Ограничители напряжения: Выбор ограничителя перенапряжения

Содержание

Ограничители напряжения: Простейшие способы ограничения напряжений и защиты от кратковременных импульсных перенапряжений

 

В тех случаях, когда необходимо ограничить диапазон изменения какого-либо сигнала, используются устройства, называемые ограничителями. В подобных цепях находят широкое применение диоды различных видов (импульсные, универсальные, стабилитроны, ограничители и др.).

С помощью импульсных стабилитронов или ограничителей напряжения можно защитить входные (и выходные) цепи различных узлов аппаратуры от воздействия кратковременных импульсных помех и перенапряжений, проникающих в них из-за грозовых разрядов, коммутации индуктивных нагрузок, статических электрических разрядов и т.п. (рис. 3.2‑1...3.2‑4).

 

Рис. 3.2-1. Схема защиты диодного моста и трансформатора

 

Рис. 3.2-2. Схема защиты входной и выходной цепей транзисторного усилителя

 

Рис. 3.2-3. Схема защиты ОУ по цепям питания

 

Рис. 3.2-4. Схемы защиты ОУ по входным и выходным однополярным (а) и двуполярным (б, в) сигнальным цепям

 

Обыкновенные универсальные, выпрямительные или импульсные диоды также могут использоваться в схемах ограничения напряжения. Например, если необходимо ограничить уровень напряжения сигнала каким-либо конкретным значением, то подойдет простейшая схема представленная на рис. 3.2-5. Здесь напряжение ограничения составляет примерно 5,6 В. Оно складывается из значения опорного напряжения \(U_{оп} = {5 В}\) и падения напряжения на диоде при прямом смещении (для многих кремниевых диодов ~0,6 В).

 

Рис. 3.2-5. Простейший одноуровневый диодный ограничитель

 

Аналогично может быть построена схема и для двухуровневого ограничения (рис. 3.2-6).

 

Рис. 3.2-6. Двухуровневый диодный ограничитель

 

Такая и подобные схемы широко используются для защиты различных узлов электронной аппаратуры. Например, входные цепи цифровых микросхем КМОП часто выполняются по схеме приведенной на рис. 3.2-7.

 

Рис. 3.2-7. Типовая схема защиты входных узлов логических элементов КМОП

 

На рис. 3.2-8 показан последовательный диодный двусторонний ограничитель, в котором при входных напряжениях ±0,5 В напряжение на выходе практически равно нулю и отличается от нуля, если входное напряжение выходит за указанные рамки. Такой ограничитель позволяет подавить нежелательные сигналы малого уровня (фон, шумы).

 

Рис. 3.2-8. Последовательный двусторонний диодный ограничитель

 

На рис. 3.2-9 приведен еще один параллельный диодный двусторонний ограничитель, в котором напряжения ±0,5 В передаются на вход без ограничения, а напряжения, выходящие за эти рамки, ограничиваются.

 

Рис. 3.2-9. Параллельный диодный ограничитель по уровню ±0,5 В

 

Для получения уровней ограничения порядка ±0,1...0,3 В можно использовать германиевые диоды или диоды Шоттки, а при необходимости увеличения уровней ограничения до ±1 В , вместо одного диода включают последовательно два или более диодов. Для еще больших напряжений можно использовать стабисторы, светодиоды (в прямом включении), стабилитроны.

 

 

< Предыдущая   Следующая >

ОПН - Ограничители перенапряжений нелинейные.

Ограничители ОПН

Ограничители ОПН — назначение и применение

Ограничители перенапряжения в настоящее время являются одним из наиболее эффективных средств защиты электрооборудования сетей электропередачи.

Ограничители ОПН обладают надежностью и высокими эксплуатационными свойствами.

Нелинейные ограничители перенапряжений используются как основные средства зашиты изоляции устройств электрических сетей от коммутационных и атмосферных грозовых перенапряжений.

ОПН рекомендуется применять вместо ранее широко используемых вентильных разрядников необходимых классов напряжения при проведении проектирования, эксплуатации электротехнических установок, их модернизации или реконструкции.

В отличие от стандартных вентильных разрядников, ограничители перенапряжения ОПН не имеют искровых промежутков и состоят из одного или нескольких модулей, содержащих колонку варисторов (нелинейных объемных резисторов) на основе окиси цинка или металлооксидной керамики, помещенных в полимерную или фарфоровую покрышку.

Благодаря использованию в ОПН оксидно-цинковых резисторов их можно применять для более эффективного ограничения перенапряжений в сравнении с обычными вентильными разрядниками и в связи с этим ограничители выдерживают рабочее напряжение сети без ограничения по времени.

Полимерная или фарфоровая покрышки ОПН обеспечивают надежную защиту варисторов (резисторов) от воздействия окружающей среды и способствуют их безопасной эксплуатации.

Размеры и вес ограничителей перенапряжений значительно меньше данных параметров вентильных разрядников.

Помимо перечисленных достоинств ограничителей перенапряжений, ОПН пожаро- и взрывобезопасен для помещений и сооружений, а также он может использоваться в сейсмоактивных районах.

Принцип действия ОПН

Учитывая высокую нелинейность варисторов, при появлении коммутационных или грозовых перенапряжений через ограничитель перенапряжений протекает большой импульсный ток. Резисторы ОПН переходят в активное (проводящее) состояние и в итоге — значение перенапряжения уменьшается до безопасного для изоляции оборудования уровня.

Когда же перенапряжение снижается до нормального уровня, ограничитель ОПН возвращается в неактивное (непроводящее) состояние.

