якщо говорити точніше, двох типів, Y1 і Y2, перший більш стійкий до високовольтних імпульсів, але в даному випадку конденсатор не просто Y1, а з напругою до 400 вольт.

1, 2.Насправді, в деяких ситуаціях безпеку збільшують ще й послідовним включенням, особливо це стосується Y-конденсаторів, оскільки від них може залежати життя людини. На фото пари Y-конденсаторів на 250 вольт включені послідовно.

3. Також надходять і з Х-конденсаторами, хоч і значно рідше.

4. У деяких ситуаціях для підвищення безпеки ІІП ставлять і два запобіжники по входу, відповідно по нулю і фазі, хоча іноді два запобіжники ставлять і послідовно, наприклад до варистора і після, причому з різним номіналом, але це скоріше виняток.

У будь-якому випадку безпека зайвої не буває, іноді люди не замислюються, що фаза і нуль на вході ІІП маркуються не просто так, а саме для безпеки, оскільки запобіжник ставлять саме по фазному проводу.

Плата управління, з метою компактності, у вигляді субмодуля, але взагалі тут суть у тому, який стоїть високовольтний транзистор, тому що він також визначає стійкість ІІП до високої напруги на вході. WML08N80M3, 800В, 7А, дуже непогано і тут хтось можливо запитає, а чому у всіх ІІП не ставлять настільки високовольтні транзистори? Відповідь гранично проста, чим транзистор більш високовольтний, тим зазвичай він має вищий опір відкритого каналу, відповідно вище падіння, нагрівання та зниження ККД. Найчастіше при подібній схемотехніці використовують транзистори на 500-650 вольт.

І звичайно трошки тестів і наочної демонстрації, для чого крім драйвера мені знадобилося і навантаження, якою будуть виступати дві світлодіодні панелі.

Кожна панель складається із 54 світлодіодів, включених за схемою 6P9S, тобто. загальна напруга близько 26-27 вольт, драйвер до 60 вольт, тому панелей дві.

На двох панелях драйвер видає 52.8 вольта, це визначається самими панелями, струм близько 900мА, а це вже визначає драйвер, власне струм і напруга позначені в назві 60-900.

Панелі були підібрані не просто так, хотілося отримати навантаження близьке до максимальних 54Вт, у мене вийшло близько 47Вт. Звичайно можна було використовувати електронне навантаження, що працює в режимі CV, але це набагато менш наочно.

Раз вже драйвер і навантаження на столі, відразу прикинув ККД, а заразом перевірив заяву про наявність коректора потужності.
Ну щодо ККД складно сказати, у мене вийшло щось близько 90%, заявлено 92, а ось щодо коефіцієнта потужності без питань, щось у діапазоні 0.97-1.

Ну і звичайно випробування стійкості до високої напруги, виробник пише щодо 380-400 вольт, але я не став розмінюватися на дрібниці і завищив напругу ще майже на 10% (хоча коли знімав, підвищував ще вище), а крім того перевірив стійкість до короткого замикання на виході .

1. 00:00-00:45 - Плавна зміна вхідної напруги.
2. 00:45-1:00 - Різка зміна вхідної напруги.
3. 1:00-1:35 – Перевірка на КЗ по виходу, спочатку короткі, потім тривала.

Принагідно перевіряв розмах пульсацій по виходу, заявляється до 2%, насправді вийшло трохи менше. Одна клітина на екрані осцилографа це приблизно 5% (вимірювалося на резисторі 1 Ом), основна пульсація (без урахування шуму ВЧ), цілком вписується в 2%.
У процесі з'ясувалося, що після короткого КЗ драйвер відновлює вихід відразу після тривалого приблизно через 10 секунд після усунення КЗ.

Якщо дивитися відео не хочеться, то основний сенс можна передати в одному фото: відключається драйвер приблизно при 303-306 вольт, нормально переносить вище 430 і включається при зниженні до 290-295 вольт.

Вище розглянуто по суті три варіанти вирішення проблеми перенапруги в мережі:

1. Вимкнення живлення на груповому рівні за допомогою реле напруги
2. Локальний захист у самому пристрої, не виходить з ладу, але відключається на час перевищення напруги.
3. Толерантність до напруги до 380/400 вольт, пристрій продовжує працювати.

Особисто мені більше подобається третій варіант, дома використовую перший, але не менш життєздатний і другий, тут все залежить від сценарію використання. Якщо говорити про захист саме драйверів для освітлення, то я б віддав перевагу також другому варіанту, в такому разі при НП освітлення продовжить працювати, іноді це дуже важливо. Хотілося б дізнатися, що ви думаєте з цього приводу.

