Как защитить электронику от электромагнитного импульса

Как защитить электронику от ЭМИ при ядерном взрыве?

Не матюгайте новичка. Купил я в общем приёмник, ОКЕАН 209, на случай ядерного БП, что бы хоть радио послушать и узнать что в мире творится. Хоть сам приёмник и не отличается разнообразием деталей, микросхем и прочих высокотехнологичных приблуд в нём нет, но сгорит ведь от ЭМИ.
Что схимичить что бы не погрел?

Я что-то про мелкую сетку слышал. На подобие что в микроволновках устонавливают.

ВОТ КАК, спасибо,сами поищите, мне не нужны размышления есть ли ЭМИ или нет, мне нужна инструкциЯ типа сделай сам, при этом заземления нет, шестой этаж всё таки, никто мелкий город Украины бомбить не будет, но взорвать бомбу на высоте 400 км. могут, электроника погорит и мы все умрём.
ХОЧУ ПЕРЕД ТЕМ КАК УМЕРЕТЬ РАДИО ПОСЛУШАТЬ,

Лежащей в железной коробке электронике ничто не угрожает. Магнитная составляющая такой мощи, что наведёт недопустимые токи в деталях сквозь сплошной ферромагнетик, будет лишь в том случае, когда о сохранности можно уже не беспокоиться. Так что суньте приёмник в оружейный сейф — и будет вам щастя

man клетка фарадея

Ну с сейфом это для меня круто, стоит у меня на балконе кастрюля железная эмалированная на 50 литров и крышка к ней есть, если в неё положу выживет? Я немного не понял про сплошной ферромагнетик, «коробка» должна быть именно из железа? А если кастрюля алюминиевая будет, она размером по меньше, не подойдёт?

Надо заземлять, провод к кастрюле второй конец к водостоку, внизу закопать кусок железа опять же кусок стальной проволки к водостоку. Еще если дом новый в розетке заземление есть.кагтотак

автор.читай поиск.на кой буй тебе приемник на откурытой местности?если ты спрятался набуя тебе об этом заморачиваться? китайский приемник оберни листом свинца(аккумуляторы в помощь) и ходи с ним.будешь самый суровый выживальщик.без обид

В ФАЛЬГУ И В МИККРОВАЛНОВКУУ)

ИНСТРУКЦИЯ
Специально для Radarin-f-Diszs

1.Не губите мозг.Радиус поражения ЭМИ наземного и воздушного ядерного сравним с радиусом ударной волны, если вас не раскатало в блинчик-приемник включится и заработает.
2.Существует ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ возможность того что при СТРАТОСФЕРНОМ ядерном взрыве эми поразит большую площадь. Практически такие испытания не проводились.США произвело целых полтора испытания — результат странный, и не более того.
3.Спецбоеприпасы и методики применения ЭМО-оружия в армии отсутствуют. Есть только ЗАЩИТА от возможного поражающего фактора.
4.Методики ГРОЗОЗАЩИТЫ напротив хорошо разработаны. Почти все они действенны против ЭМИ. Это значит ваш приемник скорее всего УЖЕ ЗАЩИЩЕН.
5.Для дополнительной защиы можно обернуть приемник фольгой, положить в кострюлю, в сейф, зарыть на полметра в землю. Чтобы обезопасить также себя не забыть шапочку из фольги.
6.Умеренно употреблять бром или новопасит, смотря что вам больше помогает, чаще гулять на свежем воздухе, поменьше сидеть за компьютером.

Инструкцию составил Пронин А.В инженер электросвязи.Подпись/Пронин/Дата/15.05.2011.

Ну хоть шото толком.
Принято к исполнению.

кстати, ЭМИ-боеприпасы используются НАТОй при начале БД в новой стране при подавлении ПВО, КП и связи
если не сидеть с приёмником у КП, то ничего не будет — радиус действия у ЭМИ-боеприпасов небольшой и направленный

я не парюсь по этому вопросу совершенно
если я остался жив после ядрёного взрыва, то приёмник жив тем более

Можно рацию поставить на землю и обоссать её — какое-никакое, заземление.

Народ, может зря стебаетесь?

Помнится, во времена моей службы, в 125, 75 и 200 ракетных комплексах не было НИ ОДНОГО полупроводникового элемента. Даже выпрямительные диоды в блоках питания — лампы. Как раз именно потому, что лампы, в отличие от полупроводников, не боятся ядрёного взрыва.
Хотя, казалось бы — и защита есть — сами кунги из металла, шкафы с оборудованием из металла — никакой ЭМИ не пробиться. Ан нет, ВСЁ на лампах.
Считаете, что военные разработчики идиоты?

Просто вори-чиновники не дают денег на модернизацию устаревшего оборудования

ХМ — По моему достаточно такому приёмнику быть просто выключенным во время взрыва.

Всё остальное от лукавого голивуда.

Васёк
кстати, ЭМИ-боеприпасы используются НАТОй при начале БД в новой стране при подавлении ПВО, КП и связи
если не сидеть с приёмником у КП, то ничего не будет — радиус действия у ЭМИ-боеприпасов небольшой и направленный

я не парюсь по этому вопросу совершенно
если я остался жив после ядрёного взрыва, то приёмник жив тем более

Порвем старый баянчег? У боеприпасов которые используются НАТОЙ есть какое нибудь название?Маркировка?Тактико-технические характеристики? Наставления инструкции по боевому применению?
Серийно выпускаемых и принятых на вооружение боеприпасов НЕТ.Все что есть это экспериментальные изделия которые Амеры пытаются испытывать в полевых условиях. Насколько я знаю пока не удачно.

Шашек и пик не видел, а вот пулемёты Максим, пистолеты Маузера, Наганы и даже трёхлинейки лежат. В консерве. Про ППШ, ТТ и прочее времён 2 мировой вообще молчу — горы.

Честно говоря, никогда не задумывался, над защитой радистанций от ЭМИ.
Почему то думалось мне, глядя на воеенное железо, что гражданские станции выгорят все, без шансов и до тла.
Однако, как тут люди говорят, всё не так плохо. А ведь и действительно, чаще всего, за исключением бытовых приёмников и портативок, на гражданских аппаратах, начиная от самых дешевых, имеется металлический корпус, который служит экраном(это к вопросу о каструльках). Даже не заземлённый, он, вполне возможно, защитит от ЭМИ. А некоторые приёмники и станции, стоящие у людей дома, заземлены по умолчанию. К тому же, в некоторых моделях, антенные входы тоже имеют кое-какую защиту, тоисть их не надо выключать ни во время грозы, ни во время ядерной бомбёжки.
Когда разбирал (раскрывал) свою станцию, обнаружил целых 2(!) экрана — собственно металлические крышки и алюминиевое шасси внутри, образующее полный второй экран. Вдобавок там полным полно своих маленьких экранчиков на разных элементах. У меня станция заземлена и имеет встроенный «искроразрядник»(? в терминах не силён), что скорее всего, защитит станцию от всего.

Не, камрады, вы за стёб извините — но вот за такие вот «приготовления» нас психами и считают, и небезосносательно.

Сегодня провёл не большой эксперимент, положил мобильник в кастрюлю и со второго позвонил, сигнал прошёл так что без заземления, сейфы, канистры, коробки, и фольга на голову — не поможет.

Помех вообще не будет — электричество то того. Соответственно импульсные зарядки, экономические лампочки, плазма, и вообще всё работать не будет.
А услышишь ты только самых неосторожных выживальщиков. Или самых сильных.

astraxanez
ХМ — По моему достаточно такому приёмнику быть просто выключенным во время взрыва.

Всё остальное от лукавого голивуда.

пожалуй , верно . только современная элка вся завязана на «дежурные схемы » . так что , шансов теоретически , нет .

За ЭМИ не скажу, а вот ионизирующее излучение оказывает нехорошее воздействие на содержимое Flash-памяти, то есть после она работает, но содержимое несколько портится. По поводу свинца и заземления: Защитой от электромагнитного излучения низкой частоты могут служить ферромагнетики (свинец, как и алюминий к ним не очень относятся) защиту от ЭМИ высокой частоты может обеспечить экран из проводящего материала (даже из свинца), землить не нужно.

В радиолокаторах НАПРАВЛЕННОЕ излучение.
И направлено оно явно не на электронику и не на людей.
Развлекались — в центр антенны кидали дохлую кошку — через час работы остаётся обугленный скелет.

ЗЫ — «эксперимент» проводился на антенне «качалки» — не помню уже, как оно называется по военному. Антенна в виде дольки апельсина качается вверх-вниз.

Пофлеймлю)
В голивудчинских фильмах после ядрён батонов, разъежают на хамерах.
А не на виллисах. Там же ж электроника (ижектор+компьютер).
А ведь вся современная техника инжекторная. Я имею ввиду та, которая на вооружение принимается. Вопрос к знающим: есть у меня субурбан. Год — 1999,
бронирован капсулой б-6. Колёсья — тоже. А как быть с электроникой? Как вояки её экранируют?

Армейскую мудрость про то что если нет уазика то командир передвигается на зампотехе знаю ��

Защита электроники от электромагнитного импульса

Мощный электромагнитный импульс (ЭМИ) появляется вследствие всплеска энергии, которая излучается или проводится таким источником как солнце или взрывное устройство. Если в вашем арсенале выживальщика присутствуют электротехнические или электронные устройства, необходимо предусмотреть их защиту от ЭМИ, чтобы они смогли продолжать работать после начала боевых действий, природной или техногенной катастрофы.

Что такое электромагнитный импульс

Всякий раз, когда электрический ток проходит через провода, он производит электрическое и магнитное поля, которые исходят перпендикулярно движению тока. Размер этих полей пропорционален силе тока. Длина провода напрямую влияет на силу тока индуцированного электромагнитного импульса. Кроме того, даже обычное включение питания производит короткий всплеск электрической и магнитной энергии.

При этом всплеск настолько мал, что едва заметен. Например, коммутационные действия в электрической схеме, двигателях и системах зажигания для газовых двигателей так же производят к небольшим ЭМИ импульсам, которые могут вызвать помехи на соседнем радио или телевидении. Для их поглощения используются фильтры, удаляющие незначительные всплески энергии и помехи от них.

