Устройство защитного отключения потребителей от сети 230 В / 50 Гц

Внезапные кратковременные отключения электроэнергии на время от долей секунды мо­жет спровоцировать повреждение электроуста­новок, электронного оборудования, привести к нарушению режимов технологических процес­сов. Чтобы не допустить самопроизвольного включения электрооборудования после кратко­временного отключения электроснабжения, можно изготовить несложное устройство.

С негативными последствиями кратковремен­ного отключения электроснабжения на время от нескольких десятков-сотен миллисекунд можно столкнуться не только на производстве, но и в до­машних условиях. Это, например, такие явления, как внезапные перезагрузки компьютера, само­произвольно включившийся посреди ночи телеви­зор, нарушение режима работы стиральной маши­ны, что может грозить затоплением. Из-за боль­шой и неодинаковой инерционности электромаг­нитных пускателей, клапанов, электрозадвижек может нарушиться работа системы подачи топлива и воздуха в котельных, что при ослабленном за го­ды однообразной работы внимании обслуживаю­щего персонала может потребовать или замены поврежденных котлов, или постройки новой ко­тельной, на месте разрушенной старой. Следует особо отметить, что нередко кратковременные от­ключения электроснабжения предвещают о том, что на подходе сильная гроза и/или вскоре про­изойдет какая-либо авария — полное длительное отключение электроснабжения или значительные отклонения напряжения от номинального. Причи­нами хаотичного прерывания электроснабжения могут быть банальное плохое состояние воздуш­ных, подземных линий электроснабжения и распределительных узлов, а также силь­ный ветер, удары молнии, сидящие стаи птиц на сильно провисающих проводах, эксперименты соседа-мастера, развле­чения школьников, закидывающих на провода всякий металлический мусор.

Чтобы предотвратить самопроизволь­ное и обычно уже ненужное включение электроустановок после отключения на­пряжения сети, можно собрать неслож­ное быстродействующее устройство, схема которого показана на рис.1. Кон­струкция представляет собой электрон­но-механический коммутатор напряже­ния сети переменного тока. После поступления на устройство напряжения питания все его узлы и подключенная нагрузка обес­точены, так как контакты электромагнитного реле К1 и кнопки SA1 разомкнуты. Чтобы включить пи­тание, требуется на короткое время замкнуть кон­такты кнопки SA1. На устройство поступит напря­жение питания, контакты реле К1.1, К1.2, вклю­ченные параллельно для повышения надежности, замкнутся, и кнопку SA1 можно будет отпустить.

Рис. 1

Напряжение сети переменного тока 230 В вы­прямляется диодным мостом VD1. Избыток на­пряжения гасится конденсаторами С2, С3. Резис­тор R3 ограничивает при включении импульсный ток через С1-С3 и диоды выпрямительного мос­та. Конденсатор С1 сглаживает пульсации вы­прямленного напряжения. Светящийся 2-кристальный светодиод HL1 информирует о работе устройства. Два последовательно включенных от­носительно мощных варисторов RU1, RU2 гасят кратковременные всплески напряжения сети. При продолжительном увеличении напряжения сети выше 310 В варисторы повреждаются, что приво­дит к перегоранию плавкого предохранителя FU1.

Когда электроснабжение стабильно, напряже­ние затвор-исток полевого транзистора  VТ1 око­ло 3…3,5 В, транзистор открыт и малым сопро­тивлением открытого канала шунтирует цепь уп­равляющий электрод-катод тиристора VS1, пре­пятствуя его открыванию. Конденсатор С5 пре­пятствует открыванию тиристора в момент пода­чи напряжения питания, так как из-за того, что для его зарядки требуется некоторое время, в те­чение которого VТ1 закрыт. Подключение кон­тактной группы К1.3 реле следует выполнить так, чтобы при отсутствии напряжения питания кон­денсатор С5 был зашунтирован. Когда на корот­кое время сеть обесточива­ется, конденсатор С4 быст­ро разряжается через рези­стор R6, транзистор VТ1 за­крывается, открывается ти­ристор VS1, который шунти­рует цепь питания обмотки реле К1. Якорь реле отпус­кается, контакты К1.1, К 1.2 размыкаются, К1.3 замыка­ются, устройство и подклю­ченная к нему нагрузка обесточиваются. Повторное самопроизвольное включе­ние устройства и подклю­ченных к нему нагрузок ис­ключено. Емкость конденса­тора С4 должна быть воз­можно меньшей, но доста­точной, чтобы не происходило ложных отключе­ний питания нагрузки.

Резистор R2 уменьшает максимальный им­пульсный ток через светодиод НL1. Диод VD2 пре­дотвращает заряд конденсатора С4 от заряженно­го конденсатора С1 после отключения сетевого напряжения. Резисторы R4, R7 ограничивают им­пульсный ток через открывающийся тиристор VS1. Замыканием контактов маломощной кнопки SА2 можно в любой момент принудительно отключить питание, что превращает эту конструкцию в пол­ноценный электронный выключатель, наделенным дополнительными возможностями.

