Защита от помех в электросети

Какие бывают помехи в электросети и как от них защититься?

Вероятно, каждый читатель этой статьи обратил внимание на то, что большинство электрических приборов, работающих от бытовой сети, рассчитаны на напряжение 220 В/50 Гц. Отсюда вывод – именно такие параметры обеспечивает нам поставщик электроэнергии. К сожалению, это не совсем так. Мы можем предположить, что водопроводная вода совершенно чистая, однако опыт подсказывает, что в ней присутствуют примеси, ухудшающие вкус. Такие же «примеси», в виде дополнительных частот и импульсов, поступают к потребителю электроэнергии. Это и есть помехи в электросети.

Классификация помех

Все сетевые отклонения можно классифицировать по двум признакам: происхождению шумов и виду электромагнитной аномалии.

Причиной возникновения сетевых искажений являются:

• природные явления (гроза, ионизация воздуха сияниями и т.п.);
• техногенные влияния (аварии на линиях, коммутация мощных устройств и т. д.);
• электромагнитные волны природного и техногенного происхождения.

Перечисленные причины могут вызвать серию импульсных помех или волны гармонических искажений, наложенные поверх синусоидального тока.

Наличие импульсных токов в сети очень вредно сказывается на работе современных бытовых приборов, часто насыщенных электроникой. Если не применять приборы защиты, электронные устройства могут выйти из строя, не говоря уже о качестве их работы. Разумеется, чувствительное оборудование разработчики защищают внедрёнными схемами подавления помех, но нередко требуются дополнительные внешние приборы, например, бесперебойные источники питания, сетевые фильтры (рис. 1) и другие.

Рис. 1. Защитные импульсные фильтры

При радиочастотных помехах большинство бытовых приборов могут нормально работать. Но к ним чувствительны радиоприёмники, телевизоры и некоторые медицинские приборы. Впрочем, современная цифровая радиоэлектроника довольно хорошо защищена от таких искажений.

Понимание причин искажений в электрической сети помогает решать проблемы защиты оборудования, осознанно подходить к выбору оптимальных схем подавления шумов.

Источники помех

Искажать синусоиду переменного тока способны как природные явления, так и различные техногенное оборудование. В результате их действия происходят:

• кратковременные провалы напряжения;
• отклонения от номинальных частотных параметров;
• изменения гармоники электричества;
• колебания амплитуды тока;
• ВЧ шумы;
• импульсные всплески;
• синфазные помехи.

Остановимся вкратце на основных источниках, вызывающих перечисленные отклонения.

Провалы напряжения.

Данное явление является следствием работы коммутационных устройств в энергосистемах. Это случается при возникновении КЗ на линиях, в результате запусков мощных электромоторов и в других случаях, связанных с изменениями мощности нагрузки. Наличие таких кратковременных помех является неизбежностью при срабатывании защитной автоматики, и они не могут быть устранены поставщиком электроэнергии.

Изменения частотных характеристик.

Отклонение от заданной частоты происходит в результате значительного изменения тока нагрузки. В случае если уровень потребляемой энергии превосходит мощность генерируемых установок, происходит замедление вращения генератора, что ведёт к падению частоты. При заниженной нагрузке возрастает частота генерации.

Автоматика регулирует распределение мощностей, вплоть до отключения нагрузок, однако частотные помехи в сети всё-таки присутствуют.

Гармоники.

Источником данного вида искажений является наличие в сетях оборудования с нелинейной вольтамперной характеристикой:

• преобразовательные и выпрямительные подстанции;
• дуговые печи;
• трансформаторы;
• сварочные аппараты;
• телевизоры;
• циклоконвертеры и многие другие.

Причиной гармонических искажений могут быть электродвигатели, особенно если они установлены в конце длинной линии.

Отклонение напряжения

Изменения стабильности потенциала происходит в результате периодических скачков потребляемого максимального тока. Источником изменения нагрузок являются устройства, регулирующие напряжение, например, трансформаторы с РПН.

График, иллюстрирующий кратковременное перенапряжение показан на рисунке 2 (Фрагмент А – изображает импульсный всплеск).

Рис. 2. Перенапряжение в сети

ВЧ помехи.

Создаются влиянием устройств работающих, в высокочастотном диапазоне. ВЧ помехи, вызванные действием приборов, генерирующих сигналы с высоким диапазоном частот, распространяются эфирно или через линии сети.

Импульсы напряжения.

Распространённые источники: коммутационные приборы в сетях и грозовые явления.

Несимметрия трехфазной системы.

Причиной таких помех часто являются мощные однофазные нагрузки как бытовые, так и промышленные. Они вызывают сдвиги углов между фазами и амплитудные несоответствия. Путём отключения питания мощных токопотребляющих устройств можно устранить проблему.

Способы защиты

К сожалению, мы не можем управлять качеством электросети, но защитить бытовую технику вполне реально. В зависимости от того к каким искажениям чувствителен конкретный электрический прибор, выбирают соответствующий способ защиты. Снизить уровни помех помогают различные внешние устройства, встроенные электрические схемы, а также экранирование элементов конструкций и заземления.

Пример подавления помех показан на рисунке 3.

Рис. 3. График, иллюстрирующий фильтрацию тока

Эффективными являются следующие внешние устройства:

• стабилизаторы напряжения;
• ИПБ;
• преобразователи частоты;
• регулируемые трансформаторы;
• сетевые фильтры и фильтрующие каскады (принципиальная схема простого фильтра изображена на рисунке 4).

Схема сетевого фильтра

Особую трудность вызывает подавление высокочастотных импульсных искажений в диапазоне нескольких десятков МГц. Часто для этих целей используют защиту, применяемую непосредственно к источнику помехи.