Большой выброс энергии производится, когда некий заряд электричества быстро разряжается. Данный электростатический разряд (ESD) может шокировать человека или вызвать опасные искры вокруг паров топлива. Так же многие помнят, что в детстве мы бы протирали ноги об ковер, а затем касались друзей, создавая разряд ESD. Это тоже одна из форм ESD.

Чем сильнее энергия импульса, тем больше он может повредить здания и воздействовать людей. Например, молния является мощной формой ЭМИ. Электростатический разряд от молнии может быть очень опасным и стать причиной катастрофы. К счастью, большинство молнии замкнуто на землю, где электрический заряд поглощается. Громоотвод изобрел Бенджамин Франклин, благодаря чему сегодня сохраняются многие здания и сооружения.

Такие события, как ядерные взрывы, высотные неядерные взрывы и солнечные бури могут создать мощный ЭМИ, который наносит ущерб электрическому и электронному оборудованию, расположенному недалеко от источника события. Все это угрожает электросетям и функционированию большинства электрических и электронных устройств в нашей жизни.

Поражающие факторы электромагнитного импульса

Опасность ЭМИ заключается в том, что он поражает системы жизнеобеспечения и транспорта. Поэтому, например, при мощном воздействии электромагнитного импульса современная незащищенная автотехника выходит из строя. Особенно это касается автомобилей, произведенных после 1980 года. Поэтому в случае техногенной катастрофы, начала боевых действий или всплеска солнечной активности оптимально использовать автомашины старого образца.

Кроме того, электромагнитный импульс поражает:

• Компьютеры.
• Дисплеи.
• Принтеры.
• Маршрутизаторы.
• Трансформаторы.
• Генераторы.
• Источники питания.
• Стационарные телефоны.
• Любые электронные схемы.
• Телевизоры.
• Радио, DVD плееры.
• Игровые устройства.
• Медиа центры
• Усилители.
• Системы связи (передатчики, приемники)
• Кабели (передачи данных, телефонные, коаксиальные, USB и т.д.)
• Провода (особенно большой длины).
• Антенны (внешние и внутренние).
• Электрические шнуры питания.
• Системы зажигания (авто и самолетов).
• Электрические схемы СВЧ.
• Кондиционеры.
• Аккумуляторы (все виды).
• Фонарики.
• Реле.
• Системы сигнализации.
• Контроллеры заряда.
• Преобразователи.
• Калькуляторы.
• Электроинструменты.
• Электронные запчасти.
• Зарядные устройства.
• Устройства контроля (CO2, детекторы дыма и т.д.).
• Кардиостимуляторы.
• Слуховые аппараты.
• Устройства медицинского мониторинга и т.п.

Факторы, которые определяют урон от ЭМИ

• Сила входящего электромагнитного импульса.
• Расстояние до источника импульса.
• Угол линии удара от источника к вашему положению на вращающейся Земле.
• Размер и форма объектов, которые получают и собирают ЭМИ.
• Степень изоляции приборов и устройств от вещей, которые могут собирать и передавать энергию ЭМИ.
• Защита или экранирование приборов и устройств.

Как защититься от ЭМИ: первые действия

С большой долей вероятности небольшие системы не будут затронуты ЭМИ (англ. EMP), если они изолированы от сети питания. Поэтому при поступлении предупреждения о грядущем EMP отключите все подключенные к электрической розетке приборы и устройства. Не забудьте вентиляцию и термостаты. Отключите солнечные панели и весь дом от общей сети, откройте запорные переключатели между солнечными панелями и инвертором, и между преобразователем и распределительной панелью питания. При слаженных действиях это займет несколько минут.

Общая защита от электромагнитного излучения

Предлагаемые защитные действия:

• Отключайте электронные устройства, когда они не используется.
• Отключайте электроприборы, когда они не используются.
• Не оставляйте компоненты, такие как принтеры и сканеры, в режиме ожидания.
• Используйте короткие кабели для работы.
• Установите защитную индукцию вокруг компонентов.
• Используйте компоненты с автономными батареями.
• Используйте рамочные антенны.
• Подключите все провода заземления к одной общей точке заземления.
• По возможности используйте небольшие устройства, которые менее чувствительны к ЭМИ.
• Установите MOV (металл-оксид-варистор) переходные протекторы на портативные генераторы.
• Используйте ИБП для защиты электроники от всплеска EMP.
• Используйте блокирования устройства.
• Используйте гибридную защиту (например, полосовой фильтр с последующим молниеотводом).
• Держите чувствительные приборы и устройства подальше от длинных трасс кабеля или электропроводки, антенн, растяжек, металлических башен, гофрированного металла, стальных ограждений, железнодорожных путей.
• Устанавливайте кабель под землей, в экранированных кабельных каналах.
• Постройте одну или несколько клеток Фарадея.

Следует заранее продумать защитную систему. Например, резервный генератор, вероятно, не будет поврежден солнечной бурей, но ЭМИ может повредить чувствительные электронные контроллеры, так что экранирование является целесообразным. И наоборот, такой прибор, как источник бесперебойного питания (ИБП) может быть полезным сам по себе в качестве компонента защиты. Если EMP происходит, резкий рост может уничтожить ИБП, но это, скорее всего, защитит от разрушения подключенные устройства и компоненты.

Как построить клетку Фарадея

Клетку Фарадея можно смастерить в домашних условиях из металлических емкостей и контейнеров, таких как мусорный бак или ведро, шкаф, сейф, старая микроволновка. Подойдет любой объемный предмет, который имеет непрерывную поверхность без зазоров или больших отверстий. Необходимо наличие плотно облегающей крышки.

Установите непроводящий материал (картон, дерево, бумага, листы пены или пластика) на всех внутренних сторонах клетки Фарадея, чтобы сохранить содержимое от прикосновения металла. Кроме того, можно обернуть каждый элемент в пузырчатую пленку или пластик. Все приборы, которые находятся внутри, должны быть изолированы от всего остального и особенно от металлического контейнера.

Клетка Фарадея из мусорного бака

Клетка Фарадея из металлического ящика

Что поместить в клетку Фарадея

Поместите внутрь клетки весь электронный и электротехнический арсенал, который входит в НЗ, и те компоненты, которые закуплены «впрок». Так же там необходимо расположить все, что может быть чувствительно к ЭМИ, в случае получения предупредительного сигнала. В том числе:

• Батарейки для радио.
• Портативные рации.
• Портативные телевизоры.
• Светодиодные фонарики.
• Солнечное зарядное устройство.
• Компьютер (ноутбук или планшет).
• Сотовые телефоны и смартфоны.
• Различные лампочки.
• Зарядные шнуры для мобильных телефонов, планшетов и т.п.

Как защитить важную информацию от ЭМИ

Имейте в виду, что электромагнитный импульс может нарушить инфраструктуру на длительное время, а в случае Апокалипсиса – навсегда. Поэтому стоит заранее подготовиться, и произвести резервное копирование важных файлов с помещением их на разных носителях в разные клетки Фарадея.

Вместо послесловия

Если предупреждение об ЭМИ небыло получено, но вы видите яркую вспышку с последующим отключением энергосистем, действуйте по своему усмотрению. Ведь нельзя знать заранее, насколько тяжелым и опасным будет электромагнитный импульс, дальность которого при некоторых видах взрывов достигает 1000 км. Но благодаря подготовке и предварительному планированию можно определить, насколько реально мы сможем выжить в мире после ЭМИ.

Защита электронных устройств от импульсных помех большой энергии

Электрические импульсные помехи создают значительную угрозу для электрооборудования и данных. Они могут иметь разные названия, например всплески, перенапряжения и выбросы, но в любом случае последствия воздействия этих нарушений остаются одними и теми же: перебои, ухудшения свойств и повреждения оборудования, неизбежно приводящие к его простоям.

По линиям электропитания, входящим в здание под или над уровнем земли, в домашнее или офисное оборудование могут передаваться значительные импульсные помехи. Выбросы при импульсных помехах, создаваемые индуктивными и емкостными связями, обусловленные взаимным расположением линий, могут вызывать серьезные повреждения электронных устройств.

Механизмы проникновения импульсных помех

Механизм индуктивной связи является основным и наиболее распространенным физическим процессом возникновения импульсной помехи.

Всякий раз, когда электрический ток проходит через токопроводящий материал, в окружающей среде создается магнитное поле. Если в это магнитное поле помещен второй проводник, а само поле не стационарно, тогда во втором проводнике будет наводиться ток. Такое индуктивное взаимодействие может быть вызвано линией, индуцирующей напряжение в расположенной рядом линии электропитания или передачи данных, также возможно взаимное влияние линий. Гораздо более сильное воздействие может вызвать молния, так как в результате молниевого разряда на землю образуются электромагнитные поля, индуцирующие энергию в проводниках различных электронных цепей почти таким же способом, каким магнитное поле от одного проводника может наводить импульсные помехи в расположенном рядом проводнике фактически без прямого контакта с этой линией. Подобного вида воздействия в линиях электропередачи вызывают различные нежелательные эффекты, такие как:

• Разрушение. В эту категорию входят все случаи, когда импульсные помехи с высокими уровнями энергии вызывают немедленный отказ оборудования. Часто это видимые физические повреждения, например сгоревшие или треснувшие платы и компоненты и другие очевидные признаки.
• Повреждения. Обычно они возникают, когда импульсная помеха попадает в оборудование в результате индуктивного взаимодействия. После этого электронные компоненты пытаются обработать импульсную помеху как действительную логическую команду. В результате происходит блокирование системы, возникают сбои, выдаются ошибочные данные на выходе, теряются или повреждаются файлы.
• Рассеяние. Эти энергетические воздействия связаны с повторяющимися нагрузками на компоненты интегральных схем (ИС). Материалы, используемые для изготовления ИС, могут выдержать определенное число повторяющихся энергетических всплесков, но не в течение значительного периода времени. Происходящее накопление тепловой энергии в компонентах и обусловленная этим деградация параметров в конечном итоге приведет к выходу из строя электронной аппаратуры (ЭА). Поэтому для обеспечения надежного функционирования ЭА, в соответствии с областью ее применения, существуют стандарты испытаний, необходимых для обеспечения стойкости аппаратуры к импульсным помехам.
• Импульсная помеха. На основании стандарта МЭК 50-161-90 это электромагнитная помеха, которая проявляется в тракте конкретного технического средства (ТС) как последовательность отдельных импульсов или переходных процессов. Микросекундная импульсная помеха (МИП) — импульсная помеха общей длительностью от 1 мкс до 1 мс. В соответствии с ГОСТ Р 51317.4.5-99 [1] причинами возникновения микросекундных помех являются разнообразные коммутационные процессы, происходящие в системах электроснабжения большой и малой мощности, а также различные электрические атмосферные явления. Согласно данному стандарту импульсные помехи могут проникать в порты электропитания кондуктивным (непосредственно по проводам) путем по следующим контурам: «провод–провод» (I), «провод–земля» (II) (рис. 1).

