Выбор ограничительного диода Опции

[Рэльс]

Всем доброго времени суток!
Мне поставили задачу "Вход устройства должен выдерживать импульс напряжения 1,2/50 мкс амплитудой 4 кВ по ГОСТ 51317.4.5-99"
Имеем графическое изображение импульса (в ГОСТе) и его амплитуду.
Возможно ли теоретически прикинуть, подойдут ли для защиты ограничительные диоды, например, 1.5KE?

[Guest_TSerg_*]

Возможно.

[ZASADA]

есть статьи с формулами в интернете как пересчитать длительности/амплитуду в энергию и подобрать правильный супрессор(ы).

[Andy Mozzhevilov]

Определите, какое выходное сопротивление генератора помехи будет применяться для ваших цепей. По ГОСТ может быть 3 варианта: 2 Ом, 12 Ом и 42 Ом.
Если речь идет о цепях ввода-вывода, то скорее всего речь будет идти о 42 Ом. Исходя из этого определяйте ток, который должен пропустить через себя элемент защиты, падение, которое на нем будет при этом токе, соответственно будете знать рассеиваемую мощность. Дальше по этим параметрам выбираете нужный элемент или составляете схему из них. МИП - достаточно простая и предсказуемая помеха, разве что мощная.

[Рэльс]

Статьи с формулами ищу со вчерашнего дня, и очень удивился, что не нашел на этом форуме ничего по этой теме.
По поводу последнего ответа - поделив 4 кВ на 42 ома получим амплитуду импульса 95 А. А почему не надо учитывать его длительность?

[Andy Mozzhevilov]

Как правило в характеристиках элементов защиты от импульсных перенапряжений указывается и формы импульса тока, для которого приведены их характеристики. В ГОСТ также указана форма импульса тока испытательного генератора для случая его работы в режиме КЗ выхода. Вот вам нужно все это вместе свести и выбрать элемент защиты или цепочку из них.

[Рэльс]

Как правило в характеристиках элементов защиты от импульсных перенапряжений указывается и формы импульса тока, для которого приведены их характеристики. В ГОСТ также указана форма импульса тока испытательного генератора для случая его работы в режиме КЗ выхода. Вот вам нужно все это вместе свести и выбрать элемент защиты или цепочку из них.

Получается, я расчитал пиковый ток - 95 А. Рабочее напряжение защищаемой цепи 48 В.
Рассмотрим диод SMBJ48A.
Vcl = 100V, Ipp=40A это при 8/20 мкс.
Получается, такой диод мне не подходит, так?

[syoma]

Получается, я расчитал пиковый ток - 95 А. Рабочее напряжение защищаемой цепи 48 В.
Рассмотрим диод SMBJ48A.
Vcl = 100V, Ipp=40A это при 8/20 мкс.
Получается, такой диод мне не подходит, так?

Если я не ошибаюсь ST в своих даташитах на защитные супрессоры перешла на 8/20мкс - это, согласно ГОСТу, и есть форма импульса тока, если испытательное напряжение погасить на КЗ, чем и является супрессор.

По поводу подходит диод или нет - тут надо выяснить два вопроса:
1. Подходит ли этот диод для Вашей схеме по остаточному напряжению.
2. Выдержит ли этот диод указанный импульс тока.

По В.1. все просто:
У вас ток - 95А. Номинальные характеристики диода вы привели. В том же даташите есть график и формула для расчета Vcl для других токов. Типа такой: Vclmax=Vcl-Rd x(Ipp-Ippappl). В вашем случае, выходит приблизительно 155В при токе в 95А.
Т.е. остаточное напряжение, которое попадет в вашу схему при таком импульсе будет около 160В. Вопрос собственно - выдержит ли она? Если да, то можно переходить к вопросу №2. Если нет - надо добавлять второй уровень защиты - резистор, стабилитрон, ограничитель тока и т.д.

По В. 2. у SMBJ пиковая мощность на 4/20µs - 4кВт. Если считать, что у вас будет 95А с падением 160В, то выходит,что пиковая мощность будет 15,2кВт - т.е. диод гавкнется.

[Andy Mozzhevilov]

Еще добавлю, что как правило TVS не ставят прямо на вход цепи, в которую приходит МИП. TVS ставят уже как второй каскад защиты, а в первом лучше ставить либо варисторы, либо разрядники, либо их комбинацию, в зависимости от защищаемой цепи. Вы бы схему входной цепи привели, чтобы было понятно о цем речь.

[syoma]

Еще добавлю, что как правило TVS не ставят прямо на вход цепи, в которую приходит МИП. TVS ставят уже как второй каскад защиты, а в первом лучше ставить либо варисторы, либо разрядники, либо их комбинацию, в зависимости от защищаемой цепи.

В принципе для сигнальных цепей - т.е с сопротивлением генератора 42 Ома - TVS неплохо справляется при уровнях помех до 2кВ и если рабочее напряжение до 30В. Тогда больше ничего и не нужно.
А вот для цепей питания - 2 Ома - там да. Но даже уже сейчас есть TVS, которые при этом выживают. Например STIEC45 - прекрасно выдерживают МИП до 500А напрямую.

Кстати для ТС - 1.5KE47 вроде как по второму пункту проходит. Но выдержит ли ваша схема остаточное напряжение в районе 80В?

[Bear_ku]

Испытывал на 2кВ супрессоры P6SMB/SM6T/SMBJ/1.5SMC на напряжения от 5 В до 220 В, стоящих непосредственно на входе дискретного входа. Свою функцию выполняют, выходов из строя не замечено.

Сообщение отредактировал Bear_ku - Nov 25 2014, 11:06

[wim]

Испытывал на 2кВ супрессоры ... Свою функцию выполняют, выходов из строя не замечено.

Это типовые требования для изделий, устанавливаемых на улице - 2 кВ, т.е. 3-я степень по схеме провод-провод и 4 кВ, т.е. 4-я - по схеме провод-земля (в том же ГОСТ приложение А). Автор же хочет 4 кВ по схеме провод-провод, т.е. на одну ступень жесткости выше. Я вообще такого не встречал ни разу, даже не представляю, для чего это нужно - удар молнии выдержать?

[Рэльс]

Про удар молнии вы прямо в точку. Обычно эти вопросы начальство интересовали в июне-июле, а тут что-то у них поменялось.

