Схема. Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети

      Схема автомата защиты изображена на рис. 1. Питается он от сети по бестрансформаторной схеме. Управляют прибором с помощью трёх кнопок на его передней панели SB1 (> — «Увеличение»), SB2 (•- — «Ввод») и SB3 И -«Уменьшение»).

Основные технические характеристики
Интервал измеряемых значений сетевого напряжения, В ……………….30…450
Ток нагрузки, А, не более ……………………………………………………….32
Число режимов защиты ………………………………………………………….5
Верхний порог срабатывания, В ……………………………………………….225…280
Нижний порог срабатывания, В ………………………………………………..100…215
Наименьшее время срабатывания, с ………………………………………….0,001
Задержка включения после нормализации напряжения, с ………………5…900
Таймер включения, мин ………………………………………………………….1…900
Схема Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети 1
      Входное сетевое напряжение поступает на контакты LI и N колодки ХТ1, в защищаемую цепь напряжение подают с контактов LO и N этой колодки. При срабатывании защиты электромагнитное реле К1 отключает выходное напряжение. В случае перегрузки потоку цепь LI размыкает включённый в неё последовательно стандартный автоматический выключатель (АЗС) с номинальным током 32 А и характеристикой отключения класса С. На схеме он не показан.

      Микроконтроллер DD1 постоянно следит за входным сетевым напряжением, поступающим через резистивный делитель R11—R13 на вход встроенного десятиразрядного АЦП (вывод 27 DD1). Измерение этого напряжения основано на усреднении 128 отсчётов его мгновенного значения, взятых АЦП в течение 20 мс (одного периода сетевого напряжения частотой 50 Гц). На индикаторе прибора отображается действующее значение напряжения. Оно же используется при задании порогов срабатывания защиты.

      В основе вычисления действующего значения по результатам работы АЦП в рассматриваемом приборе лежит предположение о синусоидальной форме напряжения в сети. Когда это предположение справедливо, относительная погрешность измерения не превышает 1 %. В реальности из-за искажения формы и изменения в небольших пределах частоты сетевого напряжения возникает дополнительная погрешность, которая может достигать 5 %. Кроме того, погрешность возрастает, если напряжение в сети опускается ниже 50 В. Это связано с уменьшением образцового напряжения АЦП.
Схема Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети 2
      Параллельно с основной, постоянно включённой защитой по действующему значению, в программе реализован также пиковый детектор напряжения. Он вычисляет текущую сумму последних четырёх отсчётов. Если она превысила в два раза заданный верхний порог срабатывания защиты, формируется сигнал выключения выходного напряжения длительностью приблизительно 20 мс. Он подаётся не позднее чем через 1 мс после превышения порога.
      Если в течение следующих 2 с пиковая перегрузка произойдёт повторно, выходное напряжение будет отключено до тех пор, пока опасные выбросы входного напряжения не прекратятся.

      Автомат собран на двух односторонних печатных платах. Граница между ними показана на схеме рис. 1 штрихпунктирной линией, а четыре точки их соединения обозначены буквами А—Г. Платы изготовлены из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…2 мм. На рис. 2 изображена плата с элементами узла питания автомата и реле. Интегральный стабилизатор DA1 в корпусе SOT-89 и конденсатор С5 типоразмера 1206 размещены на стороне печатных проводников этой платы, как показано на рис. 3. Оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, конденсатор СЗ — плёночный импортный аналог К73-17. Резисторы — МЛТ или С2-23, причём R12 и R13 должны иметь допуск не более 1 %, a R11 — 5 %.
Схема Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети 3
      Реле К1 (NT90TNCSDC24CB) прижато к плате одной из плоских граней корпуса, а его выводы обращены в сторону колодки ХТ1. Сама она изготовлена из трёх контактных групп от колодки 12HWP-12 либо аналогичной на ток не менее 32 А и напряжение 450 В. К выводам контактов реле припаяны отрезки медного провода сечением не менее 6 мм2, зачищенные концы которых вставляют в отверстия контактов колодки ХТ1 и зажимают винтами. При повышенном напряжении в сети стабилитрон VD5 сильно разогревается. Поэтому его желательно поднять над платой на всю длину выводов.
Схема Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети 7
      Узел микроконтроллера, индикатора и кнопок управления собран на плате, изображённой на рис. 4. Все резисторы в нём — РН1 -12 или подобные типоразмера 0805 для поверхностного монтажа. Микроконтроллер следует устанавливать на плату (со стороны печатных проводников) уже запрограммированным. В его программную память загружают коды из файла protect_v2.hex, a в EEPROM — protect_v2.epp, конфигурация должна соответствовать табл. 1.
Индикатор с общим катодом E30561-L-O-8-W можно заменить аналогичным, но с общим анодом Е30561-I-0-8-W. При этом из исходного текста программы (файла modul_v1.asm) следует удалить строку
#define __COMMON CATHODE__
и, заново оттранслировав его, загрузить во FLASH-память микроконтроллера коды из порученного НЕХ-файла.
Схема Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети 4
      Обе платы помещены в стандартный пластиковый корпус шириной три модуля (76 мм), предназначенный для монтажа на DIN-рейку, как показано на рис. 5. В передней панели корпуса сделан вырез под индикатор HG1 и отверстия для толкателей кнопок SB1—SB3.
      При подключении автомата к сети входящий фазный провод должен быть соединён с контактом LI колодки ХТ1, а нейтральный — с её контактом N. Все соединения с сетью и защищаемыми электроприборами должны быть выполнены одножильным медным проводом сечением не менее 4 мм2. Если провода многожильные, на них необходимо надеть специальные наконечники с последующим обжимом. При рабочем токе более 20 А с боковых сторон установленного на DIN-рейку прибора нужно оставить зазоры по 5… 10 мм для лучшего охлаждения.

