СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 76 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 «Вот пуля пролетела...», или О практическом применении УЗИП Рис. 1. Преобразователи (конвертеры, барьеры) компании Weidm ü ller Будучи разработчиком электронных приборов, я неоднократно сталкивался с таким явлением, как выход из строя преобразователей- нормализаторов сигналов датчиков по какому-либо каналу измерений. «Пуля пролетела» – говорят в таких случаях электронщики... Александр Соколов (Москва) Датчики стоят на агрегатах, а пре- образователи – везде: в щитах, шка- фах, специальных боксах с высоким IP и так далее (см. рис. 1). При провер- ке выясняется, что, к примеру, конвер- тер «ток 4…20 мА в напряжение 0…10 В», вышел из строя. Недолго думая, его про- сто заменяют на новый. И так из раза в раз – не часто, но регулярно. Что же произошло? Почему после долгой безотказной работы вышел из строя надёжный прибор с гальва- нической развязкой выходных цепей и цепей питания? А выводит его из строя часто именно «пуля». Только «пуля» высоковольтная и очень корот- кая – от единиц до десятков микросе- кунд. Такую и осциллографом-то не сразу поймаешь. Если входной каскад при этом сгорел – ещё полбеды. Бывает хуже – когда он не сгорел, а «подгора- ет», то есть конвертер продолжает ими- тировать работу, и даже из «зелёной» зоны может не выходить, но о линей- ности характеристики можно забыть. Это самый затратный по времени слу- чай ремонта измерительного канала – не сразу найдёшь, где притаилась неис- правность. А ведь из года в год изме- рительные цепи становятся всё более чувствительными, а диапазоны вход- ных напряжений АЦП – всё меньше. Откуда взялось это самое перенапря- жение? Оно может, например, индук- тивным или ёмкостным путём наве- стись на измерительный тракт от силовых цепей мощного электрообо- рудования там, где они проходят рядом. Перенапряжение в силовых цепях, как правило, рождается в моменты пуска (большой пусковой ток) или отклю- чения (всплески самоиндукции) элек- троагрегатов. Найти точку «передачи» помехи в большом машинном зале, где много электромоторов или генерато- ров в цепях разной мощности и про- ходит огромное количество измери- тельных и питающих кабелей, – это «шаманство». И самое сложное при этом поиске – нестабильность появления скачков фатальной для измерительных цепей амплитуды. Дело в том, что вклю- чение/выключение агрегатов может происходить в разные моменты време- ни относительно амплитуды питающей волны в сети (в момент перехода через ноль или на пике полуволны), а пере- напряжение может появляться, напри- мер, лишь в моменты одновременного включения нескольких агрегатов (наи- больший пусковой ток). Следовательно, перенапряжение – это неудачное для измерительного оборудования стече- ние обстоятельств. Что можно предпринять в таком слу- чае? Перепроложить кабели или пере- разместить измерительное оборудова- ние? Нередко это утопия! Остаётся один вариант – защитить от перенапряже- ния выходные цепи датчиков, входные цепи преобразователей и линии свя- зи преобразователей с центральными измерительными блоками. Для защи- ты всех этих цепей от высоковольтных коротких «пуль» и существует специ- ально спроектированное оборудова- ние – устройство защиты от импульс- ного перенапряжения (УЗИП). Включается УЗИП непосредственно в цепи аналоговых и цифровых сиг- налов, не внося никаких изменений в параметры цепей передачи сигнала. Работает УЗИП очень просто. При появ- лении в защищаемой цепи нарастаю- щего фронта перенапряжения (с пер- вых наносекунд!), внутренняя схе- ма УЗИП сразу начинает работать как ограничитель напряжения, уменьшая своё внутреннее сопротивление и беря на себя всю мощь разрушительного импульса. Рассмотрим работу простейшего УЗИП на примере защиты двухпрово- дного канала измерения температуры. Будем считать (и это наиболее частый вариант), что мы изначально не знаем, в каком месте измерительной цепи рас- полагается «антенна» (кусочек прово- дника), которая ловит помеху, приво- дящую к перенапряжению. Следова- тельно, УЗИП должно расположиться