Сетевой фильтр для питания мультимедийной радиоаппаратуры

Предлагаемый фильтр питания, по уровню предоставляе­мой им защиты, в большинстве случаев, окажется значитель­но эффективнее, чем фильтры, встроенные в недорогие се­тевые удлинители-разветвители промышленного изготовления,

Около двадцати лет назад автор этой статьи стал свиде­телем необычного природного явления. Тёмным зимним ве­чером на воздушной линии электропередачи напряжения 0,4 кВ, прямо на проводах, стали возникать из ниоткуда жёл­то-белые шары размером примерно с баскетбольный мяч, с шипением эти шары со скоростью около 8 км/ч стали ка­таться в одном направлении по проводам как настоящие мячи, а дойдя до изоляторов, закреплённых на электричес­ких столбах, взрывались салютом искр. При этом сами про­вода стреляли электрическими молниями длиною в несколь­ко метров по ближайшим строениям.

Когда через несколько минут я зашел в служебные по­мещения, то перед моими глазами предстала такая карти­на — из разветвительных коробок, выключателей освещения, розеток в направлении ближайших стен били молнии длиною до одного метра. В одну из таких розеток был включен те­левизор, который продолжал безупречно работать, хотя в не­скольких десятках сантиметров от стола с телевизором, в ро­зетке, куда был вставлен его шнур, играла молниями с кир­пичной стеной. Телевизор был ламповый «Рекорд-6». Все эти явления продолжались около десяти минут на линии элект­ропередачи протяжённостью около 300…500 метров. Хотя атакованы молниями были преимущественно деревянные стро­ения, пожаров не возникло. Находящаяся поблизости элект­роподстанция 35 кВ/0,4 кВ задымилась, но электроснабже­ние не прерывалось. Увидеть ещё хотя бы раз такое явле­ние и записать на видео такое необычное шоу мне пока не довелось.

Современная радиоаппаратура с импульсными блоками питания гораздо более чувствительна к различным аномаль­ным явлениям в сети переменного тока 220 В, чем аппара­тура с классическими понижающими трансформаторами. На­ибольшую опасность представляют удары молнии во время грозы, которые иногда случаются неожиданно, когда гроза ещё вроде бы где-то далеко, или когда она уже вроде бы как пол часа назад закончилась.

Для радиоаппаратуры опасны как прямые попадания мол­нии в трехфазную электросеть 0,4 кВ, так и попадания мол­нии в близкорасположенные объекты. Также для радиоаппа­ратуры опасны высоковольтные импульсы напряжения руко­творного характера, например, возникающие в моменты ком­мутации питания индуктивных нагрузок, подключенных к се­ти 220/380 В переменного тока: мощных электродвигателей, трансформаторов, мощных электромагнитов и т.п.

Чтобы повысить надёжность работы вашего домашнего оборудования, можно изготовить несложный сетевой фильтр, принципиальная схема которого показана на рис.1. Устрой­ство предназначено для подключения к нему телевизоров, радиоприёмников, усилителей, компьютеров, компьютерной оргтехники и других аналогичных потребителей тока сети 220 В / 50 Гц. Если в вашем домашнем электрохозяйстве уже имеются какие-нибудь защитные фильтры, то можно вклю­чить несколько таких устройств последовательно, что увели­чит степень защиты. Конструкция предназначена для подклю­чения к обычным сетевым электророзеткам и не предназна­чена для установки в распределительные электрощитки.

Напряжение сети переменного тока 220 В подаётся на вилку ХР1, ток проходит через плавкий предохранитель FU1 и поступает на двухзвенный LC фильтр, состоящий из дву­хобмоточного дросселя L1, двух одинаковых дросселей L2, L3 и помехоподавляющих конденсаторов С1 — СЗ. Также в устройстве остановлены три звена подавления высоковольт­ных импульсных помех.

Первое звено выполнено на двух вакуумных разрядни­ках FV1, FV2 с напряжением срабатывания около 1000 В по­стоянного тока.

Второе звено защиты реализовано на дисковом варисторе RU1 с классификационным напряжением около 620 В.

Третье звено защиты реализовано на двух варисторах RU2, RU3 с классификационным напряжением 430 В. Эти же варисторы могут защитить подключенные к фильтру нагрузки в случае аварии в электросети, когда вместо напряжения 220 В в ваших розетках появится 380 В.

После та­кого инцидента RU2, RU3 ско­рее всего окажутся безнадёжно поврежденными с физическим разрушением кор­пуса, пожертвовав собою, на­пример, ради спасения вашего гигантского современного телевизора. Включенный в ди­агональ выпрямительного моста VD1 — VD4 светодиод HL1 светит при наличии напряжения питания, кроме того, цепь R1, R2, VD1 — VD4, HL1 разряжает конденсаторы С1 — СЗ после отключения фильтра от сетевой розетки.