МИП, возникающие на портах электропитания устройства, по схеме «провод–провод» (I) являются наиболее опасными ввиду большего значения энергии, которую несет в себе импульс помехи (испытательный импульс, подаваемый по схеме «провод–провод» (I) амплитудой 1 кВ, что соответствует степени жесткости 2, обладает энергией 25 Дж, а МИП, подаваемая по схеме «провод–земля» (II), 5 Дж). Поэтому энергия импульсной помехи, поступающая в электронное устройство по схеме «провод–земля» (II), имеет меньшее значение относительно схемы «провод–провод» (I) из-за различного импеданса данных цепей.

Рис. 1. Пути проникновения кондуктивных помех

В настоящих исследованиях в качестве МИП, поступающих в электронное устройство, взяты параметры МИП и форма испытательного импульса (рис. 2), регламентируемые [1].

Рис. 2. Типовая форма испытательного импульса микросекундной помехи:
длительность фронта импульса T1 = 1 мкс;
длительность импульса T2 = 50 мкс (на уровне 50% от амплитуды);
период повторения импульсов — 1 мин.;
выходное сопротивление испытательного генератора — 10 Ом (схема «провод–земля»);
выходное сопротивление испытательного генератора — 2 Ом (схема «провод–провод»)

Современная промышленность выпускает специализированные приборы, называемые устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), которые предназначены для защиты электронной аппаратуры от нежелательных воздействий импульсных помех.

На данный момент существует ряд основных подходов к созданию устройств защиты от импульсных помех, а именно: УЗИП либо поглощают энергию, либо отводят ее в цепь защитного заземления, либо используется комбинация подходов, тем самым обеспечивая более высокий уровень стойкости ЭА.

Как правило, процесс шунтирования импульса помехи на заземление реализуют при помощи различного рода нелинейных компонентов, основным принципом работы которых является уменьшение омического сопротивления при превышении приложенного напряжения выше уровня срабатывания (газоразрядники, варисторы, TVS-диоды, TVS-тиристоры).

Наиболее распространенным и дешевым элементом защиты от импульсных помех такого типа являются металлооксидные варисторы (МОВ), имеющие резко выраженную нелинейную вольт-амперную характеристику, способные уменьшать собственное активное сопротивление при достижении напряжения срабатывания и, соответственно, шунтировать защищаемый объект.

МОВ будет оставаться в высокоомном состоянии, позволяя энергии проходить по обычной схеме до тех пор, пока в линию не поступит напряжение, превышающее напряжение срабатывания МОВ. В результате чего резко увеличивается ток (с единиц миллиампер до сотен ампер), протекающий через варистор, тем самым защищая электронные компоненты устройства от перенапряжения. При этом напряжение, поступающее на оборудование, будет поддерживаться на приемлемом уровне до окончания воздействия помехи.

МОВ часто комбинируют с плавкими вставками (FU), которые размещаются по пути подачи энергии в защищаемое оборудование (рис. 3), чтобы разорвать цепь в случае превышения токового уровня, который способен выдержать варистор. При этом от нагрева перегорит плавкая вставка, которая обычно находится рядом или прикреплена к МОВ. В результате электрическая цепь будет разомкнута и дальнейшее поступление энергии в защищаемое оборудование станет невозможным.

Рис. 3. Типовая схема включения варистора

Традиционной схемой защиты от импульсных помех, базирующейся на применении МОВ, является схема так называемого «варисторного треугольника» (рис. 4), которая нашла широкое применение в современных УЗИП.

Рис. 4. Схема УЗИП на базе «варисторного треугольника»

Однако такая схема обладает существенным недостатком, который встает барьером на пути всеобъемлющего ее применения в качестве устройства защиты от высоковольтных импульсных помех, поскольку данное решение является «одноразовым»: после срабатывания плавких вставок требуется вмешательство оператора для их замены. Кроме того, всем полупроводниковым компонентам присущи инерционные свойства. Имеет значение время «реакции», в течение которого защитный элемент изменяет свои электрические свойства для своевременной защиты электронного устройства. В тех же случаях, когда длительность импульса помехи мала по сравнению со временем «реакции» УЗИП, происходит беспрепятственное проникновение импульса помехи в защищаемое устройство.

Кроме того, у варисторов существует предел максимально допустимой энергии, которую он может рассеять в виде тепла. Следует отметить тот факт, что большинство производителей устройств защиты указывают в документации на оборудование значение максимальной поглощаемой энергии помехи. Однако данный параметр не является точным, поскольку он показывает суммарную мощность всех варисторов, входящих в состав УЗИП, и его можно считать неадекватным показателем степени защиты устройства. Так как помеха, как правило, проникает по портам электропитания устройства по различным направлениям, есть вероятность, что в локальном месте электронной схемы проходящая энергия будет превосходить значение максимальной рассеиваемой энергии расположенного там варистора.

Помимо варисторов, существуют другие виды полупроводниковых ограничителей, которые также обладают всеми вышеперечисленными недостатками, присущими полупроводниковым приборам. В таблице 1 проведено сравнение существующих видов ограничителей, применяемых в сфере защиты электронных устройств.

Таблица 1. Сравнение элементов защиты от перенапряжений

Элемент защиты	Преимущества	Недостатки	Использование
Газоразрядник	Высокое значение допустимого тока 2,5–150 кА. Низкая емкость (не более 2 пФ). Высокое сопротивление изоляции (более 1 ГОм). Малый ток утечки (менее 10 нА).	Относительно большое время срабатывания, связанное с длительностью ионизации газа. Зависимость напряжения ионизации газа от скорости нарастания напряжения на клеммах.	В качестве первой ступени комбинированной защиты силовых цепей от атмосферных и коммутационных перенапряжений.
Варистор	Малое время срабатывания (10–20 нс). Широкий диапазон рабочих токов и напряжений (3–20 кВ, 0,1 мА–90 кА).	Ограниченный срок службы, напрямую зависящий от мощности и частоты повторения импульсов перенапряжения. Зависимость напряжения срабатывания от протекающего тока.	Первая и вторая ступень комбинированной защиты. Защита силовых цепей и автомобильной электроники. Защита электронных компонентов устройств.
TVS-диод	Низкие уровни ограничения напряжения (единицы вольт). Широкий диапазон рабочих токов и напряжений. Высокое быстродействие (не менее 10 -12 с). Малая собственная емкость.	Низкое значение номинального импульсного тока (до 200 А). Относительно высокая стоимость.	Для защиты компонентов на печатной плате в оконечной ступени системы комбинированной защиты.
TVS-тиристор	Высокое быстродействие (не менее 10 -9 с). Большой управляющий ток (до 90 мА).	Ограниченный диапазон рабочих напряжений (до 150 В). Защищаемое устройство шунтируется на заземление после прохождения импульса.

Проведенные исследования выявили возможность создания нового принципа защиты от импульсных помех, основой которого является использование двухступенчатой защиты устройств преобразовательной техники, питающихся от промышленной сети. При этом в качестве входной цепи используется звено постоянного тока.

На рис. 5 предоставлена упрощенная функциональная схема предлагаемого УЗИП. Такое устройство состоит из последовательно соединенных фильтра 1 (Ф1), выпрямительного моста, фильтра 2 (Ф2) и защищаемой нагрузки. Фильтр 1 предназначен для обеспечения паспортного режима работы диодов выпрямительного моста, а именно — для формирования необходимых значений dI/dt и dU/dt. Фильтр 2, состоящий из дросселя L₃ и конденсаторов C₄, C₅ (причем конденсатор С₄ неполярный, а C₅ электролитический), подключен к выходу силового выпрямителя. Этот фильтр, кроме обеспечения требуемого коэффициента пульсации напряжения (L₃,C₅), является накопителем «быстрой» энергии импульсной помехи (L₃C₄).

Рис. 5. Принципиальная схема УЗИП

На рис. 6 представлена схема замещения «быстрого» L₃C₄-фильтра, где r₁ — внутреннее сопротивление испытательного генератора, имитирующего микросекундный импульс напряжения; R_n — сопротивление нагрузки. Такая цепь является звеном второго порядка, в котором при подаче внешнего импульсного воздействия на вход на выходе могут возникнуть колебательные процессы. В соответствии с теорией автоматического управления для такой цепи должен быть проведен анализ передаточной функции на отсутствие колебательных процессов.

Рис. 6. Схема «быстрого» LC-фильтра

Передаточная функция «быстрого» L₃C₄ — фильтра имеет вид:

где ξ — коэффициент демпфирования; T₁, T₂ — постоянные времени звена; k — коэффициент передачи звена.

Постоянные времени звена и коэффициенты передаточной функции вычисляются по следующим формулам:

Критерием анализа устойчивости данного звена положено, что коэффициент демпфирования должен быть больше либо равным единице (ξ ≥ 1).

На рис. 7 изображена модель УЗИП, работающего на нагрузку мощностью 600 Вт (при моделировании УЗИП его максимальная мощность принята 600 Вт). В данной модели электролитический конденсатор С₅, помимо емкости, обладает также собственным сопротивлением и индуктивностью (реактивные параметры электролитического конденсатора приняты усредненными).