Использование стабилизаторов напряжений оправдано в случаях наличия регулярных провалов напряжений в домашней сети. При стабильно заниженном или завышенном токе лучше пользоваться трансформатором.

Высоким уровнем защиты компьютеров и другой чувствительной электроники обладают бесперебойники. На рисунке 5 показано фото источника бесперебойного питания для защиты компьютера.

Рисунок 5. ИБП

В этих устройствах реализовано несколько защитных функций, но главная из них – снабжение питанием приборов в течение нескольких минут, с последующим корректным их отключением. С целью достижения максимального уровня защиты логично отдать предпочтение бесперебойному блоку питания.

Методы измерения

Можно ли увидеть сетевые искажения?

С помощью приборов можно не только увидеть наличие помех, но и оценить их величину и определить природу появления. Существуют специальные высокоточные приборы для измерения различных отклонений в сетях. Наиболее распространённым из них является обычный осциллограф.

У прибора имеется дисплей (экран), на котором отображается осциллограмма измеряемого тока. Оперируя различными режимами осциллографа можно с высокой точностью определять характер и уровень шумов.

Пример осциллограммы показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Осциллограмма сетевого тока

На осциллограмме видно как основной сигнал окружают паразитные токи, которые необходимо отсекать. Анализируя характер искажений можно выбрать способ их подавления. Часто бывает достаточно применить сетевой фильтр для того, чтобы избавиться от типичных помех, влияющих на работу устройств.

Типовые часто задаваемые вопросы от читателей

Как найти и устранить источник помех в электрической цепи, приводящий к невозможности использовать powerline?

Чтобы вычислить причину плохого сигнала, вам необходимо проанализировать работу powerline адаптера в другой линии или проверить уже подключенные устройства. Для начала проверьте уровень сигнала в сети роутера, возможно ресурсов вашего маршрутизатора недостаточно для перераспределения сети интернет между таким количеством пользователей. Если предоставляемого лимита достаточно для всех комнат и приемников в них, проверьте работу линий, по которым осуществляется передача данных powerline адаптерами.

Следующий вопрос – тип линии, к которой подключен powerline адаптер. Производитель не рекомендует использовать для этого удлинители, отдавая предпочтение стационарной проводке. Но, для проверки существующих линий рекомендую вам временно использовать удлинитель, если сигнал улучшиться, вполне вероятно, что причина в проводке. Если нет, проверьте бытовое электрооборудование, выступающее наиболее мощным источником электромагнитных помех.

К таковым относятся: кондиционеры, стиральные машины, холодильники, зарядные устройства для мобильных телефонов, блоки питания электроприборов.

По возможности powerline адаптер следует перенести как можно дальше от таких приборов, дабы они не вносили свои коррективы в качество передаваемого сигнала. Если такой возможности нет, подключите источники помех к электрической цепи через «сетевой фильтр», который поможет снизить вносимые искажения.

Еще один момент, на который следует обратить внимание – допустимое расстояние между powerline адаптерами. Оно де должно превышать установленную норму, иначе никакие ухищрения не помогут вам добиться должного качества сигнала.

Как защитить технику от перепадов напряжения

Содержание

Содержание

Внезапные перепады напряжения грозят плачевными последствиями для бытовой техники: выход из строя без надежды на ремонт. А для загородного дома в период летних гроз эта проблема становится наиболее актуальной. Почему происходят перепады и чем они опасны для техники? Как надежно защититься от скачков напряжения?

Чем опасны перепады напряжения

Перепад напряжения может быть вызван одновременным отключением нескольких мощных устройств, аварией на электросетях, нестабильной работой подстанции из-за перегрузки, эксплуатацией сварочного аппарата, низким качеством материалов электропроводки или ее монтажа. Нередко к существенному скачку напряжения приводит и удар молнии по линии электропередач.

Большинство перепадов незначительны и остаются незамеченными нами, но не техникой. Любой скачок, из-за которого напряжение в сети становится выше 250 Вольт, снижает срок службы подключенных устройств или дестабилизирует их работу. Даже несущественные отклонения на 5-10 %, происходящие регулярно, приводят к сбоям в управляющих блоках, сбросу настроек, возникновению помех. Перепады на 10-25 % сокращают срок службы приборов почти вдвое. А скачки напряжения до 300 Вольт выводят из строя блоки питания, управляющие и сенсорные панели, электродвигатели, сетевое оборудование.

В большинстве многоквартирных домов качество электропроводки оставляет желать лучшего, они не выдерживают нагрузки, ведь в каждой квартире одновременно работают десятки приборов. Безусловно, лучше поменять в квартире проводку, чтобы минимизировать вероятность перепадов и не довести до пожара. Но даже если нет такой возможности, обезопасить себя и родных можно.

Основной параметр при выборе устройств, способных защитить от перепадов напряжения, — это выходная мощность, которая берется из силы тока (указывается в амперах А) умноженной на напряжение (указывается в вольтах В). Ее величина, указываемая в вольт-амперах (ВA), должна соответствовать общей мощности, потребляемой приборами. Поэтому перед приобретением нужно посчитать общую мощность техники, которую вы планируете подключить.

Сетевые фильтры

Так называемый сетевой фильтр — это зачастую просто разветвитель/удлиннитель, защитные функции у которого либо фактически отсутствуют, либо являются минимальными и способны защитить только от перегрузки или короткого замыкания.

Однако среди «обманок» прячутся и настоящие сетевые фильтры, которые с помощью LC-контура фильтруют высокочастотные помехи в сети. Стоимость таких устройств, естественно, выше, но для некоторых видов техники наличие полноценной фильтрации необходимо. У приборов с LC-контуром есть характеристика «Подавление электромагнитных / радиочастотных шумов». Если вам нужен такой вариант, обращайте на нее внимание.

