Релейная защита при невозможности реализации надлежащего TVS на нагрузке

В настоящее время я разрабатываю продукт с простым реле SPDT, которым может управлять оператор. Для конечного пользователя доступны только обычные, нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты. Реле управляется схемой в нашем устройстве, которая имеет правильный диод обратного хода.

Недавно у нас возникла проблема с одним из наших прототипов устройств, когда техник подключил реле напрямую к индуктивной нагрузке без какого-либо подавления переходного напряжения, что привело к отключению наших беспроводных коммуникаций из-за электромагнитных помех и, вероятно, к контакту. выгибание.

Убедившись, что проблема связана с индуктивными выбросами, ее быстро решили, подключив к нагрузке правильный обратноходовой диод.

Хотя в этой ситуации у нас был контроль над подключаемыми нагрузками, я понял, что не могу доверять тому, что наши конечные пользователи действительно установят надлежащие устройства подавления переходных напряжений при использовании нашего продукта с индуктивными нагрузками, независимо от количества предупреждений и предупреждений. типовые схемы приложений, которые мы можем предложить.

Теперь, очевидно, есть много решений для индуктивных всплесков, но особый набор ситуаций, в которых это устройство должно работать, делает его очень сложным для реализации TVS:

1) Реле общего назначения SPDT, рассчитанное на 250 В переменного тока/120 В переменного тока при 10 А или 30 В постоянного тока 8 А. Это означает, что схема TVS должна работать как с переменным (сетевым, так и без него) и постоянным током, а также с током до 10 А. Это делает невозможным поиск предохранителя PTC, поскольку большинство из них не выдерживает сетевого напряжения, особенно при 10 А.

2) Устройство будет установлено в местах, где невозможно будет что-либо заменить, а безопасность для нас очень важна. Если клиент не поставит предохранитель и реле выйдет из строя (что бывает редко, но бывает), скорее всего, обвинят нас. Это также означает, что я не могу использовать MOV, газоразрядные трубки или любые другие устройства TVS с ограниченным сроком службы.

3) Любые устройства TVS никогда не должны выходить из строя из-за короткого замыкания, и если это произойдет, я должен убедиться, что нагрузка защищена от такого короткого замыкания.

Я пытался смоделировать демпферную сеть RC, но они сами по себе ничего не сделают с достаточно большими индуктивными нагрузками. Кроме того, использование больших конденсаторов означает большие потери при работе с переменным током. В идеале 1 нФ давал бы достаточное сопротивление (выше 1 МОм при 50/60 Гц), чтобы сделать любые потери незначительными.введите описание изображения здесь

Вот результаты моделирования с большой индуктивной нагрузкой. Изменение номиналов резисторов и конденсаторов влияет только на время, необходимое для установления колебаний, а не на пиковое напряжение, которое, несомненно, убьет любой резистор или конденсатор или вызовет искрение на контактах.

Встречные стабилитроны вместе с цепочкой демпфера RC эффективно ограничивают всплеск напряжения, но, поскольку они должны блокировать сетевое напряжение, им придется блокировать больше, чем прибл. 350 В (пиковое напряжение сети), пока они не начнут проводить, и я боюсь, что это все еще достаточно высокий пик, чтобы убить любую беспроводную связь поблизости с помощью электромагнитных помех.

введите описание изображения здесь

Значит, я совсем безнадежен в этой ситуации?

Существуют ли другие устройства / методы TVS, которые я могу использовать в такой ситуации? Если да, могу ли я гарантировать, что они не выйдут из строя из-за короткого замыкания или, по крайней мере, что я смогу защитить устройство TVS от короткого замыкания?

Или просто радиоуправляемый демпфер на самом деле является хорошим решением этой проблемы? Если да, то почему? И как подобрать для этого подходящие детали?

Пожалуйста, помните, что у меня нет доступа к фактической нагрузке, и я не могу делать никаких предположений о том, как пользователь может подключить нагрузку.

Похоже, у вас уже есть решение. Подсоедините клеммные наконечники «нужного обратноходового диода к нагрузке». Выберите диод «разумного использования» и поместите его на клеммы нагрузки.

Ответы (2)

Я провел последние 15 лет в индустрии TVSS. Вы следуете требованиям стандартов UL и ISO и добавляете этикетки, чтобы предупредить клиента о том, что пренебрежение или неправильное использование могут привести к аннулированию гарантии.

Сказав все это, для оценок, которые вы дали, я бы поставил его с 40-мм MOV, который имеет рейтинг не менее 10 кА или 20 кА 275 В переменного тока как для нормально разомкнутых, так и для размыкающих соединений (всего 2 MOV). Он будет жестко зажиматься при напряжении 420 В переменного/постоянного тока или около того. Очень дорогое решение - использовать гигантские сидаки, а у них резкий спад на максимально допустимом напряжении. 275 В переменного тока/постоянного тока означает именно это, но они могут стоить 40 долларов США каждый.

Я бы также рассмотрел защиту от «отдачи» катушки реле, но диод или 20-мм MOV будут работать нормально.

Существуют MOV с термозащитой (TPMOV), но не для продажи без рецепта. Привлечение стороннего поставщика для подавления перенапряжений было бы очень дорогостоящим, поскольку эти продукты требуют больших трудозатрат.

Сначала я бы попробовал 40-мм MOV 275 В переменного/постоянного тока. Они могут выдержать 15 «ударов» по ​​20 кА (более 2 часов) и при этом пройти тест 1 мА.

