Александр (администратор)
Руководитель и главный редактор сайта, автор статей.
Опыт работы 5 лет.

Брейк-реле на базе широко распространенного «брейкера»

  • Статья
  • Видео
В данной статье инженер-электрик Александр Васильев, уже известный читателям по публикациям о синхронном ограничителе, знакомит сегодня с отдельным изделием, которое может найти широкое применение во многих устройствах, предназначенных для защиты аппаратуры не только от повышенного напряжения, но и от недопустимо высокого тока. Это изделие, которое ему удалось сконструировать и довести до технологичной и надёжной модели, он назвал «брейк-реле» (реле — расцепитель). Вот, что он рассказывает об этой разработке.

Описание разработки

Выбранный в качестве основы «брейкер» с кнопкой возврата (широко распространены и клавишные), хорош тем, что имеет мощные и достаточно быстрые на замыкание-размыкание контакты (благодаря оригинальному механизму фиксации разомкнутых контактов). Конструкция его такова, что позволяет организовать дистанционное управление контактами сохраняя их хорошую защищенность от внешних атмосферных воздействий. Биметаллическая пластина брейкера имеет такой особый профиль, что при определенной температуре нагрева (от перегрузки по току) она резко изменяет свой изгиб и размыкает контакты. Однако, в процессе приближения к этой температуре пластина частично изгибается и ослабляет давление контактов, что может привести их к нагреву и искрению. Кроме этого она имеет большой разброс термомеханических свойств, что приводит к большому разбросу времени срабатывания при одинаковом токе.

Всё это является существенным недостатком данного теплового расцепителя. Заглядывая вперед, надо сказать, что организация дистанционного управления этими контактами позволяет заменить биметаллическую пластину обычной, а управление по току осуществить с помощью электронного датчика и соответствующей ключевой схемы. В итоге получается полнофункциональный расцепитель с хорошими показателями. Но, это в перспективе, а сейчас рассмотрим модель, предназначенную для устройств защиты по напряжению. Показатели защиты по току остаются в ней такими же, как и в исходном брейкере.

Для испытаний и представления двух опытных модификаций брейк-реле было изготовлено два устройства защиты от перенапряжения на базе 3-х розеточного разветвителя фирмы VI-TOK, без синхронного ограничителя. На фото ниже показан полный комплект брейк-реле перед окончательной сборкой. Как будет показано ниже, реле актуально и без автоматического управления возвратом в исходное состояние, то есть с одним электромагнитом.Брей-реле для защиты от перенапряжения

Электромагниты

Миниатюрные электромагниты имеют наиболее экономичную (по затратам) конструкцию. Магнитопроводы изготовлены из мягкой оцинкованной полосы 20х0,75 мм (пригодна и тарная полоса), сердечники — из проволоки d5 (d6), обмотка катушки выполнена проводом 0,1 мм. Ранее уже отмечалось, что и схема защитного устройства с брейк-реле получается наиболее простой и надёжной. Она не содержит ни одного элемента повышенной мощности и ни одного электролитического конденсатора, то есть обладает наиболее большим ресурсом. В дежурном режиме потребление составляет 0,5 — 0,8 ватт. Ниже показаны фото внутреннего монтажа устройств защиты с автовозвратом и без автовозврата, и плата второго из них, которые хорошо демонстрируют конструктивную простоту.

Модель с автовозвратом

Модель с ручным возвратом

Плата брейк-реле

Ранее отмечалось, что автоматический возврат в исходное дежурное состояние необходим главным образом для холодильников. Здесь надо сказать, что он полезен и для компьютерной аппаратуры, подключенной к источнику бесперебойного питания (для этого комплекта), и для другой аппаратуры, — например, для систем видеонаблюдения. В то же время автовозврат для телевизоров и прочей аудио-видео — техники совсем не обязателен. Таким образом, видятся актуальными две модели брейк-реле и соответственно следующие модели устройств защиты:

  1. Модель фильтра-разветвителя с отсечкой питания и ручным возвратом, и аналогичная модель, но с автовозвратом.
  2. Синхронный ограничитель (ОНС) с автоотсечкой и ручным возвратом, и с автовозвратом.

Модели по п.1, как и выпускаемые сейчас фильтры, годятся лишь для стабильных городских сетей. Надо заметить, что такая модель, но с брейк-реле, отличается наибольшей экономичностью. В ней может отсутствовать и входной выключатель, поскольку конструктивно просто установить кнопку для электромагнита брейк-реле, — электрическую, или механическую. Автовозврат в представляемой конструкции не исключает ручной возврат, — он становится резервным.

