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
- Бутов А.Л. Сетевой фильтр из картриджа фильтра для воды // Электрик. — 2012. — №4. — С.78-79.
- Бутов А.Л. Самодельный удлинитель сети -220 В // Электрик. — 2009. — №10. — С.40-42.
Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.