Изначально мы имеем схему 1 (цифровой ввод данных, общий провод + питаия). Потом получили команду "чтобы это не ломалось никогда".
Чтобы не ломать себе голову "как же это правильно должно быть" стали искать стандарты. Нашли вроде на эту штуку - ГОСТ Р МЭК 870-3-93. Там в таблице 6 есть предельно допустимые параметры по постоянному току: +200% от Uном (24В) и -125% от Uном. Проверили - держит. Ну и отталкиваясь от параметров по постоянному току выбрали диоды.
Ну а таблицу А.1 конечно проморгали, спасибо что на неё указали.
Ни каких испытаний делать не будем, просто надо обосновать как-то выбор диодов.
Удивлят еще вот что - понаходили в интернете фото плат цифрового ввода Сименс, АББ. Ну нигде супрессоров не видели.
И еще вопрос: для чего на некоторых платах плюс и минус питания соединены с "землей" (в смысле с контуром заземления) через пленочные конденсаторы?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Bear_ku]

Для того чтобы помеха через них стекала на землю, а не лезла внутрь аппаратуры. То же самое можно делать и на дискретных входах, вернее даже без них иногда просто не обойтись.

[ZASADA]

Статьи с формулами ищу со вчерашнего дня, и очень удивился, что не нашел на этом форуме ничего по этой теме.

вот по автомобильным импульсам
вот пример двухуровневой защиты
ps. у Microsemi есть супрессоры и на 15 и на 30 кВт
от молнии на входе сначала разрядники и позисторы ставят, а все что пролезло уже на втором уровне защиты давят.

[Рэльс]

Для того чтобы помеха через них стекала на землю, а не лезла внутрь аппаратуры. То же самое можно делать и на дискретных входах, вернее даже без них иногда просто не обойтись.

Иногда это когда?

вот по автомобильным импульсам
вот пример двухуровневой защиты
ps. у Microsemi есть супрессоры и на 15 и на 30 кВт
от молнии на входе сначала разрядники и позисторы ставят, а все что пролезло уже на втором уровне защиты давят.

Спасибо!

[Bear_ku]

Не могу дать однозначного ответа. Все зависит от схемотехники и разводки. Из своей практики: пока стояли обычные оптроны (например HCPL-817), на помехах (вроде это были повторяемые КЗП) они замыкали выход, даже при закороченном диоде. Заменили их на оптроны с экраном (ACPL-M50L) проблема ушла. Поставили "суперкомбайн" HCPL-0370, проблема вернулась и опять в бой пошли конденсаторы.

[Рэльс]

Не могу дать однозначного ответа. Все зависит от схемотехники и разводки. Из своей практики: пока стояли обычные оптроны (например HCPL-817), на помехах (вроде это были повторяемые КЗП) они замыкали выход, даже при закороченном диоде. Заменили их на оптроны с экраном (ACPL-M50L) проблема ушла. Поставили "суперкомбайн" HCPL-0370, проблема вернулась и опять в бой пошли конденсаторы.

А какие конденсаторы: пленочные или керамические?

[Bear_ku]

Y1, Y2 пленочные EPCOS. Керамику смотрели но то-ли из-за цены, то-ли из-за доступности не стали даже пробовать.

[Рэльс]

Y1, Y2 пленочные EPCOS. Керамику смотрели но то-ли из-за цены, то-ли из-за доступности не стали даже пробовать.

А источник питания от "земли" изолирован, так?

[Bear_ku]

Да.

[Рэльс]

Пораскинул сегодня мозгами - если лспытания проводить по схеме "провод-провод" между входали (первый рисунок), есть ли смысл в защите от перенапряжений? Ток в схеме 2000В/3000 Ом = 666 мА, больше пикового тока для оптрона и диода.
Но если подавать импульсы между входом и общим проводом (второй рисунок, внизу на нем выход блока питания), то напряжение окажется приложеным к диоду блока питания и, как я понимаю, укакошит его. Как тут быть? Припаять супрессор на вход питания платы дискретного ввода?

Прикрепленные изображения

 

[syoma]

По второй схеме - у вас катод оптрона тоже выходит из прибора?

[Рэльс]

По второй схеме - у вас катод оптрона тоже выходит из прибора?

Нет. Есто только цифровые входы и общий провод (СОМ), он же +24В.

[syoma]

Нет. Есто только цифровые входы и общий провод (СОМ), он же +24В.

Ну значит Вам надо супрессор ставить между входом и +24В. Это, кстати, должно автоматически решить и проблему на рис. 1.

[Рэльс]

Ну значит Вам надо супрессор ставить между входом и +24В. Это, кстати, должно автоматически решить и проблему на рис. 1.

То есть между каждым входом и +24В ("общим")?

[wim]

То есть между каждым входом и +24В ("общим")?

ГОСТ - это документ, который нужно читать "от и до". Попробуйте прочитать его еще раз и осознать разницу между симметричными и несимметричными линиями.

[Рэльс]

ГОСТ - это документ, который нужно читать "от и до". Попробуйте прочитать его еще раз и осознать разницу между симметричными и несимметричными линиями.

Я понимаю что у меня на рисунках "неэкранированные несимметричные линии".
В стандарте пишут " в настоящем стандарте использованы термины, установленные в ГОСТ 14777, ГОСТ 30372/ГОСТ Р 50397-92, а также следующие...". Ни в одном я не увидел определения симметричных и несимметричных линий.
Подскажите, где искать.

[wim]

не увидел определения симметричных и несимметричных линий.

Это из теории линейных электрических цепей. В Вашем случае симметричная линия это витая пара. На улице после грозы выживает то, что подключено витыми парами.

[Рэльс]

Это из теории линейных электрических цепей. В Вашем случае симметричная линия это витая пара. На улице после грозы выживает то, что подключено витыми парами.

То есть больше шансов уцелеть у аппаратуры, подключаемой связевыми, а не контрольными кабелями?
И попадает ли под термин "симметричная линия" вход/выход аппаратуры? Все таки у связистов полная развязка с линией через трансформаторы, а у нас к кабелю подключен еще выход источника питания.
К чему я все спрашиваю - в нашей технике для питания цепей двоичного ввода применили изолированный DC-DC преобразователь "Ирбис" марка вылетела из головы. При грозе их много выходит из строя, больше чем у половины из-за пробоя выпрямительного диода.
Не имея средств на опыты и испытания, мы решили хоть как-то теоретически расчитать защиту, дабы выбить средства хоть для какой-то модернизации.