Рис. 7. Модель УЗИП в пакете OrCAD

В таблице 2 приведены параметры элементов схемы замещения УЗИП.

Таблица 2. Параметры элементов схемы замещения УЗИП

Обозначение элемента	Назначение	Номинал
V1	Источник синусоидального напряжения	U = 220 В, f = 50 Гц
V2	Генератор микросекундной импульсной помехи (МИП)	UA = 1 кВ, T2 = 50 мкс
D1, D2, D3, D4	Диоды выпрямительного моста	идеальные
D5	Вспомогательный диод, предотвращающий попадание энергии сети в генератор микросекундной помехи
D6	Диод демпфирующей R6D6-цепи
R1	Резистор, имитирующий внутреннее сопротивление источника импульсной помехи) регламентирующий вид испытаний («провод-провод» по ГОСТ Р 51317.4.5-99)	2 Ом
r3	Внутреннее сопротивление дросселя L3	0,1 Ом
r4	Внутреннее сопротивление неполярного конденсатора С4	0,01 Ом
r5	Внутреннее сопротивление электролитического конденсатора С5	0,02 Ом
R6	Резистор демпфирующей R6D6-цепи	10 Ом
Rn	Активное сопротивление нагрузки	100 Ом
L4	Эквивалентная последовательная индуктивность неполярного конденсатора С4	1 нГн
L5	Эквивалентная последовательная индуктивность электролитического конденсатора С5	100 мкГн
L3	Индуктивность	0,5 мГн
C4	Емкость неполярного конденсатора	1,2 мкФ
С5	Емкость электролитического конденсатора	200 мкФ

Параметры элементов фильтра выбраны таким образом, чтобы выброс напряжения на нагрузке не превысил значения 500 В при положительной амплитуде МИП величиной 1 кВ (рис. 8) при воздействии импульса помехи в момент времени, соответствующий максимальному мгновенному значению питающего синусоидального напряжения (в соответствии с п. 8.2 ГОСТ [1]).

Рис. 8. Осциллограммы токов и напряжений при воздействии импульса амплитудой 1 кВ с фазовым сдвигом 90° относительно синусоидального напряжения

Процессы, происходящие в «быстром» L₃C₄-фильтре, имеют следующую последовательность (рис. 9): ток дросселя в момент поступления импульса начинает возрастать по линейному закону, а переменная составляющая тока дросселя начинает протекать через конденсатор (C₄); в момент окончания внешнего воздействия (окончания импульса помехи) ток через дроссель, а следовательно, и через конденсатор (C₄), начинает спадать до исходного значения.

Рис. 9. Диаграммы токов и напряжений в элементах УЗИП при воздействии МИП

Электролитический конденсатор (С₅), подключенный параллельно неполярному конденсатору (С₄) из-за наличия эквивалентной последовательной индуктивности (lвн) не действует в момент воздействия импульсной помехи.

После окончания МИП энергия, накопленная в конденсаторе С₄, передается в конденсатор С₅, который со своей постоянной времени впоследствии разряжается на сопротивление нагрузки.

Заключение

Фильтр 1, кроме формирования скорости нарастания напряжения, выполняет функцию блокирования эмиссии помех от электронного устройства в сеть, это вовсе не «лишний узел», его присутствие необходимо с позиций электромагнитной совместимости. Фильтр 2 при отсутствии импульсной помехи исполняет роль сглаживающего фильтра (L₃C₅) электронного устройства. При воздействии помехи «быстрый» фильтр (L₃C₄) демпфирует импульс помехи до допустимых значений. При этом суммарная величина емкости «быстрого» и сглаживающего фильтров незначительно увеличивается по отношению к сглаживающему фильтру, который был бы установлен в данной системе для обеспечения требуемого коэффициента пульсаций.

Подобный УЗИП может использоваться в любой системе питания ЭА, которой необходимо выдерживать внешние импульсные воздействия большой энергии, так как защитное устройство такого типа повысит общий уровень стойкости ЭА к высоковольтным импульсным помехам за счет двухуровневого принципа аккумулирования энергии помехи и незначительного завышения установленной мощности входного выпрямителя.

Защита от гнева богов. Устройства защиты от импульсных перенапряжений ⁠ ⁠

Продолжаем тему электроликбеза про устройства защиты, и этот пост — знакомство с устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Это устройства для вашего электрощита, призванные бороться с кратковременными всплесками напряжения, например из-за грозы. Текст рассчитан для нетехнарей, так что добро пожаловать)

У поста есть видеоверсия для тех, кто любит слушать:

Начнем с того, что знают сегодня даже дети — молния представляет собой разряд электричества, иногда ударяет в рукотворные объекты и способна испортить технику. Хоть это предложение и звучит по детски, но человечеству понадобились века, для понимания таких простых и очевидных сегодня вещей. Знание о природе и характеристиках разряда не далось человечеству без жертв, помянем Георга Вильгельма Рихмана.

Первыми регулярный ущерб, от удара молниями, стали испытывать связисты — телеграфные линии, растянутые по полям на столбах, регулярно приносили к дорогому и нежному оборудованию станций кратковременные всплески высокого напряжения. Причем не только от ударов молнии в сами провода, но даже от ударов молний неподалеку от линий! И уже тогда пришлось изобретать способы защиты оборудования от этих всплесков. Когда, спустя десятилетия свои провода стали растягивать на столбах уже энергетики, для только появившегося электрического освещения, некоторые наработки телеграфистов пригодились.

Стоит сказать, что для современной техники молния уже не является чем то запредельно мощным и умопомрачительным. Если взять все эти миллионы вольт и сотни тысяч ампер, умножить на время — мы получим энергию разряда, а это всего порядка 1 ГДж энергии. Если перевести в привычные кВт*ч, то это всего 277 кВт*ч, можно даже посчитать стоимость одного разряда молнии. Проблема лишь в том, что это количество энергии выделяется за доли секунды, что порождает проблемы, с которыми и борются разными техническими приемами.

Что происходит при ударе молнии в линию электропередач? Энергия молнии растекается по проводникам в поисках пути ухода в землю. Это вызывает рост напряжения до огромных величин, из-за чего изоляция не выдерживает, и ее пробивает. В тех местах, где протекал разряд, повреждения оставляет как нагрев, так и электромагнитные силы. И про электромагнитные силы хочу отметить особо: из-за очень большой скорости нарастания тока при ударе молнии, даже разряд в непосредственной близости, наводит токи в окружающих проводниках. Поэтому даже, если молния ударила в молниеотвод на крыше и ушла по металлоконструкциям в землю, на проводах внутри здания могут появиться всплески напряжения опасной величины. Поэтому защита строится не только от прямых попаданий молнией, но и от различных наведенных ею явлений.

Вопрос защиты от атмосферного электричества и от импульсных перенапряжений достаточно обширен, поэтому пост рассчитан дать лишь крайне поверхностное представление и не претендует на полноту. Для более полного и глубокого изучения темы в конце есть ссылки на дополнительные материалы. Если сформулировать кратко физический смысл устройств защиты — их задача сбросить в заземление всю энергию, наведенную в линиях молнией, не допуская чрезмерного роста напряжения. Эти устройства назвали УЗИП — устройства защиты от импульсных перенапряжений.

Акт первый. Приманиваем молнию и отправляем ее в землю.

Про громоотводы (они же молниеотводы, и они же молниеприёмники) наверняка слышали и видели все:

Это не обязательно торчащий в небо шпиль, у линий электропередач он выполнен в виде грозозащитного троса, который выше всех и не имеет изоляторов:

Принцип простой — это проводник, электрически соединенный с землей, и размещенный как можно выше. Если на данном участке создадутся условия для удара молнией, то наиболее вероятно (но не 100% гарантированно!) разряд произойдет именно в заземленный проводник, а не в окружающие объекты. Сечение проводника выбирается достаточным, чтобы провести разряд к заземлению без повреждений. Громоотвод выполняет собой роль «зонтика» принимая всю стихию на себя. Аналогия с зонтиком становится еще более явной, если посмотреть на формулы расчета радиуса защищаемой громоотводом площади — она тем больше, чем выше громоотвод. Стоит отметить, что существует несколько методик определения защищаемой молниеотводом области, и даже среди специалистов по молниезащиты нет единогласного мнения, какая методика точнее. Например фото из энциклопедии Британника показывает два подхода к расчету защищаемой области — конус по высоте молниеотвода и метод катящейся сферы.

Громоотвод оказался чертовски важен для использования в деревянных домах. Если раньше удар молнии в крышу мог устроить пожар (энергия разряда на пути в землю частично превращалась в тепло, поджигавшее все вокруг), то перенаправление разряда по металлическому штырю в землю спасало от таких страшных последствий. И если присмотреться — то все современные здания и строения имеют на крыше громоотвод. А особо важные объекты вообще могут иметь довольно сложные конструкции громоотводов. В тех местах, где надлежащее заземление сделать трудно (на скале, песках) молниезащита становится совсем нетривиальной задачей. Так выглядят громоотводы на газовой станции в Нигерии:

Но, если бы способ работал без нареканий, то текст бы оборвался на этом месте. Он и обрывался, до появления чувствительной и нежной аппаратуры.

Акт второй. Минимолнии.

Не все высоко поднятые проводники могут быть заземлены, для успешного перенаправления энергии разряда в землю. Например антенны — она должна быть высоко и заземлять ее нельзя, иначе она перестанет принимать сигналы. А можно ли сделать устройство, которое бы соединяло бы например антенну с землей только в момент удара молнии, и при этом не оказывала влияния в остальное время?

Можно, и устройство это называется искровой разрядник. Вот пример разрядника для электрооборудования конца 19 века:

Идея защиты проста — между защищаемым проводником и заземлением в разряднике создается минимально допустимый зазор так, чтобы при нормальной работе напряжение не превышало напряжение пробоя зазора. Если в защищаемой линии по какой то причине напряжение возрастет (из-за удара молнии или из-за всплесков от работы электрооборудования) то в зазоре происходит электрический пробой — зажигается электрическая дуга, которая из-за ионизации газа неплохо проводит ток. Именно эта дуга обеспечивает временное электрическое соединение с землей, и гаснет, если напряжение понизилось ниже напряжения гашения дуги.

