В периодических изданиях было опубликовано немало описаний радиолюбительских конструкций, предназначенных для защиты потребителей тока от аномальных напряжений в сети. К сожалению, значительная их часть способна работать лишь в лабораторных условиях, при эксплуатации в реальной обстановке такие защитные автоматы при аномальном сетевом напряжении нередко повреждаются первыми и уже ничего не способны защищать. Например, абсолютно непригодны для защиты оборудования те устройства, где силовой ключ выполнен на оптоэлектронных ключах, транзисторах, тринисторах или симисторах. При грозовом разряде или повышенном напряжении сети переменного тока полупроводниковый ключ может быть пробит, и все напряжение сети поступит на нагрузку. Ненамного надежней конструкции, в которых силовой ключ выполнен на электромагнитных реле. Проблема таких устройств в том, что радиолюбители и современная промышленность используют для этих целей компактные, якобы сильноточные электромагнитные реле. Одна из возможных ситуаций при использовании таких реле выглядит так: напряжение сети увеличивается, например, до 400 В. Защитное устройство, если само еще не повредилось, «подумав» несколько десятков миллисекунд, пытается переключить контакты реле. Если контакты к этому времени не «пригорят» друг к другу, то при размыкании из-за малого расстояния между разведенными контактами и резко возросшего тока нагрузки возникает дуга, которая выжигает контакты малогабаритного реле. Поскольку при горении дуги на нагрузки продолжает поступать повышенное напряжение питания, то вероятность повреждения электрооборудования крайне высока.

Не следует целиком доверяться только одному защитному устройству, например, отключающему питание сразу всей вашей квартиры, дома, дачи. Такое устройство с высокой вероятностью в ответственный момент не справится со своей задачей в полной мере. Защита должна быть комплексной и продуманной, учитывающей все возможные ситуации.

На 4 показана принципиальная схема защитного устройства, предназначенного для стационарного использования, которое может стать дополнением к другим конструкциям, комплексно защищающим потребителей энергии от перенапряжений. Это устройство предназначено для установки после защитного автомата, которое размыкает цепь питания при перенапряжении. Устройство представляет собой однофазный «несжигаемый» автомат. Оно также выполнено с применением высоковольтных варисторов ЕЫ1-20К431, рассчитанных на импульсный ток перегрузки 4000…6500 А. Работает устройство следующим образом: когда напряжение в сети нормальное и отсутствуют высоковольтные выбросы, варисторный и тиристорный узлы конструкции не оказывают на сеть питания почти никакого воздействия, лишь несколько снижая внутрисетевые помехи малой длительности и амплитуды. Если в сети извне появится высоковольтный импульс амплитудой более 420…460 В, который не будет сглажен фильтром П С1, то его амплитуда будет ограничена варисторами 1111, 1112, 1113. Если мощность высоковольтного импульса будет достаточно велика, то в работу вступит узел на мощных тринисторах промышленного назначения УБ1, УБ2, которые откроются, когда напряжение на варисторе 1114 превысит его напряжение открывания. Если вместо одиночного импульса на вход устройства придет серия высоковольтных импульсов или напряжение сети будет аномально повышено до 31 0…400 В, то мощный тринисторный узел вынудит сработать автоматический термопредохранитель FU1, например, установленный в распределительном щите на лестничной площадке, чем будут гарантированно обесточены все находящиеся в помещении потребители энергии сети переменного тока 220 В. Фильтр L2C2R1, а также конденсаторы СЗ, С4 предназначены, чтобы предотвратить открывание тринисторно- го узла при импульсных помехах малой длительности, когда в нем нет необходимости. Варисторы установленного типа также имеют емкость около 900 пФ каждый. Благодаря практически безынерционным варисторам, описанная конструкция обладает значительно большим быстродействием, чем релейные конструкции.

