141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153

Раздел 16 Импульсные источники питания

Первичный источник питания

Требования к безопасности

Существует множество причин, по которым в линиях электропитания помимо обычного синусоидального напряжения присутствуют высоковольтные импульсные помехи (выбросы). По инициативе европейских электроэнергетических компаний были проведены исследования, что является источником высоковольтных выбросов и какова частота их появления. Так, молнии порождают выбросы амплитудой до 6 кВ и длительностью порядка 100 нс. Другую серьёзную причину неполадок в электросети и отказов оборудования следует искать поблизости от источника питания (это может быть перегорание предохранителя или искрение в выключателе), при этом пиковое напряжение достигает величины 1.2 кВ, а длительность импульса — до 60 мкс. Восемьдесят процентов всех выбросов, присутствующих в сети, имеют продолжительность 1…10 мкс и амплитуду до 1.2 кВ. Нормы электробезопасности основаны на учёте помех по причине грозы и других всплесков напряжения в электросети.

В Соединённых Штатах приняты следующие стандарты для конденсаторов фильтров электромагнитных помех: UL1414, UL1283 и IЕС 950. Канадский стандарт CSA С22.2 #1 аналогичен UL1414, a CSA С22.2 #8 соответствует UL1283. Эти стандарты относятся только к радио, телевидению и телекоммуникациям. В странах Евросоюза используется стандарт EN132400 (бывший IEC 384-14). Этот стандарт значительно более полон и строг, нежели североамериканские стандарты. Если при разработке оборудования следовать европейским стандартам, то в большинстве случаев будут выполнены и североамериканские.

Стандарт EN132400 определяет семь классов конденсаторов для использования в фильтрах электромагнитных помех в оборудовании, работающем от сети. В настоящее время в оборудовании применяются только классы X1, Х2, Y1 и Y2. Конденсаторы класса X включаются между фазами в системах с рабочим напряжением 220 В и между фазой и нейтралью — в системах с рабочим напряжением 110 В. Конденсаторы класса Y используются для включения между фазой и защитным заземлением. Конденсаторы класса Y2 — наиболее распространённый тип конденсаторов Y, они применяются в системах наподобие компьютерных источников питания. К конденсаторам класса Y1 предъявляются более строгие требования, так как они предназначены для включения между фазой и землёй в оборудовании с двойной изоляцией. Конденсаторы класса XI предназначены для использования в оборудовании, которое постоянно подключено к энергосистеме здания, например в центральном компьютере или в пускорегулирующей аппаратуре систем освещения. Конденсаторы класса Х2 являются наиболее распространённым типом конденсаторов X, они предназначены для использования в аппаратуре, питание которой осуществляется через штепсельные розетки.

Одной из самых распространённых неисправностей конденсатора вследствие выброса напряжения является пробой диэлектрика. Металлобумажные и металлоплёночные конденсаторы самовосстанавливаются после такого пробоя. В момент пробоя в конденсаторе течет очень большой ток, который расплавляет металлизацию и выводит её из места пробоя диэлектрика. Эта область изолируется от остальной части конденсатора и больше не пробивается. После восстановления конденсатор остаётся работоспособным.

Процесс самовосстановления может закончиться появлением остаточной проводимости. Если в течение срока эксплуатации конденсатора возникнет достаточно много случаев самовосстановления, это может привести к чрезмерно большому току остаточной проводимости. При этом конденсатор может выйти из строя из-за перегрева и чрезмерного тока утечки. Перегрев может привести к возгоранию оборудования.

Металлобумажные и металлоплёночные — вот два типа конденсаторов, наиболее защищенные от образования остаточной проводимости в процессе самовосстановления после пробоя. Вероятность этого напрямую зависит от содержания свободного углерода в диэлектрике. Бумажные и полиэфирные диэлектрики отличаются самым низким содержанием свободного углерода и являются наиболее подходящими материалами для конденсаторов в фильтрах электромагнитных помех.

Керамические конденсаторы не самовосстанавливаются, поэтому они должны обладать достаточной электрической прочностью (прочностью диэлектрика на пробой), чтобы выдержать выбросы напряжения. По этой причине керамические конденсаторы для подавления радиопомех имеют большие габариты.

Максимальная ёмкость конденсаторов класса Y ограничивается в зависимости от допустимого тока утечки. Ёмкость конденсатора должна быть такой, чтобы гарантировать, что максимально допустимый ток утечки не будет превышен при любых изменениях характеристик окружающей среды. На ёмкость конденсатора влияют несколько факторов: температурный коэффициент ёмкости, старение, зависимость от напряжения и начальный допуск.

К конденсаторам класса Х2 предъявляется требование выдерживать выбросы 2.5 кВ, а к конденсаторам класса Y2 — выбросы 5 кВ. Конденсаторы класса Y должны выдерживать более высокое напряжение, так как большой ток утечки увеличивает вероятность поражения электрическим током. Выход из строя конденсатора типа X приведёт к неисправности устройства, но не представит опасности для пользователя, если, конечно, устройство не загорится. Воспламеняемость — ещё один параметр, используемый при оценке пригодности конденсаторов типа X и Y.

Требования к безопасности основаны только на том, чтобы неполадка не представляла опасности для пользователя. Стандарт IEEE 587 использует дополнительные параметры оценки того, чтобы аппаратура не выходила из строя вследствие выбросов в сети питания. Наиболее частой причиной выхода из строя оборудования является выброс напряжения из-за грозы. Поэтому стандарт IEEE 587 предписывает тестирование аппаратуры затухающей синусоидой с пиковой амплитудой 6 кВ.

141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153