Конструкция и детали

Устройство можно смонтировать на печатной плате, эскиз которой показан на рис.2. На ней размещены все элементы, кроме кнопок и плав­кого предохранителя. Вид на монтаж показан на фото в конце статьи.

Рис. 2

В конструкции можно применить резисторы типов РПМ, РПМ2, МЛТ, С2-23, С1-4, С1-14. Ре­зистор R3 желательно взять невозгораемый типа Р1-7-1, Р1-7-2 или импортный разрывной.

Варисторы FNR-20К431 можно заменить FNR-20К471, FNR-14К431, FNR-14К471, MYG20-471, TVR14471.

Оксидный конденсатор С5 — К50-35, К50-68, К50-24, К50-29 или аналогичный импортный. Ос­тальные конденсаторы пленочные типа К73-17, К73-24, К73-39. Конденсаторы С2, СЗ должны быть на рабочее напряжение не менее 630 В по­стоянного тока (С2 на фото) или не менее чем на 250 В переменного тока (СЗ на фото).

Диодный мост КЦ407А можно заменить КЦ422Г, DВ104-DB107, RW154-RW157, RС204-RС207, КВР04-КВР10. Диод 1N4005 можно заменить любым из КД209А-В, КД105Б-Г, КД247В-Д,  RL104-RL107, 1N4004-1N4007. Кроме того, че­тырьмя диодами 1N4005 или 1N4006, 1N4007, включенными по мостовой схеме, можно заме­нить диодный мост VD1. Диод КД522А можно за­менить любым из КД510, КД521, КД522, 1N4148, 1N914, 1SS176S. Стабилитрон 1N4730А в этой конструкции заменяют КС133Г, КС126В, 1N4729А, TZMC-3V3, TZMC-3V6.

Светодиод НL1 использован красного цвета свечения производства фирмы Kingbright. Можно заменить любыми из серий L-937, L-117, L-57, КИПД23.

Транзистор VТ1 маломощный высоковольтный n-канальный обогащенного типа с изолирован­ным затвором. Подойдут любые из серий КП501, КП502, КП504, К1014КТ1, КР1014КТ1, КР1064КТ1, ZWN2120, ZN2120, ВSS124, ВSS88. При заменах следует учитывать, что упомянутые транзисторы имеют разные цоколевку и тип корпуса.

Тиристор МСR100-6 можно заменить МСВ100-8, Х0205МА1ВА2, X0205NA1BA2, Х0405МF1АА2, Р011DА1ААЗ, Р0118DА1ААЗ.

В устройстве применено электромагнитное реле типа РП21-УХЛ4 по ГОСТ17523-85, имею­щее относительно высокоомную обмотку сопро­тивлением около 5,8 кОм. Его можно заменить близким по параметрам РПУ-0-УХЛ4 с обмоткой сопротивлением около 5,2 кОм. Обмотка этих ре­ле рассчитана на работу при напряжении 230 В переменного тока. При работе реле на постоян­ном токе напряжение на обмотке должно быть в 2-3 раза меньшим.

Контакты кнопки SА1 должны быть рассчитаны на ток не менее 10 А. Эта кнопка без фиксации положения. Кнопка SА2 любая маломощная с пластмассовым толкателем. Обе кнопки с нор­мально разомкнутыми контактами. Для повыше­ния безопасности пользования устройством и подключенных к нему нагрузок, фазировку под­ключения к сети желательно выполнить таким об­разом, чтобы «фаза» поступала на верхний по схеме рис.1 контакт «Сеть ̴ 230 В».

Поскольку полевые транзисторы имеют боль­шой разброс в пороговом напряжении открыва­ния, для подстройки времени срабатывания уст­ройства может потребоваться подбор сопротивле­ния резистора R6. Для удобства на место этого ре­зистора можно установить малогабаритный подстроечный резистор сопротивлением 47…68 кОм. Рекомендуемое время срабатывания отключения устройства от сети 100…200 мс. Для коммутации нагрузок общей мощностью более 2 кВт целесо­образно использовать электромагнитный пуска­тель, обмотка которого коммутируется контакта­ми реле К1. Для повышения функциональных возможностей конструкции ее можно интегриро­вать в одно устройство с конструкциями, собран­ными по публикациям [1-3].

Фото устройства

При настройке и эксплуатации устройства сле­дует учитывать, что все ее элементы находятся под напряжением сети переменного тока 230 В. Знак «массы» используется на рис. 1 только для удобства начертания схемы, соединять «общий провод» с металлическим корпусом устройства или его шасси нельзя.

Литература

1. Бутов А.Л. Автономный сигнализатор от­ключения напряжения сети // Электрик. — 2003. — №2. — С.2.
2. Бутов А.Л. Простой индикатор напряжения сети 220 В на аналоге динистора // Электрик. — 2011. — №1-2. — С.56-57.
3. Бутов А.Л. Удлинитель сети 220 В с сигнали­зацией // Электрик. — 2010. — №9. — С.58-59.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.
Источник: Радиоаматор №6/2016