10.6 Подавление сетевых помех

По современным стандартам радиоэлектронные и электротехнические устройства, которые могут создавать сетевые помехи или чувствительные к ним, должны снабжаться устройством подавления сетевых помех (УПСП). В минимальной конфигурации он содержит только сетевой фильтр, однако, более эффективные УПСП имеют также устройство защиты от перенапряжений (ограничитель напряжения).

Сетевые фильтры. В электрических сетях имеются симметричные и несимметричные пути распространения помех. Рассмотрим схему на рисунке 10.20.

С - ток дифференциальной помехи

- ток синфазной помехи

Рис. 10.20 Распространение синфазной и дифференциальной помехи

Как и питающий ток, ток помех течет по основному и обратному проводам в разных направлениях. В этом случае помеху принято называть дифференциальной или симметричной.

Вместе с этим из-за наличия паразитных связей через емкости в обоих проводниках протекают токи в одном направлении, и возвращаются к источнику через земляную шину. Помехи этого вида называется синфазными или ассиметричными.

Дифференциальные и синфазные токи помех одинаково хорошо ослабляются катушками на стержневом сердечнике, но при больших рабочих токах они имеют большие габариты. Поэтому чаще всего используются катушки на кольцевом сердечнике. В схеме, изображенной на рисунке , применен дроссель с компенсацией токов, у которого обмотки включены согласно. Достоинство такого дросселя заключаются в небольших габаритах и в отсутствии насыщения сердечника.

Рис. 10.21 - Типовая схема сетевого фильтра для стандартной 3-х проводной сети

Дроссель L1 фактически ослабляет только синфазную помеху, поскольку магнитный поток в сердечнике, вызванный рабочим током и током дифференциальной помехи, компенсируется (благодаря согласному способу намотки). Дифференциальная помеха ослабляется с помощью конденсаторов большой емкости , которые включены в фильтре симметрично. Большая индуктивность L1 (для синфазной помехи) и два конденсатора , подсоединенные к земле, являются фильтром синфазных помех.

Сетевой фильтр необходимо экранировать, т.к. энергия подавляемой помехи рассеивается в окружающее пространство не только в виде тепла, но и в виде электромагнитного излучения.

В двухпроводных сетях в качестве фильтров нередко используются дроссели, выполненные на кольцевых сердечниках. На рис. 10.22 показан простейший такой фильтр и его импедансная характеристика.

Рис. 10.22 – Дроссель и его импедансная характеристика

Устройства защиты от перенапряжений (УЗП) предназначены для подавления импульсных помех в сети длительностью несколько микросекунд и менее. Основными причинами возникновения этих помех являются:

• молнии, возникающие при грозе;

• переходные процессы при переключении;

• электростатический разряд;

• неисправное оборудование.

Удар молнии характеризуется токами порядка 200 кА, длительностью импульса 1-500 мкс, напряжением порядка 100 кВ. Даже при наличии молниеотвода примерно 10 % ее энергии проникает в электрические сети здания.

Электростатический разряд возникает при трении. Накопленный таким образом заряд может достигать десятков тысяч вольт.

В УЗП используется три вида компонентов: газоразрядные устройства (разрядники), специальные ограничительные диоды (tvs-диоды), варисторы.

Разрядник представляет собой стеклянную или керамическую трубку, заполненную аргоном или неоном и имеющую электроды, сделанные из специального сплава. Когда к нему прикладывается высокое напряжение со скоростью нарастания порядка 1 кВ/мкс, в трубке возникает разряд. Разрядник способен пропустить ток до 100 кА, время его реакции от сотен наносекунд до единиц микросекунд.

Металлооксидные варисторы срабатывают в десятки раз быстрее, чем разрядники (типовое время срабатывания у них 25 нс). Варистор – это резистор с сопротивлением, зависящим от приложенного напряжения. При повышении напряжения выше номинального сопротивление варистора резко возрастает, ограничивая сигнал до величины остаточного напряжения порядка ста вольт. Варистор способен пропускать ток до 40-80 кА. Его недостатком является старение после каждого разряда, что сокращает срок службы до нескольких лет. Кроме этого, из-за большой собственной емкости (порядка 1000 пФ) они могут работать на частотах не более 100 кГц.

Ограничительный диод (tvs-диод) работает по принципу стабилитрона, но отличается от него высоким быстродействием (время срабатывания находится в пикосекундном диапазоне) и способностью пропускать большие токи (до 200 А.

Высококачественные УЗП обычно содержат все три типа ограничительных приборов.