Стабилизаторы напряжения

Если подаваемое напряжение в сети не соответствует заданным нормам, стабилизатор нормализует его. К тому же стабилизатор повторяет функции хорошего сетевого фильтра: защита от короткого замыкания, от перенапряжения и высоковольтных импульсов, а также фильтрация помех. Маломощные стабилизаторы можно устанавливать для отдельного электроприбора, например, для холодильника, так как этот прибор наиболее болезненно реагирует на скачки напряжения. Супермощные стабилизаторы устанавливаются для всей сети, такие модели наиболее полезны для загородных домов или в районах, где с напряжением постоянные проблемы.

В сетях 220 Вольт используются однофазные стабилизаторы, в сетях 380 Вольт — три однофазных либо один трехфазный. Хороший стабилизатор хоть и стоит в разы дороже сетевого фильтра, однако он реально защищает технику от серьезных перепадов напряжения и обеспечивает стабильную работу.

Источники бесперебойного питания (ИБП)

ИБП объединяет в себе функции сетевого фильтра и стабилизатора (кроме резервного типа), но помимо этого позволяет технике работать еще какое-то время после отключения электропитания. Бесперебойники бывают трех типов: резервные, интерактивные и с двойным преобразованием.

Резервный вариант — самое простое и дешевое решение. Он пропускает ток через LC-контур, как в хороших сетевых фильтрах, а если необходимое напряжение отсутствует, осуществляется переключение на аккумуляторы. К недостаткам резервных бесперебойников можно отнести задержку при переключении на батареи (5 – 15 миллисекунд).

Интерактивные ИБП оснащены ступенчатым стабилизатором, позволяющим поддерживать надлежащее напряжение на выходе без использования батарей, что увеличивает срок их службы. Такие источники бесперебойного питания годятся для ПК и значительной части бытовой техники.

Бесперебойникис двойным преобразованиемпреобразуют полученный переменный ток в постоянный, а на выходе подают снова переменный с необходимым напряжением. Аккумуляторные батареи при этом все время подключены к сети, переключение не производится. ИБП данного типа отличаются более высокой стоимостью, в то же время создают больший шум при эксплуатации и сильнее нагреваются. Применяются в основном для требовательного к надежности питания оборудования: серверов, медицинское оборудования.

Реле напряжения

Реле напряжения, также называемые реле-прерывателями, производят размыкание электрических цепей при перепадах напряжения. После отключения питания реле через небольшие временные интервалы проверяет состояние напряжения, и при нормальных значениях возобновляет подачу тока.

Некоторые модели оснащения регуляторами, позволяющие настраивать реле под разные приборы, устанавливая верхний и нижний предел перепадов для отключения, а также время последующей активации. Существуют модели реле-прерывателей как для монтирования в электрощиток, так и для отдельной установки в розетку.

Помехоподавляющие фильтры

В наше время, как никогда остро встает проблема электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС). Количество подключенных к электросети РЭС неумолимо возрастает. Проблема усугубляется еще и тем, что многие РЭС должны функционировать одновременно. Как правило, на должном уровне этому вопросу много внимания уделяется профессиональными разработчиками. Однако далеко не всегда достигается желаемый результат. В бытовых условиях ситуация еще хуже. Если же принять во внимание еще и плачевное состояние наших линий электропередачи, то дальнейшие комментарии станут ненужными.

Предлагаемый сетевой фильтр в значительной мере позволяет «отстроиться» от взаимного влияния помех «электросеть — РЭС -электросеть». Он собран из доступных деталей и не нуждается в налаживании.

Взяться за самостоятельное изготовление сетевого фильтра автора побудило несколько обстоятельств. При включении системного блока компьютера происходило резкое ухудшение качества просмотра ТВ изображения. Происходило это сразу на нескольких каналах одновременно. Сигналы от ТВ каналов вещающих в диапазоне MB, сразу становились сильно зашумленными. Цветопередача сильно нарушалась или исчезала полностью. Сильный муар сбивал строчную и кадровую синхронизацию.

Это было лишь «первой ласточкой». Помехи каким-то образом стали проявляться и в других телевизорах, расположенных на значительном отдалении от данного компьютера (десятки метров). Поначалу все можно было списать только на комнатную антенну (типовая «польская всеволновка»).

Изменили ее местоположение. Бесспорно, ситуация несколько изменялась в лучшую сторону. Но от зашумленности изображения избавиться не удавалось. Все, казалось бы, сокрыто в размещении антенны в помещении. Однако телевизоры, работающие в другом помещении, к тому же на наружную антенну, страдали похожими проблемами, правда, не в такой степени. И происходило это на тех же «злополучных» ТВ каналах. Причем, как только оргтехнику выключали, качество ТВ изображения становилось нормальным. Были проведены и другие эксперименты:
— антенны переносили;
— место расположения ТВ приемника изменяли;
— пытались использовать заводские сетевые «фильтры».

Заводские сетевые «фильтры». Об этих фильтрах обязательно следует немного рассказать. Приобретались несколько разных удлинителей, именуемых сетевыми фильтрами.

Как удлинители они еще могли работать. Правда, там использованы настолько жесткие азиатские провода, что пользоваться ими и неудобно, и опасно. Довольно быстро контакты внутри таких «фильтров» расшатываются, и происходит разбалтывание соединений. Вскоре имеет место подгорание. Как известно, горит там, где плохой контакт, где греется.