Но есть две проблемы. Первая — малопредсказуемое напряжение пробоя разрядника — изменение температуры, влажности воздуха — и напряжение изменилось. Немного коррозии — напряжение изменилось. Кривые ручки регулировщика — очень сильно изменилось. Второй недостаток — более фундаментальный — напряжение при котором происходит пробой, и напряжение, при котором дуга гаснет отличаются. Причем напряжение зажигания дуги еще зависит от скорости нарастания напряжения. График на картинке как раз показывает «горб» — пока разрядник не сработал напряжение успевает вырасти, затем зажигается дуга и напряжение падает. Пунктиром показан график напряжения при защите варистором.

Если первый недостаток получилось побороть, заключив разрядник в герметичную колбу, заполненную заранее приготовленной смесью газов, то со вторым ничего поделать не получилось. Да, разными ухищрениями можно уменьшить разницу между напряжением пробоя и напряжением, когда дуга гаснет, но не радикально. Причем напряжение гашения должно быть ВЫШЕ напряжения источника питания (*с оговорками). Иначе может получиться неприятная ситуация, когда разряд молнии пробил разрядник и ушел в землю, но дуге погаснуть уже не даст генератор, питающий линию. И дуга в разряднике будет гореть пока кто-то из них не сломается. Вот пример разрядника РБ-5, отечественного производства из аппаратуры связи — колба герметична и заполнена инертным газом:

В принципе, до широкого распространения полупроводниковых приборов (где-то до середины 60х) защита в виде разрядников всех устраивала. При должном запасе прочности изоляции, кратковременный всплеск напряжения на пару кВ (пока не сработает разрядник) большинство аппаратуры могло вынести. Но потом в широкий обиход вошли полупроводниковые устройства, для которых даже небольшое кратковременное повышение напряжения означало смерть.

Разрядники применяются до сих пор и очень широко. Причем разрядники выпускаются огромным ассортиментом на все случаи жизни, от маленьких для защиты линий связи до огромных для зашиты линий электропередач. Вот например как выглядит разрядники в плате мини-АТС (цилиндрические с брендом производителя EPCOS), для защиты от импульсов высокого напряжения, которые могут оказаться в телефонной линии:

Акт третий. Полупроводники защищают полупроводники.

На замену разрядникам в деле защиты линий (причем не только линий электропередач, но и например линий связи, но пост в основном посвящен линиям электропередач напряжением 220-230В) пришли варисторы. Это особый тип резисторов, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. Вот так выглядит их Вольт-амперная характеристика, которая показывает связь тока через прибор и приложенного напряжения:

То есть они ведут себя примерно как разрядники. Если напряжение ниже порогового — то их сопротивление велико, есть только мизерный ток утечки. Если напряжение превышает пороговое, то варистор довольно сильно меняет свое сопротивление, начиная хорошо проводить ток. Но, в отличии от разрядника, возвращается в исходное состояние с высоким сопротивлением, стоит лишь напряжению опуститься ниже порогового. В итоге напряжение на контактах варистора получается относительно стабильным, повышение напряжения он скомпенсирует увеличением тока через себя, что не даст напряжению расти.

Чисто технически, варистор представляет собой таблетку спеченной керамики из вещества, которое обладает свойством полупроводника, например гранул оксида цинка в матрице из смеси оксидов металлов, поэтому его и называют MOV — Metal Oxide Varistor. Гранулы создают огромное количество pn переходов, проводящих ток в одном направлении. Но так как их образуется много и в случайном порядке, для выпрямления тока они бесполезны. Но свойство устраивать электрический пробой при превышении определенного напряжения (а электрический пробой pn перехода обратим), оказалось очень кстати. Регулируя толщину таблетки, можно добиться достаточно стабильного порогового напряжения при производстве. А увеличивая объем шайбы, можно увеличить максимальную энергию импульса, который способен поглотить варистор.

Варистор получился не идеальным, поэтому он не заменил, а лишь дополнил разрядники. За огромный плюс — отсутствие разницы между напряжением пробоя и напряжением восстановления, варисторам прощают токи утечки, ограниченный ресурс (после некоторого количества срабатываний может потерять характеристики), большой габарит при скромных допустимых энергиях разряда. Включенный в линию варистор будет гасить всплески напряжения примерно таким образом:

Так как варистор может со временем прийти в негодность, и например начать проводить ток, когда не требуется, устраивая короткое замыкание, необходимо предусматривать защиту от короткого замыкания. Большие могучие варисторы на DIN рейку, для защиты силовых линий, часто содержат в себе встроенную защиту. Вот например так выглядит начинка варистора в щиток от IEK:

Видно саму таблетку варистора (синего цвета). К ней присоединены электроды и подпружиненный флажок опирается на электрод, припаянный легкоплавким припоем… Если варистор нагревается свыше разумного (не важно, от пришедшего импульса с молнии, или по причине деградации) то припой плавится, электрод отсоединяется, разрывая цепь, и пружина опускает флажок, показывает неисправность варистора. Если защиты не предусмотреть, неконтролируемый нагрев варистора может устроить пожарчик.

Варисторы небольших размеров можно встретить во множестве электронных устройств, для защиты от случайно пришедших по сети всплесков высокого напряжения. В большинстве удлинителей, именующих себя «сетевыми фильтрами» вся фильтрация сводится к наличию пары варисторов внутри. Вот на фото можно разглядеть варисторы (синего цвета) в разных удлинителях:

Акт четвертый. Защита для самых нежных.

Этот раздел я включил полноты ради.

Помимо варисторов и разрядников есть еще устройства защиты — полупроводниковые супрессоры (TVS-transient voltage suppressor), они же TVS-диоды, они же полупроводниковые ограничители напряжения. Это специально спроектированные диоды, которые работают на обратной ветви вольт-амперной характеристики (да, той самой, где происходит обратимый электрический пробой у варисторов). Физически они выполняют ту же самую функцию, что и остальные устройства защиты — не проводят ток, если напряжение в норме и начинают проводить ток, если напряжение почему-то превысило допустимое значение, тем самым выполняя роль ограничителя. На фото довольно крупный экземпляр, они бывают совсем миниатюрные:

Полупроводниковые ограничители напряжения почти прекрасны всем, кроме одного — величина энергии импульса, который они способны ограничить, поглотив излишки, очень мала. Создание на их базе защиты, способной хоть как то сравниться по характеристикам с разрядниками или варисторами будет слишком дорогой. Поэтому они нашли применение там, где нужна компактная защита самой нежной и чувствительной электроники от небольших по мощности всплесков, например от статического электричества. Будьте уверены — в вашем телефоне все контакты, что ведут внутрь (USB, наушники) защищены маленькими TVS диодами, которые не позволят напряжению на этих контактах повыситься выше 5 В, даже если вы случайно «щелкните» по ним электричеством снимая свитер.

Если хочется узнать поподробнее про полупроводниковые ограничители напряжения, это можно сделать тут, и тут. Но, если вы не разработчик электроники, то врядли вы будете как-то взаимодействовать с этими устройствами защиты.

Акт пятый. Концепция зональной защиты.

А можно поставить в электрощиток на вводе в дом универсальное устройство защиты от импульсных перенапряжений, и не знать проблем? К сожалению — нет. Хотя бы потому что даже если вы подавили все нежелательные всплески на входе в дом, можно повторно словить их проводкой внутри здания, например когда ток разряда молнии будет следовать от громоотвода в землю где-то за стенкой — электромагнитное поле столь мощное, что в любом проводнике наведет импульс тока. Или например, что в сеть импульс повторно проникнет через телефонный аппарат, придя по телефонной линии. Поэтому процесс построения защиты усложняется — нужно анализировать все пути проникновения электромагнитного импульса от молнии внутрь защищаемого объекта.

Чтобы не ставить на каждое устройство полный комплект устройств для защиты от прямого попадания молнией (было бы слишком дорого), придумали концепцию зональной защиты, и соответствующих классов устройств. Объект, электрическая начинка которого защищается от повреждения молнией, разделяется на зоны, согласно степени воздействия молнией. Все линии (силовые, связи), переходящие из зоны в зону, на границе зон оснащаются устройствами защиты. Проще понять это на абстрактном примере дома:

(LPZ — lightning protection zone — зона защиты от молнии)

Зона 0а — это зона, куда непосредственно может ударить молния. В проводнике может оказаться полный ток молнии

Зона 0b — это зона, куда молния напрямую уже не ударит, но в проводнике может оказаться частичный ток молнии — как из-за электромагнитного поля, так и просто из-за пробоя изоляции.

Зона 1 — Это зона, где может появиться наведенный молнией ток.

Зона 2,3,4 и т.д. — зона, где наведенный молнией ток ослаблен и меньше, чем в вышестоящей зоне. Зон может быть сколь угодно много, как в матрешке.

То есть понятно — при переходе из зоны в зону, электромагнитный импульс молнии ослабевает, в том числе из-за устройств защиты на границах зон, и за счет экранирования и ослабления в пространстве. Например бетонная стенка с заземленной арматурой внутри может служить таким экраном. Зоны обычно разделяются по естественным препятствиям — стена, корпус шкафа, корпус прибора и т.д.

И вот для удобства, устройства защиты разделили на классы. И когда понятно деление на зоны — достаточно взять из каталога устройство соответствующего класса.

Класс I (B)- это устройства способные выдержать частичный ток молнии (зона 0), и предназначены для установки на вводном щите. (где зона 0 переходит в зону 1)

Класс II ©- это устройства способные выдержать меньший ток, чем устройство класса I, но они дешевле и напряжение, до которого они срежут импульс меньше. Предназначены для установки на распределительном щите. (Как раз где зона 1 переходит в зону 2)

Класс III- (D)Это устройства способные выдержать импульс еще меньшей величины, чем класс II, но зато срезающие импульс почти полностью. И предназначены для установки уже на щит конечного потребителя. Многие грамотно спроектированные устройства имеют подобную защиту уже внутри себя.