Приборы и вспомогательная аппаратура к ОПН:

  • Защитный экран для ОПН
  • Приспособление для измерения тока проводимости под напряжением
  • ДТО-03 датчик тока для ОПН-110 и выше
  • Устройство контроля тока (УКТ)
  • Изолирующие основания ОПН

Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) в районных и распределительных сетях | Подстанции

Фото и видео
Новости (архив)

Контакты

[email protected] ru

  • Главная
  • Новости
  • Статьи
      • Back
      • Подстанции
  • Выключатели
      • Back
      • Выключатели (все)
      • Вакуумные
      • Элегазовые
      • Масляные
      • Электромагнитные
      • Справка выключатели
      • Производители выключателей
  • Инфо

Как работают ограничители перенапряжения

  1. Главная
  2. Электрические аппараты
  3. ОПН

Расшифруем понятие ОПН в энергетике (электрике) - ограничитель напряжения нелинейный. Это электрический аппарат, предназначенный для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений изоляции электроустановок в сетях низкого и высокого напряжения.

Буква Н в аббревиатуре ОПН означает нелинейный, а не напряжение.

Устройство опн

Нелинейным в устройстве ОПНа является сопротивление - переменное сопротивление (варистор).

Его переменность важна при изменении токов и видна на вольтамперной характеристике о-пэ-эн-а.

Сопротивления выпускаются в виде дисков, которые состоят из металлооксидной керамики. Они соединяются последовательно и параллельно внутри изоляционного корпуса, в зависимости от класса напряжения и пропускной способности ОПН.

Для каждого ОПН важно, чтобы все сопротивления имели одинаковые вольтамперные характеристики. В обратном случае, отдельные сопротивления будут нагреваться сильнее, что будет приводить к разрушениям самих сопротивлений и всего ОПН в целом.

Нелинейные сопротивления располагаются внутри корпуса из изоляции. Раньше для изоляции использовали фарфор, керамику. В настоящее время можно встретить ОПН, внешняя изоляции которых выполнена из полимерного изоляционного материала.

Наружная изоляция выполнена сложной формы, количество и форма ребер определяется требованием пути утечки внешней изоляции. Сама характеристика пути утечки определяет минимальный размеры ОПН.

Важной характеристикой состояния изоляции является чистота ОПНа, поэтому важно очищать его от пыли, грязи, так как эти факторы портят прочность внешней изоляции.

Внутренняя изоляции более мощная и прочная, чем внешняя.

Кроме сопротивлений и изоляции, в состав аппарата входят выводы подключения. Ограничитель подключается между фазой и землей.

опн обозначение на схеме

Ниже рассмотрим как выглядит ОПН на однолинейной схеме. Переменный резистор, который обозначается FV, как и разрядник.

Как работает опн

Принцип действия ОПН в снижении перенапряжения, за счет поглощения варисторами броска тока, выделяемого при уменьшении их сопротивления при возникновении перенапряжения. Путано написал, но думаю сейчас более подробно разберемся и станет доступнее.

Для понимания принципа работы ОПН рассмотрим обобщенную вольт-амперную характеристику переменного резистора.

Условно её можно разделить на три зоны по оси икс - зона малых токов, зона средних токов и зона высоких токов. По оси игрик также можно разбить на зону рабочего напряжения, зону низкого напряжения и зону перенапряжений.

На каждом из этих участков сопротивление ведет себя по-разному. В первой зоне ОПН находится в рабочем состоянии, сопротивление резисторов велико и по ОПНу течет малый ток.

При возникновении перенапряжения варистор переходит на участок 2 своей ВАХ. Перенапряжение создает импульс тока на ОПН, резисторы переходят в проводящее состояние, поглощают импульс тока и рассеивают его тепловой энергией.

За счет отведенного импульса тока перенапряжение уменьшается и резистор возвращается в зону 1. Аналогично и в зоне 3, но там перегиб кривой еще больше и бросок тока становится еще сильнее.

Ограничители перенапряжения для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений.

Ограничители перенапряжения

Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) — электрический аппарат, предназначенный для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений.
ОПН также можно назвать разрядником без искровых промежутков. ОПН на сегодняшний день являются одним из эффективных средств защиты оборудования электрических сетей.  


Применение

В некоторых случаях, оборудование может оказаться под влиянием повышенного, по сравнению с номинальным, напряжения (при грозе или коммутациях электрических цепей). В этом случае, возрастает вероятность пробоя изоляции установки. Нелинейные ограничители перенапряжений предназначены для использования в качестве основных средств защиты электрооборудования станций и сетей среднего и высокого классов напряжения переменного тока промышленной частоты от коммутационных и грозовых перенапряжений. Ограничители применяются вместо вентильных разрядников соответствующих классов напряжения и включаются параллельно защищаемому устройству или установке.

Устройство и принцип действия

Ограничитель перенапряжения является безискровым разрядником.

В наличие на складе:

наименование ед.изм кол-во цена
ОПН – 170 УХЛ4 24В шт 6 130
ОПН-121УХЛ4 48В шт 10 85
ОПН-214 УХЛ4 380В шт 5 160
ОПН-130 УХЛ4 24В шт 31 100
ОПН-212 УХЛ4 110В шт 1 120
ОПН-222 УХЛ4 110В шт 1 100
ОПН-132 УХЛ4 110В шт 7 100
ОПН-172 УХЛ4 110В шт 4 120
ОПН-122 УХЛ4 110В шт 3 120
ОПН-113 шт 1 100
Варистор LA4KE1B шт 3 420
Ограничитель перенапряжения LA4DA2E шт 3 620

 

 

Развернуть

Свернуть


Всего товаров в данной категории: 7

Сортировка: По умолчаниюНазвание (А - Я)Название (Я - А)Цена (низкая > высокая)Цена (высокая > низкая)Рейтинг (начиная с высокого)Рейтинг (начиная с низкого)Модель (А - Я)Модель (Я - А)

Показать: 12255075100

Показано с 1 по 7 из 7 (всего 1 страниц)

Мощные полупроводниковые ограничители напряжения

Введение

Для защиты электронного оборудования от перегрузок по напряжению при воздействии электромагнитных импульсов естественного и искусственного происхождения практикуется применение так называемых TVS-диодов, а также полупроводниковых (кремниевых) ограничителей напряжения (ПОН). В России налажено производство ПОН, рассчитанных на напряжения пробоя до 400 В и рассеяние импульсной мощности до 10 кВт. В частности, существует несколько серий ПОН, рассчитанных на ограничение перенапряжений на уровне напряжений ограничения 7,5–500 В. Предельный уровень рассеиваемой импульсной мощности серийных ограничителей 10 кВт — ограничитель напряжения 2Р486А с напряжением пробоя 400 В. Зарубежные производители выпускают TVS-диоды, рассчитанные на рассеяние импульсной мощности до 90 кВт.

Требуемое рабочее напряжение получают путем параллельной и последовательной коммутации диодов с соответствующими напряжениями пробоя. Допускается последовательное соединение любого числа однотипных ограничителей напряжения. Аналогичным образом достигается повышение мощности отдельных ПОН: арматура таких ограничителей содержит цепочки спаянных последовательно кристаллов — кремниевых р-n-структур [6–8]. Теплоотвод обеспечивается за счет спаянных с кристаллами дисков из металла с высокими теплоемкостью и теплопроводностью, обычно медных, покрытых серебром. Последовательным соединением кристаллов достигается также и другая цель — разработка ПОН с высоким (обычно выше 100 В) напряжением пробоя. В частности, по этому принципу разработана серия 1,5-кВт ПОН типа КР240 с Uпроб от 110 до 250 В [6], ограничители КС606АС (310 В), КС606БС (360 В), 2Р236А (320 В), 5-кВт ПОН 2С901Б (200 В), 2С903А (400 В), 10-кВт ПОН КР486А (400 В) [7].

При применении этих подходов необходимо учитывать определенные нюансы. Например, в патенте [10] представлено изобретение, технический результат которого — создание высоковольтного «сверхмощного» полупроводникового ограничителя напряжения. Согласно описанию, в предлагаемом полупроводниковом ограничителе напряжения высокие напряжения пробоя и рассеиваемой импульсной мощности достигаются за счет формирования в кремнии серии последовательно соединенных р-n-переходов. Отвод выделяющегося в р-n-переходах тепла в момент воздействия электрического импульса осуществляется подложкой — радиатором, контактирующим с торцевыми областями р-n-переходов (рис. 1).

Рис. 1. Структура высоковольтного полупроводникового ограничителя напряжения

Однако такой прием является неэффективным. Изготовленный по принципу, предлагаемому в патенте [10], образец ПОН выдерживал допустимую импульсную мощность 1,5 кВт. При этом его габариты превосходили габариты традиционных [4, 6–9] 1,5-кВт ПОН более чем в два раза. Это обусловлено тем, что в конструкции, представленной в [10], упущен один момент, отмеченный ранее в работе [9]: выделяющийся в р-п-переходе при воздействии паразитного импульса мощный тепловой импульс необходимо мгновенно эффективно поглотить и рассеять. Поэтому кристаллы в типовой конструкции ПОН непосредственно контактируют с теплоотводящими дисками (радиаторами) из материала с хорошей теплопроводностью и теплоемкостью. В качестве таковых применяются, как правило, медь (покрытие серебро), иногда серебро или специальные композитные материалы, в частности композит меди с молибденом (сплав МД). В настоящее время известна разработка такого композита на основе меди, серебра и алмазной крошки.

В настоящей работе приведены результаты по конструированию ПОН с рассеиваемой импульсной мощность до 150 кВт. При этом в качестве технологической основы изготовления мощных ПОН выбран принцип тонкой базы [9]: чем тоньше относительно высокоомный базовый слой, тем меньше последовательное сопротивление и, соответственно, падение напряжения в базе, то есть выделение в базе греющей мощности. Особенно это ощутимо при воздействии коротких (tи< 1 мс) импульсов, амплитуда тока которых может достигать сотен ампер. Поэтому в качестве исходного материала для разработки ОН с Uпроб свыше 10 В предлагается использовать эпитаксиальные структуры n-р+-типа. Ограничение по нижнему пределу Uпроб таких структур связано с ограниченными возможностями современной технологии эпитаксиального наращивания.

 

Симметричные и несимметричные полупроводниковые ограничители напряжения

Отличительной особенностью защиты цепей питания переменного тока от цепей постоянного тока является необходимость использования устройств защиты с симметричной ВАХ (рис. 2).

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика симметричного ограничителя напряжения

Если в случае несимметричных ПОН (рис. 3) выходом из положения является принцип последовательного соединения кристаллов, то в случае мощных высоковольтных симметричных ПОН (рис. 2) обеспечить симметричность ВАХ ПОН общепринятым способом организации встречного включения р-n-структур кристаллов (рис. 4), т. е. удвоения их количества, представляется крайне затруднительным.

Рис. 3. Вольт-амперная характеристика несимметричного ограничителя напряжения

Рис. 4. Электрическая схема симметричного ограничителя напряжения со встречными цепочками ограничительных элементов

И чем выше требуется обеспечить Uпроб ПОН и чем больше его рассеиваемая мощность, тем сложнее технологически это сделать. При конструировании ПОН такого рода симметричность ВАХ обеспечивается с помощью специализированной мостовой схемы из четырех выпрямительных диодов (рис. 5).

Рис. 5. Электрическая схема симметричного ограничителя напряжения с выпрямительным мостом

Увеличение мощности конструкции ПОН с симметричной ВАХ можно получить, используя способ последовательно-параллельного включения ограничительных элементов (рис. 6).

Рис. 6. Электрическая схема симметричного ограничителя напряжения с последовательно-параллельным включением ограничительных элементов и выпрямительным мостом

Симметричность ВАХ конструкции ПОН можно обеспечить также за счет использования кристаллов c симметричными р+nр+-, n+рn+-структурами ограничительных элементов. В этом случае электрическая схема сборки выглядит так, как показано на рис. 7.

Рис. 7. Электрическая схема симметричного ограничителя напряжения, собранного на основе «симметричных» низковольтных кристаллов (р+-n-р+-, n +-р-n+-структур)

Однако в этом случае не представляется возможным обеспечить «принцип тонкой базы» за счет используемых обычно n-р+эпитаксиальных структур с толщиной базы порядка 20 мкм. На практике для диффузионных р+-n-р+, n+-р-n+структур толщину базы даже менее ~200 мкм обеспечить если не невозможно, то крайне сложно.

 

Конструирование мощных выпрямительно-ограничительных диодов

На основании приведенного выше анализа известной информации разработаны конструкции мощных ПОН с напряжениями пробоя 33–500 В и импульсными мощностями 50–150 кВт в виде многокристальных модулей, симметричность ВАХ которых обеспечивается за счет мостовых схем.

Выпрямительные мосты собирались на основе четырех нестандартных (экспериментальных) мощных выпрямительных диодов, рассчитанных на импульсный ток (импульс экспоненциальной формы с параметрами 10/1000 мкс) в прямом направлении до 2000 А.

Выпрямительные диоды для «мостовой» схемы разработаны на основе высокоомного кремния n-типа проводимости марки КЭФ40. Напряжение пробоя таких диодов ~600 В, что обеспечивает надежное функционирование «мостовой» схемы для разработанного семейства ПОН с Uпроб 33–500 В, предназначенных для защиты РЭА в сетях постоянного и переменного тока с напряжением до 230 В.

Для монтажа в конструкции ПОН используется арматура выпрямительных диодов, изготавливаемая тем же образом, что и арматуры защитных элементов: кристалл паяется между двумя серебренными медными теплораспределительными дисками и выводами.

В сборках экспериментальных образцов ПОН применялись кристаллы с напряжением пробоя ~33 В, рассчитанные на рассеяние ~5,0 кВт импульсной мощности каждый. В качестве теплоотводящих дисков (радиаторов) использовались медные диски толщиной 400 мкм, покрытые слоем гальванического серебра толщиной ~5 мкм. Кристаллы и теплоотводящие диски собирали (пайка припоем марки ПСр2.5) в виде многокристальных ограничительных элементов, из которых затем набирались ограничительные цепочки с нужным Uпроб.

Монтаж ПОН производился из ограничительных элементов и мостовой схемы на двухвыводной керамической плате прямоугольной формы (рис. 8).

Рис. 8. Платы модулей полупроводниковых ограничителей напряжения

Платы помещались в прямоугольные пластмассовые корпуса. Герметизация плат в корпусах производилась компаундом марки КПТД-1/3Т-15,0 (К7), широко применяемым в электротехнической промышленности.

Экспериментальные образцы ПОН изготавливались как в соответствии с электрической схемой рис. 4 (мощность ПОН до 100 кВт), так и в соответствии со схемой рис. 5 — мощность ПОН свыше 100 кВт. Следует отметить, что, в отличие от конструкций ПОН относительно небольшой мощности, для которых в случае параллельного их соединения требуется точное согласование величин их напряжений пробоя (не более 20 мВ) [1], в разработанной конструкции мощного ПОН с последовательно-параллельным включением ограничительных р-п-структур (рис. 5) необходимое значение предельной импульсной мощности достигнуто при величине рассогласования Uпроб цепочек порядка 5–7 В.

В качестве ближайшего аналога разработанным мощным ПОН можно рассматривать 60-кВт ПОН (TransZorb) типа 60KS200С фирмы General Semiconductor Industries [11]. Результаты сопоставления основных параметров (характеристик) ПОН 60KS200С и одного из экспериментальных образцов мощных ПОН, близких по напряжению пробоя, представлены в таблице.

Таблица. Сравнение экспериментальных образцов мощных ПОН с зарубежным аналогом 60KS200С

Параметры

ПОН

60KS200С

Напряжение пробоя Uпроб, В, при тестовом токе 1мА

243–297

200–225

Импульсное напряжение ограничения Uогр.и, В, при tи = 10/1000 мкс

400

335

Импульсный ток ограничения Iогр.и, А, при tи = 10/1000 мкс

370

180

Постоянное обратное напряжение Uобр, В

220

180

Коэффициент ограничения (Uогр/Uпроб.max) Когр

1,34

1,48

Импульсная мощность Римп, кВт, при tи = 10/1000 мкс

150

60

Вес, г

30

50

Габариты (Ш×Д×В), мм

32×32×11

57×35×13

Таким образом, видно, что разработанные ПОН превосходят зарубежные аналоги по одному из важнейших параметров ограничителей напряжения — коэффициенту ограничения и, даже при меньших габаритах и массе, по мощности рассеяния импульсов перенапряжения.

 

Заключение

На основе анализа принципов конструирования и результатов исследования экспериментальных образцов мощных кремниевых ограничителей напряжения показана возможность разработки и производства ПОН с рассеиваемой импульсной мощностью (tф/tи = 10/1000 мкс) до 100–150 кВт. Причем в основу конструкций мощных ПОН с симметричной ВАХ положены электрические схемы с последовательным и последовательно-параллельным включением ограничительных элементов и выпрямительным мостом.