      После включения в сеть автомат, выдержав паузу 5 с, подаст на выход (контакты LO и N колодки ХТ1) сетевое напряжение и начнёт отображать его текущее действующее значение.
Каждый раз после подачи на вход автомата сетевого напряжения до его появления на выходе будет выдержан интервал времени от 1 до 900 мин, задаваемый параметром НАЧ. При этом на индикаторе станет идти обратный отсчёт времени выдержки и мигать раз в секунду десятичная точка младшего разряда. Принудительно завершить отсчёт выдержки можно нажатием на любую из кнопок SB1—SB3. Если установить параметр НАЧ в состояние «- — -«, то таймер задержки включения в работе устройства участия не принимает.
Схема Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети 5
      Если зафиксировано сетевое напряжение выше верхнего порога (ВПР) либо ниже нижнего порога (НПР), выход будет отключён, а индикатор начнёт мигать с частотой 2 Гц. Когда напряжение в сети вернётся в норму, частота миганий уменьшится приблизительно до 1 Гц. Мигание индикатора всегда означает, что напряжение на выходе прибора выключено.
Выходное напряжение будет вновь включено только через заранее установленный промежуток времени после нормализации напряжения в сети. Продолжительность этого промежутка задают параметром ВРЕ в пределах 5—900 с.

      Режим защиты выбирают установкой параметра ПАР в соответствии с табл. 2. Если в сети часто наблюдаются большие перепады напряжения либо к ней подключена мощная техника, от защиты по пиковому значению лучше отказаться и использовать в бытовых целях режим УС2 или УСЗ.

      Выбор и установка параметров работы прибора производятся согласно рис. 6. Автомат отключает выходное напряжение на время выполнения этих операций. Параметр ГРА пользователем не изменяется, а показывает значение сетевого напряжения, при котором произошло последнее срабатывание защиты.
      Сохранение в памяти микроконтроллера всех изменённых значений параметров и возврат к обычному режиму работы происходят автоматически, если в течение 5 с ни на одну из кнопок не нажимали. Значения параметров автомата по умолчанию: ВПР = 250, НПР = 170, ВРЕ = 5, ПАР = УС2 и НАЧ = — -.
Схема Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети 8
      Прибор фиксирует и подсчитывает все случаи включения сетевого напряжения «п», число срабатываний защиты при выходе напряжения за верхний порог » » и число её срабатываний при выходе напряжения за нижний порог «_». Узнать, сколько этих событий произошло после включения автомата или последнего обнуления счётчиков можно, последовательно нажимая на кнопку SB1, как показано на рис. 7. Нажатие на кнопку SB3 обнуляет счётчик, содержимое которого выведено на индикатор.

      Автомат имеет функцию имитации присутствия людей в помещении, что с успехом может использоваться для защиты от злоумышленников. Включение и выключение этой функции происходят при нажатиях на кнопку SB3 в основном режиме работы прибора. О её включённом состоянии сигнализирует светящаяся десятичная точка в младшем разряде индикатора.
      Выполняя функцию имитации, прибор включает и выключает выходное напряжение через промежутки времени, продолжительность которых он выбирает случайным образом в интервале от 15 с до 75 мин. Если в помещении оставлено включённым освещение, со стороны создаётся впечатление, что в нём постоянно кто-то находится. Естественно, что электропотребители, требующие бесперебойного питания, должны быть в этом случае отключены от сети либо включены в неё, помимо автомата защиты. Защита от выхода напряжения за установленные пределы при выполнении охранной функции продолжает действовать.
Схема Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети 6
      В приборе предусмотрена возможность программной корректировки показаний вольтметра. Для этого необходимо подключить автомат к сети при нажатой кнопке SB2 и после этого отпустить кнопку. На индикатор будет выведено измеренное значение сетевого напряжения. Нажимая на кнопки SB3 и SB1, его изменяют соответственно в сторону уменьшения или увеличения. Каждое нажатие на кнопку сопровождается кратковременным включением десятичной точки в младшем разряде индикатора. Добившись совпадения показаний индикатора и образцового вольтметра, калибровку завершают нажатием на кнопку SB2. При этом индикатор должен кратковременно выключиться и вновь включиться. Изменения вступают в силу после повторного запуска автомата.

      Для повышения надёжности работы автомата значение каждого параметра продублировано в четырёх ячейках EEPROM микроконтроллера. Их чтение и запись производятся поблочно. После каждого чтения программа сравнивает содержимое всех ячеек, хранящих один и тот же параметр. За истинное принимается значение, совпадающее хотя бы в двух ячейках и обнаруженное первым. Оно используется программой и восстанавливается в остальных ячейках блока.

      Указанное автором время срабатывания защиты 0,001 с является минимальной продолжительностью выброса напряжения, вызывающего формирование сигнала отключения нагрузки. Само отключение происходит с задержкой на время отпускания применённого реле (минимум несколько миллисекунд).

Прилагаемые файлы: protect-v2.zip

И. КОТОВ, г. Красноармейск Донецкой обл., Украина
«Радио» №10 2012г.

Похожие статьи:
Устройство защиты аппаратуры от аварийного напряжения сети
Устройство защиты от аварийного напряжения сети
Устройство защиты от опасного напряжения в трехфазной сети
Устройство защиты аппаратуры от аномального напряжения в сети

1 thought on “Схема. Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети

  1. Здравствуйте! Спасибо за отличную интересную статью, она оказалась для меня просто бесценной. А нет ли блок-схемы для программного кода?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *