Myslím, že se nebudu moc mýlit, když řeknu, že poměrně velké množství lidí zažilo selhání elektronických zařízení v důsledku vysokého napětí. To se děje z různých důvodů, ale výsledek je téměř vždy stejný, shoří zdroj.
Stejně jako existují různé důvody pro tento výskyt, existují různé metody, jak se s tím vypořádat, a o tom si dnes povíme.
Přepětím v tomto případě myslím dlouhodobě vyšší napětí než 242-252 voltů na vstupu zařízení.
Příčin vzniku přepětí v elektrické síti je mnoho, nejčastější jsou překrývání vodičů vlivem větru nebo sněhu, přetržení vodičů, nulové vyhoření a v poslední době přibyl minimálně jeden další, ničení rozvoden.
Samozřejmě existují i impulzní přepětí např. v důsledku výbojů blesku, ale to je jiné téma a další způsoby ochrany.
Co je obvykle chráněno. No, alespoň můžete dát relé ochrany proti přepětí, metoda je jednoduchá, účinná, relativně spolehlivá, i když má určité nevýhody, například pokud relé selže, všechna zařízení k němu připojená zůstanou bez ochrany.
Jako další řešení chraňte zařízení lokálně a někteří výrobci domácích spotřebičů to nabízejí. Nebudu říkat, jestli to funguje špatně nebo dobře, to je fakt.
A právě to bych dnes o takové možnosti ochrany rád řekl a ukázal na reálném příkladu.
Obecně na takovém způsobu ochrany není nic inovativního, proč není zabudován všude? Ano, pak je to alespoň krátkodobě drahé a dlouhodobě nerentabilní. Ve skutečnosti je první omezen samotnými kupujícími, taková zařízení jsou otřepaná dražší a druhá je omezena výrobci, protože je snazší odmítnout záruku, než vyrobit spolehlivé zařízení.
Co se obvykle dělá pro ochranu. Maximálně dají varistor, který v některých situacích může skutečně chránit kvůli samovolnému zhroucení a v důsledku toho spálení pojistky. Bohužel tato možnost ochrany nefunguje vždy, ne všechna zařízení ji mají a kromě toho je někdy hodnocení varistoru tak vysoké, že může pomoci pouze s vysokonapěťovým impulsním šumem.
Nejčastěji má varistor jmenovité napětí 470 voltů a v některých situacích opravdu pomáhá, ale ochrana je jednorázová.
Další řešení, funkce OVP v napájecích zdrojích to není zdaleka vždy implementováno, dokonce častěji není, než je. Jako příklad lze uvést napájecí obvod založený na čipu od Power Integrations a ochranném obvodu UVP/OVP. Sám výrobce to uvádí
Když je MOSFET vypnutý, schopnost usměrněného stejnosměrného vysokonapěťového rázu se zvýší na jmenovité napětí MOSFETu (700 V), kvůli absenci odraženého napětí a svodových špiček na kolektoru.
Ve volném překladu – když je vstupní napětí vyšší než určité, pak zablokujeme činnost vysokonapěťového tranzistoru a protože je 700 voltů a nedochází k napěťovým rázům kvůli provozu, zdroj vydrží vysokého napětí.
Třetím řešením je případ, kdy je zdroj jednoduše původně navržen tak, aby pracoval při tomto napětí. Ve skutečnosti je vše jednoduché, v síti můžeme získat maximálně 380/400 voltů (mimo mimořádných případů), což znamená, že výrobou napájecího zdroje pro vstupní napětí 400 voltů je nám jedno, co má na vstupu.
Tato možnost je svým způsobem výhodná, ale je dražší a kromě toho při napětí 220/230 voltů a ještě více při 180-190 pracuje v méně optimálním režimu, což snižuje její účinnost, a účinnost také klesá kvůli vyššímu napětí výkonových tranzistorů.
Níže na fotografii jsou příklady napájecích zdrojů, pro které je provozní rozsah deklarován 100-520 a 80-580 VAC.
Je pravda, že existuje samostatná kategorie s automatickým spínáním 115/230 voltů, ale takové napájecí zdroje nejsou široce používány a jsou omezeny pouze na mechanický spínač.
Existuje poměrně málo recenzí napěťových relé, vysokonapěťové zdroje se používají zřídka, takže bych se rád pozastavil nad možností ochrany na úrovni napájení.
Jako příklad implementace přepěťové ochrany na spotřebitelské úrovni můžeme považovat ovladače LED svítidla LRC-60, zejména proto, že právě osvětlení je oblastí, kde je výpadek napájení znatelnější. A jelikož se takové ovladače používají i v pouličním osvětlení, může být skupinová ochrana nepohodlná, protože při její poruše přijdeme o celou větev osvětlení a ne jen o jednu lampu.
Měl jsem dva ovladače najednou, i když ve skutečnosti je to stejný ovladač, ale jeden má výkon IP66, druhý má IP20.
Rozsah provozního napětí se vztahuje k rozsahu, ve kterém driver napájí zátěž, ale udává se, že driver je schopen odolat vstupnímu napětí až 380 voltů po relativně dlouhou dobu.
Vzhledem k tomu, že stupeň ochrany je jiný, je tedy jeden ovladač naplněn směsí, druhý je „nahý“.
Jako příklad uvedu vycpání ovladače s IP20
Ne, samozřejmě, jsem jednoduchý člověk a v zásadě bych dokázal rozeznat zatopeného řidiče, jak už jsem to udělal v jedné z recenzí, ale podle mého názoru mít řidiče bez naplnění rukou je už přehnané .
Mimochodem, na fotografii je předchozí model, také vydržel 380 na vstupu, ale důležitým rozdílem nového je přítomnost aktivního korektoru.
Něco mě přivedlo, vraťme se k tématu článku.
Jaké prvky určují, zda zdroj vydrží vysoké vstupní napětí a zároveň se podívejte na příklad tohoto ovladače.
Varistor na vstupu sítě, přirozeně za pojistkou (i když jsem se s tím tak nějak setkal už dříve.), 680 voltů, respektive konvenčně na 475 střídavých, to znamená, že je zde na ochranu proti impulsnímu šumu. Mimochodem připomínám, že zde je na varistoru indikováno stejnosměrné napětí, u AC je ekvivalentní amplitudě, ale např. u varistorů Epcos udávají aktuální napětí.
X-kondenzátor musel být připájen, aby bylo vidět hodnotu, nebo spíše napětí. Tady to stojí 400 voltů a to je docela důležité, protože obvykle dávají do zdrojů 250-300 voltů. Existují dva takové kondenzátory, před a za společnou tlumivkou.
Další varistor, 470 voltů, soudě podle mazaného spínacího obvodu, je tu pro tlumení jednotlivých pulzů, ale zároveň neovlivňuje trvale pracující napětí.
Mezivinutí Y-kondenzátor, stejně jako X-kondenzátory, jsou různé, přesněji dva typy, Y1 a Y2, první je odolnější vůči vysokonapěťovým impulsům, ale v tomto případě není kondenzátor pouze Y1, ale i s napětím do 400 voltů.
1, 2. Ve skutečnosti se v některých situacích zvyšuje bezpečnost také sériovým zapojením, zejména u kondenzátorů Y, protože na nich může záviset život člověka. Na fotografii je pár Y-kondenzátorů pro 250 voltů zapojených do série.
3. Dělají to také s X-kondenzátory, i když mnohem méně často.
4. V některých situacích jsou pro zvýšení bezpečnosti SMPS instalovány také dvě pojistky na vstupu, pro nulu a fázi, i když někdy jsou dvě pojistky instalovány v sérii, například před a za varistorem, a s různá hodnocení, ale to je spíše výjimka.
V každém případě není bezpečnost nikdy zbytečná, někdy si lidé nemyslí, že fáze a nula na vstupu SMPS jsou označeny z nějakého důvodu, a to z důvodu bezpečnosti, protože pojistka je umístěna přesně na fázovém vodiči.
Řídicí deska je z důvodu kompaktnosti ve formě submodulu, ale obecně zde jde o to, kolik stojí vysokonapěťový tranzistor, protože také určuje odpor SMPS vůči vysokému vstupnímu napětí. WML08N80M3, 800V, 7A, velmi dobrý a tady se může někdo zeptat, proč nedají tak vysokonapěťové tranzistory do všech SMPS? Odpověď je velmi jednoduchá, čím vyšší je tranzistor napětí, tím obvykle má vyšší odpor otevřeného kanálu, respektive vyšší pokles, zahřívání a snížení účinnosti. Častěji se u takových obvodů používají tranzistory 500-650 voltů.
A samozřejmě pár testů a názorná ukázka, ke které jsem kromě ovladače potřeboval i zátěž, kterou budou dva LED panely.
Každý panel se skládá z 54 LED zapojených podle schématu 6P9S, tzn. celkové napětí je cca 26-27 voltů, driver je do 60 voltů, protože jsou dva panely.
Na dvou panelech driver vyrábí 52.8 voltu, to si určují samy panely, proud je cca 900mA, ale to už určuje driver, skutečný proud a napětí je uvedeno v názvu 60-900.
Panely byly vybrány z nějakého důvodu, chtěl jsem se dostat k zátěži blízko maxima 54W, dostal jsem asi 47W. Samozřejmě bylo možné použít elektronickou zátěž pracující v režimu CV, ale to je mnohem méně zřejmé.
Vzhledem k tomu, že ovladač a zátěž jsou na stole, ihned jsem odhadl účinnost a zároveň zkontroloval tvrzení o přítomnosti výkonového korektoru.
No, těžko říct o účinnosti, dostal jsem něco kolem 90%, 92 je deklarováno, ale o účiníku, žádné otázky, něco v rozmezí 0.97-1.
A samozřejmě test odolnosti proti vysokému napětí, výrobce píše o 380-400 voltech, ale neztrácel jsem čas maličkostmi a zvýšil napětí téměř o 10% (i když když jsem to sundal, zvýšil jsem to ještě výše ), a kromě toho jsem zkontroloval odolnost proti zkratu na výstupu.
00:00-00:45 – Plynulá změna vstupního napětí.
00:45-1:00 – Náhlá změna vstupního napětí.
1:00-1:35 – Zkontrolujte zkrat na výstupu, nejprve krátký, pak dlouhý.
Cestou jsem kontroloval rozsah vlnění na výstupu, deklarují se do 2 %, reálně to vyšlo o něco méně. Jedna buňka na obrazovce osciloskopu je asi 5 % (měřeno na odporu 1 ohm), hlavní zvlnění (bez RF šumu) se vejde dobře do 2 %.
V průběhu se ukázalo, že po zkratu driver obnoví výstup okamžitě, po dlouhém asi 10 sekund po odstranění zkratu.
Pokud se nechcete dívat na video, hlavní význam lze sdělit jednou fotkou: ovladač se vypíná při cca 303-306 voltech, běžně toleruje vyšší než 430 a zapne se, když klesne na 290-295 voltů .
Výše jsou zvažovány tři možnosti řešení problému přepětí v síti:
Vypněte napájení na úrovni skupiny pomocí napěťového relé
Lokální ochrana v samotném zařízení neselže, ale je deaktivována po dobu přepětí.
Napěťová tolerance zařízení je až 380/400 voltů, zařízení nadále funguje.
Osobně se mi více líbí třetí možnost, doma používám první, ale ta druhá je neméně životaschopná, vše záleží na případu použití. Pokud mluvíme o ochraně řidičů pro osvětlení, pak bych také preferoval druhou možnost, v takovém případě bude osvětlení fungovat i v případě nouze, někdy je to velmi důležité. Rád bych věděl, co si o tom myslíte.
