Защита бытовых электроприборов от импульсных перенапряжений

В статье рассматривается простое устройство для защиты электроприборов от выбросов напряжения в однофазной сети 220 В/50 Гц.

Скачки напряжения в питающей сети 220 В/50 Гц представ­ляют значительную опасность для подсоединённых к ней раз­личных электроприборов. Подключенное к осветительной сети оборудование обычно может быть подвержено двум видам повреждений — высоковольтными импульсами напряжения, вы­званными, например, грозовыми разрядами, импульсами са­моиндукции обмоток мощных электродвигателей или трансфор­маторами сварочных аппаратов, а также повреждениям из-за повышенного напряжения, вызванными неисправностями в ли­ниях электроснабжения и распределительных цепях.

Наиболее подвержено повреждениям оборудование, под­ключенное к сети 220 В/50 Гц круглосуточно. Чтобы умень­шить вероятность повреждения домашних электроприборов от аномальных напряжений в электросети, можно изгото­вить несложное компактное устройство. Предлагаемая для повторения конструкция, в первую очередь, предназначена для защиты холодильников и морозильных камер от всплес­ков напряжения сети, а также снижает уровень передавае­мых в сеть электрических помех, создаваемых холодильны­ми агрегатами при включении и выключении компрессора.

На рис.1 показана принципиальная схе­ма защитного устройства. Напряжение сети переменного тока 220 В через синфазный дроссель L1 и плавкий предохранитель FU1 поступает на LC-фильтр, реализованный на конденсаторах С1, С2 и дросселе L2. Этот фильтр подавляет в широком диапазоне ча­стот импульсные помехи, как поступающие из питающей сети к нагрузке, так и созда­ваемые самой нагрузкой, которые, проникая в сеть питания 220 В, могут вызвать сбои в работе электронного оборудования.

Рис. 1

Параллельно включенные варисторы RU1-RU3 гасят вы­соковольтные выбросы в сети питания, которые могут при­вести к пробою изоляции обмоток электродвигателя холо­дильного агрегата и (или) повреждению его электронных уз­лов. В случае если длительность высоковольтного импульса не превышает единиц миллисекунд, относительно мощные ва­ристоры способны поглотить энергию таких импульсов без собственного повреждения. При более длительных повыше­ниях напряжения питания, например, когда из-за аварии в сети электроснабжения напряжение переменного тока по­вышается до 320…450 В, протекающий через варисторы ток резко увеличивается.

Если в течение нескольких десятков миллисекунд не пе­регорит плавкий предохранитель, то один или несколько варисторов пробиваются, что приводит к перегоранию плавко­го предохранителя FU1, фильтр и нагрузка обесточиваются. Применённый тип варисторов открывается при амплитуде на­пряжения около 470 В, что соответствует действующему значению напряжения сети переменного тока около 335 В.

Собственная ёмкость каждого варистора около 900 пФ. При напряжении в питающей сети более 270…290 В, возмо­жен незначительный нагрев корпусов варисторов без их по­вреждения. Сверхъяркий светодиод синего цвета свечения HL1 сигнализирует о наличии напряжения питания и ис­правности фильтра. Резистор R1 разряжает конденсаторы С1, С2 при отключении фильтра от сети. Диод VD2 защищает све­тодиод от пробоя обратным напряжением, что нередко слу­чается со светодиодами синего и белого цвета свечения при питании от сети переменного тока даже при наличии выпря­мительного диода VD1.

Конструкция и детали

Устройство было собрано в корпусе размерами 110x58x48 мм. Вид на монтаж фильтра показан на рис.2. Все сильноточные цепи выполняют проводом с сечением по меди не менее 0,75 мм². Конденсаторы применены плёночные импортные, рас­считанные на рабочее напряжение переменного тока 275 В.

Рис. 2

Вместо таких конденсаторов можно применить отечествен­ные полиэтилентерефталатные К73-17, К73-24 на рабочее на­пряжение постоянного тока 630 В ёмкостью 0,1…0,47 мкФ.

Резисторы типа ОМЛТ, С2-23, С2-33 мощностью 1 Вт. Ди­од 1N4007 можно заменить 1N4004-1N4006, КД243Д, КД247Г. Вместо диода 1N4148 можно применить КД510, КД512, КД521, КД522. Светодиод подойдёт любой общего применения, же­лательно с повышенной светоотдачей, например, RL30, КИПД40, КИПД66.

Варисторы FNR-20K471 можно заменить другими, имею­щими в маркировке последовательность символов «20К431» или «20N471.20». Например, подойдут варисторы MYG20-471, FNR-20K431, GNR20D431K, LF20K471U, LF20K431U, TVR20471. Поскольку предлагаемая конструкция предназначена для непрерывной круглосуточной работы, применять менее мощ­ные варисторы (меньшего диаметра) нежелательно. Варис­торы предпочтительнее смонтировать так, чтобы при необ­ходимости их можно было заменить, не демонтируя монтажную плату из корпуса. Корпус варисторов, для защиты от возгорания, желательно неплотно обернуть тонкой асбесто­вой бумагой или стеклотканью без пропитки смолой.

применение предохранителя на зна­чительно больший ток необходимо по той причине, что в момент вклю­чения компрессора примерно в те­чение 1 с потребляемый холодиль­ной установкой ток в несколько раз больше.

Если вы располагаете малога­баритным автоматическим термопредохранителем на ток 3 А (рис.3), то его можно будет включить по­следовательно с плавким предохра­нителем (или вместо него), что уменьшит расход плавких предохра­нителей.

Рис. 3

Дроссель L1 представляет собой ферритовый цилиндр длиной 20…30 мм, надетый на питающий провод (рис.4). Дроссель L2 содержит 20 витков, намотанных в один ряд про­водом ПЭВ-2 диаметром 0,82 мм на ферритовом кольце 2000НН размерами 25x14x10 мм. Меж­ду началом и кон­цом обмотки не­обходимо оста­вить зазор около 5 мм. Перед ук­ладкой обмотки сердечник дроссе­ля обматывают лакотканью.

Рис. 4

Предохранитель FU1 — любой плавкий на рабочее на­пряжение переменного тока 250 В и ток 5…8 А. Держатель предохранителя — типа ДП1-ЦМ. Современные холодильники во время работы компрессора потребляют от сети ток 1…2 А,

Безошибочно изготовленное из исправных дета­лей устройство начинает работать сразу и не требует настройки. При эксплуатации устройства следует учи­тывать, что все его элементы находятся под опасным на­пряжением сети. Конструкцию также можно использовать для защиты электрооборудования мощностью до 1 кВт. Рассмо­тренное устройство желательно применять для индивидуаль­ной защиты электроприборов как «последнее звено» совме­стно с комплексными системами защиты от аномальных се­тевых напряжений.

Литература

1. Бутов А.Л. Сетевой фильтр из картриджа фильтра для воды // Электрик. — 2012. — №4. — С.78-79.
2. Бутов А.Л. Самодельный удлинитель сети -220 В // Эле­ктрик. — 2009. — №10. — С.40-42.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.