Схема защиты от пониженного напряжения

Вот что на практике часто упускают: защита от просадок напряжения — это не просто реле с парой контактов. Начинающие инженеры иногда думают, что купили модуль с маркировкой 'UVP' — и всё решено. А потом оказывается, что оборудование выходит из строя из-за неправильно выбранного гистерезиса или забыли про компенсацию сетевых помех.

Почему стандартные решения не всегда работают

Когда мы в 2018 году начинали сотрудничать с ООО Юэцин Сутун Электрооборудование, их клиенты жаловались на ложные срабатывания защит в насосных станциях. Стандартные китайские реле отключали двигатели при кратковременных просадках до 175В, хотя по паспорту должны были держать 160В. Разобрались — оказалось, проблема в нелинейной характеристике датчиков напряжения.

Кстати, именно тогда мы перешли на калибровку каждого устройства под реальные нагрузки. Недостаточно взять datasheet и собрать схему — нужно тестировать с индуктивной нагрузкой, где ток отстаёт от напряжения. Особенно для трансформаторов с низким КПД.

Запомнился случай на хлебозаводе в Воронеже: три фазы, вроде симметрия, но защита постоянно отключала печи. Оказалось, соседний цех с дуговыми печами создавал провалы по 0.2 секунды — слишком короткие для стандартных реле, но достаточные для сбоя терморегуляторов. Пришлось переделывать схему с учётом импульсных помех.

Как выбрать пороги срабатывания

Для двигателей 380В я обычно начинаю с настройки 300В для отключения и 320В для возврата. Но это не догма — если линия длинная, с большими пусковыми токами, иногда лучше опустить до 280В, иначе оборудование вообще не запустится.

В системах освещения другая история: здесь важнее скорость реакции. Светодиодные драйверы могут выдерживать 150В, но их блоки питания выходят из строя при резких колебаниях. Для уличного освещения мы в Сутун Электрооборудование разработали схему с двухступенчатой защитой — сначала предупреждение через GSM-модуль, потом отключение через 15 секунд.

Самая сложная настройка — для медицинского оборудования. Там нужно учитывать не только напряжение, но и форму кривой. Однажды пришлось переделывать whole protection unit для томографа — стандартная схема не учитывала гармоники от ИБП.

Особенности для трёхфазных систем

Многие забывают про перекос фаз. Можно иметь 220В на одной фазе и 180В на другой — обычное реле не заметит проблему. Мы всегда добавляем контроль дисбаланса более 15% — это спасает асинхронные двигатели от перегрева.

В насосных станциях часто встречается плавающий ноль — из-за коррозии заземления. Защита должна отслеживать не только фазные, но и линейные напряжения. Добавляем варисторы на вводе, хотя изначально их не планировали.

Аппаратная реализация — от простого к сложному

Начинал с микросхемы KIA70H1P — дёшево, но дрейф параметров на 5-7% после года работы. Сейчас используем специализированные контроллеры от STMicroelectronics, но и там есть нюансы — например, нужно дополнительно стабилизировать опорное напряжение.

Для критичных применений (холодильные установки, системы вентиляции) собираем схемы с дублированием: основной контроллер + аналоговый компаратор на операционном усилителе. Да, дороже на 30%, но за три года ни одного ложного срабатывания.

Разъёмы — отдельная история. Китайские клеммы 5.08mm pitch сначала казались удобными, но после двух лет в цехах с вибрацией начались проблемы с контактом. Перешли на винтовые клеммы с подпружиненными шайбами — надёжнее, хотя монтаж сложнее.

Программные ловушки

Цифровая фильтрация АЦП — казалось бы, базовая вещь. Но если сделать слишком агрессивный фильтр, защита будет медленно реагировать на глубокие просадки. Нашли компромисс: скользящее среднее за 3 периода + отдельный быстрый канал для провалов ниже 150В.

В прошивках для программируемых реле всегда оставляю тестовый режим без гистерезиса — для диагностики на объекте. Клиенты ООО Юэцин Сутун Электрооборудование это оценили — можно быстро проверить, в оборудовании проблема или в сети.

Самая глупая ошибка которую повторяют — забывают про защиту от 'дребезга' при коммутации нагрузок. Конденсатор 100нФ на входе компаратора решает проблему, но многие экономят эти 5 рублей.

Полевые испытания и доработки

В 2021 году поставили партию устройств для котельных — через месяц вернулись 20% с жалобами на самопроизвольные отключения. Виновник оказался не в схеме защиты, а в симисторах управляющих цепей — создавали помехи по питанию. Добавили ферритовые кольца на все проводники.

Для морских портов пришлось полностью менять элементную базу — обычные реле корродировали за полгода. Перешли на герметичные корпуса и позолотку контактов — стоимость выросла, но срок службы увеличился втрое.

Интересный случай был с ветрогенераторами — там просадки напряжения носят случайный характер. Разработали схему с адаптивными порогами: если провалы повторяются чаще 10 раз в час, порог автоматически повышается на 10%.

Экономическая составляющая

Дешёвые схемы на транзисторах — ложная экономия. Замена сгоревшего частотного преобразователя обходится дороже, чем установка качественной защиты. Но клиенты часто выбирают по цене, потом переплачивают за ремонты.

Мы в Сутун Электрооборудование теперь всегда показываем расчёты окупаемости — для компрессорной станции защита окупается за 8 месяцев просто за счёт сокращения простоев.

Самое сложное — объяснить заказчику, почему нужно ставить индивидуальные защиты на каждую критичную линию, а не одно общее реле на вводе. Приходится рисовать диаграммы последствий — обычно убеждает.

Что в итоге работает

За 6 лет перепробовали десятки конфигураций. Наиболее устойчивая схема: специализированный монитор напряжения + быстрый компаратор на ОУ + резервное механическое реле. Дорого, но для ответственных применений — оптимально.

Сейчас экспериментируем с интеллектуальными системами — чтобы защита подстраивалась под сезонные изменения нагрузки. Пока сыровато, но для насосных станций уже даёт интересные результаты.

Главный урок: не существует универсальной схемы защиты от пониженного напряжения. Каждый объект требует индивидуального расчёта и — обязательно — испытаний в реальных условиях. Теория здесь только отправная точка.