Почему бы не ставить везде устройства защиты класса I? А просто потому что установка устройства класса I там, где с лихвой хватит класса III, например у конечного потребителя — неоправданный перерасход бюджета. Это как строить полностью укомплектованную пожарную часть там, где достаточно поставить огнетушитель. Кроме того, чем брутальнее и мощнее устройство защиты, тем больше величина напряжения импульса, который просачивается через нее в потребителя. (тем выше напряжение ограничения, см картинку выше)

Но если хочется всё и сразу, существуют комбинированные устройства, например Класс I+II которые соответствуют параметрам сразу нескольких классов, но за такую универсальность производитель попросит дополнительных денег.

Акт шестой. Стандартная молния.

Каждый удар молнии уникален по своим характеристикам. Но устройства защиты нужно как то тестировать, сравнивать, разрабатывать, поэтому пришлось договариваться о некоторых характеристиках электромагнитного импульса, который наводит молния. Поэтому на лицевой панели устройств защиты, а также в документации можно увидеть: (поглядите маркировку на распиленном УЗИПе от IEK на фото выше)

Пиковое значение тока, который проходит через прибор без его повреждения, в тысячах ампер (кА). Например 50 кА — означает, что пиковый ток в импульсе достигает 50 000 Ампер.

Запись о длительности импульса, в микросекундах. Она указывается через дробь. Например 10/350 означает, что импульс нарастает до максимального значения тока за 10 микросекунд, а потом плавно спадает до нуля за 350 микросекунд. Или например 8/20. (10/350 — длинный и мощный импульс, характерный для прямого попадания разрядом, а 8/20 — короткий, более характерный наведенному от молнии неподалеку)

Рабочее напряжение. Это нормальное напряжение в линии, к которой подключается защита.

Напряжение ограничения, в вольтах. Это величина остаточного напряжения импульса на клеммах устройства (позже укажу почему это важно), до которого устройство защиты сможет его уменьшить.

Класс устройства (см. часть про зональную концепцию).

Стоит отметить, что даже многолетняя собранная статистика не исключает, что конкретно вы не согрешили настолько, что по вам ударит аномально мощная молния, но вероятность этого весьма низкая. (Например МЭК 62305-1 считает, что даже по самым отъявленным грешникам молнии с зарядом более 300 Кл выпускаются менее чем в 1% случаев.)

Вот прекрасная в своей наглядности иллюстрация из руководства OBO BETTERMANN, где иллюстрируется статистика разрядов молний по току, и как разные уровни защит от молний (LPL) их покрывают:

Так как процесс предсказания тока у молнии, которая ударит в объект в будущем сродни процессу предсказания курса биткоина (то есть гадание), и придумали разные уровни защит от молний, и картинка выше наглядно показывает как они соотносятся. Необходимый уровень защиты выбирается согласно оценке рисков ущерба от попадания молнии.

Акт седьмой. Портим всё забыв про мелочи.

Описанное выше актуально для сферического коня в вакууме. В реальной жизни есть огромное количество тонкостей, которые опускаются для упрощения, но рано или поздно дадут о себе знать. Вот примеры некоторых из них:

1. Собственная индуктивность и сопротивление проводников.

Отрезок провода длинной 1 метр обладает индуктивностью примерно 1 мкГ и ненулевым сопротивлением. А значит при высоких темпах нарастания тока (а для молний они как раз характерны) лишний запас провода может свести смысл защиты к нулю. Многие производители в своих руководствах явно указывают, что длина проводников от линии к клеммам устройства защиты должны быть максимально короткой, и в сумме не превышать 0,5 м. Вот наглядная картинка из руководства OBO BETTERMANN, как лишние 2 метра провода повлияли на защиту. Если УЗИП (оранжевый) срезает пришедший импульс до величины 1,5 кВ, то на проводниках падает дополнительно 2 кВ, и в итоге в нагрузку придет импульс напряжением 3,5 кВ.

Весьма изящным способом уменьшить влияние проводников является подключение вот таким образом:

Некоторые производители, для удобства монтажа вообще предусматривают двойные клеммы, например как на этом устройстве (отечественное кстати):

2. Сопротивление играет роль.

При токе разряда молнии в 50 кА, на проводнике с сопротивлением в 0,1 Ом при протекании тока создастся разница напряжения в 5 кВ. Поэтому УЗИП следует подключать максимально толстым проводником, не менее 6 мм2, даже если сама по себе линия 2,5 или даже 1,5 мм2. Если вы подключили УЗИП V-образно как на фото выше, то толстым у вас останется только заземляющий проводник.

3. Устройства защиты без согласования бесполезно соединять параллельно.

Может закрасться мысль, что если параллельно поставить несколько устройств защиты, то мы получим Мегазащиту. Но это так не работает. Когда по линии прилетит импульс — то первым сработает кто-то один, и примет на себя весь удар. Чтобы каскад из защит работал согласованно, и по мере необходимости в дело поглощения импульса подключались все более и более мощные устройства, они должны согласоваться специальными дросселями. Но так как расчет такого каскада задача непростая, то и устройства согласования в каталогах производителей УЗИП найти крайне трудно. Производитель стал выпускать комбинированные устройства согласуя их внутри сам. То есть вместо установки рядом УЗИП II и УЗИП III класса нужно взять готовое устройство II+III класса.

4. Ставим автомат вместо предохранителя.

Если вы внимательно прочитаете документацию на устройства защиты от импульсных перенапряжений, то многие производители требуют установку предохранителей для защиты от короткого замыкания — если устройство выйдет из строя, оно может устроить короткое замыкание защищаемой линии на землю. И при таком сценарии лучше, если сгорит предохранитель и отключит устройство защиты от линии, чем это сделает вводной автомат обесточив нагрузку. Но см. п.1 — глупо сначала добиваться минимальной индуктивности проводников, чтобы затем воткнуть автоматический выключатель, внутри которого электромагнитный расцепитель в виде катушки индуктивности. В итоге автоматический выключатель будет работать как дополнительные виртуальные несколько метров провода (см п1) увеличивая напряжение импульса, дошедшего в нагрузку. И именно поэтому крайне желательно использовать именно предохранители. (это еще если не брать во внимание, что есть опасность что импульс тока в 10-50-100 кА вызовет спекание контактов в автомате)

5. УЗИП на базе варисторов имеют ток утечки.

Он небольшой, но при этом не нулевой. И тут здравый смысл отходит на второй план перед электросетевой компанией, которая имеет свое мнение на то, где должно быть установлено УЗИП. Так что может получиться так, что УЗИП вы поставите после счетчика. Но так как счетчик — собственность электросетевой компании, можете делать кулфейс когда после грозы сгорит счетчик и вам придут его менять.

6. Отсутствие контроля.

Представьте, что вы оснастили УЗИПами электрощит, который питает метеостанцию в безлюдном месте. Рядом прошла гроза, УЗИПы выполнили свою функцию, спасли начинку станции от повреждения, но погибли сами — их отключила защита. И получается ситуация, когда станция нормально работает, но при этом не имеет защиты, и следующая гроза может вывести ее из строя. Именно от таких неприятных ситуаций, существуют УЗИП с контактами, которые размыкаются/замыкаются, когда защита выходит из строя (например на фото УЗП-220 это контакты 4 и 5). В таком случае умерший УЗИП может подать сигнал в систему диспетчеризации, что пора высылать монтажника для замены защиты.

Акт восьмой. Практический.

Дочитавший до этого места наверняка уже задался вопросом — а зачем мне надо УЗИП и как его включать? Переходим к конкретике.

Если вы живете в частном доме и электричество в дом поступает по воздушной линии электропередач, то вам требуется УЗИП, причем класса I. (В некоторых случаях может хватить и II класса, но тут уже очень много «но») Если вы живете в многоквартирном доме, все инженерные системы которого в порядке, то в УЗИП не является устройством первой необходимости, но хуже не сделает. Типовая схема использования УЗИПов выглядит вот так (опять взял картинку из руководства OBO BETTERMANN:

Ввод слева. УЗИПы класса I располагаются сразу после вводного автомата (ну или после электросчетчика, если электросетевая компания желает) по одному на каждую фазу. Видно повторное заземление (5) и TN-C превращается в TN-C-S. Без заземления УЗИП не работает — куда ему отводить энергию импульса, кроме как в землю?

Внутри здания на промежуточном щите, например этажном, используются УЗИП класса II, которые подавят то, что смогло пройти через УЗИПы на вводе. Обратите внимание — между N и PE стоит УЗИП специально для этого предназначенный, так как в норме напряжение между N и PE невелико.

Ну и наконец рядом с потребителем ставится УЗИП класс III. У хорошо спроектированных устройств внутри уже предусмотрена производителем защита от перенапряжений.

Электронная техника у вас дома уязвима перед электромагнитными импульсами, которые может принести разряд молнии, даже неподалеку.

Для защиты от этих импульсов (а также от импульсов, возникающих при коммутации индуктивных нагрузок) придумали УЗИП — устройства защиты от импульсных перенапряжений. УЗИП может содержать внутри себя как разрядник, так и варистор, все зависит от характеристик, которые должен обеспечивать УЗИП.

УЗИП выпускают разных классов, от I до III. Для установки на вводной щит дома подходят устройства I класса. Но существуют также устройства, способные обеспечить защиту, соответствующую нескольким классам.

Весь защитный эффект от УЗИП можно свести на нет некорректным подключением.

УЗИП может выйти из строя, и при отсутствии регулярного осмотра это останется незамеченным.

Что еще почитать для углубления знаний:

1. Прежде всего нормативная документация. Говорим Окей, гугл, «Устройство молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций: Сборник документов. Серия 17. Выпуск 27» и внимательно изучаем, в сборнике собраны нормативные документы: Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87) и Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций (СО 153-34.21.122-2003) а также отдельно гуглим и смотрим ГОСТ Р МЭК 62305. Он состоит из большого количества частей, но ни один блогер в интернете не может быть выше нормативных требований.