Здесь надо отметить ещё одно положительное отличие устройств защиты на основе брейк-реле от существующих, использующих в качестве расцепителя обычное реле. Устройство защиты должно быть рассчитано на входное аварийное напряжение вплоть до 380 вольт, поскольку вероятность такой аварии в электросетях хотя и низка но всё же постоянно имеет место, и очень велико её разрушительное действие, велика стоимость потерь. Так вот релейная защита, точнее схема этой защиты в существующих устройствах обычно не рассчитана на такое напряжение (поскольку существенно увеличиваются затраты). Изготовители не дают никаких гарантий на такой случай.

Отличие брейк-реле заключается в том, что оно мгновенно, за 2 — 3 мс отключает всё, то есть срабатывает как автомат тока. Что касается схемы обеспечения автовозврата, то надо сказать, что её элементы работают на токах менее 2 — 3 мА и имеют достаточный запас по напряжению. То есть, в отличие от релейной схемы, тепловыделения на элементах существенно меньше. Избыток напряжения в цепочке контроля входного напряжения выделяется посредством классической схемы ограничения тока с помощью высоковольтного маломощного транзистора, зашунтированного резистором порядка 100 кОм.

Надо отметить, что в схеме автовозврата используется неоновый индикатор, который кроме основной функции полезен тем, что позволяет документально (актом со свидетелями) зафиксировать факт длительного наличия недопустимо высокого напряжения в сети (для возмещения ущерба по незащищенным участкам питания, в том числе у соседей, через суд). Здесь надо обратить внимание читателей на то, что вопрос возмещения ущерба от повышенного напряжения в сети (ввиду высокой цены современной аппаратуры и особенно её ремонта) должен быть осмыслен и изучен каждым потребителем заранее.

Юридическая сторона этой, можно сказать, проблемы по нашим сведениям требует серьёзнейшей работы соответствующих ведомств. Но, какими бы ни были юридические решения, технические устройства защиты должны обеспечивать фиксацию факта недопустимого завышения напряжения в сети, а юридическое закрепление этого факта должно выполняться экспертной технической службой. Это могут делать, очевидно, и сервисные центры по гарантийному обслуживанию и ремонту устройств защиты. Многие современные устройства имеют цифровой индикатор напряжения, но и в этом случае требуется экспертное заключение о точности измерения и об исправности защитного устройства, то есть техническое подтверждение факта перенапряжения. Тема эта актуальна и её полезно будет рассмотреть отдельно. Здесь же осталось завершить рассказ о новой разработке — брейк-реле.

Как и ранее, в порядке совета мастерам, надо сказать, что указанная выше длительность отсечки измерялась при испытаниях посредством RC – цепочки, подключенной с этой целью к электромагниту. Измеряя напряжение на конденсаторе после импульса отсечки и зная постоянную времени заряда, а также то что срабатывание происходит в области вершины полуволны, можно вычислить примерную длительность импульса отсечки, то есть время от открытия тиристора до обесточивания.

Испытания брейк-реле

Желающие посмотреть испытания представленных моделей, могут скачать вот эти файлы:

Модель с ручным возвратом и ручным выключением

Модель с автовозвратом

Демонстрация задержки

Смотреть их надо со звуком нормального уровня. При испытаниях брейк-реле использовался рекомендованный мною ранее обычный трансформатор с обмотками вольтодобавки и с резистором-регулятором напряжения. Резистор зашунтирован симисторным ключем для обеспечения импульса тока электромагнитов отсечки и возврата (около 6 А). Кнопочный тест на отсечку такой же, как и в синхронном ограничителе. Выдержка на автовозврат отсчитывается после снижения напряжения менее точки отсечки и составляет несколько секунд. Более длительная выдержка требует использования электролитического конденсатора, — недостаточно надёжного элемента, а выдержка более получаса (для холодильника) ещё и усложняет схему.

В этом отношении надо заметить, что реально, — без всяких устройств защиты, всегда вероятно исчезновение питания на несколько секунд и менее (например, из-за плохого контакта или от случайного выключения общего автомата). Поэтому вся аппаратура должна быть рассчитана изготовителями на такое прерывание питания. Более длительная задержка требуется лишь для особого оборудования, например, для некоторых холодильников. Тогда надо подключать их через специальное реле времени, которое, — между прочим, должны поставлять сами Изготовители (чем перекладывать это на потребителей, заставлять их приобретать особые устройства защиты). Но, это с инженерной точки зрения. А с точки зрения Потребителя, не ограниченного в средствах, должна быть, конечно, возможность приобрести модель защитного устройства с широким диапазоном выдержки времени, вплоть до отключения автовозврата. Это реализовано, кстати, во многих видах стабилизаторов, — с соответствующей стоимостью и рядом недостатков, о которых говорилось ранее.

Если Вас заинтересовало брейк-реле, можете обратиться за дополнительной информацией по почте phil2007@list.ru (Александр Васильев, инженер-разработчик).

Модель с ручным возвратом и ручным выключением

Модель с автовозвратом

Нравится(0)Не нравится(0)
(1 голосов)
Загрузка...
Обсудить на форуме

Добавить комментарий

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