[x-men]

Мне кажтся, что у вас входной ток оптрона завышен, если сравнивать с аналогичными решениями.
На уровне 12 мА. Т.е. ток входа около 15 мА.
И еще вопрос появился: какая максимальная частота сигнала дискретных входов? На вашей оценочной схеме отстутствуют емкости на входе оптронов, которые имеются во многих схемах для повышения помехоустойчивости. При оценке влияния коротких импульсов на вход они бы значительно влияли.
На выходе источника питания значительная для коротких импульсов емкость. Поэтому надо целенаправленно действовать, чтобы убить выпрямительный диод преобразователя.

Сообщение отредактировал x-men - Dec 5 2014, 19:15

[Рэльс]

Мне кажтся, что у вас входной ток оптрона завышен, если сравнивать с аналогичными решениями.
На уровне 12 мА. Т.е. ток входа около 15 мА.
И еще вопрос появился: какая максимальная частота сигнала дискретных входов? На вашей оценочной схеме отстутствуют емкости на входе оптронов, которые имеются во многих схемах для повышения помехоустойчивости. При оценке влияния коротких импульсов на вход они бы значительно влияли.
На выходе источника питания значительная для коротких импульсов емкость. Поэтому надо целенаправленно действовать, чтобы убить выпрямительный диод преобразователя.

Ток через оптрон действительно завышен. В "заводской" версии он был, по моему, 0,6 мА. И очень часто были ложные "несрабатывания", тоесть контакт-датчик замкнут, но фототранзистор закрыт. Потом кто-то принес статю про дискретные входы микропроцессорных защит, по моему автор Гуревич, почитали, решили ток через оптрон повысить. А до какой величины? Взяли ГОСТ Р МЭК 870-3-93, там есть таблица "классы токов для двоичных входных сигналов" и решили остановиться на 2-м классе (5-10 мА).
А конденсаторов действительно нет. Хотя читал когда-то документ Аллен Брэйдли (сегодня порылся в сети, но с наскока не нашел), там рекомендовали шунтировать дискретный вход керамическим конденссатором. И кроме того, они ставили такие же керамические на 50 В между входом и "землей", ходя выше Bear ku говорил, что он от них отказался.

[Рэльс]

Y1, Y2 пленочные EPCOS. Керамику смотрели но то-ли из-за цены, то-ли из-за доступности не стали даже пробовать.

Хотел бы еще поинтересоваться о конденсаторах на "землю".
Нашел фото платы дискретного ввода АББ (она вставляется, как я понял, п пластиковый профиль).В ней стоят Y2 конденсаторы между землей и общими проводами. На сайте s7detali.narod.ru/ много фотографий плат сименсовских ПЛК, почти во всех общий провод дискретного ввода соединен с шасси через конденсатор. Вопрос: почему только общий провод?
И еще - в чем смысл испытания импульсами "провод-земля" в такиз системах? В полевых условиях ясно, есть сопротивление изоляции и емкость длинных кабелей, а в лабораторных условиях? (может, опять чего в стандарде не увидел). Какие повреждения или сбои может вызвать подача импульса "дискретный вход-земля", например, для платы на рисунке, у которой даже металлического корпуса нет?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wim]

в чем смысл испытания импульсами "провод-земля" в такиз системах? В полевых условиях ясно, есть сопротивление
изоляции и емкость длинных кабелей, а в лабораторных условиях?

Лабораторные испытания имитируют полевые условия. Если на плате есть точка подключения "земли", значит, при испытаниях относительно нее будут подавать импульсы. Предполагая, что в полевых условиях эта точка может соединяться с настоящей "землей".

[Рэльс]

Лабораторные испытания имитируют полевые условия. Если на плате есть точка подключения "земли", значит, при испытаниях относительно нее будут подавать импульсы. Предполагая, что в полевых условиях эта точка может соединяться с настоящей "землей".

На этой картинке плата цифрового ввода Scada Pack. На ней нет контакта "земля", хотя её корпус металлический и, наверно, заземляется. Как проводят испытания подачей импульсов "провод-земля" для неё?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wim]

Как проводят испытания подачей импульсов "провод-земля" для неё?

Это Вам лучше у производителя спросить.
Однако, исходя из этого http://rfemcdevelopment.eu/ru/standarti/en61000-6-2-2005, можно сделать вывод, что стандартом такие испытания не предусмотрены.

[Bear_ku]

Если у устройства есть "земля", то проблем с испытаниями "провод-земля" никаких нет. Если же вы хотите испытывать плату вне конечного устройства, то этот шаг становится просто непонятен.

[Рэльс]

Если у устройства есть "земля", то проблем с испытаниями "провод-земля" никаких нет. Если же вы хотите испытывать плату вне конечного устройства, то этот шаг становится просто непонятен.

То есть если я утверждаю, что мое устройство соответствует 4-му классу по ГОСТ Р 51317.4.5, оно должно илеть вывод "земля" для испытания "провод-земля"?

[syoma]

Если у вас неметаллический корпус, то зачем?

[Bear_ku]

Поинтересовался в испытательной лаборатории, однозначного ответа не получил. С одной стороны в ГОСТ-ах про эту ситуации ничего не нашли. С другой стороны, связь оборудования с землей все равно есть. И то что, в устройстве отсутствует болт заземления, не спасет его от наведенной на провода помехи.

Из практики испытательной лаборатории: в конструкции устройства без предусмотренного заземления землю крепили болтом к металлическому основанию и проверяли по полной.

[syoma]

С другой стороны, связь оборудования с землей все равно есть.

Каким образом?

[Bear_ku]

Как минимум по питанию. То что в оборудование заходит всего два провода, не означает что где-то там, вдалеке они не связаны с землей. А также учтите и емкостные связи. Элементы крепления тоже внесут свою лепту. Как простейший пример: если вы возьметесь за фазу в розетке, мало не покажется.

[wim]

Из практики испытательной лаборатории: в конструкции устройства без предусмотренного заземления землю крепили болтом к металлическому основанию и проверяли по полной.

Все правильно, требования электробезопасности. Потому что, если допускается использовать девайс на улице, через металлический корпус может протекать ток от разряда молнии. Поэтому корпус должен быть заземлен, даже если там по питанию применяется двойная изоляция.

[syoma]

Как минимум по питанию. То что в оборудование заходит всего два провода, не означает что где-то там, вдалеке они не связаны с землей. А также учтите и емкостные связи. Элементы крепления тоже внесут свою лепту. Как простейший пример: если вы возьметесь за фазу в розетке, мало не покажется.

Я не понимаю в чем проблема. Микросекундную помеху можно либо задавить, либо игнорировать. Если корпус непроводящий и нет земляного вывода, то логично предположить, что оборудование не связано с землей. Следовательно прицепив землю к любому месту на обшивке прибора, и подавая 4кв между ней и проводами, ничего не произойдет. Фактически испытания на помеху в этом случае превращаются в испытания изоляции на импульсный пробой, в котором кстати форма импульса такая же.
Про фазу в розетке я не понял - если я изолируюсь от земли, то чего мне мало покажется?

[Bear_ku]

Угу, и прибору ничего не будет если его засунуть в резиновые перчатки, положить на резиновый коврик и главное не включать.
А испытания изоляции, на сколько я помню, проводят при выключенном оборудовании. Вы уверены что это одно и то же?

[Takayato]

Andy Mozzhevilov - правильно написал, что TVS не ставят непосредственно на вход. Медленные они, на пиковую мощьность выходят к 10мкс, мы решали данную проблему - путем затягивания переднего фронта, LC цепью. По спытаниям все прошло. Да и если прибор не предусматривает подключения "земли", то испытания "провод-земля" не проводят

[wim]

TVS не ставят непосредственно на вход. Медленные они, на пиковую мощьность выходят к 10мкс

Это фронт импульса 10 мкс при испытаниях, а сами TVS вот такие:

Turn-on time measured on a Transil is typically below the 10 picosecond level, while a Varistor will be in the range of 500 to 1000 ps at the best.

Ничего быстрее их пока что не придумали.

[syoma]

Andy Mozzhevilov - правильно написал, что TVS не ставят непосредственно на вход. Медленные они, на пиковую мощьность выходят к 10мкс, мы решали данную проблему - путем затягивания переднего фронта, LC цепью. По спытаниям все прошло. Да и если прибор не предусматривает подключения "земли", то испытания "провод-земля" не проводят

А пробовали проводить испытания без LC цепей? Я имею ввиду зачем создавать проблему, там где ее нет? У нас стоит TVS непосредственно на входе сигнальных линий. При испытаниях 42Омным генератором на 1кВ все прекрасно прошло без проблем.

[Takayato]

А пробовали проводить испытания без LC цепей? Я имею ввиду зачем создавать проблему, там где ее нет? У нас стоит TVS непосредственно на входе сигнальных линий. При испытаниях 42Омным генератором на 1кВ все прекрасно прошло без проблем.

Без LC взрывались, испытания проводили ИИП-4000, стояли 15KE400.

[syoma]

Без LC взрывались, испытания проводили ИИП-4000, стояли 15KE400.

Ну тут как-бы он обязан был взорваться. Но все-же утверждение

TVS не ставят непосредственно на вход

не совсем верно для более низких рабочих напряжений.

[Takayato]

Ну тут как-бы он обязан был взорваться. Но все-же утверждение

не совсем верно для более низких рабочих напряжений.

С категоричностью я конечно погарячился но "1,2/50 мкс амплитудой 4 кВ по ГОСТ 51317.4.5-99" 1,5KE без обвески вылетят, проверенный факт.

[Bear_ku]

Что у вас за LC-фильтр, который смог помочь при микросекундной помехе?! Хочу такой же! ПоделитЕсь секретом?
На сколько я знаю, LC фильтр ставят чтобы затянуть быстрые фронты и дать возможность сработать последующим элементам защиты, тем же супрессорам. На микросекунде затягивать ничего не надо. Пока в руках не держал ни одного промышленного фильтра, LC цепочки в котором хоть как то отрабатывали на микросекунде. Поэтому рад был бы воспользоваться чужим опытом в данной области.

Испытывал на 2кВ супрессоры P6SMB/SM6T/SMBJ/1.5SMC на напряжения от 5 В до 220 В, стоящих непосредственно на входе дискретного входа. Свою функцию выполняют, выходов из строя не замечено.

Процитирую себя самого. Микросекунды 2кВ данные супрессоры съедали и "ни единого разрыва".
И да, чтобы не взрывались супрессоры, как вариант, в параллель к ним можно поставить варисторы с напряжением срабатывания немного меньше.

[Takayato]

Что у вас за LC-фильтр, который смог помочь при микросекундной помехе?! Хочу такой же! ПоделитЕсь секретом?
На сколько я знаю, LC фильтр ставят чтобы затянуть быстрые фронты и дать возможность сработать последующим элементам защиты, тем же супрессорам. На микросекунде затягивать ничего не надо. Пока в руках не держал ни одного промышленного фильтра, LC цепочки в котором хоть как то отрабатывали на микросекунде. Поэтому рад был бы воспользоваться чужим опытом в данной области.
Процитирую себя самого. Микросекунды 2кВ данные супрессоры съедали и "ни единого разрыва".
И да, чтобы не взрывались супрессоры, как вариант, в параллель к ним можно поставить варисторы с напряжением срабатывания немного меньше.

Выше по тексту я писал, что LC цепь ставилась для завала фронта. Было дело так: Отдали девайс на испытания по ЭМС, по микросекундам "провод-провод" не прошли, начали разбираться, взяли в аренду прибор ИИП-4000. По входам стояли 1.5KE440, уже при подаче 2кВ супрессоры выходили из строя. В даташите приведен график с тестовым сигналом %Ipp/t, увидели что пик Ipp приходится на 10мкс, затянули фронт LC, далее по испытаниям прошли вплоть до 3кВ (выше начинал простреливать дроссель). Отдали опять на проверку по мкс. в сторонюю фирму все ОК.

Может конечно контрафакт, но были испытаны разные супрессоры из разных партий, купленных в разное время

[Bear_ku]

А составляющие LC-фильтра можете озвучить? Какие номиналы были выбраны? Если катушка самодельная, то ее параметры? Хотелось бы подобное проверить у себя.

[Takayato]

А составляющие LC-фильтра можете озвучить? Какие номиналы были выбраны? Если катушка самодельная, то ее параметры? Хотелось бы подобное проверить у себя.