Дальше было еще веселее. Разборка нескольких таких «фильтров» показала, что там нет никаких фильтров вообще. Только в одном из них производитель удосужился установить малогабаритный дроссель. Он намотан на кольцевом сердечнике. На корпусе этого дросселя указана индуктивность 2,2 мГн. Дроссель залит компаундом синего цвета. И нет рядом никаких помехоподавляющих конденсаторов! И это один из «наилучших» сетевых фильтров в ценовой категории дороже 15 USD.

В таких удлинителях-«фильтрах» имеется клавишный выключатель питания, подсвечиваемый миниатюрной неоновой лампочкой. Кстати, этот выключатель -первый кандидат на выход из строя. Он ненадежен с механической точки зрения. Вот лишь часть проблем, побудивших автора данной статьи взяться за собственное изготовление простого в исполнении сетевого фильтра.

Схема фильтра показана на рис.1.

Для повышенной эффективности он выполнен двухкаскадным. От многих других фильтров его отличает тот факт, что катушки фильтра каждого звена размещены на общем магнитопроводе. Никаких стержневых магнитопроводов не применяли. Благодаря магнитной связи между обмотками, происходит более сильное подавление низкочастотной синфазной помехи, которая наводится одновременно на обоих проводах катушек. Здесь важно обеспечить отмеченную на схеме (точками) фазировку обмоток. Кроме того, требуется и симметричность выполнения обеих обмоток.

Конденсаторы С1, С2 и катушки L1, L2 отвечают за подавление самых высокочастотных помех. Частоты до 200 кГц подавляются катушками L3, L4 и остальными конденсаторами. Катушки L1 и L2 намотаны вдвое сложенным проводом типа ПЭЛШО-0,63 и содержат 2×25 витков. Использован броневой магнитопровод Б22-2000НМ1. Индуктивность каждой катушки превышала 120 мкГн. Индуктивность измерялась универсальным прибором LP235. Несколько сложнее довелось с изготовлением второй пары катушек. Катушки L3 и L4 намотаны двойным проводом ПЭЛШО-0,63, и каждая обмотка содержит по 87 витков. Катушки намотаны на Ш-образном ферритовом магнитопроводе(Ш12х14). Марка феррита на сердечнике не приведена.

Полученная индуктивность каждой обмотки составляла почти 20 мГн (19,6 мГн). Перед выполнением этой обмотки изготовлялся самодельный каркас из электрокартона. Во избежание аварийных нештатных ситуаций в схеме установлен также держатель предохранителя с предохранителем на ток 10 А.

О конденсаторах. Это очень ответственные элементы в данной схеме. Поскольку не существует исполнения малогабаритных конденсаторов типа КСО емкостью 0,01 мкФ 500 В, использовано параллельное соединение конденсаторов меньшей емкости — 4700 пФ 500 В (С1-С4). Конденсаторы типов КСО неспроста пользуются хорошей репутацией. Конденсатор С5 — фильтровой телевизионный типа К78-2 номиналом 0,1 или 0,15 мкФ. Это также очень надежные конденсаторы. Практика это подтверждала многократно. Они специально разработаны для подавления импульсных помех в телевизионной технике. Впоследствии тандем из двух последовательно соединенных конденсаторов С8 и С9 также был заменен одним экземпляром К78-2. Установка четырех элементов R1, R2, С6 и С7 позволяет решить несколько задач одновременно.

Во-первых, снять проблему поиска (дефицита) высоковольтного и крупногабаритного конденсатора (0,5 мкФ 800 В).

Во-вторых, повысить надежность «батареи» конденсаторов, соединенных последовательно.
В-третьих, благодаря уравнивающим резисторам не только выравнивается напряжение на конденсаторах.

После случайного соприкосновения руками к выводам отключенного от питающей сети 220 В/50 Гц фильтра исключается кратковременный, но болезненный удар электрическим током. Благодаря наличию данных резисторов все конденсаторы в схеме оказываются быстро разряженными. Все катушки должны иметь одинаковую индуктивность. От кольцевых ферритовых магнитопроводов в данной ситуации отказались только по причине излишней рутинной работы, чтобы не скруглять острые края ферритовых поверхностей, не мучиться с трудоемкой и однообразной намоткой обмоток и т.п.

Конденсаторы можно применять и других типов. Однако конденсаторы указанных выше типов зарекомендовали себя очень надежно во многих ситуациях. Поэтому им и отдали предпочтение.

Все без исключения конденсаторы проверялись на величину выдерживаемого напряжения (своеобразным методом неразрушающего контроля, при малых тестируемых токах). Конденсаторы С6-С9 емкостью 1 мкФ 400 В типа МПТ-96. Для крепежа ферритовых изделий к плате металлические детали не использовали совсем. Применялся старый проверенный метод: нитки на клею.

Petrovich35 › Блог › Сетевые фильтры 220В, что у них внутри

Добрый день, друзья!

Почти у каждого из нас дома есть хотя бы один сетевой фильтр. Судя по тому, что ими завалены полки большинства магазинов, торгующих электротоварами, вещь это ходовая, пользуется популярностью у населения (фото 1):

Есть несколько подобных фильтров и у меня дома. Есть и дешевые, есть и подороже. А началось все с того, что я решил отремонтировать один из перегоревших фильтров, а потом мне стало интересно изучить внутренности и других фильтров, и я разобрал еще несколько. И как оказалось, не зря. Но обо всем по порядку.

Почему люди покупают сетевые фильтры?

Во-первых, они удобны: в большинстве случаев сетевой фильтр выполнен как удлинитель с несколькими розетками, обычно с сетевым выключателем на корпусе. Более продвинутые модели также имеют встроенные разъемы USB для питания и зарядки различных 5-вольтовых гаджетов.