В этой конструкции вместо «бытовых» варисторов РЫ1-20К431 на месте 11)1-1113 целесообразно использовать «промышленные» варисторы В80К275, В32К320. Варистор 1114 желательно подобрать на чуть большее напряжение срабатывания, чем 1111-11)3. Оба дросселя намотаны на склеенных вместе кольцах К40х25х7,5 из феррита 2000НН. И содержит 8 витков сложенного вдвое многожильного монтажного провода с диаметром по меди 3 мм. 1.2 12-20 витков такого же провода. Перед намоткой катушек ферритовые кольца плотно обматывают сначала двумя слоями ПВХ изоленты, а затем в два-три слоя лавсановой лентой или лакот- канью, которую можно взять, например, от петли размагничивания старых цветных кинескопов, например, 51ЛК2Цили 61ЛК5Ц. Необязательно выдерживать точную конструкцию дросселей, можно использовать и иные «крупные» сердечники от импульсных, строчных трансформаторов или использовать мощные дроссели промышленного изготовления. Теплоотводы для тринис- торов не требуются. Конструкцию можно разместить в металлическом корпусе от неисправного или ненужного компьютерного блока питания АТ, АТХ.

Конструкции, в которых вместо варисторов используют мощные двуханодные стабилитроны на 350 В, к сожалению, оказались ненадежными, поскольку такие стабилитроны часто пробиваются без необходимости и без видимых причин, когда никакой реальной угрозы для потребителей электроэнергии нет.

Использование нескольких параллельно включенных варисторов уменьшает Rb, что положительно сказывается на качестве защиты нагрузки, а также уменьшает вероятность повреждения варисторов при всплесках напряжения сети, благодаря чему плавкий предохранитель FU1 может успеть перегореть раньше, чем будет поврежден один или все варисторы и нагрузка.

На элементах RI, VD1-VD4, Cl, HL1-HL4 собран светодиодный индикатор включения в сеть. Себестоимость этого узла ничтожна, а его полезность немалая, как минимум в том, что уменьшается вероятность оставить какой-либо электронный аппарат работающим без присмотра.

Вид на конструкцию удлинителя показан на З. Для повышения надежности изделия в качестве огнеупорного материала использована мягкая асбестовая бумага толщиной около 1 мм. Верующие в высказывания, что асбест вреден для здоровья, могут попробовать ответить на вопрос, каким образом, не содержащий ни одного летучего соединения материал

должен попасть в организм, в каких количествах, а также в какие химические реакции вступает или катализатором каких химических процессов работает чудом попавший в легкие или желудок асбест? Кстати, в ближайшее десятилетие следует ожидать, что будет окончательно доказано, что рак имеет вирусную природу и заразен, а «наследственная предрасположенность к раку» — элементарная передача вирусов от больного члена семьи к здоровым. Напомню, что именно так произошло и с «язвой желудка» — болезнь, которую десятилетиями считали результатом некачественного питания, имеет микробную природу и заразная. Об этом еще в 80-е говорили публично советские ученые, а недавно австралийцы получили нобелевскую премию.

Основания обеих электророзеток винтами М4 скручены вместе «зеркально», между ними проложен один слой асбеста, что препятствует возникновению интенсивного горения пластмассы. Четыре варистора установлены стопкой, между ними и снаружи варис- торной сборки также проложена асбестовая бумага. Также корпус розетки защищен полоской асбеста от возможного возгорания резистора Ш. По стенкам электророзетки также проложены полоски асбестовой бумаги. Поскольку розетки изготовлены из легкоплавкого легко воспламеняемого материала, то надписям, что они рассчитаны на 10 А / ~250 В, верить не стоит. Мы будем людьми думающими, а не верующими. Поэтому плавкий предохранитель был выбран на ток 6,3 А, что означает, что к каждой из розеток можно подключить нагрузку мощностью до 300 Вт. Это охватывает огромный спектр бытовой техники. От подключения к удлинителю, собранного из таких розеток, хотя бы одного мощного устройства — пылесоса, обогревателя помещений, электроплитки, утюга, электрочайника — следует воздержаться. Иначе рано или поздно вы получите, в лучшем случае, расплавившиеся корпус и основание электророзеток, в худшем — потерю жилища и близких.

Дроссель И намотан на кольце внешним диаметром 22 мм из пермаллоя проводом ПЭВ-2 диаметром 1 мм, содержит 18 витков. Можно применить любой аналогичный дроссель индуктивностью 30… 1000 мкГн, рассчитанный на ток не менее 8 А. Готовый дроссель пропитывают защитным компаундом. Конденсатор С1 — полиэтиленте- рефталатный К73-17 емкостью 0,022…0,068 мкФ на рабочее напряжение 630 В. Конденсатор С2 — керамический К15-5. Резистор Р1 желательно использовать невозгораемый Р1-7-1 или аналогичный импортный разрывной. Диоды КД522А можно заменить любыми из серий КД521, КД522, 1Ы914, 1Ы4148. Светодиоды подойдут любые общего применения непрерывного свечения без встроенных резисторов.

