Устройства для аварийной защиты от превышения сетевого напряжения

Наиболее опасным для электроприборов и радиоаппаратуры является аварийное повышение сетевого напряжения. Это может случиться при обрыве из-за сильного ветра открытой воздушной проводки в линии электропередач и замыкании одного из фазных проводов на нулевой. При этом в сети некоторое время может действовать напряжение до 380 В. Включенные лампочки лопаются, а все остальные радиоэлектронные устройства выходят из строя. Наиболее вероятно такое в сельской местности или на даче, хотя были случаи и в городе. Несмотря на то, что случается такое очень редко, от этого не легче тем, кто пострадал.

Стоящие на сетевом вводе в квартиру плавкие предохранители или электромеханические автоматы срабатывают только при превышении заданного тока (обычно при коротком замыкании в цепи). А ток в цепях значительно возрастает уже в случае повреждения электроприборов и радиоаппаратуры. Это объясняется тем, что при повышении сетевого напряжения на 50% рассеиваемая мощность в потребителях энергии увеличиваются более чем в 2 раза (P=U2/R).

Многие из бытовых электроприборов (электронагреватели, осветительные лампы, холодильник и др.) не боятся пониженного в сети напряжения. Для них в основном и предназначены приводимые ниже две схемы. Они срабатывают только при возрастании питающе го напряжения выше заданного порога и отличаются по своему быстродействию, а значит и области применения.

Самая простая схема, которая может обеспечить защиту ламп освещения или нагревателей в случае аварийного повышения напряжения в сети, показана на рис. 1.1. В исходном состоянии номинал резистора R1 выбирается так, чтобы реле К1 было отключено. Через группы нормально замкнутых контактов К1.1, К1.2 напряжение поступает в нагрузку.

В качестве реле К1 могут быть использованы почти любые на рабочее напряжение обмотки 220 В и меньше (допустимый ток через контакты должен быть не менее 3...5 А, например из серии РПУ). Величина сопротивления резистора R1 зависит от сопротивления обмотки реле, а также его конструкции (подбирается так, чтобы К1 могло сработать при повышении действующего напряжения в сети выше 260 В). При срабатывании реле цепь нагрузки разомкнётся, а дополнительный резистор R2 группой контактов К1.2 будет подключен. Резистор R2 позволит реле устойчиво удерживаться во включенном состоянии. От его величины зависит, при каком уровне пониженного напряжения реле вернется в исходное состояние (отключится).

Для того чтобы исключить дребезг контактов К1.1 при приближении напряжения к пороговому значению, потребуется подогнуть контакты К1.2 так, чтобы они срабатывали раньше, чем К1.1. Недостатком этой схемы является низкая скорость срабатывания, из-за чего она не может надежно защитить не инерционные бы-ювые приборы и радиоаппаратуру.

Большую скоростью срабатывания защиты обеспечивает вторая схема, рис. 1.2. Она питается непосредственно от сети и должна быть подключена в дежурном режиме постоянно. Устройство отличается от опубликованных аналогов [Л2] малым потребляемым током в дежурном режиме — около 2 мА, а при срабатывании защиты — не более 100 мА.

В исходном состоянии реле К1 не включено и на конденсаторе С1 накапливается энергия за счет его заряда от сети через резистор R2. При этом напряжение на С1 превысит необходимое номинальное для работы реле на 30...50%. Это позволяет ускорить срабатывание реле. Стабилитрон VD1 ограничивает величину напряжения на конденсаторе С1 уровнем 33 В (без него напряжение может достигать 340 В).

При увеличении напряжения в сети, как только оно превысит на резисторе R5 порог открывания стабилитрона VD3 — открываются транзистор VT1 и тиристор VS1. За счет накопленной на конденсаторе С1 энергии срабатывает реле К1. Группа контактов К1.1 подключает резистор R1 параллельно с R2. Проходящий через него ток позволяет удерживать реле во включенном состоянии после срабатывания, когда конденсатор разрядится через обмотку реле.

Здесь используется особенность электромагнитных реле — для удержания контактов во включенном состоянии требуется меньший ток, чем для включения. Поэтому включение выполняется при повышенном напряжении, а удержание осуществляется минимально необходимым — это примерно 18 В для типа ТКЕ54.

Отключение нагрузки выполняют группы нормально замкнутых контактов реле К1 (они включены параллельно для увеличения допустимого проходящего тока).

Конденсатор С2 предотвращает срабатывание защиты от кратковременных помех в сети.

Индикатором срабатывания защиты является свечение свето-диода HL1. Диод VD8 предохраняет светодиод от воздействия высокого обратного напряжения.

В случае срабатывания защиты вернуть схему в исходное состояние можно, нажав на кнопку "сброс" (SB1).

В схеме использованы детали: резистор R1 типа ПЭВ на 25 Вт, а остальные — постоянные резисторы типа МЯТ с соответствующей мощностью рассеивания (она указана на схеме). Подстроенный резистор R5 типа СП5-16А-1 Вт. Конденсаторы С1 типа К50-35, С2 — К10-17. В качестве диодов VD1, VD2, VD5...VD7 подойдут любые выпрямительные на ток 0,5 А и обратное напряжение не менее 400 В. Транзистор VT1 КТ3102 можно заменить на КТ315 или КТ312. Стабилитрон VD3 заменяется любым из серии прецизионных с напряжением стабилизации 6,6...9,1 В, VD4 на КС533А.

Светодиод HL1 подойдет любой из серии КИПД или АЛ310А. Вместо светодиода удобно применять также неонку. Тиристор VS1 можно использовать из серий Т112 или Т122, например Т122-20-6 (последняя цифра в обозначении указывает класс допустимого обратного напряжения и в данной схеме значения не имеет). Реле К1 может быть типа ТКЕ54ПОД или более современное из серии РНЕ44. Такие реле допускают коммутацию напряжения 220 В и позволяют пропускать через свои контакты ток более 10 А, а при параллельном их соединении еще больше. Все элементы на схеме, выделенные пунктиром, кроме реле К1, расположены на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1.5...3 мм с размерами 85x50 мм, рис. 1.3.

Для настройки устройства потребуется ЛАТР, позволяющий увеличивать напряжение на входе схемы до 260 В. Уровень повышенного сетевого напряжения, при котором срабатывает защита, устанавливается резистором R5. Номинал резистора R6 зависит от типа используемого светодиода HL1 и подбирается для получения нужной яркости свечения индикатора.

Литература:  И.П. Шелестов - Радиолюбителям полезные схемы, книга 3.