Publikováno: Artem Masalsky
Aktualizováno: 26.02.2023
Délku životnosti domácích elektrospotřebičů ovlivňuje především síla a frekvence kolísání napětí v síti. Abyste se vyhnuli nouzovým poruchám a udrželi hodnoty napětí v normálních mezích, budete muset nainstalovat speciální ochranné relé. Podrobné informace o funkcích, způsobu aplikace a hlavních charakteristikách zařízení vám pomohou vybrat ten správný model.
Ochranné relé – účel a princip činnosti
Ochranná nebo napěťová kontrolní relé se nazývají speciální spínací elektrické spotřebiče. Jejich úkolem je navázat a provést přerušení spojení v elektrickém obvodu, pokud se vstupní napětí začne náhle měnit.
Ochranné relé na štítu
RKN nefunguje jako stabilizátor napětí. Účinně však ochrání domácí spotřebiče před mimořádnými událostmi, pokud:
- přípustná hodnota napětí 220 V stoupne na 380 V.
- V třífázovém distribučním systému dochází k přetížení fáze.
- napětí klesne pod normál a rozvodna je umístěna ve velké vzdálenosti od domu.
RKN chrání domácí elektrické spotřebiče díky schopnosti okamžitě zastavit dodávku proudu mikroprocesorem v případě nouze. K obnovení napájení sítě dochází nejdříve 6 minut po vypnutí.
Ovládací relé si zaslouží pozornost kvůli řadě výhod:
- práce uvnitř i venku. V seznamu parametrů každého modelu výrobce uvádí přípustné kolísání teploty okolního vzduchu. Některé ILV mohou volně odolávat teplotám od -20 stupňů do +40 stupňů Celsia.
- Zařízení můžete nainstalovat sami.
- vzhled zařízení nevyniká na pozadí prostředí.
Další výhodou je, že během provozu ILV nemá žádný vliv na intenzitu osvětlení. Úkolem zařízení je provést okamžité odstavení nouzového úseku.
Video – Napěťové relé
Typy ochranných monitorovacích relé
Podle typu zátěže
Modely ILV se dělí na jednofázové a třífázové. První typ je určen pro instalaci v předměstských soukromých domech a výškových bytech. Druhý je etablován v podmínkách průmyslové výroby. Například k ochraně obráběcích strojů, klimatizací, kompresorů nebo průmyslových zařízení s elektrickým pohonem.
Třífázová relé lze také použít v domácnostech pro systémy, které řídí plnou fázi a stabilitu síťového napětí. Za předpokladu, že je místnost vybavena třífázovým vstupem. Tento typ ILV však může přinést překvapení. Například při mírné fázové nesymetrii dojde k odpojení celé výškové budovy od napájení. I když fáze vykazují přijatelnou úroveň napětí pro provoz zařízení.
Typ připojení
Podle tohoto parametru se relé dělí na:
Pokud je vyžadována ochrana jednoho nebo dvou zařízení v bytě, pak je nejlepší volbou zásuvkové relé. Zařízení se zapojuje přímo do zásuvky a je určeno pro proud 16 A. Napájení se vypíná speciálním elektromagnetickým rozbočovačem umístěným uvnitř ILV. Ovládání pomocí tlačítek a digitálního displeje.
Extendery RKN jsou schopny chránit několik zařízení s nízkou spotřebou současně díky přítomnosti několika zásuvek. Takové relé nemůže zajistit bezpečnost dvou nebo více výkonných zařízení.
Místem instalace ochranného relé pod DIN lištu je rozvaděč. Takové ILV chrání nejen byt, ale celý dům před přepětím. Předpokládaný výkon – 7 kW. Je potřeba více – bude nutná dodatečná instalace magnetického stykače.
Základní a doplňkové funkce
Mikroprocesorová základna nebo zařízení založené na jednoduchém komparátoru. První verze základny zahrnuje dražší, ale spolehlivé ochranné relé. Základna mikroprocesoru umožňuje plynulé a přesné nastavení prahů.
Zařízení napěťového relé
Mezi další funkce patří teplotní senzory, přítomnost LED nebo displejů a také možnost nastavení prahových hodnot pomocí potenciometru. Odstupňovaná stupnice u moderních modelů často ustupuje displeji.