Литература
  1. Кадуков А. TVS-диоды — полупроводниковые приборы для ограничения опасных перенапряжений в электронных цепях // Компоненты и технологии. 2001. № 1.
  2. Кондратьев Б., Попов В. Ограничители для защиты радиоэлектронной аппаратуры от перенапряжения: Обзор. М.: ЦНИИ «Электроника». Сер. Зарубежная электронная техника. 1983. № 2(260).
  3. Скорняков С., Рахматов А. Ограничители напряжения для электронных автоматических телефонных станций // Электронная промышленность. 1991. № 1.
  4. Скорняков С., Павлов В., Рахматов А. Кремниевые ограничители напряжения — эффективные элементы защиты радиоэлектронных устройств // Компоненты и технологии. 2008. № 3.
  5. Полупроводниковые приборы. Руководство по применению. ОСТ 11336.907.0-79.
  6. Научно-технический отчет по ОКР «НОЖ-2». Разработка базовой технологии создания многофункциональных сетевых защитных устройств на основе модулей полупроводниковых ограничителей напряжения высокой импульсной мощности до 150 кВт и специализированных микросхем. 2012.
  7. Научно-технический отчет по ОКР «Неофит». Разработка и освоение малогабаритных ограничителей напряжения категории качества «ВП» — по типу ограничителей напряжения 1,5ОН18А, 10ОН400А аА0.336.640ТУ. 2010.
  8. Патент на изобретение № 2245592 от 27.01.2005 (РФ). Ограничитель напряжения с увеличенной мощностью / Ч. Л. Радд, А. Ф. Муратов, В. А. Потапчук, А. М. Умаров.
  9. Павлов В., Рахматов А., Скорняков С. Условия обеспечения длительной надежной работы ограничителей напряжения // Компоненты и технологии. 2008. № 4.
  10. Патент на изобретение №2318271 от 27.02.2008 (РФ). Высоковольтный полупроводниковый ограничитель напряжения (варианты) / Г. Бадалян, Д. Григорян, Р. Татевосян.
  11. Semiconductors general catalog. Sanken Electric Co., Ltd. 2012.

Ограничители перенапряжения: виды, назначение, принцип действия

  • Главная
  • »
  • Статьи
  • »
  • Ограничители перенапряжения: особенности, сфера применения

Современные ограничители перенапряжения пришли на смену устаревшим вентильным разрядникам. В роли основного рабочего элемента в них выступают нелинейные резисторы — варисторы. Они располагаются в корпусе, который изготавливается из высокопрочного полимера. Конструктивное исполнение ограничителей перенапряжения обеспечивает высокий уровень взрывобезопасности даже при  КЗ.

Стоимость приборов определяется их исполнением. Они востребованы для использования в быту, например — в дачных домах или квартирах. Отличительные черты таких ограничителей перенапряжения — компактность и сравнительно небольшой вес. Обычно их конструкция подразумевает возможность крепления на DIN-рейку. В некоторых приборах реализована возможность дистанционного управления, а также индикация режимов функционирования.

Ограничители перенапряжения классифицируются в зависимости от следующих признаков:

  • типа изоляции — материалом изготовления может быть полимер или фарфор;
  • конструктивного исполнения — устройства могут иметь одну или несколько колонок;
  • величины рабочего напряжения;
  • места установки.

Устройства, предназначенные для монтажа на DIN-рейку, могут быть одно- и трехфазными. Также их делят на три класса: первые устанавливаются на вводе в здание, вторые — в распределительном щитке объекта, а третьи — непосредственно на оборудовании, которое нуждается в защите от помех.

Конструкция и принцип действия

Основным рабочим элементом ограничителя перенапряжения (сокращенно — ОПН) является варистор — переменный резистор с нелинейными вольтамперными характеристиками. В зависимости от сложности устройства их устанавливают от одного до нескольких десятков, соединенных последовательно и параллельно.

ОПН для квартиры, коттеджа или дачи состоит:

  • из прочного пластикового корпуса;
  • сменного модуля, состоящего из одного или нескольких варисторов;
  • указателя его износа (окошка, сигнализирующего о степени износа зеленым или красным цветом).

Рассмотрим подробнее виды ОПН по типу изоляции и конструктивному исполнению:

  1. Фарфоровые. Колонка варисторов прижата к боковой поверхности трубы из стеклопластика, которая расположена внутри фарфоровой крышки. Такие ОПН устойчивы к температурным колебаниям и механическим воздействиям (основная механическая нагрузка приложена к изоляционному покрытию).
  2. Полимерные. Колонка варисторов заключена в прочный полимерный корпус, сделанный из высокомолекулярного каучука. Эти ОПН менее взрывоопасны, чем фарфоровые, однако подвержены влиянию сезонных колебаний температуры.
  3. Одноколонковые. Состоят из одной варисторной колонки, выпускаются в любом классе напряжения. Снижают массу ОПН.
  4. Многоколонковые. Состоят из нескольких модулей, образованных из определенного числа колонок. Применяются при больших классах напряжения и сложных условиях эксплуатации (грязь, влага).

Принцип действия ограничителя перенапряжения основан на нелинейности вольтамперных характеристик варисторов. В нормальных условиях их сопротивление настолько велико, что электрический ток через них не проходит.

Рабочим элементом для ограничителей перенапряжения электросетей в промышленном секторе являются специальные колонки, состоящие из набора варисторов. Последние соединяются в соответствии с последовательно-параллельной схемой и рассчитаны на высокое напряжение.