2. Есть прекрасный сайт https://zandz.com Ребята не только записали вебинары с приглашенными специалистами сферы, но и сделали их стенограммы, так что можно быстро прочитать вместо просмотра видео. Все это великолепие они выложили бесплатно, но потребуется регистрация. Респект. Видеозаписи вебинаров у них на ютуб канале лежат и доступны без регистрации, например вебинары проф. Базеляна

4. Многие производители выпускают руководства по проектированию — такая завуалированная реклама, где простым языком объясняются основы и заодно приводится выдержки из каталога оборудования, которое решает проблему. На русском языке есть прекрасное руководство от шнайдер электрик (https://www.se.com/ru/ru/download/document/MKP-CAT-ELGUIDE-19/), нас интересует раздел J, посвященный защите от перенапряжений. В нем все довольно просто, наглядно и точно.

5. Если вы владеете английским языком, то фирмы, производящие все для молниезащиты, выпустили замечательные руководства. Конечно с перекосом в свою продукцию, но как видите некоторые иллюстрации я позаимствовал у них. Это OBO BETTRMAN lightning protection guide, Dehn lightning protection guide.

Также хочу выразить благодарность @ChoBolit, Денису, Евгению и @buravik72 за рецензирование черновиков статей.

Для вас работает инженер Павел Серков. Сайт, инста, телега, ютуб.

4.3K постов 23.9K подписчика

Правила сообщества

Запрещён оффтоп, нарушение основных правил пикабу

Отличная статья! Когда работал на кабельном от гроз были постоянные проблемы. От наведенного на длинные кабельные линии электричества регулярно дохли блоки питания усилителей. Причем, импульсные дохли, а трансформаторным хоть бы хны. Отечественные импульсники горели как спички (даже несмотря на весь комплект защиты из терморезисторов, варисторов и разрядников), а вот немецкие как то терпели, горели намного реже.

Один раз из-за близкого разряда молнии сгорело одновременно штук 20 усилителей по всему району.

Сейчас, с переходом на оптику, такой проблемы уже быть не должно.

а для тех, кто живет в частном доме, подключенном воздушной линией, и схема подключения TT? как правильно установить и использовать УЗИП?

Пост — крутой, где же плюсы?

Щёточный коллектор и как судно держит курс?⁠ ⁠

Приветствую, Дамы и Господа, на связи Гена Инженерский.
И подъехал новый познавательный выпуск!
Мы посмотрим на щёточный коллектор, узнаем его принцип работы, а ещё узнаем как судно держит заданный курс.
Приятного просмотра!🫡

P.S.Буду рад видеть вас на своём авторском канале https://t.me/gena_engineer

Топ 25 DIY-комплектов для самостоятельной сборки и пайки электронных компонентов и механизмов⁠ ⁠

1) Усилитель звука с наушниками

Полный набор электронных компонентов для сборки и пайки усилителя звука (слухового аппарата). Стоит такой набор около 173 рублей с бесплатной доставкой. Ссылка на источник

Набор электроники с платой для сборки микрокомпьютера с чипом, выполняющего различные команды. Стоит такой аппарат около 250 рублей. ссылка

3) Отладочная плата

Комплект для самостоятельной сборки, пайки и настройки отладочной платы для прошивки чипов ATmega8, ATmega48, ATMEGA88. Стоит такой набор 165 руб. Ссылка

4) Светодиодное сердечко

Набор сборный для создания светодиодного сердечка. Стоит 127 руб. ссылка

5) Светильник с сенсорным управлением

Плата со светодиодом с сенсорным управлением. Стоит 41 руб. ссылка

6) Модуль диммера 100 Вт

Набор DIY для самостоятельной сборки платы с диммером (изменения электрической мощности /регулятор мощности для различных приборов и устройств). Стоит такой 56 руб. ссылка на источник

Комплект сборный для создания платы сигнализации при отключении питания и других самоделок. стоит такой набор 160 руб. ссылка

8) Песочные часы электронные

Набор для сборки «сделай сам» — электронные песочные часы. Стоит набор около 450 руб. ссылка

Конструктор электронный ‘Собери сам’ — генератор белого шума. Стоит такой 97 руб. ссылка

Простой набор для сборки, склейки и пайки самолета с двигателем в деревянном корпусе. Стоит такой 190 руб. ссылка

11) Светодиодный фейерверк

Набор для пайки и сборки платы со светодиодами, мигающими как салют. Стоит такой около 400 руб. ссылка

12) Набор для записи голоса

Комплект электроники для сборки платы записи голоса. Стоит такой 152 рубля. ссылка на источник

13) Плата управления светом

Набор для сборки и пайки энергосберегающей автоматической платы управления уличным светом. стоит около 170 руб. ссылка

Набор для сборки платы детектора металла. Стоит такая 79 руб. ссылка

15) Умная машинка

Набор для сборки и пайки для любителей электроники и робототехники. Машинка после сборки умеет ездит по нарисованной на бумаге линии. Стоит такая около 900 руб. ссылка

16) Магнитный индикатор

Набор для сборки индикатора полярности магнитов. Если поднести к датчику магнит полярностью +, то загорится красный индикатор, ‘минус’ — синий. Стоит такой индикатор около 197 руб. ссылка

17) Регулятор яркости

Набор для творчества «сделай сам» — регулятор яркости для настольной лампы. стоит такой 133 руб. ссылка на источник

18) Плата питания

Набор для сборки устройства с регулируемым напряжением 1,25-12 В. Стоит такой набор около 1300 руб. ссылка

19) Светильник синий

Светодиодная лампа с синими светодиодами и со стабилизатором, набор «сделай сам». стоит около 300 руб. ссылка

20) Сигнализация с сенсором

Набор для сборки сигнализации с сенсорным датчиком. Стоит такая около 116 руб. ссылка

21) Радиоуправляемая лодка

Набор электроники и деталей из дерева для сборки лодки с 2 двигателями. стоит такая 680 руб. ссылка

22) настольный вентилятор

Комплект для сборки настольного вентилятора с солнечной панелью. Стоит такой около 750 руб. ссылка

23) Часы наручные

Комплект для создания (самостоятельной сборки и пайки) часов в постапокалиптическом стиле. Стоит набор около 670 руб. ссылка

24) Bluetooth колонка Подсолнух

Музыкальная колонка для самостоятельной сборки и пайки со светодиодами. Стоит такая 2600 руб. ссылка

25) Макетная плата SYB-500

И последняя, немного ‘оффтопная’ беспаечная (для монтажа без пайки) макетная плата, c помощью таких плат можно быстро осуществить сборку и отладку электронной схемы с частой заменой радиодеталей без использования паяльника. Что во многом ускоряет процесс разработки и отладки/ Стоит такая около 1 000 рублей. Ссылка на источник.

Чудесные советские обучающие мультфильмы: в них даже по физике всё понятно!⁠ ⁠

Мультфильм «Повелители молний» в лёгкой, доступной и очень весёлой форме знакомит детей с историей открытия электричества, применением его в современной жизни и перспективах дальнейшего развития.
В древние времена люди думали, что на небе живут боги, и самым главным из них считался Зевс – громовержец, победитель молний. А как всё обстоит на самом деле? Откуда взялось слово «электричество», кто придумал первую электростатическую машину, как хранится электричество и как его получить, и кто же, наконец, – настоящий повелитель молний.

Топ 25 наборов для самостоятельной сборки и пайки⁠ ⁠

Комплект электронных компонентов для сборки личного мультиметра (тестера). Предстоит самому собрать и припаять детали в нужном месте, чтобы аппарат заработал. Ссылка на источник

2) Регулятор напряжения

Набор «собери сам» для сборки регулятора напряжения с трансформатором. Работает от сети 220 вольт. Преобразует от 0 до 18 вольт. ссылка

Сборные настольные часы со светодиодами. Для любителей электроники и пайки и сборки своими руками. ссылка

4) Лодка с дистанционным управлением

Научно-познавательный набор «сделай сам» — катер с пультом управления на бутылках. Ссылка

5) Настольная лампа

Очень простой набор для сборки небольшой настольной лампы. Ссылка на источник

6) Датчик землетрясения

Деревянный конструктор для сборки детектора землетрясения. Ссылка

Набор для создания ветрогенератора, суть в том, что при вращении лопастей винта при ветре генерируется электричество и лампочка светится. Ссылка

Интересный набор для сборки электромобиля. Ссылка

9) Электромагнитная пушка

Электромагнитная пушка для самостоятельной сборки . ссылка

Забавный DIY робот-копилка для сборки, который любит есть монетки и другие металлические предметы. Ссылка

Набор для пайки и создания волчка (юла) со светодиодами. ссылка

12) Музыкальная колонка

Большой набор для сборки колонки. Ссылка

Набор для создания устройства с дуговым зажиганием. Ссылка на источник

14) Игровая приставка

Комплект деталей для сборки простой игровой приставки. ссылка

Довольно сложный в устройстве Arduino-робот. Вам предстоит не только его собрать, но и запрограммировать. Ссылка

16) Индикатор уровня звука

Дешевый и простой набор электронных компонентов для сборки. Ссылка

17) Детектор металла

Еще один дешевый наборчик с деталями детектора металла (металлоискателя). Ссылка на источник

Набор деталей для сборки датчика определения уровня алкоголя. Ссылка

19) Тренировочная плата

Набор SMD компонентов для обучения пайке на плату. Ссылка

Набор сборный для детей и взрослых для развития навыков пайки и принципа работы электроники. Ссылка

Обучающий комплект для сборки FM Радио. Ссылка

22) Детектор ядерного излучения

Интересный набор для пайки и сборки дозиметра радиации. Ссылка

23) Карманный фонарик

Простой набор для создания мини фонарика. ссылка

Комплект деталей для сборки собственного спиннера. Ссылка

25) Компьютер Z80 Орион Про

Набор для сборки одноплатного компьютера. Ссылка на источник

Как вырабатывается и распределяется электричество на судне?⁠ ⁠

Приветствую, Дамы и Господа, на связи Гена Инженерский https://t.me/gena_engineer и сейчас я вам расскажу, как вырабатывается и распределяется электроэнергия на судне

Как выглядит Гребной электродвигатель на судне изнутри?⁠ ⁠

Поздравляем, у вас восьмерняшки⁠ ⁠

Батарейка на 12 вольт 27A собирается из 8 элементов LR732, каждый из которых имеет напряжение 1.5 вольта.
Теперь живите с этим знанием.

