Воскресенье, 19.11.2017, 11:39
Приветствую Вас Гость | RSS
Главная » Статьи » Каталог статей

Сетевые фильтры и грозозащита

Сетевые фильтры применяются в системах электроснабжения для защиты электрооборудования от высокочастотных помех, импульсных перенапряжений и электростатических зарядов, возникающих в результате:

  • работы бытового и промышленного оборудования
  • перекоса фаз из за неравномерного распределения нагрузки
  • грозовых разрядов и атмосферного электричества
  • переходных процессов при коммутации силовых сетей и трансформаторов

Существует также особый класс сетевых фильтров, используемых как средства защиты информации.

Для защиты электрооборудования от импульсных перенапряжений и электростатических зарядов применяется несколько способов: 

Разрядник

Разрядник - устройство, состоящее из двух или более электродов, разделённых разрядным промежутком, проводимость которого резко меняется при достижении определённой разности потенциалов между электродами - напряжения пробоя. По исполнению разрядники делятся на воздушные и газовые. На рисунках представлены примеры разрядников в разном конструктивном исполнении.

Варистор

Варистор - это нелинейный резистор, сопротивление которого зависит от приложенного к его электродам напряжения. При повышении напряжения выше рабочего напряжения для данного варистора происходит резкое уменьшение сопротивления (до единиц и долей ома) и он шунтирует оборудование или электронный прибор, защищая его таким образом от импульсных перенапряжений. Поглощённая варистором энергия высоковольтного импульса рассеивается в виде тепла. На рисунках представлены примеры варисторов в разном конструктивном исполнении.

Защитный диод

Полупроводниковые диодные ограничители напряжения фиксируют заданный уровень напряжения на защищаемом устройстве. При превышении рабочего напряжения происходит обратимый лавинный пробой диода, он переходит в состояние с низким динамическим сопротивлением. В этом состоянии диодный ограничитель отводит импульсный ток перегрузки от защищаемого объекта и поглощает выбросы напряжения, превышающие напряжение пробоя. 

Трансформатор

В некоторых случаях для защиты от импульсных перенапряжений и высокочастотных помех оказывается удобнее использовать разделительный трансформатор. Трансформатор также позволяет гальванически изолировать друг от друга источник и приёмник электроэнергии. Для минимизации ёмкостной связи между первичной и вторичной обмотками такого трансформатора желательно предусмотреть экранирующую обмотку, которую следует заземлить. 

Основные электрические параметры защитных элементов 

Параметр Разрядники Варисторы Стабилитроны Ограничит. диоды

Диапазон рабочих напряжений, В

75 - 10000 10 - 2000 2.4 - 200 0,7 - 3100
Диапазон допустимых импульсных токов, А 0,5 - 100000 1000 - 60000 10 -100 10 - 600
Диапазон времени срабатывания, нс 250 - 2 сек. 0,5 - 25 10 - 100 0,001 - 0,1
Межэлектронная емкость, пФ 1 - 20 200 - 1500 20 - 100000 2 - 100000
Рабочая температура, °С -55 - +130 -40 - +125 -60 - +170 -60 - +170

Устройства грозозащиты силовых линий 

Для того, чтобы надежно защитить любой объект от воздействия любого вида перенапряжений, в первую очередь необходимо создать эффективную систему заземления и уравнивания потенциалов. При этом желателен переход на системы электропитания TN-S или TN-C-S с разделенными нулевым и защитным проводниками. Этот переход важен не только с точки зрения защиты от импульсных перенапряжений, но и для повышения уровня электробезопасности обслуживающего персонала. Следующим шагом должна стать установка защитных устройств.

В настоящее время применяется зонная концепция защиты от перенапряжений (IEC-1024-1, IEC-1312-1):

 

  • Класс I (В) – защита от прямых ударов молнии в систему молниезащиты здания или ЛЭП. Ограничители импульсных перенапряжений устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Защита класса В должна обязательно устанавливаться на объектах имеющих воздушный ввод. (при импульсе 10/350 мкС, I = 0,5 - 50 кА)
  • Класс II (C) – защита токораспределительной сети объекта от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии. Ограничители импульсных перенапряжений устанавливаются в распределительные щиты. (при импульсе 8/20 мкС, I = 5 кА)
  • Класс III (D) – защита потребителей от остаточных бросков напряжений, защита от дифференциальных (несимметричных) перенапряжений, фильтрация высокочастотных помех. Ограничители импульсных перенапряжений устанавливается непосредственно возле потребителя. (при импульсе 8/20 мкС, I = 1,5 кА) 

Типовая схема подключения защиты представлена на рисунке 1: 

Схема вводного щита

 

В вводном щите находятся рубильник и предохранители FU1-FU3. Элементы защиты (FV1-FV3, RU1-RU3) лучше расположить в отдельном щите, так как при прямом попадании молнии в здание возможно разрушение защитных устройств и повреждение соседних элементов щита. Индуктивности L1-L3 служат в качестве линий задержки для согласования работы разрядников FV1-FV3 и варисторов RU1-RU3. В случае установки разрядников и варисторов в разные силовые щиты с расстоянием между ними более 50 метров индуктивности можно не устанавливать. Предохранители FU4-FU6 и FU7-FU9 устанавливаются в случае, если ток срабатывания предохранителей FU1-FU3 выше тока, рекомендованного производителем для FV1-FV3 и RU1-RU3 соответственно. 