СНАББЕРЫ: Резистивно-емкостные демпферы в цепях переменного тока не являются хорошей идеей, так как они позволяют небольшому количеству переменного тока обходить реле, даже если оно выключено. Не знать, будет ли конечный пользователь использовать переменный или постоянный ток, значит не рисковать и избегать их. Они не могут делать то, что делают MOV или Sidac.

ПРИМЕЧАНИЯ: MOV и Sidac видят только отдачу или импульсный ток, который представляет собой кратковременный всплеск в 20 мкс или около того. Они не видят нормального рабочего тока, так как находятся в режиме очень высокого сопротивления. Только контакты реле видят «рабочий» ток.

Если «пусковой» ток спаивает контакты, вам нужно реле с более высоким номинальным током контакта. Добавьте запас прочности 50% для увеличения срока службы. По возможности используйте влагонепроницаемое реле.

Заводы, перерабатывающие лимонные продукты, такие как апельсиновый сок, имеют кислую атмосферу, которая быстро разъедает сталь и медь.

Предохранитель: я должен добавить, что правильный предохранитель для 40-мм MOV или большого Sidac - это предохранитель на 30 ампер, 600 вольт, 200 кА. Они поставляются в коробке из десяти штук по цене около 50 долларов США. это недешевые предохранители, так как они сделаны из платиновой полосы с перфорацией, которая быстро перегорает при сильных скачках напряжения, но выдерживает пусковые токи двигателя. Вы можете использовать встроенные держатели предохранителей. Они соответствуют спецификациям UL1449 редакции 3 и 4 для сплавления 40-мм MOV. Ссылка на правильные предохранители:

http://www.cooperindustries.com/content/dam/public/bussmann/Electrical/Resources/product-datasheets-b/Bus_Ele_DS_1023_LP-CC.pdf

Хорошее замечание по поводу гарантии. Существует ли какой-либо тип «стандарта» для этикеток, чтобы предупредить клиента о внедрении TVS? Или вы имели в виду это в более широком смысле (т.е. гарантия аннулируется, если вы не выполните эту процедуру)?
@Чи. Гарантия выдается производителем изделия, поэтому нарушение их правил является основанием для аннулирования гарантии. UL и ISO остаются в стороне от этого, за исключением подтверждения того, что компания «А» следует своим собственным процедурам маркировки.
Что касается использования MOV, проблема заключается в том, что пользователь не сможет заменить их, когда они неизбежно выйдут из строя, поскольку устройство будет установлено таким образом, что доступ к нему будет буквально невозможен (это приведет к уничтожить устройство). Конечно, я мог бы разместить MOV снаружи устройства (болтаться на проводах... маркетологи попытаются меня убить!) или предоставить их вместе с продуктом, чтобы поощрить их использование... но было бы лучше если бы само устройство могло обеспечить надлежащее TVS, не требуя дополнительных действий со стороны клиента.
Использование SIDAC, DIAC и других подобных устройств (например, Trisil от ST) связано с проблемой короткого замыкания, верно? Поскольку, как вы сказали, устройство видит только кратковременные всплески тока, означает ли это, что я могу последовательно с ними подключить PTC на случай, если они выйдут из строя? Если да, то как мне выбрать подходящий PTC для этого случая?
@Чи. Вы не понимаете, насколько прочный 40-мм МОВ. У нас было 2 испытательные лаборатории, сертифицированные UL, и я управлял лабораторией 2, которая выдерживала скачок напряжения 32 кВ постоянного тока при 150 кА. UL, а затем ISO потребовали, чтобы все 40-мм MOV могли выдерживать 5000 ударов при 10 кА (более 100 часов) или выдерживать 15 попаданий при 20 кА в течение 2 часов. Только прямой удар молнии может повредить 40-миллиметровый MOV, и в этом случае у клиента будет много других проблем, о которых нужно беспокоиться. Стандарты жесткие, потому что продукт TVSS может быть подключен к распределительной панели больницы, которую нельзя отключить после использования.
@Sparky256, отличный ответ и интересные комментарии, очень информативно. Похоже, у вас была интересная работа в этой лаборатории.
@Почти готово. Да. Работа, по которой я очень скучаю. Такие монстры, как Square D, Siemens и APC, практически закрыли нас. Большая рыба ест маленькую рыбу. Вздох...
Действительно очень информативно. К сожалению, MOV и предохранители слишком дороги, чтобы включать их в этот продукт, особенно потому, что некоторые пользователи не собираются использовать индуктивные нагрузки, поэтому я думаю, что лучший способ действий, как вы сказали, — сделать очевидным, что пользователям необходимо внедрить надлежащие предохранители и надлежащие устройства TVS, а также выпустить предупреждающие этикетки о аннулировании гарантии в случае несоблюдения.

Недавно у нас возникла проблема с одним из наших прототипов устройств, когда техник подключил реле напрямую к индуктивной нагрузке без какого-либо подавления переходного напряжения...

Вы можете защитить реле с помощью варистора на основе оксида металла (MOV), но кроме этого вы мало что можете сделать, что не лишило бы реле его преимуществ.

Я предлагаю вам изменить вашу спецификацию, явно указав, что это реле управления, а не силовое реле. Я был бы очень консервативен с максимальными номинальными нагрузками.

Реле «мощности» часто называют «контактором», который прерывает ток с обеих сторон, используя соленоид для перемещения контактов. Я видел и использовал контакторы-монстры на 750 В переменного тока, 350 А, 3 полюса. Вы правы насчет затруднительного положения ОП.
@ Спарки256 Да. Но есть разница между версиями 10A DIN Rail и 2A PCB.
Это урок ОП, который нужно усвоить ...
Релейная защита при невозможности реализации надлежащего TVS на нагрузке
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v