Підвищена напруга в електромережі - причини та небезпека

Доводиться визнати, що у більшості випадків вітчизняні електромережі перебувають у жалюгідному стані. І часто можна спостерігати таке явище як підвищена напруга. Значення напруги в мережах може сягати 260, 280, 300 і навіть 380 Вольт. З цієї причини можуть відбуватися збої в роботі електроніки, побутової техніки, можливі навіть загоряння та вихід із ладу.

Висока та підвищена напруга. Причини виникнення

Однією з причин підвищеної напруги, як не дивно, може бути знижена напруга споживачів далеко від трансформаторної підстанції.У цьому випадку часто навмисне підвищують вихідну напругу електричної підстанції, щоб досягти задовільних показників струму останніх в лінії передач споживачів. У результаті, у перших у лінії напруга буде підвищеною. У тому випадку, якщо встановити вихідну напругу на підстанції (а вони, як правило, недостатньої потужності) нормальним (220 Вольт), то влітку і у вихідні напруга різко просяде і буде зниженим. Тому електрики спочатку налаштовують трансформатор на підвищену напругу. В результаті взимку та в робочі дні напруга висока або підвищена.

Друга група причин появи високої напруги це перекоси по фазах при підключенні споживачів. Часто буває так, що підключення споживачів відбувається хаотично без попереднього плану та проекту. Або під час реалізації проекту чи розвитку поселень відбувається зміна значення споживання різних фазах лінії передач. Це може призвести до того, що на одній фазі напруга буде зниженою, а на іншій фазі — підвищеною.

Третя група причин підвищеної напруги в мережі – це аварії на лініях електропередач та внутрішніх лініях. Тут слід виділити дві основні причини - обрив нуля та попадання струму високої напруги у звичайні мережі. Другий випадок – це рідкість, трапляється у сильний вітер, ураган. Буває, що лінія живлення електротранспорту (трамваю чи тролейбуса) потрапляє під час урвища на лінії міських мереж. У цьому випадку до мережі може потрапити і 300, і 400 Вольт.

Тепер розглянемо, що відбувається за зникнення «нуля» у внутрішніх будинкових мережах. Цей випадок буває досить часто.Якщо в одному під'їзді будинку використовується дві фази, то при зникненні нуля (наприклад, немає контакту на нулі), відбувається зміна значення напруги на різних фазах. На тій фазі, де навантаження у квартирах менше, напруга буде підвищеною, на другій фазі – зниженою. Причому напруга розподіляється обернено пропорційно навантаженню. Так, якщо в одній фазі навантаження саме в цей момент у 10 разів більше, ніж на іншій, то ми можемо отримати на першій фазі 30 Вольт (низька напруга), а на другій фазі – 300 Вольт (висока напруга). Що призведе до згоряння електричних приладів та, можливо, пожежі.

Чим небезпечна висока та підвищена напруга

Висока напруга є небезпечною для електричних приладів. Значне підвищення напруги може призвести до згоряння приладів, їх перегріву, додаткового зношування. Особливо критичні до високої напруги електронне обладнання та електромеханічні прилади. Також, що особливо небезпечно, підвищена напруга може спричинити пожежу в будинку.

Як захиститися від високої напруги та як знизити напругу в мережі

Щоб захистити свої мережі від підвищеної напруги, піків високої напруги, стрибків струму та перенапруги необхідно використовувати пристрої захисту від стрибків напруги – стабілізатори. Встановлюються стабілізатори на всю квартиру, весь будинок або на окремий прилад, вони мають різні форми та розміри, можуть бути навісними та підлоговими, також можуть мати різне підключення.

Спочатку, коли людина підбирає стабілізатор напруги, його може вразити різноманітність фірм-виробників та моделей стабілізаторів, проте все набагато простіше, ніж здається на перший погляд.Для того, щоб правильно вибрати стабілізатор напруги, достатньо знати загальну потужність споживання від мережі приладів, які ви збираєтеся через нього підключати, зазвичай вона вказується у ватах (Вт) або кіловатах (кВт) в інструкції до приладу. Дізнавшись про цю цифру, ви зможете підібрати стабілізатор спираючись на неї, тільки не забувайте, що для коректної роботи та довгої служби стабілізатора потрібно підбирати стабілізатор із запасом хоча б 20%. Так само, потужність стабілізатора безпосередньо залежить від вхідної напруги, чим вона менша, тим менша потужність приладу, з підвищеною напругою ситуація протилежна, відповідно при виборі стабілізатора слід враховувати і цей фактор.