Схемы подключения ограничителей перенапряжения

Для защиты линий электроснабжения используют разные схемы подключения:

  • синфазную. Применяется продольный принцип защиты каждого кабеля от перенапряжений по отношению к контуру земли;
  • противофазную. Используется поперечный принцип защиты между каждой парой проводов;
  • комбинированную. Этот способ объединяет оба предшествующих.

Специфика монтажа

В зависимости от модели ОПН устанавливаются на специальный фундамент с помощью болтов или крепятся к 3-лучевой опорной раме в вертикальном положении.

Общий перечень работ:

  • доставка в зону монтажа;
  • внешний осмотр, удаление загрязнений, следов коррозии;
  • монтаж пофазно с выверкой расстояний и с учетом ПУЭ;
  • постепенная затяжка болтов на четверть-половину оборотов по кругу;
  • подключение к сети с помощью шин либо оголенного провода (для исключения электрической коррозии применяется только алюминиевый проводник).

Основные критерии подбора

Наименование параметра Норма для исполнения
ОПНп-3/550/3,6-УХЛ1(2) ОПНп-6/550/…УХЛ1(2) ОПНп-10/550/…УХЛ1(2)
Класс напряжения сети, кВ 3 6 10
Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение ограничителя, кВ (действ.) 3,6 6,0 6,6 7,2 7,6 10,5 11,5 12 12,7
Номинальное напряжение ограничителя, кВ 4,50 7,50 8,25 9,00 9,50 13,1 14,4 15,0 15,9
Номинальный разрядный ток, кА 10
Остающееся напряжение при грозовых импульсах тока 8/20 мкс, кВ с амплитудой:  
- 5000 А 10,6 17,7 19,5 21,3 22,5 31 34 35,5 37,5
- 10000 А 11,5 19,2 21,1 23 24,3 33,6 36,8 38,4 40,6
- 20000 А 13 21,6 23,8 25,9 27,4 37,8 41,4 43,2 45,8
Остающееся напряжение при коммутационных импульсах тока 30/60 мкс, кВ с амплитудой:  
- 250 А 8,56 14,3 15,7 17,1 18,1 25 27,4 28,5 30,2
- 500 А 8,94 14,9 16,4 17,9 18,9 26,1 28,6 29,8 31,5
- 1000 А 9,5 15,8 17,4 19 20 27,7 30,3 31,7 33,5
Остающееся напряжение при быстронарастающих импульсах тока 1/10 мкс с максимальным значением 10000 А, кВ не более 11,8 19,7 21,7 23,7 25 34,5 37,8 39,4 41,7
Ток пропускной способности, А 550
Количество воздействий импульсов тока:  
при прямоугольных импульсах тока 8/20 мкс с максимальным значением 550 А, не менее 20
при грозовых импульсах тока 8/20 мкс с максимальным значением 10000А, не менее
при импульсах большого тока 4/10 мкс с максимальным значением 100 кА, не менее 2
Классификационное напряжение ограничителя (при классификационном токе Iкл=2 мА), кВ не менее 4,54 7,56 8,32 9,07 9,58 13,2 14,5 15,1 16,0
Способность к рассеиванию нергии расчетного прямоугольного импульса 2000 мкс, кДж не менее 11,7 19,4 21,4 23,3 24,6 34,0 37,3 38,9 41,1
Удельная рассеиваемая энергия, кДж/кВ не менее 3,24

При выборе подходящего ограничителя напряжения обращайте внимание на следующие параметры:

  • максимальное допустимое напряжение — величина, при которой прибор способен полностью сохранять свою работоспособность в течение неограниченного промежутка времени;
  • номинальное напряжение — величина, при которой устройство может функционировать в течение десяти минут;
  • ток проводимости — величина тока, который проходит через ОПН под воздействием напряжения. Обычно эта характеристика не превышает нескольких сотен микроампер;
  • номинальный разрядный ток;
  • расчетный ток коммутационного перенапряжения;
  • токовая пропускная способность;
  • устойчивость к короткому замыканию.

При эксплуатации устройств следует соблюдать основные требования:

  • корпус ограничителя перенапряжения в обязательном порядке должен быть защищен от прямого прикосновения человека;
  • необходимо исключить вероятность возгорания в результате перегрузок;
  • при выходе устройства из строя не должно происходить короткого замыкания в линии.

С нами можно связаться

По телефону:

По электронной почте:

Цепь ограничителя напряжения

с использованием принципиальной схемы операционного усилителя, форма сигнала

Операционный усилитель обычно используется в качестве компаратора в тех случаях, когда его скорость и точность не критичны. Как показано в предыдущем посте ( OP-AMP COMPARATOR ), скорость переключения компаратора операционного усилителя может быть улучшена, а шум также может быть устранен. Проблемы смещения также можно уменьшить, добавив схему компенсации напряжения и резистор уменьшения смещения. Поскольку операционный усилитель изначально спроектирован для работы в качестве усилителя, его выход не будет работать линейно с такими логическими схемами, как TTL.Для TTL требуется входное напряжение в диапазоне (0-5) вольт. Таким образом, чтобы поддерживать колебания выходного напряжения операционного усилителя между этими диапазонами, в схему добавляются другие компоненты, такие как стабилитроны. Такие схемы с заданным размахом выходного сигнала называются ограничителями напряжения.

Некоторые из наиболее часто используемых схем ограничителя напряжения показаны ниже.

На рисунке, показанном ниже, два стабилитрона подключены к тракту обратной связи схемы операционного усилителя. Эта конструкция помогает поддерживать предел напряжения между положительным и отрицательным значениями выходного напряжения, В 0 . Как показано на осциллограмме, когда напряжение Vin увеличивается от 0 до положительного напряжения, значение V0 увеличивается в противоположном направлении (отрицательном). Это продолжается до тех пор, пока диод D1 не смещается в прямом направлении, а D2 не переходит в лавинный пробой.