Во-вторых, покупатели рассчитывают, что сетевой фильтр, в отличие от обычного удлинителя, защитит подключенное оборудование от различных неприятностей, случающихся в бытовой электросети — скачков напряжения, различных помех и т.д. Этим активно пользуются ушлые продавцы-консультанты, настойчиво впаривая рекомендуя покупателю бытовой техники (телевизора, холодильника и т.д.) приобрести попутно еще и сетевой фильтр.

Так что же за устройство мы покупаем в коробке с названием «сетевой фильтр», могут ли имеющиеся в продаже фильтры носить это гордое имя? Как оказалось, ответ не так однозначен.

Чтобы ответить на этот вопрос, в данной записи заглянем внутрь нескольких подобных устройств, типичных представителей наиболее массового сегмента бюджетной ценовой категории около 400-700 российских рублей ($6-$10).

Внимание! Дальше будет много скучного текста и картинок. Кому не нужны подробности, читайте выводы в конце записи.

Перед тем, как перейти к конкретным фильтрам, давайте кратко освежим в памяти, какие помехи встречаются в бытовой однофазной сети переменного тока 220В/50Гц, т.е. в розетках наших квартир и домов.

Напомню, это не лекция по электрике и электронике, а наблюдения и размышления на бытовом уровне, поэтому сильно не придирайтесь к терминологии.

Как известно, по действующим в РФ стандартам, электроснабжающие организации должны обеспечивать в бытовой сети электричество с переменным напряжением 220В (с недавнего времени 230В) частотой 50Гц правильной синусоидальной формы.

По различным природным и техногенным причинам (грозы, электромагнитное излучение, аварии в электросетях, коммутация мощных электроприборов, работа импульсных блоков питания и др.), в сети возникают разнообразные помехи и искажения, которые вносят изменения в стандартную синусоиду. Это могут быть как кратковременные всплески и просадки напряжения, так и долговременные подъемы и понижения напряжения, а также высокочастотные помехи, отклонения от номинальной частоты, и т.д.

Помехи и искажения можно классифицировать до бесконечности, как по видам, так и по источникам их возникновения. Разумеется, простой бытовой фильтр не может и не обязан справляться со всеми из них. Поэтому, для упрощения, чтобы не залезать в излишние детали, сетевые помехи, в теории посильные простому сетевому фильтру, можно условно разделить на две крупные категории:

1. Импульсные помехи — кратковременные высоковольтные импульсы.
2. Высокочастотные (ВЧ) помехи — накладываются на несущую номинальную синусоиду.

Наиболее опасными из этих двух видов помех являются высоковольтные импульсы, они могут вывести бытовую электронику из строя. ВЧ помехи могут мешать работе чувствительных приборов, таких как телевизоры, радиоприемники и др. Пример: многие энергосберегающие и светодиодные лампы (а точнее, их блоки питания) мешают радиоприему, так как генерируют ВЧ помехи в сети и электромагнитные помехи в эфире.

Таким образом, мы должны понимать, что обычный бытовой сетевой фильтр не спасет ни от долговременных повышений и понижений напряжения, ни от изменения номинальной частоты 50Гц, ни от эфирных электромагнитных помех. Все, что он может сделать, это погасить высоковольтные импульсные помехи и, в лучшем случае, часть сетевых ВЧ помех.

Процесс работы простого сетевого фильтра проиллюстрирован на рис. 2:

Но соответствуют ли недорогие сетевые фильтры даже этим невысоким ожиданиям? Прочитаем, что указано на упаковке этих фильтров (фото 3):

Производитель обещает не так уж и много защитных функций, обычно это довольно скудный стандартный набор:
— Защита от импульсных помех;
— Защита от перегрузок и короткого замыкания.

Видим, что помимо защиты от высоковольтных импульсов, все остальные «опции», как правило, не имеют никакого отношения к фильтрации помех — это наличие выключателя, защитных шторок и т.д.

Таким образом, недорогие сетевые фильтры обеспечивают гашение только импульсных помех, а фильтрация ВЧ помех в них отсутствует. Хочешь получить более качественную фильтрацию? Плати двойную-тройную цену за расширенный функционал.

Итак, перейдем к рассмотрению четырех довольно распространенных моделей сетевых фильтров.

1. Сетевой фильтр Defender DFS-603. Сделан в Китае.

Имеет 6 стандартных розеток с заземлением, сетевой выключатель с подсветкой, светодиодный индикатор наличия напряжения на розетках, многоразовый кнопочный предохранитель.

Результаты изучения конструкции фильтра:
— Фильтрует только импульсные помехи между фазным и нулевым проводами с помощью варистора.
— Фильтра ВЧ помех нет.
— Есть защита от короткого замыкания и перегрузки (многоразовый предохранитель).
— Дублирующий светодиодный индикатор. Видимо, конструктор фильтра не строил иллюзий насчет долгого срока службы неоновой лампы в выключателе. Но при этом светодиод подключен без защитного диода и с резистором недостаточной мощности рассеивания, т.е. конструкция этого индикатора тоже крайне ненадежная.
— Перепутаны местами провода подключения многоразового предохранителя.
— Предохранитель и выключатель подключены не как положено, клеммами (не любят перегрева), а пайкой — упрощение и удешевление в ущерб надежности.
— Сетевой провод не имеет защитной втулки на входе в корпус.

Мой вывод: слабенький функционал, недалеко ушел от обычного удлинителя.