Увеличивающееся у меня количество домашней электротехники потребовало наличия еще одного удлинителя-разветвителя сети переменного тока 220 В. Поскольку среди десятка предлагаемых моделей в ближайших магазинах не было ни одного приемлемого для безопасной эксплуатации, было решено изготовить несложный удлинитель сети самостоятельно.

В качестве основы для будущего удлинителя были выбраны две симпатичные сдвоенные электророзетки для установки на стену, именуемые как «Розетка "Прима" РАЮ-403». Стоимость каждой чуть более 1 1150. Корпус и основание этих электророзеток были выполнены целиком из легко воспламеняемого полистирола, что неприемлемо, но поскольку приобрести или «достать» электророзетки из невозгораемых материалов почти невозможно, а запасы огнестойких и термостойких электророзеток советского образца истощились, то пришлось воспользоваться тем, что имелось, а на эксплуатацию готового изделия наложить некоторые ограничений.

Принципиальная схема сетевого удлинителя показана на 1. Напряжение сети переменного тока 220 В поступает на нагрузки через LC-фильтр L1C2. От повышенного сетевого напряжения и его коротких всплесков, например, во время грозы, при высоковольтных пробоях в понижающих трансформаторах на подстанции, нагрузки защищены с помощью четырех относительно мощных дисковых варисторов RU1-RU4. Как показала практика, одного защитного варистора, включенного параллельно сети питания, может оказаться недостаточно для надежной защиты электрооборудования. Объяснение этому можно найти на упрощенной схеме эквивалента дискового варистора. Камнем преткновения здесь является Rb — сопротивление варистора, которое может быть от единиц до десятков Ом. Однажды пришлось наблюдать, как варистор диаметром 14 мм, установленный в промышленный сетевой фильтр-удлинитель Sven Platinum украинского производства, при напряжении сети около 320 В испарился вместе с выводами, а встроенный автоматический термопредохранитель на ток 15 А так и остался во включенном состоянии. Несложный расчет показывает, что при сопротивлении Rb=20 Ом при напряжении сети питания 320 В ток через еще не разрушенный варистор составляет 16 А, что обычно недостаточно для быстрого срабатывания автоматических предохранителей, а рассеиваемая варистором мощность может превышать 5 кВт.

Реле ЕЛ-1 1, ЕЛ-12 и ЕЛ-13 серийно производятся ОАО «Электротехнический завод» РЕЛОС (г. Киев) и используются для контроля наличия и порядка чередования фаз в системах трехфазного напряжения, защиты от недопустимой асимметрии фазных напряжений и работы на двух фазах.

Реле типов ЕЛ-1 1 применяется для контроля источников и преобразователей электрической энергии, ЕЛ-12 — для контроля трехфазных асинхронных двигателей общепромышленных серий мощностью до 100 кВт, ЕЛ-13 — для контроля трехфазных крановых асинхронных двигателей и реверсивных электроприводов мощностью до 75 кВт. Реле выпускаются в пластмассовых корпусах с передним присоединением проводов для выступающего монтажа. Принцип работы этих реле аналогичен, в основе него заложен контроль наличия и чередования фаз сети микросхемой K176ТМ2. При нарушении нормального режима сети эта ИМС через реле времени на микросхеме КР512ПС1 0 выдает с определенной задержкой времени сигнал на транзисторную схему управления выходным реле типа ЕВУИ 647612001, содержащем один нормально замкнутый и один нормально разомкнутый контакты, что позволяет использовать эти реле в любых схемах защиты. Задержка времени необходима для исключения срабатывания реле при неодновременном включении контактов контакторов пусковых устройств потребителей, кратковременных отключениях напряжения при технологических переключениях в электрических сетях или при срабатываниях АВР.

Параметры реле контроля трехфазного напряжения приведены в 1. Коммутационная способность контактов реле указана в 2.

Принципиальная схема реле ЕЛ-1 1 показана на 1.

Основными элементами принципиальной схемы являются микросхема DA1 типа К176ТМ2, содержащая два триггера D-типа (триггер задержки), микросхема DA2 типа КР512ПС10, представляющая собой генератор-делитель частоты, и выходное реле К1. Напряжение питания элементов схемы получается следующим путем. Трехфазное напряжение сети подается на трехфазный выпрямитель (VD1-VD6) чрез гасящие резисторы Rl, R3, R5. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором С1 и используется для питания электронных узлов. Электрические сигналы 3-фазной сети подаются на транзисторные усилители-ограничители

(VT3-VT5) через гасящие резисторы (R2, R4, R6). Режим транзисторов устанавливается подстроечным резистором R12. На вход D1 микросхемы DA1 постоянно подается высокий уровень от источника питания, в результате чего на выходе первого триггера Q1 присутствует высокий уровень, который подается на вход D2 второго триггера, создавая высокий уровень и на выходе Q2. Этот уровень в нормальном режиме трехфазной сети поддерживается положительными фронтами импульсов, снимаемых с коллекторов транзисторов VT3-VT5 и обусловленных принципом работы данной микросхемы, состояния которой представлены в «таблице истинности». Высокий уровень с выхода Q2 ИМС DA1 через резистор R19 подается на вход RO микросхемы DA2, выполняющей функцию таймера. На вход IN этой микросхемы постоянно подан высокий уровень от источника питания, в результате чего счетчики таймера обнулены и находятся в ждущем режиме. Высокий уровень с вывода 9 DA2 через резистор RIO подается на базу транзистора VT2 и совместно с положительным напряжением, поступающим через резистор R9, поддерживает его в открытом состоянии. При этом транзистор УТ1 закрыт, в результате чего реле К1 обесточено.

При отключении любой фазы или изменении фазировки сети промежутки между некоторыми управляющими импульсами увеличиваются или нарушается их последовательность, в результате чего триггеры ЭА1 опрокидываются и на вход RO микросхемы 0А2 подается импульс низкого уровня. В этот момент включаются счетчики реле времени. По окончании установленного времени на выводе 9 0А2 появляется низкий уровень, который через резистор Rl О подается на базу транзистора УТ2 и закрывает его. На коллекторе УТ2 появляется положительное напряжение, которое через резистор И7 подается на базу транзистора VII и открывает его, в результате этого срабатывает реле К1 и включается светодиод УР8, а контакты К1.1 и К1.2 изменяют свое состояние (соответственно размыкаются и замыкаются) и отключают нагрузку от сети. Время задержки реле типа ЕЯ-1 1 от 0,1 до 10 с устанавливают резистором Ю.2.

В маломощных схемах управления потребителями, токи которых не превышают указанные в 2, контакты реле К 1.1 могут использоваться непосредственно. В более мощных схемах управления контакты реле К 1.2 включают промежуточные реле с контактами необходимой коммутационной способности.

На 2 показан общий вид реле ЕЛ-11, а на З — вид на печатный монтаж этого реле.

В настоящее время вероятность обнаружения нарушения периметра защищаемого объекта с помощью таких систем доведена до 95% при средней частоте ложных срабатываний менее одного за десять суток при длине блокируемого участка до 500 м. Достижение таких высоких показателей выдвинуло емкостные охранные системы в лидеры периметровых охранных систем и обеспечило им широкое внедрение для защиты сотен километров периметров самых разнообразных объектов. К настоящему времени в России серийно выпускаются весьма эффективные емкостные охранные системы типа «Радиан-М», «Радиан-13», «Радиан! 4», которые применяются на десятках тысяч охраняемых объектов различного назначения.

1. Сейсмомагнитометрические системы. Принцип работы таких систем основан на регистрации низкочастотных колебаний грунта. Эти колебания регистрируются таким чувствительным элементом, как многожильный кабель, который прокладывают в грунте на глубину 0,15-0,20 м вдоль периметра охраняемого объекта, либо сейсмическими датчиками-геофонами. Сейсмические сигналы, возникающие при передвижении человека, а также локальные изменения магнитного поля в ближней зоне при перемещении ферромагнитных масс, например оружия, автомобилей и т.п. поступают в электронный блок, который замеряет индуктивность всех последовательно соединенных жил такого кабеля и в случае ее изменения, вызванного пересечением нарушителем периметра охраняемого объекта, выдает команду на срабатывание выходного реле тревоги.

