Cómo prevenir las pérdidas por sobretensión en una red eléctrica doméstica: nueva revisión de desarrollo

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Cualquiera que conozca el costo de reparar electrodomésticos, especialmente televisores modernos y otros equipos sofisticados, ya ha instalado un estabilizador o relé de voltaje al panel de la fuente de alimentación (si las interrupciones de voltaje son accidentales y a corto plazo). Otros, especialmente no conscientes del precio del caso, utilizan con calma equipos costosos con el riesgo de grandes pérdidas ("al azar"). Lo más crítico a este respecto es la situación en las redes eléctricas de la aldea (aldea), donde, además de las tormentas eléctricas, hay "desequilibrios de fase" del transformador de suministro común, en el que el voltaje en la fase de carga ligera puede aumentar a 260-270 voltios o más.

¿Qué ofrece el mercado?

En el mercado moderno hay una gran cantidad de estabilizadores y relés de voltaje (en forma de un adaptador de "enchufe" o para un panel eléctrico para todo el apartamento). Las compañías líderes modernas producen dispositivos de protección (principalmente modelos de panel); busquen en Internet, que no permiten, sin embargo, proteger de manera confiable los equipos electrónicos domésticos, tienen ciertas desventajas funcionales (ver más abajo). Creo que estos productos se fabrican ampliamente y se publicitan brillantemente, simplemente basados ​​en un consumidor técnicamente analfabeto. A juzgar por una revisión de las ofertas del mercado (durante varios años), la mayoría de los fabricantes dejaron de desarrollar sus productos en soluciones estructurales y de ingeniería que se han verificado a lo largo de los años, que son económicamente ventajosas y atractivas para el consumidor en general. Sin embargo, si nos fijamos en el problema de la protección contra oleada desde el punto de vista de la ingeniería, se puede decir que un "enchufe" (dispositivo de protección) de alta calidad simplemente debe suministrar voltaje de alta calidad, y esto no depende de su hermosa "cara", sino de su "mente funcional".

Una mirada a los dispositivos de protección industrial desde un punto de vista técnico (ingeniería)

En primer lugar, observamos que todos los dispositivos de calefacción simples no temen grandes desviaciones de voltaje de la norma (la desviación puede ser de hasta +/- 40 voltios). Por lo tanto, no es práctico incluirlos después del estabilizador, cargándolo innecesariamente. El estabilizador es necesario principalmente para el refrigerador, si el voltaje se reduce continuamente a 180-190 voltios.

En todos los casos, la resolución de problemas de estabilización u otra protección debe tenerse en cuenta que:

• Los estabilizadores tienen la llamada "corriente de circuito abierto" (sin carga), que se agrega continuamente a la corriente de carga. Por lo tanto, en muchos casos, especialmente al alimentar equipos electrónicos de baja potencia, el consumo total de energía será mucho mayor (el estabilizador, por regla general, no se apaga y no se enciende con la carga).Todos los fabricantes indican la eficiencia para la carga nominal.
• La mayoría de los estabilizadores no tienen dispositivos de protección contra sobretensiones en caso de rayos o rotura de un cable de cero "en la red de suministro de energía (o tener la configuración de fábrica más simple). El tiempo de respuesta de la protección, por regla general, es de más de medio período de voltaje, lo cual es demasiado peligroso para una sobretensión de más de 300 V. Debe tenerse en cuenta que el voltaje controlado por el estabilizador y causando cierta conmutación continúa aumentando a la entrada de la fuente de alimentación del televisor u otro consumidor durante toda la duración de la operación de protección ( desprendimiento de carga), y estos lanzamientos (impulsos) a menudo tienen un frente empinado.
• Por su principio de funcionamiento, los estabilizadores transmiten pulsos de sobretensión cortos (hasta varios milisegundos), por lo que la calidad de la tensión de salida se determina mediante un filtrado adicional, que puede ser insuficiente para algunos equipos electrónicos.
• La estabilización de voltaje durante su declive en la red no es necesaria para los consumidores electrónicos modernos, ellos tienen su propia estabilización en esta zona.
• Los relés de voltaje instalados en el panel o en el zócalo (como un adaptador) tienen configuraciones de relé para desconectar la carga cuando el voltaje sube o baja por encima de los valores establecidos (ajustable manualmente). Es decir, hay una característica funcional muy desagradable e incluso perjudicial para el consumidor. Para todos, por regla general, equipos caros, es estrictamente necesario evitar voltajes superiores a 250 V. Al mismo tiempo, en muchas redes eléctricas, especialmente en la cabaña de verano, es muy probable este exceso. Por lo tanto, se producen apagados frecuentes del televisor y de todos los demás consumidores, lo que rápidamente molesta y conduce a una exageración de la configuración a 260 V o más si el usuario es analfabeto. El riesgo de daños en el equipo aumenta bruscamente (es necesario tener en cuenta la magnitud del retraso de la operación, que también se ajusta manualmente y puede resultar peligrosamente grande). Para reducir el impacto psicológico de las interrupciones frecuentes, los desarrolladores hicieron una restauración automática del dispositivo de protección con algún retraso (personalizable). Pero, en muchos casos (especialmente para una computadora), esto no permitirá mantener la calma de los usuarios de la tecnología y especialmente los frutos del largo trabajo en la computadora.
• La gran mayoría de los dispositivos de protección en forma de divisores o adaptadores, disponibles comercialmente, generalmente no tienen la protección indicada en el empaque brillante. La mayoría de las veces solo tienen baja potencia varistor, que comienza a extinguir el voltaje de alguna manera (en sus características, en microsegundos) después de aproximadamente 350 V. ¡Pero, el mismo voltaje se aplicará simultáneamente a los elementos de entrada de la fuente de alimentación de cualquier equipo electrónico, con una alta probabilidad de que se rompan y se quemen!