Схема операционного усилителя-компаратора

При этом условии, V 0 = V Z + V D1

В Z - стабилитрон

В D1 - Падение напряжения на D1 = 0.7В

Если Vo увеличивается от 0 до отрицательного напряжения, Vo увеличивается в положительном направлении до тех пор, пока диод D2 не будет смещен в прямом направлении и D1 не перейдет в лавинообразное состояние.

При этом условии, V 0 = V Z + V D2

В Z - стабилитрон

В D1 - Падение напряжения на D 2 = 0,7 В

Таким образом, предел размаха выходного напряжения находится в пределах + (V Z + 0.7) и - (V Z + 0,7).

На рисунке ПЗУ используется для уменьшения проблем со смещением. Vin появится на резисторе R, поскольку v 1 = v 2 = 0 В (виртуальная земля).

На рисунке ниже показана комбинация стабилитронов и выпрямительных диодов. Эта схема используется для приведения уровня размаха V0 в положительное направление.

Когда V в изменяется от 0 до положительного напряжения, D2 имеет обратное смещение и, таким образом, V0 = -V sat .

Когда V в изменяется от 0 до отрицательного напряжения, D2 смещается в прямом направлении, а D1 переходит в лавинообразное состояние. Таким образом, V0 = V Z + V D2 .

Схема операционного усилителя-компаратора

На рисунке ниже показано использование одного стабилитрона в цепи обратной связи операционного усилителя. Это позволяет ограничить выход между + VZ и –VD.

В Z - стабилитрон

В D - Падение напряжения на стабилитроне с прямым смещением.

Схема компаратора ОУ

Встроенные ограничители напряжения для автомобилей

Аннотация: Обсуждается типовая блок-схема, показывающая путь питания в базовом блоке питания для автомобильных приложений. В этой статье описывается, как интегрировать активный ограничитель напряжения в базовую конструкцию источника питания. Описываются преимущества интеграции ограничителя напряжения. Несколько активных ограничителей напряжения от Maxim служат примером такого подхода к проектированию.

Введение - структура типичного автомобильного источника питания

На рисунке 1 показана упрощенная структура автомобильного источника питания.


Рис. 1. Базовая схема автомобильного источника питания состоит из трех вышеуказанных компонентов.

Эта блок-схема содержит следующие блоки:

  • Схема пассивной защиты : ограничивает положительное напряжение шины питания +12 В и блокирует отрицательное напряжение.
  • Схема активной защиты : ограничитель напряжения, который по своим функциям очень похож на схему пассивной защиты, но использует активные компоненты, такие как транзисторы, вместо пассивных компонентов.Следовательно, она имеет лучшее соотношение массы и меньшие размеры, чем пассивная структура с такими же электрическими характеристиками.
  • Импульсный или линейный регулятор напряжения : обеспечивает правильное напряжение и ток для данной нагрузки или нагрузок в многоканальных источниках питания.
Конкретные технические характеристики этих компонентов могут варьироваться от одного приложения к другому. Хотя в некоторых приложениях некоторые из этих элементов фактически отсутствуют, их отсутствие в целом отрицательно сказывается на электрических характеристиках.Фактически, отсутствие одного из вышеперечисленных агрегатов усложняет технические требования и конструкцию.

Установка ограничителя напряжения в источник питания

Теория активного ограничителя напряжения довольно проста. Между входом и выходом устройства находится полевой МОП-транзистор. Ограничитель напряжения управляет затвором этого транзистора. В нормальных условиях эксплуатации полевой МОП-транзистор открыт, и нагрузка запитана. Если напряжение превышает определенный порог, ограничитель напряжения отключает внешний полевой МОП-транзистор и нагрузку.

Внутренняя структура базового ограничителя напряжения и типовая схема применения представлены на рис. 2 .


Рисунок 2. Блок-схемы, например, 72 В, реле защиты от перенапряжения / контроллеры-ограничители с внешним полевым МОП-транзистором. На диаграмме MAX6495 – MAX6499 показаны устройства в режиме перенапряжения; MAX6495 показан в виде функциональной схемы.

В этом базовом ограничителе напряжения V IN питает внутреннюю цепь.Максимальное напряжение на V IN составляет 80 В. Делитель напряжения на входе OVSET устанавливает регулируемый порог перенапряжения. Использование внутреннего зарядного насоса для питания затвора недорогого n-канального MOSFET снижает стоимость устройства. Помимо обеспечения порога перенапряжения, эти ИС реализуют нерегулируемый порог пониженного напряжения.

В другом подходе реализован оконный ограничитель напряжения с регулируемыми порогами. На рисунке 3 показан пример этого приложения.


Рис. 3. MAX6499 сконфигурирован как оконный детектор повышенного / пониженного напряжения (слева) и показан на его базовой функциональной схеме (справа).

В этом случае ограничитель напряжения блокирует полевой МОП-транзистор и нагрузку в условиях пониженного и повышенного напряжения. Диапазон выходного напряжения может быть очень ограниченным (т. Е. Узким), что снижает технические требования к диапазону входного напряжения регулятора напряжения. Следовательно, этот регулятор напряжения может быть довольно упрощен и дешевле.Более того, некоторые аудиоприложения не нуждаются в высокоточном регулировании напряжения. В этих приложениях такая конструкция ограничителя напряжения устраняет необходимость в регуляторе.

