Щелкая выключателем, мы мало задумываемся, что в момент включения подается на электроприбор и что при этом происходит. А подаваться может в момент включения от 0 вольт до полного пикового сетевого – все зависит от того, в какой момент времени было произведено включение. Ведь ток в сети переменный и величина его периодически изменяется от нуля до 345 В (пиковое для однофазной сети 230 В). Давайте разберемся, чем это может грозить и как с этой неприятностью бороться.
Немного экспериментов
Сначала посмотрим, что творится на входных клеммах электроприбора при его включении в сеть постоянного тока. В качестве нагрузки возьмем электродвигатель, включать будем при помощи электромагнитного реле, управляемого вручную. Наблюдать за процессом можно при помощи осциллографа.
Важно! Если вы захотите повторить описанное, осциллограф необходимо гальванически развязать с сетью, к которой подключается испытуемый прибор (двигатель) и ни в коем случае не заземлять.
Активируем реле и наблюдаем:
Момент включения, как видно из осциллограммы, пришелся на максимум полуволны. Выброс, как вы видите, получился суровый в обе стороны. Причем величина его оказалась много большей, чем даже сетевое пиковое напряжение. В принципе, вполне ожидаемо, поскольку нагрузка индуктивная. Отключаем:
В этом случае момент коммутации оказался более удачным — отключение произошло при относительно низком мгновенном напряжении. Тем не менее выброс получился не менее красивым, хотя и в одну сторону. Кроме того, за миллисекунды до отключения мы видим «гребенку». Это дребезг контактов реле при их размыкании.
А теперь воспользуемся электронным устройством, которое подключает и отключает нагрузку в момент перехода питающего напряжения через ноль. В этом случае осциллограмма напряжения при включении будет такой:
В общем-то, аналогичной она будет и при отключении:
В обоих случаях никаких выбросов не наблюдается.
На заметку. Стоит заметить, что при коммутации емкостной и активной нагрузки эффект будет тот же, хотя и в меньших масштабах.
Последствия
Что творится в питающей линии электроприбора при включении в произвольный момент времени, мы выяснили. Чем это может грозить, если вообще может.
Прежде всего, высоковольтный выброс распространится по линии питания и достанется всем приборам, в данный момент подключенным к этой сети. Результат — импульсные перегрузки, помехи. Относительно чувствительное оборудование может «сбойнуть», а то и выйти из строя, если оно не имеет специальной защиты от импульсных высоковольтных помех.
К примеру, на практике было замечено, что при включении мощного оборудования гасли мониторы с интерфейсом HDMI, а ПК ложно сигнализировал о подключении внешней периферии. В акустических системах звуковоспроизводящей аппаратуры наблюдались громкие щелчки. В телевизорах срывалась синхронизация. Но главное, повторимся, — возможный выход из строя оборудования из-за импульсного перенапряжения. Причем выйти из строя может не только тот прибор, который мы коммутируем, но и «соседи», подключенные к этой же сети.
Идем дальше. Этот высоковольтный выброс распространяется не только по проводам, но и создает электромагнитное поле. Этот электромагнитный импульс не менее успешно может воздействовать на относительно чувствительное оборудование — радио и телеприемники, процессорные системы и, главное, медицинское оборудование, сбой которого может стоить жизни.
А теперь вспомним о небольших «зубчиках», которые предшествовали отключению. Это, как было отмечено выше, — дребезг контактов коммутационного реле. При размыкании контактов между ними проскакивает большое количество микроразрядов, которые продолжаются до тех пор, пока расстояние между контактами не превысит определенную величину. Результат — подгорание этих самых контактов и, в конце концов, их «залипание».
Перегретые разрядами контакты просто свариваются друг с другом, и отключения не происходит. Результат такой аварии предсказать несложно. Минимум — выход из строя устройства коммутации и «мелкие» неприятности типа неотключившегося насоса или перегретых яиц в инкубаторе. Максимум… Все что угодно — от пожара до жизни людей.
Важно! Особенно важно включение через ноль емкостной нагрузки. В первый момент токи зарядки конденсаторов могут быть огромны, что абсолютно не понравится коммутационным реле.
Как бороться
Итак, очень желательно включать нагрузку в момент, когда питающее напряжение переходит через «ноль». Выполнить это условие с использованием электромагнитных реле чрезвычайно сложно. То, что они инерционны — полбеды. Всегда можно учесть задержку на включение/отключение. Беда в том, что время реакции у таких реле непостоянно. Оно зависит от множества факторов — величины напряжения, подаваемого на обмотку, степени износа и даже температуры окружающей среды. Да, добиться более-менее приемлемых результатов с электромагнитными реле можно, но только приемлемых.
Реальный выход — использование быстродействующих полупроводников. На сегодняшний день развитие их позволяет решить проблему включения при переходе через ноль качественно и с минимальными затратами. Поначалу для этих целей использовались тиристоры и симисторы, включенные по достаточно сложной, но вполне оправдывающей себя схеме. Сегодня же мы имеем в своем распоряжении готовые решения. Одно из них — твердотельные реле с функцией включения/отключения нагрузки при переходе питающего напряжения через ноль. Для примера можно взять реле SSR-40 DA.
Прибор имеет встроенную схему, получившую название Zero Cross Circuit, которая коммутирует нагрузку в момент перехода питающего напряжения через ноль независимо от того, в какой момент поступил управляющий сигнал.
На заметку. При коммутации индуктивной и емкостной нагрузки очень желательно включать ее при переходе через ноль напряжения, а отключать при переходе через ноль тока. Есть и такие модули, но более распространены те, что коммутируют нагрузку при переходе через ноль только напряжения.
Вот, пожалуй, и все, о смысле переключения нагрузки при переходе питающего напряжения через ноль. Будем надеяться, что приведенная информация будет вам полезна.
