УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛ  ЭНЕРГИИ

Абрамов Сергей    г.Оренбург

      Недопустимые изменения сетевого напряжения в значительных пределах от номинала приводят к выходу из строя бытовой техники. Так уменьшение напряжения ниже нормы для холодильника чревато тем что двигателю может не хватить пускового момента и его обмотка сгорит. Увеличение напряжения приводит к  увеличению тока протекающего через нагрузку, что так же приведет к выходу ее из строя. Обрыв нейтрали на подстанции может увеличить сетевое напряжение до огромного напряжения в 380 вольт, которое не выдержит ни одна бытовая техника.
 Предлагаемое устройство позволяет уберечь бытовую технику от аномальных изменений сетевого напряжения, диапазон работоспособности находится в пределах от 20 до 440 вольт. Допустимый ток порядка 16 ампер и зависит в основном от примененного реле. Микроконтроллер входящий в состав устройства, отслеживает сетевое напряжение и в случае изменения его более чем на 15% отключает нагрузку и сигнализирует светодиодами. Предел 15% был выбран исходя не из ГОСТовских норм, а реальных разбросов сетевого напряжения и может быть легко подкорректирован изменением нескольких ячеек программы.
        Были разработаны три конструкции. Первые две собраны по схеме изображенной на Рис1.

   Рис1.
 

Внешний вид изображенный на Рис2а. предназначен для встраивания в сдвоенную розетку, Рис2б. для навешивания на квартирный автомат. Третья конструкция была дополнена сетевым фильтром и варисторами защищающими конструкцию, а заодно и потребителей от импульсных помех. Cхема  изображена на Рис 3.

 Рис2а. Рис2б.
 

Рассмотрим работу устройства схема которого изображена на Рис1. Сетевое напряжение
поступает на  вход X1. Выпрямляется и ограничивается на уровне 15 вольт цепью C2,R4,VD1-VD3.
Затем стабилизируется  микросхемой D2. От нее запитывается микроконтроллер. После некоторой задержки запускается  внутренний генератор микросхемы D1 и начинает выполняться программа.
Напряжение снятое с делителя R1,R2 поступает на вход GP1 который настроен как аналоговый вход компаратора. Контролируется входное напряжение и если оно в зоне 15% от номинала то включается реле К1 и светодиод HL1 “Норма” Если напряжение в любой момент времени превысит 253 вольта контроллер отключит реле и включит светодиод HL2 в режиме мигания. Через 45 секунд контроллер вновь проверит сетевое напряжение и если оно в норме вновь включит реле. То же самое произойдет если напряжение снизится и будет менее 187 вольт, с той лишь разницей что будет мигать светодиод HL3. В данном случае измерение минимума напряжения производится через 5мс. после перехода сетевого напряжения через ноль, то есть на максимуме синусоиды.
Конденсатор С1 совместно с резисторами R1,R2 представляют собой фильтр низкой частоты, препятствующий срабатыванию компаратора в результате импульсных помех. Если его не установить устройство будет срабатывать от кратковременной просадки напряжения например в результате включения двигателя холодильника. Следует заметить что быстродействие срабатывания защиты зависит в основном от быстродействия примененного реле и номинала конденсатора С1.
В третьей конструкции Рис3. добавлен сетевой фильтр L1,L2,C1-C3,R1,R2, а заодно и организована схема слежения за исправностью варисторов VD1,VD2,R3,R4, так как от больших импульсных выбросов они могут выходить из строя. В случае выхода из строя варисторов будет моргать светодиод HL2.

Рис3.

Детали: изображенные на Рис3. В качестве D2 возможно применить микросхему 78L05. С1-С3 типа К78-2, C5 типа К73-17 на напряжение 500-600вольт, C7-C8 типа K50-35 остальные КМ.  VD5 можно заменить на Д815Д,  VD1-VD3 рассчитаны на напряжение 500-600вольт остальные диоды на напряжение 25-50 вольт и ток 100-300 ма. Резисторы типа МЛТ. U1 разрядник с напряжением пробоя 1кВ. Варисторы 561KD14 можно заменить на любые с энергией поглощения 50-200 Джоулей.  Дроссель L1 намотан на сердечнике от магнитной антенны диаметром 8 и длинной 20мм. проводом диаметром 1,5мм. И содержит 20витков. Дроссель L2 расположен на кольце из альсифера диаметром 50-60мм. И содержит 15-20 витков провода диаметром 1,5мм. сложенные вдвое. Конструкция изображенная на Рис2б. Выполнена методом поверхностного монтажа и поэтому там установлен импортный стабилитрон на напряжение 12-15 вольт и мошность 1,3 ватта. Применен микроконтроллер в корпусе SOIC. Керамические резисторы и конденсаторы типоразмера 0603, 0805 и 1206. Во всех конструкциях возможно применить микроконтроллеры как PIC12F675  так и PIC12F629. В первом случае записывается микропрограмма расположенная в таблице 1 во втором в таблице 2. Асемблерный код лежит здесь
 

ТАБЛ1.

:020000040000FA
:100000000128831264008501443099009F01831602
:1000100002309F0000308B008F308100023085005D
:10002000FF3090008312CF30B7000430B8001E308C
:10003000B90064008316A13099008312191F192892
:1000400064008316A13099008312191B202883169F
:100050008B30990083126400191F3F28B70B2B289F
:10006000CF30B700B80B2B280430B8008316863089
:1000700099008312191B4D280515051419288501AF
:100080000516572005125720B90B3F281E30B9001E
:10009000CF30B7000430B8001928850185165720E5
:1000A00085125720B90B4D281E30B9001928FF3092
:1000B000B4000130B5000230B6006400B50B612811
:0A00C000B40B5D28B60B5D280800A4
:02400E00CC3FA5
:00000001FF
 
 

ТАБЛ2.
:020000040000FA
:100000000128831264008501443099008316003072
:100010008B008F3081000A3085008312CF30B7000B
:100020000430B8001E30B90064008316A130990076
:100030008312191F142864008316A13099008312BB
:10004000191B1B2883168B30990083126400191F1B
:100050003C28B70B2628CF30B700B80B2628043031
:10006000B8008316863099008312191B4A2805159B
:100070000514851954281428850105165A200512DF
:100080005A20B90B3C281E30B900CF30B7000430DD
:10009000B8001428850185165A2085125A20B90BFC
:1000A0004A281E30B9001428850105145A2005106D
:1000B0005A205428FF30B4000130B5000230B60099
:1000C0006400B50B6428B40B6028B60B60280800E8
:02400E004C3E26
:00000001FF
 
 Налаживание устройства сводится к подбору резистора R1 Рис1. или (R5 Рис3.) Подключаем X1 к выходу ЛАТРА на котором устанавливаем напряжение 253 вольта, и увеличивая номинал сопротивления R1, (R5) добиваемся включения светодиода HL2 (HL3). Зона 187 вольт будет выставлена автоматически. Если необходимо сдвинуть верхнюю зону срабатывания например в 240 вольт, то нижняя также изменится до 174 вольт. Во время наладки соблюдайте осторожность чтобы не произошло случайного обрыва резистора R1  (R5) так как микроконтроллер может выйти из строя, несмотря на то что внутри у него стоят защитные диоды.
    Все конструкции выполнены на печатных платах из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5-2мм. На Рис4. изображена печатная плата для двойной розетки ее размер 56х90мм, на Рис5. для подсоединения к квартирному автомату ее размер 15,5x65мм, на Рис 6 схема устройства с фильтром ее размер 78х200мм.
 

Рис4.
 

Рис5.

Рис6.
 
 
  Скачать файлы