Конструкция и детали

Вид на монтаж элементов показан на рис.2. Монтаж на­весной, силовые линии выполнены многожильным монтаж­ным проводом в ПВХ изоляции с сечением по меди 1 мм². Резисторы можно применить типа МЛТ, РПМ, С2-23, С2-33.

Конденсатор С1 керамический типа К15-5 или аналог на рабочее напряжение постоянного тока не ниже 3 кВ ёмкос­тью 2200 пФ…0,01 мкФ. Конденсатор С2 типа К78-2 или ана­лог ёмкостью 0,033…0,1 мкФ на рабочее напряжение 1000 В постоянного тока. Конденсатор СЗ плёночный ёмкостью 0,1…0,22 мкФ на рабочее напряжение не ниже 250 В переменного тока или не ниже 630 В постоянного тока, вместо импортного подойдёт отечественный типа К73-17, К73-24.

Двухобмоточный дроссель L1 намотан на ферритовом стержне 600НН диаметром 8 мм и длиной 70 мм, каждая обмотка содержит по 12 витков самодельного литцендрата 10×0,27 мм из обмоточного провода. Литцендрат применён для удобства намотки. Ферритовый стержень перед уклад­кой обмоток обматывают несколькими слоями офисной бу­маги, которую затем пропитывают цапонлаком. Готовый дрос­сель пропитывают лаком ХВ-784 или аналогичным. Для дрос­селей L2, L3 используются броневые сердечники Б36 из низкочастотного феррита. Каждый дроссель содержит по 30 витков такого же провода, что и L1. Намотка на каркасах виток к витку, после каждого слоя обмотки прокладывают слой изоляции из лакоткани, слюды или тонкой бумаги. Об­мотки должны быть надёжно изолированы от ферритового сердечника, а сами сердечники должны быть изолированы от любых других токоведущих частей конструкции.

Вакуумные разрядники FV1, FV2 взяты с плат кинеско­па от импортных телевизоров или мониторов. Вместо двух таких разрядников можно установить один более мощный, например, фирмы Epcos на напряжение 800… 1200 В. Нель­зя соединять последовательно несколько низковольтных раз­рядников. При отсутствии подходящих разрядников на их место можно установить один дисковый варистор на класси­фикационное напряжение 910 В, например, FNR-20K911. Варистор MYG20-621 в этой конструкции можно заменить на FNR-20K621, FNR-20K681. Вместо варисторов MYG20-431 можно применить FNR-20K431, FNR-20K471.

Светодиод L-1503GD зелёного цвета свечения, диаметр линзы 5 мм, можно заменить АЛ307, КИПД40. Вместо дио­дов 1N4148 подойдут КД510, КД521, КД522, КД209. Диоды и резисторы установлены на монтажной плате со стороны со­единений. Светодиод установлен на передней панели устрой­ства. Держатель предохранителя ДВП-7, предназначен для плавких предохранителей с длиной корпуса 30 мм. Более рас­пространённые плавкие предохранители с длиной стеклянно­го или керамического корпуса 20 мм для работы в этом ус­тройстве непригодны. Держатель предохранителя установ­лен на передней панели устройства, на ней же размещена типовая сетевая розетка XS1 без внешнего защитного кор пуса. При токе подключенной нагрузки 10 А на всех эле­ментах конструкции, включая 2 м соединительного провода с вилкой ХР1, теряется около 4 Вт мощности, что немного.

Корпус для этого фильтра должен быть изготовлен из не­возгораемого материала. Автор применил готовую латунную коробку размерами 130x104x48x0,6 мм. В корпусе не должно быть вентиляционных отвер­стий. Монтажная плата устанавливается в этот корпус на ме­таллических втулках. В месте расположения монтажной пла­ты внутрь коробки вклеивают П-образный изолятор из плот­ного электрокартона, пропитанного цапонлаком. Для прикле­ивания можно применить лак ХВ-784. Безошибочно изготов­ленное устройство начинает работать сразу и не требует на­лаживания.

Эта конструкция представляет собой лишь дополнитель­ное звено защиты от аномальных напряжений и импульсных помех. Поэтому её наличие в цепи электропитания не отме­няет желательности наличия узлов защиты внутри конечных потребителей тока, например, в компьютерном БП, телефон­ной «зарядке», и во входном распределительном щитке. В то же время, в реальности, из-за экономии или разгильдяй­ства, часто отсутствует и первое, и второе, а тот хиленький варистор, что установлен в вашем красивом сетевом удли­нителе-разветвителе за 5… 10 USD, ничего кроме успокое­ния совести изготовителя не даёт.

Литература

1. Бутов А.Л. Сетевой фильтр для устройств с коллектор­ными электродвигателями. // Электрик. — 2008. — № 11-12. — С.93.
2. Бутов А.Л. Сетевой фильтр из картриджа фильтра для воды. // Электрик — 2012. — № 4. — С.78-79.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба Ярославской обл.
Источник:  журнал Электрик №10, 2015