Защита от импульсных перенапряжений в загородном доме

Понятие «Защита от импульсных перенапряжений» всё чаще появляется в нормативных документах, в статьях на просторах Интернета и в каталогах оборудования различных производителей. Вопрос защиты от импульсных перенапряжений весьма сложен и неоднозначен. Поэтому владельцы загородных домов для решения этой задачи часто привлекают сторонних специалистов. А чтобы помочь определиться с выбором оптимального варианта, в этой части курса Академии FORUMHOUSE специалист компании Legrand расскажет об основных правилах и положениях по защите от импульсных перенапряжений.

Содержание

• Причины возникновения импульсных перенапряжений (ИПН)
• Как защититься от ИПН в частном доме

Причины возникновения импульсных перенапряжений

Импульсное перенапряжение (ИПН) достаточно опасное явление, представляющее собой кратковременное, чрезвычайно высокое напряжение между фазами или фазой и землей, с длительностью, как правило, до 1 мс. Причинами возникновения ИПН являются:

• Грозовые разряды, создающие мощные импульсные перенапряжения, возникающие в результате прямого попадания молнии в сеть электропитания, молниеотвод. Прямое попадание характеризуется мгновенными импульсными токами до 100 кА, напряжением до 1000 кВ. Последствиями прямого удара могут быть пожары, поражение людей и оборудования.
• Электромагнитные импульсы от разряда молнии на удалении от объекта. Наведенный грозовой потенциал в сетях, может создавать импульсные перенапряжения в десятки кВ. Возможные последствия: выход из строя электронных приборов, потери баз данных.
• Коммутационные процессы, связанные с переключениями трансформаторов, мощных электродвигателей, а также ступенчатыми изменениями нагрузки и отключениями устройств защиты при сверхтоках. Импульсные перенапряжения, возникающие в таких случаях, могут вывести из строя чувствительное электронное оборудование. Например, при отключении разделительного трансформатора мощностью 1000 ВА 230/230 В от сети вся запасенная трансформатором энергия «выбрасывается» в нагрузку в виде высоковольтного импульса напряжением до 2000 В.

Самые большие неприятности импульсные перенапряжения приносят владельцам коттеджей и дачных домов. Это обусловлено особенностями инфраструктуры электроснабжения загородного жилья, в которой преобладают воздушные линии электропередачи и дома часто подключаются к сети с помощью воздушного ввода. Электроснабжение многоэтажных домов в городской черте организовано посредством подземных кабельных линий, поэтому даже при грозовых разрядах ИПН проявляются в гораздо меньшей степени.

Как защититься от ИПН в частном доме

Рассмотрим условия, при которых защита от ИПН в частном доме будет максимально эффективной.

Первое. Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) исправно функционируют только при наличии качественного заземления в доме.

Второе. При воздушном вводе в дом, владелец обязан устанавливать устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Третье. УЗИП, устанавливаемое при воздушном вводе, должно быть класса 1 или 1+2 и иметь соответствующую маркировку: Т1 или Т1+Т2. Это означает, что устройство протестировано токами, формой 10/350 мкс, имитирующими прямой удар молнии. Оно устанавливается в щите учета на опоре, перед электросчетчиком.

Если вы хотите защитить домашнюю электросеть только от пробоя изоляции и пожара (базовая защита), одного такого устройства, как правило, будет достаточно.

Четвертое.

Дом с воздушным вводом, и вы хотите кроме базовой защиты обеспечить защиту электронных потребителей (холодильник, стиральная машина, радиоаппаратура и т. п.). Тогда, кроме УЗИП Т1 или Т1+Т2 в щите учета, в распределительном щите в доме устанавливается УЗИП 2 класса, с маркировкой Т2. Такие устройства тестируются формой тока 8/20 мкс и предназначены для защиты от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии.

Пятое. Дом с воздушным вводом, и кроме базовой защиты и защиты электронных потребителей, нужно обезопасить особо чувствительное или ценное электронное оборудование (компьютер с важными данными, Hi-End аппаратуру и т. п.). В этом случае, кроме УЗИП в щите учета и в распределительном щите, непосредственно рядом с защищаемым оборудованием устанавливаются УЗИП 3 класса.

Они обычно изготавливаются в виде сетевых фильтров или переходников, подключаемых к розетке.

Шестое. Требуемое количество полюсов УЗИП, устанавливаемых в щитах, определяется следующим образом: число полюсов должно быть на единицу меньше, чем число жил в питающем кабеле.

Седьмое. УЗИП, устанавливаемые в щитах, подключаются через отдельный аппарат защиты от сверхтоков.

Дело в том, что большинство УЗИП выполнены на базе варисторов, и, как любые другие элементы электрических цепей, могут повреждаться при работе в режимах, не предусмотренных техническими характеристиками. Это сопровождается протеканием через УЗИП сверхтока и если его своевременно не отключить, то может возникнуть пожар. Большинство производителей рекомендует для защиты УЗИП использовать модульные автоматические выключатели, однако многолетняя практика показала, что для этих целей лучше подходят более эффективные и надежные предохранители.

Предохранители устанавливаются в модульные держатели-разъединители. Для удобства контроля исправности предохранителей следует выбирать модели с индикатором (бойком) срабатывания, который выдвигается из корпуса при перегорании плавкого элемента.

Параметры предохранителя зависят от типа и характеристик УЗИП. Пример рекомендации производителя по выбору защиты УЗИП приведен в таблице. Номинал аппарата защиты УЗИП не должен превышать номинал вводного аппарата защиты.

Восьмое. Даже правильно выбранное УЗИП будет бесполезно, если не выполнить основные правила монтажа (правило полуметра).

Соблюдение рекомендаций специалистов по организации защиты своего дома от ИПН – спокойствие и безопасность домочадцев.