Висока чи підвищена напруга. Як знизити напругу в мережі

0 - текст кнопки "Купити", якщо = 0, то виводиться кнопка "Повідомити про вступ" 2 Замовлення - даний тип реалізації НЕ враховує залишки, товар з даним типом можна купити завжди, виводиться текст на кнопці "Предзамовлення". 3 Тільки на замовлення - даний тип реалізації, НЕ враховує залишки, такі товари виготовляються на замовлення, виводиться текст на кнопці "Замовити" --> Купити

0 - текст кнопки "Купити", якщо = 0, то виводиться кнопка "Повідомити про вступ" 2 Замовлення - даний тип реалізації НЕ враховує залишки, товар з даним типом можна купити завжди, виводиться текст на кнопці "Предзамовлення". 3 Тільки на замовлення - даний тип реалізації, НЕ враховує залишки, такі товари виготовляються на замовлення, виводиться текст на кнопці "Замовити" --> Купити

Висока та підвищена напруга. Причини виникнення

Як у наших електромережах можуть з'явитися висока чи підвищена напруга? Як правило, до підвищення напруги можуть призвести неякісні електричні мережі або аварії в мережах. До недоліків мереж можна віднести: застарілі мережі, низькоякісне обслуговування мереж, високий відсоток амортизації електрообладнання, неефективне планування ліній передач і розподільчих станцій, зростання кількості споживачів, що не керується. Це призводить до того, що сотні тисяч споживачів отримують високу або підвищену напругу. Значення напруги у таких мережах може досягати 260, 280, 300 і навіть 380 Вольт.

Однією з причин підвищеної напруги, як не дивно, може бути знижена напруга споживачів далеко від трансформаторної підстанції. У цьому випадку часто електрики навмисне підвищують вихідну напругу електричної підстанції, щоб досягти задовільних показників струму останніх в лінії передач споживачів. У результаті, у перших у лінії напруга буде підвищеною. З цієї ж причини можна спостерігати підвищену напругу у дачних селищах. Тут зміна параметрів струму пов'язані з сезонністю та періодичністю споживання струму. Влітку ми спостерігаємо зростання споживання електроенергії. Цього сезону на дачах знаходиться багато людей, вони використовують велику кількість енергії, а взимку споживання струму різко падає. У вихідні споживання на дачних ділянках зростає, а в робочі дні падає. Через війну маємо картину нерівномірного споживання енергії. У цьому випадку, якщо встановити вихідну напругу на підстанції (а вони, як правило, недостатньої потужності) нормальним (220 Вольт), то влітку та у вихідні напруга різко просяде і буде зниженим. Тому електрики спочатку настроюють трансформатор на підвищену напругу.У результаті взимку та в робочі дні напруга у селищах висока або підвищена.

Друга велика група причин появи високої напруги це перекоси по фазах при підключенні споживачів. Часто буває так, що підключення споживачів відбувається хаотично без попереднього плану та проекту. Або під час реалізації проекту чи розвитку поселень відбувається зміна значення споживання різних фазах лінії передач. Це може призвести до того, що на одній фазі напруга буде зниженою, а на іншій фазі — підвищеною.

Третя група причин підвищеної напруги в мережі – це аварії на лініях електропередач та внутрішніх лініях. Тут слід виділити дві основні причини - обрив нуля та попадання струму високої напруги у звичайні мережі. Другий випадок – це рідкість, трапляється у містах у сильний вітер, ураган. Буває, що лінія живлення електротранспорту (трамваю чи тролейбуса) потрапляє під час урвища на лінії міських мереж. У цьому випадку до мережі може потрапити і 300, і 400 Вольт.

Тепер розглянемо, що відбувається під час зникнення «нуля» у внутрішні будинкові мережі. Цей випадок буває досить часто. Якщо в одному під'їзді будинку використовується дві фази, то при зникненні нуля (наприклад, немає контакту на нулі), відбувається зміна значення напруги на різних фазах. На тій фазі, де нині навантаження у квартирах менше, напруга буде завищеною, на другій фазі — заниженою. Причому напруга розподіляється обернено пропорційно навантаженню. Так, якщо на одній фазі навантаження саме в цей момент у 10 разів більше, ніж на іншій, то ми можемо отримати на першій фазі 30 Вольт (низька напруга), а на другій фазі – 300 Вольт (висока напруга).Що призведе до згоряння електричних приладів та, можливо, пожежі.

Чим небезпечна висока та підвищена напруга

Висока напруга є небезпечною для електричних приладів. Значне підвищення напруги може призвести до згоряння приладів, їх перегріву, додаткового зношування. Особливо критичні до високої напруги електронне обладнання та електромеханічні прилади.

Підвищена напруга може призвести до пожежі в будинку, завдати великих збитків.

Як захиститися від високої напруги та як знизити напругу в мережі

Щоб захистити свої мережі від підвищеної напруги, піків високої напруги, стрибків струму та перенапруги необхідно використовувати пристрої захисту від стрибків напруги.
Докладніше див. у розділі "Пристрої захисту від імпульсних перенапруг" . Щоб зменшити напругу, нормалізувати параметри струму необхідно використовувати стабілізатори. Докладніше дивіться у розділі "Стабілізатори напруги".