Por lo tanto, la situación con respecto a la solución de problemas de protección contra sobretensiones no se considera tan satisfactoria como en los estantes de las tiendas y en los sitios de los principales fabricantes.

Posible solución racional a los problemas de protección.

Mi propia experiencia en el desarrollo de los dispositivos de protección más económicos y prometedores, en mi opinión, me ha llevado a la siguiente solución (que se ha probado con éxito en modelos experimentales, patentables o constituye el tema de los conocimientos técnicos, según el acuerdo pertinente con el fabricante interesado).

Para eliminar las desventajas de los estabilizadores y los relés de voltaje, es aconsejable implementar un corte de amplitud de voltaje excesivo en el rango de 250-290 voltios del voltaje de entrada (el exceso más probable) y un corte instantáneo a un voltaje más alto. Esto es posible mediante la introducción de balasto activo en el circuito de alimentación con un potente transistor Darlington (o dos simples). Para aumentar la potencia permitida de los consumidores, es posible instalar un ventilador en miniatura (12 V) con una fuente de alimentación simple para cargadores.En este caso, la transición de 12/5 voltios es muy simple: al cambiar un diodo zener adicional en el circuito del cargador. Es decir, el dispositivo de protección adquiere la función adicional de un cargador.

La implementación del control de balasto de acuerdo con el principio mencionado anteriormente (corte de amplitud síncrona, incluidos todos los pulsos) no requiere el uso de ningún controlador. Además, en un nuevo trabajo reciente en el circuito, fue posible deshacerse del relé para encender el modo de estabilización de amplitud y, en consecuencia, el condensador electrolítico (no hay ninguno), gracias al desarrollo de la llave de CC original en el tiristor (con histéresis), que resultó ser muy exitoso en el circuito utilizado dispositivos de protección (a juzgar por la experiencia del autor y la búsqueda de análogos, puede considerarse como una invención).

En modo de espera, la placa de control consume menos de 0,5 W (dependiendo del voltaje). Para el corte instantáneo (aproximadamente 1 ms), el autor también ha desarrollado y probado con éxito (durante varios años, en diferentes dispositivos) el diseño de un disparo de relé basado en un interruptor térmico del tipo VK-1-10, que se usa ampliamente en los divisores de filtro de red. Sin embargo, debido al corte síncrono de la amplitud en el nivel de 250 V, hasta 280-290 V de la tensión de red, la probabilidad de una sobretensión mayor se reduce significativamente, por lo que se vuelve racional usar un fusible simple, que simplemente se quema por un tiristor potente (con alguna limitación de corriente) durante un tiempo suficientemente largo para este impulso de sobretensión (teniendo en cuenta la duración de la caída de media onda de la tensión de red). También debe tenerse en cuenta que la corriente a través del fusible (del orden de 20–40 A) “alimenta” la tensión de red (debido a su resistencia).

Variantes de la implementación del esquema de limitación de amplitud síncrona

A continuación se muestran fotos de la placa de control (el último desarrollo, una opción para probar), así como un video de prueba del dispositivo con corte instantáneo (desarrollo anterior, para escuchar el clic de corte, necesita aumentar el volumen) y el video de prueba de la "clave DC" (la primera prueba de la idea, voltaje 24 V). Esto último, por supuesto, requiere ciertas explicaciones, pero dado que se planea transferir este dispositivo a los fabricantes interesados ​​como "know-how" (según el contrato), es posible presentar aquí solo una característica I - V de alta calidad (experimental) del primer interruptor de baja potencia (el interruptor ya ha sido probado para voltaje hasta 400 V, con histéresis de aproximadamente el 10%).

Vídeo:

También me gustaría hablar sobre una fuente de mayor voltaje para configurar y probar un dispositivo de protección. En lugar del conocido LATR, que tiene una característica de paso "aproximada" y un voltaje insuficientemente alto, es aconsejable utilizar un dispositivo especial basado en dos transformadores convencionales con un devanado secundario de 30–40 voltios. A continuación se muestra un diagrama utilizado por el autor (algunos cambios son posibles).

La potencia del transformador principal puede ser de 50-100 W y un adicional de 15-30. Al mismo tiempo, los dispositivos de protección se prueban para una carga ligera, hasta 10-15 W (por ejemplo, una resistencia con un indicador de neón o una lámpara incandescente para un refrigerador). Para probar el lastre en busca de una carga potente, es posible alimentar el lastre directamente desde la salida y el tablero de control a través del dispositivo de aumento de voltaje mencionado anteriormente (las pruebas de lastre para una carga potente son, de hecho, pruebas térmicas).

Aquellos que deseen unirse al desarrollo de diseños industriales de un nuevo dispositivo de protección para equipos electrónicos (modelos de exhibición) pueden contactar al administrador con sugerencias.