Сравнение устройств защиты: стабилизатор и сетевой фильтр

Возникновение перепадов напряжения в электрической сети приводит к различным поломкам в технике. Для решения проблем нестабильного питания выпускаются защитные приборы, такие как стабилизатор или сетевой фильтр. Эти устройства различаются не только возможностями, но и стоимостью. В некоторых случаях достаточно применения сетевого фильтра, в других только стабилизатор поможет сохранить работоспособность техники при появлении внештатных ситуаций.

Классификация помех в электросети

Помехи, возникающие в электросети, негативно влияют на подключённую технику. Они способны за короткий промежуток времени привести к серьёзным неисправностям. Резкие скачки напряжения могут быть вызваны как воздействием природных явлений (молнии, магнитные поля), так и качеством линии к потребителю или оборудованием энергопоставляющей компании.

В зависимости от природы возникновения помехи могут быть двух видов:

• высокочастотные (ВЧ);
• импульсные.

Высокочастотные помехи появляются от электронных узлов работающего оборудования, включённого в сеть. Например, при работе холодильника, стиральной машины, и другой техники, имеющей в своей конструкции двигатели. В меньшей степени от приборов с импульсными блоками питания: телевизор, магнитофон, компьютер и т. п. ВЧ помехи присутствуют всегда и полностью убрать их невозможно. Хоть такого рода помехи и существуют, но негативное их влияние не велико.

Импульсные помехи проявляются в виде шумов, и могут быть как в виде одиночных импульсов, так и их последовательности. Параметры и форма импульсов обычно хаотичная, возникают они из-за резких перепадов тока и напряжения. Эти броски вызываются коммутационными процессами, связанными с запуском мощного оборудования или при возникновении короткого замыкания, а также магнитными полями.

Измерить присутствующие помехи в домашних условиях без специальных приборов невозможно, самый простой вариант использовать осциллограф. Он покажет частоту и величину получаемого сигнала, гармоники в удобном виде на экране.

Бороться с существующими отклонениями в работе электрической сети можно несколькими способами. Доступнее всего использовать стабилизаторы напряжения или защитные фильтры. Применение таких устройств в быту, не требует переделки или модернизации электролинии. Защищаемое оборудование подключается к ним через встроенную в них розетку, а они сами, через вилку непосредственно в сеть 220 в.

Применение сетевых фильтров

Переменное напряжение, поступающее из промышленной сети, характеризуется частотой сигнала 50 Герц. При включении приборов в розетку или запуске двигателей, в электросети проникают гармоники сигнала с частотой, менее 50 Герц или превышающей это значение. Такие гармоники оказывают влияние на работу импульсной техники, заставляя её работать в предельных режимах. Для отсечения паразитных частот используется фильтр питания. В качестве элементов фильтра применяются пассивные радиоэлементы:

• конденсатор;
• дроссель;
• варистор;
• самовосстанавливающийся предохранитель.

Конденсатор, подключается параллельно нагрузке. Он не пропускает постоянный ток, в то время как переменный проходит через него беспрепятственно. Чем больше ёмкость конденсатора, тем меньше искажений синусоидального сигнала пройдёт через него. Характеризуется это временем разряда и заряда. Таким образом, при изменении частоты, меняется и реактивное сопротивление конденсатора.

Дроссель, представляет собой катушку индуктивности. Характеризуется он тем, что по отношению к переменному сигналу имеет большое сопротивление, а к постоянному его сопротивление незначительно. Обладая явлением самоиндукции, дроссель не позволяет увеличиваться нарастанию тока, и поддерживает его значение при снижении. Катушка индуктивности включается с нагрузкой последовательно.

Варистор или нелинейный резистор, это полупроводниковый прибор с нелинейной вольт-амперной характеристикой. В зависимости от уровня приложенного сигнала его сопротивление изменяется. При нормальной работе варистор характеризуется высоким сопротивлением и не оказывает влияния на проходящий сигнал. Если происходит скачок напряжения, то его сопротивление уменьшается, входная цепь шунтируется и весь пиковый ток проходит через него. Подключается он, как и конденсатор параллельно нагрузке.

Устройство сетевого фильтра может включать в себя как все радиоэлементы одновременно, так и только отдельно взятые. Кроме этого, если есть нескольких розеток, соединение между ними осуществляется высокопроводными пластинками или медным проводом сечением не менее 2,5 квадрата. Для хорошей работы фильтр собираться из таких элементов: два дросселя на 60−200 мкГн, варистор не менее 500 вольт, конденсатор 0,33−1,0 мкФ.

Виды фильтров питания

Фильтр питания, сглаживая скачки напряжения и искажения частоты, нередко используется в качестве удлинителя с возможностью подключения нескольких устройств одновременно. В продаже можно встретить различного вида и разного ценового диапазона фильтры. Главными требованиями предъявляемым к ним является уменьшение величины различного вида помех и соблюдение безопасности использования. Различаются они в первую очередь по своим характеристикам:

• рабочее напряжение;
• максимальная мощность;
• способы защиты;
• рабочее напряжение;
• дополнительные возможности.

Значение максимальной мощности показывает, какую нагрузку одновременно может выдержать фильтр. Используемые радиоэлементы фильтра определяют способ защиты. Дополнительные возможности заключаются в подсветке клавиши выключения, количестве розеток, наличия выходов для подключения телефонных приборов, USB выходов, при этом фильтры выпускаются с проводом на разную длину. Фильтры питания выпускаются в диэлектрических корпусах, стойких к нагреву и ударам.