Основные достоинства сейсмомагнитометрических систем: их повышенная тактическая эффективность по сравнению с легко обнаруживаемыми (видимыми) заградительными системами; стойкость к воздействию осадков; невосприимчивость к транспортным и индустриальным помехам; сложность преднамеренного вывода из строя таких систем; легкость обнаружения нарушителя пересечения периметра защищаемого объекта при его попытке подкопа под зоной охраны.

1. Инфракрасные системы делятся на пассивные и активные. Пассивные системы работают по принципу прерывания движущимся объектом, излучающим тепло (например, человеком), узконаправленного инфракрасного луча, посылаемого излучающим устройством в сторону приемника. Нарушитель, попадая в пространство между излучателем и приемником, частично или полностью перекрывает этот луч и тем самым изменяет интенсивность излучения на входе приемника системы, что вызывает форми

рование сигнала срабатывания. Строятся такие системы на основе уличных пассивных инфракрасных извещателей и могут иметь как широкий угол диаграммы направленности, так и узкий угол повышенной дальности. Для устранения ложных срабатываний системы применяются: многократное экранирование пироэлемента, регулировка чувствительности, защита от атмосферных осадков и др. Производят такие системы различные фирмы: С&К, Ор1ех и др.

Основное преимущество инфракрасных пассивных систем — скрытность активной зоны за счет использования невидимой глазом ближней области инфракрасного излучения.

Работа инфракрасных активных систем основана на регистрации изменения уровня теплового излучения фона при движении людей или животных в зоне обнаружения. Такие системы создаются на базе активных инфракрасных извещателей, образующих невидимый многолучевой барьер в зоне прямой взаимной видимости передатчика и приемника.

Основное преимущество инфракрасных активных систем — высокая эффективность обнаружения пересечения периметра за счет создания очень узкой зоны обнаружения, причем для повышения устойчивости и надежности систем к ложным срабатываниям, вызываемым атмосферными осадками, пролетающими птицами, падающими листьями и т.п., применяют хорошо себя зарекомендовавшие многолучевые датчики таких фирм, как С&К, Мбопю, Optex, А1агтсот и др.

Основной недостаток — сильная зависимость от топографии периметра (рельефа местности, наличия растительности и т.п.).

1. Комбинированные системы. Такие системы применяются для охраны особенно важных, как правило, стратегических объектов, когда количество ложных срабатываний системы должно быть минимальным, а требования, предъявляемые к эффективности системы установления факта проникновения нарушителя через периметр охраняемого объекта, очень высоки. В состав таких систем, например систем «Протва-4», «Протва-4М» и др., входит не один, а несколько датчиков, отличающихся между собой принципом действия.

Отличительные особенности комбинированных систем: наличие нескольких средств обнаружения, использующих в своей работе различные физические принципы; высокая эффективность обнаружения; индикация направления пересечения границы охраняемого объекта; документирование событий; микропроцессорный пульт управления и индикации; возможность работы с ПЭВМ.

Основные достоинства радиолучевых систем: наличие объемной невидимой зоны обнаружения; устойчивая работа на открытом воздухе в любых климатических зонах и погодных условиях; безопасный уровень излучения; малое энергопотребление; дистанционный контроль работоспособности; возможность интеграции в любые системы и комплексы охранной сигнализации.

Основные недостатки: наличие зон пониженной чувствительности вблизи приемника и передатчика (так называемых «мертвых» зон), для ликвидации которых приемники и передатчики соседних зон должны устанавливаться с перекрытием в несколько метров; недостаточная чувствительность системы до высоты 30-40 см от поверхности земли.

Радиолучевые системы серийно выпускаются в ряде стран — в России, США, Канаде, Италии, Израиле и др. Они работают на частотах от 2,4 до 26,5 ГГц и применяются как при установке вдоль оград, так и для охраны неогражден- ных территорий. Дальность действия двухпозиционных радиолучевых датчиков таких систем достигает 450 м.

1. Емкостные системы представляют собой антенную систему, выполненную в виде цепи проводящих элементов, укрепленных на изоляторах по периметру охраняемого объекта и соединенных в общий электрический контур. Принцип действия входящего в состав такой системы емкостного сигнализатора основан на измерении электронным блоком емкости антенного устройства относительно земли, изменяющейся при приближении нарушителя к ограждению охраняемого объекта или прикосновении к нему.

Основные недостатки: критичность к изменению погодных условий и влажности воздуха; необходимость проведения регулярного обслуживания.