К сожелению, на память номиналы не скажу, давно было. Дроссель мелкий покупной смд это точно.
Кстати также испытали варистор S14K460, выбивало уже на 1кВ, импульс все тотже.

Сообщение отредактировал Takayato - Dec 16 2014, 06:11

[wim]

Через катушку будет протекать разрядный ток - сотни А, поэтому "дроссель мелкий покупной смд" гарантированно войдет в насыщение задолго до пика. ПМСМ, это не очень надежное решение.
Для сравнения - по сети, кроме традиционных варисторных, используют т.н. "последовательные" схемы защиты, например. На фото можно рассмотреть как сделана катушка для защиты от импульсов 6 кВ.

[Takayato]

Через катушку будет протекать разрядный ток - сотни А, поэтому "дроссель мелкий покупной смд" гарантированно войдет в насыщение задолго до пика. ПМСМ, это не очень надежное решение.
Для сравнения - по сети, кроме традиционных варисторных, используют т.н. "последовательные" схемы защиты, например. На фото можно рассмотреть как сделана катушка для защиты от импульсов 6 кВ.

после промывки,сушки,лакировки... Был устроен 8 часовой прогон в камере тепла и холода (-40+60) с циклическим изменением температуры. Каждые 10-15мин на каждые из 32 однотипных входов подавалась серия испытательных импульсов 2кВ. Устройство работало без каких либо изменений, визуально тоже все было в порядке. Насколько это надежно.... На объектах уже несколько лет все работает,без единого сбоя.

"поэтому "дроссель мелкий покупной смд" гарантированно войдет в насыщение задолго до пика" - дроссель на не замкнутом магнитопроводе, т.е. ток насыщения огромный

[wim]

дроссель на не замкнутом магнитопроводе, т.е. ток насыщения огромный

Нет там никаких "огромных" токов насыщения - вот типичный пример.

[syoma]

С категоричностью я конечно погарячился но "1,2/50 мкс амплитудой 4 кВ по ГОСТ 51317.4.5-99" 1,5KE без обвески вылетят, проверенный факт...
По входам стояли 1.5KE440, уже при подаче 2кВ супрессоры выходили из строя.

Я не понимаю, зачем испытывать, если все понятно было еще задолго из даташитов. Берем даташит на 1,5KE. Я беру от ST, так как там даются характеристики для 8/20мкс. http://www.st.com/st-web-ui/static/active/.../CD00000663.pdf
1.5KE440 по даташиту имеет Vcl=776 и Ipp=13А.

Уже при 2кВ пиковый ток составляет (2000-776)/42=29А, что в 2 с лишним раза выше, чем максимально допустимый для данного диода при данном импульсе. Про 4кВ и говорить не приходится.
А вот для TVS 1,5KE56 и ниже - 4кВ уже не проблема, так как допустимый ток 100А и выше. А 4кв/42=95А.

А LC - ну да - просто дроссель последовательно с TVS выступал в роли делителя напряжения.

[Takayato]

Нет там никаких "огромных" токов насыщения - вот типичный пример.

интересно вот при импульсе сердечник также войдет в насыщение, по идее тогда горел бы дроссель

Сообщение отредактировал Takayato - Dec 16 2014, 10:22

[wim]

интересно вот при импульсе сердечник также войдет в насыщение, по идее тогда горел бы дроссель

Войдет в насыщение, всенепременно. Но энергии импульса не хватит, чтобы спалить дроссель.

[Bear_ku]

Почему горел? Просто перестает выполнять свою функцию, становится обычным проводником.
Ваши слова заинтересовали. Полезли в симулятор, получилось что индуктивность практически не оказывает влияния в случае МИП.
На рисунке снизу, синяя кривая для 1нГн, зеленая 10мкГн.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Takayato]

Я не понимаю, зачем испытывать, если все понятно было еще задолго из даташитов. Берем даташит на 1,5KE. Я беру от ST, так как там даются характеристики для 8/20мкс. http://www.st.com/st-web-ui/static/active/.../CD00000663.pdf
1.5KE440 по даташиту имеет Vcl=776 и Ipp=13А.

Уже при 2кВ пиковый ток составляет (2000-776)/42=29А, что в 2 с лишним раза выше, чем максимально допустимый для данного диода при данном импульсе. Про 4кВ и говорить не приходится.
А вот для TVS 1,5KE56 и ниже - 4кВ уже не проблема, так как допустимый ток 100А и выше. А 4кв/42=95А.

А LC - ну да - просто дроссель последовательно с TVS выступал в роли делителя напряжения.

А чем "характеристики для 8/20мкс" лучше "10/1000"?

Почему горел? Просто перестает выполнять свою функцию, становится обычным проводником.
Ваши слова заинтересовали. Полезли в симулятор, получилось что индуктивность практически не оказывает влияния в случае МИП.
На рисунке снизу, синяя кривая для 1нГн, зеленая 10мкГн.

так вот именно не горел

[wim]

дроссель последовательно с TVS выступал в роли делителя напряжения.

Не, там похитрее все, там часть энергии импульса расходуется на намагничивание сердечника с заходом его в насыщение. Через несколько секунд сердечник размагнитится, они его снова шарахнут испытательным импульсом. А в реальной жизни импульсы могут прийти серией с небольшим интервалом, а сердечник уже в насыщении. И тут уже лотерея - сгорит, не сгорит. Поэтому неспроста американцы, у которых грозы чаще чем у нас и мощнее, поставили бессердечную катушку.
ПМСМ, если быстродействие цепи (по сигналу) некритично, лучше ставить варисторы - там можно подобрать девайс, который и сотню Дж съест без проблем.

Полезли в симулятор, получилось что индуктивность практически не оказывает влияния в случае МИП.

Попробуйте модельку с нелинейным насыщающимся сердечником.

[Takayato]

не понятно куда делась энергия импульса, если превышены "Уже при 2кВ пиковый ток составляет....", если LC просто делитель
"Не, там похитрее все, там часть энергии импульса расходуется на намагничивание сердечника с заходом его в насыщение. Через несколько секунд сердечник размагнитится" - выше писал, что при подачи напряжения выше 3кВ, дроссель пробивается между его контантами. Допустим часть энергии тратится на намагничивание, далее сердечник ушел в насыщение, а дальше импульс вместо того чтобы пройти по куску провода в дросселе, он пробивает воздух ну или ему проще пробить чем намагнитить.
и почему для размагничивания нужно несколько секунд - а например не часов/дней/мкс.

Сообщение отредактировал Takayato - Dec 16 2014, 11:59

[syoma]

А чем "характеристики для 8/20мкс" лучше "10/1000"?

Тем, что там считать легче.

[wim]

почему для размагничивания нужно несколько секунд - а например не часов/дней/мкс.

Потому что он размагничивается сам, без посторонней помощи, а значит мкс для размагничивания ему недостаточно. А следующий импульс подается через 10 - 15 мин и он уже готов его принять.

[x-men]

Взяли ГОСТ Р МЭК 870-3-93, там есть ....

Рекомендую ознакомится с ГОСТ Р 51841-2001. По крайней мере новее. По условиям испытания по перенапряжениям там есть данные. Хотя и посыл в сторону гостов по электромагнитной совместимости тоже имеется.
Достаточно много модулей дискретных входов пост тока 24В разных производителей видел живьем. Ни в одном не было варисторов, разрядников и дросселей в каждом канале.
Видел лет 10 назад шкаф телемеханики проивзодства ЗАО Элеси. В нем перед модулем дискретного ввода стоял групповой блок защиты от перенапряжений. На каждый канал стоял P6KEXX и маломощный разрядник с COM на землю. Про резисторы в каналах уже не помню, стояли или нет.

[Рэльс]

Как говорил Винни-Пух "есои я что-то в чем-то понимаю..."
На рисунке накидана связка плата цифрового входа+источник питания (импульсный). При подаче импульса "провод-земля" даже при полной иизоляции ток через устройство потечет, так как "нейтраль" в большинстве случаев заземлена где-то на подстанции. Если мы подключим красные конденсаторы (как в плате АББ), часть тока пойдет на их заряд, что облегчит жизнь нашему источнику питания. Вроде так получается.
Еще появился вопрос по входной цепи источника питания. Сопротивление импульсного генератора там берут 2 Ома. Значит, подавая 2 кВ получим ток 1000 А. Для супрессоров великовато, ставим варистор. Этот источник также должен был подвергаться испытаниям наносекундными импульсными помехами, от которых защищаются, как я понимаю, супрессорами. Но ведь они сработают быстрее варистора и на микросекундной помехе. Как быть? Запаять варистор прямо на вход, а супрессор уже за помехоподавляющем дросселем?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[syoma]

При подаче импульса "провод-земля" даже при полной иизоляции ток через устройство потечет, так как "нейтраль" в большинстве случаев заземлена где-то на подстанции.

Эээ, как у вас потечет ток, если у вас нету земляного вывода? Через конденсатор Y? А что это? На испытаниях иммитации такого эффекта, как "нейтраль заземлена где-то на подстанции" я чего-то не припоминаю.

[Рэльс]

Эээ, как у вас потечет ток, если у вас нету земляного вывода? Через конденсатор Y? А что это? На испытаниях иммитации такого эффекта, как "нейтраль заземлена где-то на подстанции" я чего-то не припоминаю.

Я имел в виду разницу между испытанием в лаборатории отдельной платы (аппаратурный уровень) и работой в реальных условиях (системный).

[syoma]

Я имел в виду разницу между испытанием в лаборатории отдельной платы (аппаратурный уровень) и работой в реальных условиях (системный).

В реальных условиях что представляет собой конденсатор Y, его емкость, пробивное напряжение? А диоды?

[Рэльс]

В реальных условиях что представляет собой конденсатор Y, его емкость, пробивное напряжение? А диоды?

конденсаторы Y1 бывают максимум 0,01 мкФ, но больше 4700 пФ я в блоках питания не видел. По паспорту держат 4800 В в течении 2 сек. А диоды - выпрямительный мост, ампера на 2.

[syoma]

конденсаторы Y1 бывают максимум 0,01 мкФ, но больше 4700 пФ я в блоках питания не видел. По паспорту держат 4800 В в течении 2 сек. А диоды - выпрямительный мост, ампера на 2.

В вашем устройстве он стоит и подключается к плате, как нарисовано в схеме?

Даже если нет - получается, что у Вас первичка блока питания включена в сеть? Ну так значит у вас есть нейтраль и испытания провод - земля надо проводить с ней и смотреть - пробъется ли трансформатор, например.

[Рэльс]

В вашем устройстве он стоит и подключается к плате, как нарисовано в схеме?

Даже если нет - получается, что у Вас первичка блока питания включена в сеть? Ну так значит у вас есть нейтраль и испытания провод - земля надо проводить с ней и смотреть - пробъется ли трансформатор, например.

Источник питания импульсный. Между первичной и вторичной стороной Y1 конденсатор вроде 1000 пФ. Даже если нейтраль изолирована, там есть Y2 конденсаторы между линиями питания 220 В и землей. Их номинал 4700 пФ. То есть в итоге получаем 900 пФ.
Запаяв красные конденсаторы, допустим Y1 4700 пФ, могу ли я расчитывать, что большая часть тока микросекундного импульса будет заряжать их, а на источник питания с его 900 пФ пойдет меньшая часть?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[wim]

Y-конденсаторы предназначены для подавления радиочастотных помех. Я никогда не видел, чтобы их использовали против МИП.

[syoma]

В принципе можно легко промоделировать. Не думаю, что там будут архибольшие токи. Больше вопрос в напряжении - пробьет ваш конденсатор или нет.
С другой стороны - может вывести минус вторички наружу, да требовать заземления? Так все проще будет. Насколько я знаю в частотниках так и делают.

[Kiber99]

С другой стороны - может вывести минус вторички наружу, да требовать заземления? Так все проще будет. Насколько я знаю в частотниках так и делают.

Можно попробовать соединить минус вторички на заземление через конденсатор в нужной точке или распределенно.

[wim]

Не надо ничего никуда выводить - все эти городушки с конденсаторами не улучшают, а ухудшают устойчивость к помехам. Если у источника питания честная двойная изоляция между входом и выходом. он обязан выдержать вторую степень жесткости. А для четвертой степени применяют дополнительно разрядники и варисторы. Как применяют, можно посмотреть у производителей - Littlefuse, Bourns и др. Цель защитных устройств - в создании пути протекания тока помехи в обход рабочей схемы. Тут проблема всего лишь в том, что потерпевший хочет придумать защиту без реальных испытаний (посмотреть форму сигнала без осциллографа, измерить напряжение без вольтметра ).

[Рэльс]

Не надо ничего никуда выводить - все эти городушки с конденсаторами не улучшают, а ухудшают устойчивость к помехам. [/color] ).

Объясните, пожалуйста, почему ухудшают. Выше я писал, что в патах таких производителей, как АББ и Сименнс, попадаются конденсаторы, включенные между питанием 24 В "землей". Зачем они их ставят?
В системах телемеханики ни разу не видел, чтобы какой-либо полюс питания заземляли. С промышленной автоматикой мало сталкивался, в системах которые попадались 24 В от земли были изолированы точно.
Единственное исключение, которое знаю, это связисты. Они заземляют "+" питания 60В или 48В, зачем, никто так мне и не объяснил.

[wim]

в патах таких производителей, как АББ и Сименнс, попадаются конденсаторы, включенные между питанием 24 В "землей". Зачем они их ставят?

Одна из мер подавления радиочастотных помех общего вида (синфазных), генерируемых импульсным источником питания. Хотя эти помехи довольно пакостные, но их мощность при измерениях — сотые доли мкВт, что ни в какое сравнение не идет с микросекундными импульсами большой энергии.

[Kiber99]

Одна из мер подавления радиочастотных помех общего вида (синфазных), генерируемых импульсным источником питания. Хотя эти помехи довольно пакостные, но их мощность при измерениях — сотые доли мкВт, что ни в какое сравнение не идет с микросекундными импульсами большой энергии.

Помехи от микросекундных импульсов действительно пакостные и от них трудно избавится. Однако функционирование устройст, во время воздействия этих помех часто должно проходить без сбоев. Поэтому и устанавливают конденсаторы между питанием и шиной заземления.

[wim]

функционирование устройст, во время воздействия этих помех часто должно проходить без сбоев. Поэтому и устанавливают конденсаторы между питанием и шиной заземления.

Вы испытывали девайс микросекундными импульсами 4-й степени жесткости без конденсаторов и он не прошел испытания, потом поставили конденсаторы и девайс выдержал?

[Kiber99]

Вы испытывали девайс микросекундными импульсами 4-й степени жесткости без конденсаторов и он не прошел испытания, потом поставили конденсаторы и девайс выдержал?

Так оно и было. Добавите дополнительно непосредственно в цепи подключаемые к выходным контактам феритовые трубки, это хороший фильтр.

Сообщение отредактировал Kiber99 - Dec 26 2014, 08:57

[Bear_ku]

Эм-м-м, ферритовые трубки против МИП?! Или это уже мысль поплыла куда-то дальше?

[Kiber99]

Эм-м-м, ферритовые трубки против МИП?! Или это уже мысль поплыла куда-то дальше?

Всё правильно, есть еще НИП! Вы случайно не из этой области РЗА

Сообщение отредактировал Kiber99 - Dec 26 2014, 12:36

[wim]

Всё правильно, есть еще НИП!

Так Вы 4-ю степень жесткости проходили НИП или МИП? Т.е. МИП прошли только с конденсаторами, без разрядников и варисторов?

[shf_05]

Так Вы 4-ю степень жесткости проходили НИП или МИП? Т.е. МИП прошли только с конденсаторами, без разрядников и варисторов?

действительно, следует четко излагать свои мысли и не путать различные виды помех. характеристики мип и нип значительно отличаются, как и способы защиты от них.
никакие у конденсаторы и катушки размером меньше кирпича не помогут от мип, единственный способ - это гальваническая развязка входов от земли для помех провод-земля ( + иногда газовые разрядники могут найти применение) и применение токоограничивающих резисторов с варисторами, сапрессорами и т.п. для помех провод-провод.
для нси - разводка платы, приенение копонентов с высоким cmr , у - конденсаторы и катушки.

Источник питания импульсный. Между первичной и вторичной стороной Y1 конденсатор вроде 1000 пФ. Даже если нейтраль изолирована, там есть Y2 конденсаторы между линиями питания 220 В и землей. Их номинал 4700 пФ. То есть в итоге получаем 900 пФ.
Запаяв красные конденсаторы, допустим Y1 4700 пФ, могу ли я расчитывать, что большая часть тока микросекундного импульса будет заряжать их, а на источник питания с его 900 пФ пойдет меньшая часть?

подсчитайте или прмоделируйте какой емкости должен быть коенденсатор, чтобы ипульс на нем снизился (при сопротивлении генератора = 2 ом) хотя бы до 500в. у конденсаторы в принципе не для мип ставят, как вам уже писали, они лишь снижают помехи малой мощности высокой частоты, генерируемые источником питания или приходящие на плату по шине питания.

[Рэльс]

Спасибо за прояснения. Получается, что Y конденсаторы стоят для подавления РЧ помех, а высокая их изоляция обусловлена возможной высокой разностью потенциалов между полюсами источника питания 24 В и землей. Я так понимаю, что защита от РЧ помех для плат дискретного ввода актуальна, учитывая длинные кабели (максимум что видел 4 км).
Можно еще уточнить об оптимальной резводке платы для борьбы с НСИ?

[shf_05]

Можно еще уточнить об оптимальной резводке платы для борьбы с НСИ?

много инфы - погуглите emc pcb design и на русском языке есть хорошие подборки статей, общее в основном одно - хорошая земля (лучше всего как правило заливки одного или нескольких слоев ПП), хорошая развязка питания, наличие путей для обратных токов под линиями

[Kiber99]

действительно, следует четко излагать свои мысли и не путать различные виды помех. характеристики мип и нип значительно отличаются, как и способы защиты от них.
никакие у конденсаторы и катушки размером меньше кирпича не помогут от мип, единственный способ - это гальваническая развязка входов от земли для помех провод-земля ( + иногда газовые разрядники могут найти применение) и применение токоограничивающих резисторов с варисторами, сапрессорами и т.п. для помех провод-провод.
для нси - разводка платы, приенение копонентов с высоким cmr , у - конденсаторы и катушки.

Отдельно друг от друга мип и нси существуют только в воображении, для удобства анализа.

[Bear_ku]

А вы вопрос автора топика посмотрите,
От наносекунд достаточно грамотной схемотехники и разводки. Ферритовая трубка на входящие провода это хорошо, это правильно, но исходя из собственного опыта, пробовали их уже от безнадеги, когда внутри устройства никакие средства не помогали.

[Kiber99]

От наносекунд достаточно грамотной схемотехники и разводки.

От микросекундных импульсов защита выполняется аналогичным образом (грамотной схемотехники). В апаратуре РЗА используются сигнальные цепи с уровнем 220 В, порог чуствительности гораздо выше и вариантов защиты больше.

Сообщение отредактировал Kiber99 - Dec 29 2014, 07:59

[Bear_ku]

Да, простите, не правильно выразился. От наносекунд можно избавиться и без применения защитных элементов (варисторов, разрядников). В случае МИП у нас подобное не получилось, собственно из темы думал подчерпнуть что-то полезное, но видимо не судьба.
В аппаратуре РЗА используются и 24В дискретные входы, поэтому не вижу смысла приплетать сюда область использования.

[AlexandrY]

Да, простите, не правильно выразился. От наносекунд можно избавиться и без применения защитных элементов (варисторов, разрядников). В случае МИП у нас подобное не получилось, собственно из темы думал подчерпнуть что-то полезное, но видимо не судьба.
В аппаратуре РЗА используются и 24В дискретные входы, поэтому не вижу смысла приплетать сюда область использования.

Недавно был случай.
Контактор коммутируют 3-х фазную нагрузку.
В момент коммутации одни группы раньше другие позже начинают контачить и дребезжать.
Появляются длинные на десятки микросекунд пачки не импульсов, а провалов напряжения длительностью 100 нс и амплитудой 100 В.
Такие сигналы спокойно проходят гальваноразвязку на оптронах и портят значение счетчиков энкодеров в процессоре, далее от таких крутых фронтов самопроизвольно включаются высоковольтные тиристоры в фазах (1000 dV/dt), и тогда начинается полная свистопляска.
Конденсаторы 4700 пФ между фазами исправили ситуацию.

[Bear_ku]

Эм-м-м, если не ошибаюсь это уже что-то похожее на колебательные затухающие помехи? Странно тогда, что подобная проблема всплыла только на объекте, а не в испытательной лаборатории.

[AlexandrY]

Эм-м-м, если не ошибаюсь это уже что-то похожее на колебательные затухающие помехи? Странно тогда, что подобная проблема всплыла только на объекте, а не в испытательной лаборатории.

Непосредственно при измерении на фазе это выглядело как одиночный провал длительностью 100 нс после которого не следовало никаких колебаний в течении микросекунды
Я это объясняю чисто коммутационными процессами контакта.
А вероятность появления такого явления в коммутационном процессе зависит от схемотехники управления контактором.
Пока контактор переключался медленно явление практически не наблюдалось, когда после тюнинга на объекте контактор стал переключаться быстрее эффект стал появляться явно и часто.

[shf_05]

Такие сигналы спокойно проходят гальваноразвязку на оптронах и портят значение счетчиков энкодеров в процессоре, далее от таких крутых фронтов самопроизвольно включаются высоковольтные тиристоры в фазах (1000 dV/dt), и тогда начинается полная свистопляска.
Конденсаторы 4700 пФ между фазами исправили ситуацию.

в данном случае вы не повысили помехозащищенность аппаратуры, а ослабили помеху, влияющую на нее. Скорее всего, вам следовало поставить снабберную цепь на контактор и на симисторы, а оптроны советую применять с экраном- у них высокий CMR и им практически не страшны помехи, т.е. "такие сигналы не проходят через такую гальваноразвязку".

пс- как так контактор переключается именно медленно? на него медленно подают напряжение? это же механический элемент - ему присущ дребезг или якорь с меньшей силой втягивает в катушку и меньший удар?

[AlexandrY]

в данном случае вы не повысили помехозащищенность аппаратуры, а ослабили помеху, влияющую на нее. Скорее всего, вам следовало поставить снабберную цепь на контактор и на симисторы, а оптроны советую применять с экраном- у них высокий CMR и им практически не страшны помехи, т.е. "такие сигналы не проходят через такую гальваноразвязку".

пс- как так контактор переключается именно медленно? на него медленно подают напряжение? это же механический элемент - ему присущ дребезг или якорь с меньшей силой втягивает в катушку и меньший удар?

Снабберы это компромисс. Они подавляют перенапряжения, но и увеличивают стартовый ток. У тиристоров и то, и то имеет ограничение.
Поэтому простые снабберы с конденсатором и резистором эффективны до определенного предела.
Ставить снаббер на контакторы будет прямым нарушением норм безопасности и смысла.
Зачем контактор предохранять от высокого dv/dt?

Наносекундные импульсы под 100 В, проходят на схему уже мимо оптрона. Не имеет никакого значения есть у оптрона экран или нет.
Здесь только оптические волноводы и пространственное разнесение помогает если бороться до конца.

Скорость включения и выключения контактора напрямую зависит от демпфирующих цепей в управляющей обмотке и может варьироваться в несколько раз.

[shf_05]

Снабберы это компромисс.....Ставить снаббер на контакторы будет прямым нарушением норм безопасности и смысла.

а как же вы ставили 4,7нФ конденсатор между фазами - не равносильно снабберу с такой же емкостью и резистором Ом на 100? хотя вам виднее, я не представляю вашей системы в целом. ведь снабберы ставят параллельно нагрузке довольно часто, смотря что коммутировать.

Появляются длинные на десятки микросекунд пачки не импульсов, а провалов напряжения длительностью 100 нс и амплитудой 100 В.
Такие сигналы спокойно проходят гальваноразвязку на оптронах и портят значение счетчиков энкодеров в процессоре, далее от таких крутых фронтов самопроизвольно включаются высоковольтные тиристоры в фазах (1000 dV/dt),...
Конденсаторы 4700 пФ между фазами исправили ситуацию.

ведь ваши слова?говорите сигнал проходит через оптроны и процессор ловит сигнал где его нет, опять же вам видней- скорее всего я вас неправильно понял.
чтобы не было проблем с определением фазы я ставил полосовой фильтр и компаратор с гистерезисом в нуль детектор фазы и еще программно выбрасывал значения, которые "не ожидал увидеть".
конденсаторы между фазами вероятно можно увеличивать хоть до 0,47мкФ - ставить X2, тогда сеть будет еще синусоидальнее и никаких снабберов не надо.

Появляются длинные на десятки микросекунд пачки не импульсов, а провалов напряжения

провалы - это импульсы с отрицательной амплитудой