Выбор фильтра для защиты

Использование некачественного сетевого фильтра не только не улучшает параметры питающего напряжения, но и приводит к возникновению короткого замыкания или пожара. Перед приобретением потребуется определиться защиту какую он должен выполнять, будет ли использоваться как удлинитель, общую пиковую мощность устройств, планируемую к подключению. Выбирать следует из известных производителей продукция которых сертифицирована и безопасна.

Согласно опросу, проведённому на интернет-сайте, был определён следующий рейтинг сетевых фильтров для бытовой техники, согласно отзывам покупателей.

1. Defender DFS 501. Лучший выбор. Устройство имеет шесть розеток с заземляющим контактом мощностью 10А, два порта USB со стабилизированным напряжением пять вольт. Розетки выполнены с защитными шторками защищают подключённые приборы от короткого замыкания, перегрузки, паразитного высокочастотного сигнала. Длина провода составляет два метра. Кроме всего, прибор снабжён индикатором состояния.
2. Pilot S 014. Экономное решение с надёжным контактом в розетке. Включает основные элементы защиты, индикацию работы. Имеет шесть розеток рассчитанных на 10А. Длина провода 5 метров.

1. Sven SV-0231018GR Pro. Комплектуется сразу восемью розетками с контактом заземления. Корпус выполнен из ABS пластика. Кроме, стандартной индуктивно-ёмкостной защиты, имеет в схеме варистор и автоматически восстанавливающийся предохранитель. Длина провода 1,8 метра.
2. Daesung MC2345. Хоть и имеет только четыре розетки, но зато каждая оснащена выключателем и рассчитана на ток 16 ампер. Состоит из высококачественного медного кабеля длиною пять метров. Замечательно справляется с защитой от перегрузки. Корпус из поликарбоната, немаркий. Производитель даёт 5 лет гарантии, при этом проводит не ремонт, а замену на новый.
3. ЭРА USF-5es-1.5m-B. Защитный фильтр состоит из 5 розеток. Предохраняет от повреждения проводку и технику вследствие скачка напряжения в сети. Ток нагрузки составляет 10А. Все электропроводные части выполнены из меди. Длина провода полтора метра.

Типы стабилизаторов сети 220 вольт

Каждое электрическое устройство работает в определённом диапазоне величины напряжения. Согласно нормам допускается отклонение от нормального напряжения 220 В не более десяти процентов. Для приборов опасно как повышение напряжения, так и понижение. В первом случае происходит быстрый выход из строя блока питания, во втором блок питания работает на предельной мощности, что тоже приводит к его поломке. Если перепады напряжения существуют, установка стабилизатора просто необходима.

При производстве стабилизаторов используется разный подход для обеспечения стабильного напряжения. Но при этом, любое такое устройство, обязано поддерживать напряжение в допустимом диапазоне при его отклонении. Если отклонение составляет большое число, стабилизатор отключится и прервёт подачу электричества к подключённому электроприбору. В зависимости от типа электропроводки они бывают однофазными и трёхфазными. По принципу работы различают:

1. Релейные. Такие устройства в основе работы используют многообмоточный трансформатор и мощные реле. При отклонениях от нормы происходит автоматическое переключение обмотки через силовое реле. Такой тип характеризуется низкой ценой. Главный недостаток в ступенчатой подстройке величины напряжения и искажения выходного сигнала, т. е. на выходе получается уже не чистая синусоида.
2. Сервоприводные. Другое их название электромеханические. Работают за счёт автотрансформатора с управляющей электродвигателем системой контроля. Характеризуются низкой ценой, плавной регулировкой, небольшими размерами и хорошей формой сигнала на выходе. К минусам относят шумность и низкое время срабатывание.
3. Инверторные. Используют в работе двойное преобразование, переменный ток в постоянный и опять в переменный. Для этого применяется сложная схема с микроконтроллером. Могут работать в большом диапазоне входного напряжения с высокой скоростью реагирования на изменение величины сигнала. Обеспечивают защиту от любого вида помех, но при этом являются самыми дорогими устройствами.
4. Феррорезонансные. Не получили особого применения из-за большого веса и шумности при работе, хотя и обладают высокой точностью регулировки. Работают на эффекте феррорезонанса.
5. Тиристорный. Принцип работы такой же, как у релейного типа, но вместо шумных реле используются полупроводниковые элементы тиристоры. Для этого типа характерна быстрота срабатывания и высокий коэффициент полезного действия. При этом они совершенно бесшумные, но по цене они ненамного дешевле инверторных стабилизаторов.

Выбор способа защиты

При выборе часто возникает вопрос, что лучше: сетевой фильтр или стабилизатор напряжения. Если есть возможность, несомненно, необходимо приобретать стабилизатор. Ведь только стабилизатор сможет защитить устройство от перепадов напряжения, губительно сказывающихся на электроприборах.

К защитному фильтру нельзя подключать устройство с большим пусковым током, он просто выйдет из строя от перегрузки. Поэтому котёл, электроника которого чувствительна к перепадам напряжения, подключают только через стабилизатор. Но например, в случае с персональным компьютером использовать стабилизатор незачем, так как его блок питания способен работать в широком диапазоне входного сигнала, а в случае возникновения короткого замыкания самостоятельно отключается.

Поэтому когда возникает вопрос, что нужно выбрать для защиты стабилизатор напряжения или сетевой фильтр, то предпочтение отдаётся стабилизатору. Хоть по цене это устройство выйдет и дороже, чем просто фильтр защиты. Считается, что применение бесперебойника (ИБП) полностью заменяет собой стабилизатор и фильтр, но это в корне не так. Хоть ИБП и имеет в себе элементы фильтра, но предназначен он только для постоянного обеспечения сигнала на выходе при его отсутствии на входе и никоим образом не защищает приборы от перенапряжения в сети.