Конструкция фильтра 

Для защиты электрооборудования от высокочастотных помех в сетях питания используются LC фильтры низких частот. Для эффективной и безопасной работы компоненты этих фильтров должны быть рассчитаны на соответствующие токи и напряжения. Схема типового варианта сетевого фильтра представлена на рисунке 2:

 

Схема сетевого фильтра

 

Конденсаторы C1 - C4 - проходные, КБП-Р или КБП-Ф ёмкостью 0,1 - 1 мкФ, рассчитанные на ток 10 или более ампер и напряжение 500 или 1000 вольт. Эти конденсаторы предназначены для подавления индустриальных радиопомех и фильтрации токов высокой частоты в диапазоне от 0,15 до 150 МГц в цепях постоянного, пульсирующего и переменного токов.

При наличии мощных помех радиочастотного диапазона (оборудование связи, медицинские приборы, СВЧ печи) в качестве С3,С4 можно использовать проходной керамический фильтр Б23Б-2 500 В, 25 А, предназначенный для работы в цепях постоянного и переменного тока и в импульсных режимах для подавления высокочастотных помех в диапазоне частот 10 кГц-10 ГГц.

В качестве конденсаторов С5 - С7 можно использовать бумажные или плёночные конденсаторы ёмкостью 0,1 - 0,5 мкФ, рассчитанные для работы в цепях переменного тока напряжением 220 В. Конденсатор С8 - керамический К15-5 4700 пФ 1600 В или аналогичный.

Для эффективного подавления как синфазных, так и противофазных (дифференциальных) помех в дросселях L1 и L2 используется противоположное подключение обмоток. Дроссель L1 можно выполнить на ферритовом двухсекционном каркасе с П-образным или Ш-образным сердечником сечением 1,5 - 2 см2 без зазора или на кольцевом сердечнике с намоткой обмоток на разных сторонах кольца. Обмотка в таком случае будет состоять из 10 - 20 витков медного провода сечением 2 - 3 мм2.

В связи с тем, что в дросселе L2 имеет место подмагничивание большим током потребления источника питания его можно выполнить на ферритовом двухсекционном каркасе с П-образным или Ш-образным сердечником сечением 1,5 - 2 см2, но с зазором 0,5 - 1 мм. Возможно применение дросселей промышленного изготовления с необходимыми параметрами.

Дроссели L3, L4 предназначены для подавления высокочастотных помех и изготовлены из ферритового стержня диаметром 8 - 10 мм. Обмотка состоит из 5 -10 витков медного провода сечением 2 -3 мм2. Для уменьшения межвитковой ёмкости желательно вести намотку с расстоянием 1,5 - 2 мм между соседними витками.

Конструктивно фильтр выполнен в металлическом корпусе, состоящем из трёх отсеков. При сборке фильтра следует обратить внимание на качество электрических контактов между корпусом и крышкой. Необходимым условием надёжной и эффективной работы фильтра является наличие качественного заземления.

Описанный фильтр обладает довольно высокими электрическими параметрами и будет эффективен в большинстве случаев.

При отсутствии жёстких требований к фильтрации сетевого напряжения фильтр можно упростить, удалив некоторые из звеньев. Например сетевой фильтр для питания бытовой аудио - видео аппаратуры может быть изготовлен в соответствии со схемой на рисунке 3.

 

 

  • Проходные конденсаторы - КБП-Ф 0,47 мкФ х 500В
  • Варисторы RU1 - RU3 - SIOV B32K275
  • Дроссели - 2 сложенных вместе ферритовых кольца 65х40х10мм из феррита М2000
  • Обмотка состоит из 2х20 витков медного провода сечением 3мм2
  • Сетевые розетки должны быть рассчитаны на ток 16 А

Устройство состоит из трёх отдельных фильтров (для исключения влияния аудио - видео компонентов друг на друга) и монтируется в металлическом экранированном корпусе с тремя сетевыми розетками. Варисторы целесообразно закрыть металлической крышкой, чтобы защитить другие компоненты фильтра в случае разрушения варисторов грозовым разрядом.

Категория: Каталог статей | Добавил: tomm (16.01.2015)
Просмотров: 818 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика Счетчик PR-CY.Rank electromontag-pro.ru trustrank electromontag-pro.ru Real PageRank
Рейтинг и каталог сайтов ElectroTOP Счетчик PR-CY.Rank