Как мы видели выше, делитель напряжения управляет входным напряжением на ИС на Рисунке 2. Делитель также может быть повторно подключен к выходу ограничителя напряжения, как это показано на Рисунке 4 . В этом последнем примере делитель напряжения ограничивает напряжение на нагрузке, а не отключает его. Процесс ограничения напряжения носит периодический характер, как видно из рабочих характеристик.Период колебаний зависит от допустимой нагрузки и тока нагрузки и, следовательно, варьируется в широком диапазоне. Это периодическое колебание состоит из двух стадий; первая ступень переводит MOSFET в активный режим, а вторая выключает его.


Рис. 4. Устройства здесь сконфигурированы как защитный выключатель с ограничением перенапряжения; показаны данные о производительности. C IN = 100 мкФ; C OUT = 10 мкФ; R OUT = 100 Ом.

Конфигурация на рисунке 4 периодически переводит полевой МОП-транзистор в активный режим, что приводит к рассеянию мощности на этом полевом МОП-транзисторе.Таким образом, необходимы особые усилия, чтобы предотвратить перегрев полевого МОП-транзистора. Таким образом, ИС имеет внутреннюю защиту от перегрева с порогом около + 160 ° C. И IC, и MOSFET отключаются, если эта температура превышается; после остывания до + 140 ° С возвращаются в нормальный режим. Для реализации этого приложения ИС следует разместить с хорошим тепловым контактом как можно ближе к полевому МОП-транзистору.

Хорошо известно, что шина питания платы может содержать как отрицательные всплески напряжения, так и положительные всплески.Отрицательное напряжение может быть заблокировано схемой защиты на основе пассивных компонентов или специальной ИС. Внутренняя структура этой конструкции обратной защиты показана на Рис. 5 для MAX6496.


Рис. 5. MAX6496 показан как ограничитель перенапряжения со схемой защиты от обратного падения напряжения (слева) и его функциональной схемой (справа).

Помимо функции типичного ограничителя положительного напряжения, MAX6496 содержит каскад затвора MOSFET с p-каналом, который поддерживает дополнительный MOSFET во включенном состоянии при положительном напряжении и выключенном при отрицательном входном напряжении.Эта схема может быть более полезной, чем обычный диод Шоттки при высоком токе нагрузки и низком минимальном входном напряжении.

Сводка

Каждый из ограничителей напряжения, обсуждаемых в этой инструкции по применению, имеет определенные параметры, которые расширяют общие характеристики устройств. Каждый ограничитель напряжения имеет максимальное входное напряжение 72 В, если нагрузка запитана, или 80 В, если нагрузка выключена. В следующей таблице приведены основные характеристики ИС ограничителя напряжения.
Номер детали Пакет Ток покоя, мкА MOSFET Тип Автоповтор Задержка Программируемый ограничитель напряжения Обратная защита аккумулятора Порог отключения при пониженном напряжении (В) Встроенный стабилизатор напряжения Включить вход Выход PowerOK
MAX6495 6 ​​/ TDFN 24 п Х Х 5
MAX6496 8 / TDFN 24 н + п Х Х Х 5
MAX6497 8 / TDFN 15 п Х 5 Х
MAX6498 8 / TDFN 15 п Х 5 Х
MAX6499 8 / TDFN 15 п Х Х Х Adj
MAX6397 8 / TDFN 37 п Х Х Х Х
MAX6398 6 ​​/ TDFN 11 N Х Х
MAX6399 8 / TDFN 10 N Х Х Х Х
MAX16010 8 / TDFN 20 Х Х
MAX16011 8 / TDFN 20 Х Х
MAX16012 6 ​​/ TDFN 20 Х
MAX16013 6 ​​/ TDFN 20 P Х Х Х Х
MAX16014 6 ​​/ TDFN 20 -п. Х Х Х

©, Maxim Integrated Products, Inc.
Содержимое этой веб-страницы защищено законами об авторских правах США и зарубежных стран. Для запросов на копирование этого контента свяжитесь с нами.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3895:
ПРИМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 3895, г. AN3895, AN 3895, APP3895, Appnote3895, Appnote 3895

maxim_web: en / products / interface / signal-line-protection-ics, maxim_web: en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-sequencers

maxim_web: en / products / interface / signal-line-protection-ics, maxim_web: en / products / power / supervisors-Voltage-monitors-sequencers

Ограничитель напряжения на стабилитроне для искробезопасного применения

Ограничитель напряжения на стабилитроне для искробезопасного применения
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Зарегистрироваться

Electrical Engineering Stack Exchange - это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 128 раз

\ $ \ begingroup \ $

Я разрабатываю продукт, который должен соответствовать требованиям ATEX (искробезопасная конструкция).Частью конструкции является ограничитель напряжения (предел перенапряжения повышающего преобразователя). Обычно стабилитрон - единственный компонент, приемлемый по стандарту ATEX в качестве ограничителя напряжения безопасности (никакие другие схемы, состоящие из большего количества компонентов, не принимаются). Я выбираю стабилитрон, который должен соответствовать следующим требованиям:

  • мин. общая рассеиваемая мощность 1,5 Вт
  • Номинальное напряжение стабилитрона ниже 4,3 В
  • Обратный ток при 3 В ниже 100 мкА (или близко к этому числу)

Не могу найти подходящий компонент.Поиск затруднен, поскольку обратный ток часто указывается в очень общем виде (например, 5uA @ 1V). В настоящее время я выбрал 1SMB5916BT3G, но измерения показывают, что ток утечки составляет около 2 мА при 3 В. Кто-нибудь сможет посоветовать? Может быть, попробовать поискать какие-нибудь TVS диоды? Не уверен, будет ли это принято центром сертификации.

Создан 14 сен.

\ $ \ endgroup \ $ 1 \ $ \ begingroup \ $

Я предлагаю вам ограничить энергию до искробезопасного уровня с помощью стабилитрона более высокого напряжения, прежде чем выполнять другие требования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *