Как варистор защитит бытовую технику от молнии?

Удар молнии в соседнюю опору электропередач или просто рядом с вашим домом событие не очень приятное. Для мастера-электронщика работа в этом случае часто неблагодарная. Не рядовой случай, когда после всех объяснений и рассказов о целесообразности ремонта слышим в конце недовольное: «А почему так дорого?», «А я у другого мастера спросил и мне сказали, что сгореть должно было меньше» и всякий подобный бред жадины-профана, который не ценит чужой труд. Вариант, когда после вскрытия пациента наблюдаем пробитый "трансик" или обугленный варистор много приятнее для обеих сторон.

dsc_0001.jpg


Современные полупроводники крайне чувствительны к превышениям допустимого напряжения и причина этого не только природные явления. Список причин можно продолжать - от доморощенного сварщика-соседа, до перекомутаций на линии. Нас больше интересует не сами причины, а как с ними бороться. Коротко об этом.

Начнём с исходных данных. Какой ток в розетке?


Смешной ответ: «220 вольт», - кому-то не режет слух. Вариант: «Переменный», - тоже не много лучше, потому как без нагрузки тока нет. А какое напряжение? Может быть уже и не 220 вольт – стандарт однако изменился.

Когда мы говорим о напряжении бытовой сети, то речь идёт о действующем значение переменного напряжения – 220 (230) В. Амплитудное значение будет больше приблизительно в 1.4 раза – 311 (325) В. Учитывая допуск в 10 процентов, получим допустимый разброс амплитуды - от 280 до 342 (292 - 358) вольт. Вот эти 358 В – законно допустимая амплитуда переменного напряжения в нашей розетке. Но и это не всё. Может меняться частота, а синусоида не всегда имеет правильную форму. Перенапряжения различной природы суровая реальность и их допустимые параметры тоже регламентируют.

И наша бытовая техника проектируется с учётом возможности эти перепады выдерживать (хотелось бы верить что это так).


Для этого в цепи питания ставят входные фильтры, разрядники, супрессоры и варисторы (первый эшелон защиты на входе радиоаппаратуры).

Входной LC-фильтр неотъемлемая часть любого импульсного БП (его отсутствие говорит о «качестве» изделия). Основное назначение – не пропускать высокочастотные помехи от работы самого БП в сеть.

Разрядник – устройство с искровым промежутком, может быть как элементом печатного монтажа так и отдельным устройством (газонаполненный, с элементами гашения дуги). Разрядники имеют относительно большое время срабатывания (несколько миллисекунд), при срабатывании искровой промежуток со временем увеличивается из-за обгорания контактов, имеют большой разброс параметров, которые к тому же сильно зависят от внешней среды.

dsc_0002.jpg


Супрессор (он же защитный диод (стабилитрон), диодный предохранитель, TVS-диод, трансил). В цепи переменного тока используются симметричные супрессоры. При превышении порогового напряжения, внутреннее сопротивление супрессора резко падает. Результат зависит от мощности вредного импульса – нагреется и остынет или сгорит вместе с предохранителем.

Варистор Вольтамперная характеристика (ВАХ) очень похожа на ВАХ супрессора. Соответственно и принцип работы схож. Сопротивление варистора зависит от приложенного к нему напряжения. На участке малых токов (несколько миллиампер) варистор практически не влияет на работу защищаемого устройства. Защитные свойства он проявляет на участке больших токов – когда приложенное к нему напряжение превысит определённый порог.

При превышении этого порога, варистор резко уменьшает собственное сопротивление до десятков ом. Высокочастотные импульсы перенапряжения не проникают на вход устройства, а преобразуются в тепловую энергию нагрева самого варистора. Если энергия этих импульсов больше допустимой, то варистор закорачивает входную цепь и сгорает вместе с плавким предохранителем.

При возникновении высоковольтного импульса сопротивление варистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При этом через варистор может протекать импульсный ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после исчезновения помехи его сопротивление вновь становится большим. Таким образом, включение варистора параллельно защищаемому устройству не влияет на работу последнего в нормальных условиях, но гасит импульсы опасного напряжения

Знания схемотехники входных цепей питания радиоаппаратуры и принципов работы элементов этих цепей несомненно нужны. Но обычному ремонтёру важнее знать как это проверить и чем заменить. Обугленный варистор потерял свою маркировку и вопрос что ставить взамен возникает не только у новичков (ведь цепи защиты бывают разные). Просто выпаять и забыть – не наш вариант!

Самый распространённый вариант – варистор на 470 вольт. Вспоминаем цифру сверху – 358 вольт в предполагаемом максимуме. Запас 112 вольт? Не совсем так. Варисторы имеют класс точности, и 10 процентов это лучший вариант. Считаем 20 процентов. Получаем возможный нижний предел напряжения срабатывания – 376 вольт. Теперь понятна логика производителя. Но и это не всё. Вариант ставим что есть на складе никто не отменял, главное, чтобы не было ложных срабатываний. Здесь необходимо понимание основного назначения варистора – защита от высоковольтных импульсных перенапряжений. Отвал нулевого провода в вашем доме и в результате неисправная аппаратура, а варистор целый - не редкость. Высоковольтные перенапряжения случайны и результат их воздействия непредсказуем. И если штатно варистор рассеивает высоковольтные импульсы, но когда-то наступает случай, что он не выдерживает мощности паразитного импульса и сгорает. Горит с переходом в проводящее состояние. По этой причине обязательна защита плавким предохранителем. Такая вот обязательная защита защиты.

На практике (особенно для себя любимого) лучше использовать варисторы на 390В или 430В постоянного напряжения. Воздействие высоковольтных импульсов очень не полезно для электролитов (а они чаще всего на 400В, а в дешевом ширпотребе даже на 350В).

Варисторы имеют достаточно большую емкость (до 50 нф), что ограничивает их применение на высоких частотах.


Как проверить варистор? Сразу напрашивается вариант собрать простейшую цепь из резистора для ограничения тока, варистора, нагрузки и повышающего трансформатора с возможностью регулирования напряжения. Важно выяснить точно напряжение перехода в проводящее состояние. Вариант проще – подключаем нашу цепочку к мегоометру с напряжением 500 вольт, и убеждаемся в срабатывании варистора. Косвенная проверка – измерить ёмкость варистора. Я не ошибся, именно ёмкость.

Маркировка на варисторе - это не всегда напряжение (иногда это условный код), а если и напряжение то не всегда одно и то же. Разные производители маркируют варисторы по-разному. Используются как максимальное значение рабочего действующего синусоидального напряжения (EPCOS), иногда действующее значение синусоидального напряжения при котором происходит отпирание варистора, а китайцы ставят постоянное напряжение отпирания. Надо обязательно читать документацию конкретного производителя.

Для примера: варистор EPCOS/TDK с маркировкой 241 это фактически аналог 431 у китайского TKS с маркировкой TVR оба отпираются постоянным напряжением около 430В.

dsc_0003.jpg


Напряжение отпирания варистора величина не точная. Классический разброс составляет -15%...+20%. А у лучших производителей - не менее 10%. И зависимость от температуры никто не отменял.

Отличия варисторов от супрессоров.



Супрессор проигрывает варистору в поглощаемой энергии. Варистор тем и хорош, что тепло в нем выделяется по всей толщине материала и отсутствуют локальные перегревы. Супрессор обладает отличным быстродействием, но легко перегревается и выходит из строя при миллисекундных импульсах. Энергию варистор при коротких перенапряжениях, не рассеивает (не успевает), а поглощает.

Крутизна характеристики варистора довольно большая (но меньше чем у супрессоров).


Варисторы применяются в схемах с большой мощностью импульса, но относительно низким значением скорости его нарастания (крутизна фронта). К примеру, тиристорные преобразователи.

Супрессоры - в схемах с большей крутизной, но меньшей длительностью. Это преобразователи на основе IGBT или MOSFET-транзисторов. Работа транзисторов в ключевом режиме характеризуется малой длительностью выбросов напряжения (не более сотен нс; очень редко мкс), но при этом крутым фронтом импульса.

Стабилитроны тоже можно применять, то только в низковольтных транзисторных схемах с малыми скоростями изменения напряжения.

Короткие выводы:


1. Варисторы хорошо защищают сети питания радиоаппататуры от коротких высоковольтных выбросов напряжения, которые физически не поглощаются входными фильтрующими конденсаторами. Но не являются защитой от перенапряжений ниже напряжения открывания самого варистора.

2. Супрессоры хорошо использовать для защиты силовых ключей от переходных процессов и пиковых перенапряжений короткими импульсами.

3. При выборе варистора в качестве замены ориентируемся на напряжение открывания варистора. Обращать внимание на производителя, смотреть документацию по конкретному прибору.

4. Для защиты от перенапряжений в сети (не высоковольтных импульсных) хорошее решение применять ограничители напряжения и ограничители тока короткого замыкания (это для себя, а клиенту как совет).

P.S Всё, что выше никак не учебник и не претендует на полноту. Целенаправленно не перечислены все параметры рассмотренных элементов. Замечания на рассмотренную тему будут полезны не только автору.
uinner

uinner 610

Евпатория

16
Andreimark
Andreimark 14 июня 2019
4
Как варистор защитит бытовую технику от молнии? НИКАК!!! У энергетиков, строителей, связистов ЕСТЬ такая защита, в крупной бытовой технике ее нет, не обманывайте себя! Эти варисторы на сетевом входе скорее "индикаторы" превышения предельно допустимого напряжения и если он сдох,то блок питания кончен в 99%.
"...Краткие выводы:.." от молнии не защищает! От перенапряжения в бытовой сети есть бюджетные УЗИП (D класса) и РКН. "Не бюджетные" бесперебойники и прочие электронные стабилизаторы скорее для проф. применения.
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться
uinner
uinner 14 июня 2019
Заголовок смутил и молния в сторону увела ... Вы же профессионал? - "ЕСТЬ такая защита", "блок питания кончен в 99%", "не обманывайте себя", "индикаторы", "не бюджетные" ..
Andreimark
Andreimark 15 июня 2019
uinner не кипятись....
через ж.jpg
uinner
uinner 15 июня 2019
Нет причин
Andreimark
Andreimark 15 июня 2019
Статья о защитных варисторах по питанию и особенности их работы. У грозовых молний другая угроза.
uinner
uinner 15 июня 2019
Название не моё. И молнии здесь не при чём.

alexragulin
alexragulin 23 мая 2019
2
Немного дополнил фотографиями и плюсанул кубки, спасибо за статью
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Rustam_by
Rustam_by 28 июля 2019
2
Не обязательно, "если горит варистор на сетевом входе, то блок питания кончен в 99%". Вообще на 99% ломает только пожар) Последние разы в случаях отвала земли (2 фазы) у клиентов горели варисторы и самые худые дорожки, ну дальше иногда первички в трансах, но это ж не катастрофа) А вообще тема полезная. Надо выложить пару схем с защитой "от всего" для своей техники. Хотя я пользуюсь дома UPSами и стабилизаторами цифровыми.
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться
uinner
uinner 29 июля 2019
Это мысли практика. Рассуждения теоретика подняли в топ.

Tires
Tires 23 мая 2019
1
Спасибо uinner классная статья!
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Gaetanus
Gaetanus 24 мая 2019
1
Привет алессандро
пункт п.3

а также о напряжении я бы также остановился на ваттах
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Мастак
Мастак 24 мая 2019
1
Спасибо! дополню: ,, для себя" установлен ZUBR ( на сегодняшний день самое лучшее реле напряжения) улавливает перепады в начальной стадии, проверено - рекомендую!
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Дмитрий25
Дмитрий25 27 мая 2019
1
классная статья!
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

taruska
taruska 27 мая 2019
1
Также применяют снабберные цепи и их комбинацию с супресором
снабер.png
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

VbVbVb082
VbVbVb082 14 июня 2019
1
Материал в целом не плохой, но не явно отражены динамические характеристики варистора, как он можем срабатывать на короткий импульс (говорится только об амплитуде срабатывания и ссылаются на статическую характеристику (ВАХ)).
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Валерий2107
Валерий2107 12 июля 2019
1
Спасибо! Статья интересная и кругозор расширяет. Мне как то клиент говорит как мог сгореть процессор там же варисторы стоят, ты просто денег побольше хочешь с меня срубить. Ну тогда говорю меняй варисторы и все будет нормально. В итоге пришлось ему новый блок Аркадия заказывать. Запытал блок до смерти паяльником.
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Rustam_by
Rustam_by 28 июля 2019
1
Не обязательно, "если горит варистор на сетевом входе, то блок питания кончен в 99%". Вообще на 99% ломает только пожар) Последние разы в случаях отвала земли (2 фазы) у клиентов горели варисторы и самые худые дорожки, ну дальше иногда первички в трансах, но это ж не катастрофа) А вообще тема полезная. Надо выложить пару схем с защитой "от всего" для своей техники. Хотя я пользуюсь дома UPSами и стабилизаторами цифровыми.
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

BoianAngelov
BoianAngelov 1 июня 2019
0
Полезная статья браво
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Slets
Slets 8 июля 2019
0
Давно хотел почитать об этом статью и случайно попал на вас !!!!супер!
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Артур88
Артур88 18 июля 2019
0
Столько нового узнаю на этом сайте !!! Автору огромное спасибо
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

Артур88
Артур88 18 июля 2019
0
Столько нового узнаю на этом сайте !!! Автору огромное спасибо
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

hovnan
hovnan 25 июля 2019
0
Защита зашиты - прикольно звучит. В хороших схемах стоят два варистора и отлично защищают от повышения напряжения, но от молнии... ну как повезёт, особенно если длина дуги от РФ до США ;-)
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

ACher121
ACher121 7 августа 2019
0
Здорово, только что для себя открыл как работает варистор. Спасибо, так держать!
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться

rinat66
rinat66 30 августа 2019
0
Полезная статья, автор все точно описал работу варистора но забыл указать и их различие по мощности ведь они стоят в разных местах одной и той же схеме но разные по мощности,Хорошо также быть уверенным в качестве варисторов которые мы меняем и сработают ли они при следующем скачке напряжения! Автор молодец !!!
Для комментария нужно войти или зарегистрироваться
uinner
uinner 30 августа 2019
Так всего не расскажешь в одной статье. А в профиле у вас про ишака просто жесть!

Для комментария нужно войти или зарегистрироваться
Стиральная машина с сушкой, все ЗА и ПРОТИВ

Стиральная машина с режимом сушки уже давно не ноу-хао и стала привычным бытовым прибором. В классическом исполнение современная стиральная может стирать и отжимать белье, но его все равно приходиться досушивать, конечно же для этих целей уже давно п...

Обзор умной розетки от Яндекса - что внутри??

Яндекс давно стал производителем не только онлайн продукта, но и оффлайн устройств, которые все равно напичканы интеллектом и имеют неразрывную цифровую связь с софтом производителя. Хорошо это или плохо, мы постараемся разобраться в этой статье, где...

Частное мнение по выбору бытовых сплит-систем

В наше время данный девайс становится столь же востребованным, как стиральная машина и телевизор. Устройства эволюционируют, как и другая техника. Видим применение микропроцессорных систем управления, новомодных газов и инверторных двигателей. Всё оч...

Отвертка и набор бит 110 в одном от Firecore - Обзор Честноком

Все мы знаем, что один из самых первых инструментов, который мы берем в руки при ремонте любой бытовой техники это ОТВЕРТКА. Производители техники не всегда стремятся в унификации и очень часто осознанно применяют винты, болты и саморезы с хитрыми на...