Обзор пропульсивной системы на газовозе ледового класса Арк7.Часть1⁠ ⁠

Приветствую, Дамы и Господа, на связи Гена Инженерский.

В этом видео вы узнаете, что такое пропульсивная система и я вам покажу, как выглядит судовая энергетическая установка.

P.S. Если вам интересно, буду рад видеть вас на моем авторском телеграмм канале https://t.me/gena_engineer

Я написал книгу. И ее можно скачать свободно⁠ ⁠

Привет пикабу! Я написал книгу и назвал ее «Электрообереги». Она рассказывает про те замечательные устройства в электрощитке, что спасают нас от погибели. Начиная от предохранителей, которые существуют более века, заканчивая новейшими устройствами защиты от дугового пробоя. Рассказ построен так, чтобы даже блондинке стало ясно как эти устройства устроены и зачем они нужны. Кто давно на меня подписан подобные посты уже видел — книжка представляет собой собранные воедино и причесанные публикации за последние два года. Еще я перерисовал все сторонние иллюстрации и теперь книжка лицензионно чиста — ни один мерзкий копираст не подкопается.

А еще сегодня у меня день рождения. И это хороший повод сделать подарок миру — книжка публикуется под открытой лицензией CC BY-NC-SA, тоесть ее можно распространять совершенно свободно. (Хочется конечно кинуть жирный камень в огород всяких инфоцыган, продающих в виде «курсов» поверхностную компиляцию из копипасты, но не придумал как это сделать красиво.).

Скачать книжку можно в научной библиотеке моей альма-матер: https://elar.usfeu.ru/handle/123456789/12200

Если книжка понравилась — можно поддержать автора донатом через пикабу, донатом через форму на моем сайте, или купить бумажную версию книги. Бумажная версия есть в магазине издательства ridero http://ridero.ru/books/ (прямую ссылку не привожу ибо запрещено правилами, но по названию гуглится) При заказе хоть одного экземпляра они ее напечатают на специальном принтере — технология «печать по требованию». Увы на ОЗОНе книжку купить нельзя из-за новых правил озона. На первых десяти страницах я в _своей_ книге не могу дать ссылку на _свой_ сайт или указать _свой_ e-mail. Что за ерунда, @Ozon, ? За что вы так авторов унижаете?

Хочется сказать слова благодарности @ChoBolit, @buravik72, @dlinyj, Евгению Артищеву за рецензирование черновиков. А также отметить неоценимый вклад @darikcr и @J0hurN в приведении рукописи в соответствие нормам русского языка. Пользуясь привлеченным вниманием зазываю заценить творчество @J0hurN из смолы

Также хочется сказать спасибо отечественным компаниям IEK (https://www.iek.ru/), EKF (https://ekfgroup.com/), Меандр (https://www.meandr.ru/), Исток (https://istokmw.ru/), Термоэлектрика (https://thermoelectrika.com/) и заводу электроавтомат (https://elav.ru/), за предоставленные образцы продукции, растерзанные в процессе подготовке фотоматериала.

Дополнения к книге

К сожалению не часто авторы книг дают рекомендации, что еще есть достойного почитать по теме. Я рекомендую А.В. Перебаскин Влезай — не убьет! Реальная помощь домашнему электрику. Книжка как раз отлично раскрывает те темы, которые я не раскрывал — электромонтаж, заземление, чем TN-C-S отличается от TN-C и тому подобное. Второе, на что хочется обратить внимание читателя — IEK академия https://academy.iek.group/ Это платформа дистанционного обучения, которую по-видимому делали для обучения своих сотрудников, но выставили в открытый доступ. Есть перекос в ассортимент своей продукции, но основы общие для всех производителей. Главное, что это место, где можно задать сложные технические вопросы (а еще тут, на пикабу, но в зависимости от фазы луны, могут подсказать, а могут напихать полную панамку) и получить компетентный ответ. Если вы знаете еще аналогичные места — напишите в комментариях.

Ну и чтобы не скачивать книгу для беглой ее оценки — немного скриншотов из нее:

Почему корпус судна не ржавеет под водой?⁠ ⁠

Приветствую, Дамы и Господа, на связи Гена Инженерский.
Как вам известно, морская вода это агрессивная среда для металла, а судно постоянно находится в воде и вроде бы всё должно быстро подвергаться коррозии, но этого не происходит.
Так давайте же разберёмся, почему.
Погнали!

Конечно же, полностью процесс коррозии не остановить, но его можно серьёзно замедлить.
Во-первых, корпус судно покрывает специальная краска, это уже сильно тормозит процесс коррозии, но по-мимо коррозии, существует проблема обрастание корпуса судна ракушками и тут-то мы и подходим к рассмотрению системы, которая одним выстрелом убивает двух зайцев.
I.C.C.P — Impressed Curent Cathodic Protection или Система Катодной Защиты.

Принцип работы системы, довольно прост.
На внешнюю сторону корпуса судна, которая находится под водой, выведены алюминиевые жертвенные аноды, которые и будут разрушаться от коррозии, вместо корпуса судна.
Давайте подробнее взглянем на этот процесс.

С помощью установленных на корпусе анодов и контрольных электродов, соединенных с панелью управления, система вырабатывает мощный ток и подавляет естественные электрохимические процессы на смачиваемой поверхности корпуса. Это помогает избежать образования коррозийных элементов на поверхности и избежать проблем соединения или близкого расположения разнородных металлов.
Панель управления выглядит так

Отсюда подаётся постоянный электрический ток на жертвенные аноды и осуществляется контроль этого подаваемого тока.
Хорошо, ток мы подали, а что же происходит дальше?
А дальше происходит химия!
Под воздействием электрического тока, на положительно заряженные аноды, притягиваются отрицательные ионы-происходит анодный процесс, а на отрицательно заряженный корпус судна притягиваются положительные ионы и идет процесс восстановления, катодный процесс.

Таким образом аноды подвергают коррозии, разрушаются и потом заменяются, а корпус судна остаётся цел и невредим.
( На фото ниже, срок эксплуатации судна около 2х лет, как вы видите корпус судна, как новый, только с Азиподов краска послезала, но это из-за работы во льдах.)
Также обратите внимание, что наши азиподы и корпус выше них, просто облеплены анодами, так защищается наиболее уязвимые и важные части судно, некий такой анодный бронежилет.

На этом всё, надеюсь вам было интересно.
С вами был Гена Инженерский.
До новых встреч!
P.S Я есть на Дзене и там выкладываю интересные морские ролики, буду рад вас видеть https://dzen.ru/gena_engineer

Выдающиеся природные явления⁠ ⁠

Самое равновесное

Байкальский дзен

На Байкале зимой можно наблюдать очень странное явление: когда озеро покрывается льдом, над ним «парят» камни. Конечно, они не подвешены в воздухе, но на первый взгляд кажется именно так. Стоит подойти поближе, и под камнем можно заметить тонкую ледяную ножку, на которой и «замерла» гладкая галька.

Конечно, чтобы камни начали «парить», необходимы определенные условия погоды ― сильный ветер и яркое солнце.

Самое предвещающее счастье

Зеленый луч

Зеленый луч — редкое оптическое явление, вспышка зелёного света в момент исчезновения солнечного диска за горизонтом (обычно морским) или появления его из-за горизонта. Продолжительность зелёного луча всего несколько секунд. При исключительно высокой прозрачности воздуха последний луч может быть зелёно-голубым и даже голубым. Подобное явление наблюдается исключительно редко. Про знаменитый «Зеленый луч» с давних времен существуют немало легенд о счастье. У многих народов мира существует предание, согласно которому, если кто увидит на закате солнца «Зеленый луч», то обретет навеки счастливую и богатую судьбу, радость и счастье.

Самое стайное

Черное солнце Дании

Каждую весну в Дании происходит интересное явление: более миллиона европейских скворцов, мигрирующих с юга, кучкуются в огромные стаи. Днём птицы собирают корм на лугах, а вечером устраиваются на ночлег в тростнике. В результате их коллективного полета образуются различные химерические фигуры, иногда закрывающие даже солнце. Такое удивительное явление и получило название «Черное солнце Дании». Пронаблюдать подобную картину можно с марта до середины апреля.

Самые электростатические

Вулканические молнии

Причина возникновения вулканической молнии остается предметом исследований. Одна из гипотез предполагает, что выбрасываемые пузыри магмы или вулканический пепел несут электрический заряд и при их движении возникают такие разделенные области. Однако вулканические молнии могут быть вызваны и наводящими заряд столкновениями в вулканической пыли.

Самое желанное для серферов

Бесконечная волна

Поророка – это волна, которая бежит вдоль берега Амазонки на протяжении до 800 километров. Обычно она высотой от 3 до 4 метров. Самая длинная волна мира приходит дважды в год, в феврале или марте, когда приливы Атлантического океана достигают устья Амазонки. Каждый год данная волна привлекает к себе серфингистов-экстремалов со всего мира, а в городе Сан-Домингуш-ду-Капим проходит ежегодный чемпионат серфингистов.

Самое тихо ползущее

Движущиеся камни

Скользящие, или ползущие камни — геологический феномен, обнаруженный на высохшем озере Рейстрэк-Плайя в Долине Смерти в США. Камни медленно двигаются по глинистому дну озера, о чём свидетельствуют длинные следы, остающиеся за ними. Камни передвигаются самостоятельно без помощи живых существ. Подобные движения камней были отмечены в нескольких других местах, однако по числу и длине следов Рейстрэк-Плайя сильно выделяется среди остальных.

Интересно, что по механизму движения этих камней даже писались научные диссертации. Там очень сложный механизм взаимодействия влаги, льда, ветра и солнца.

Самые закрученные облака

Утренняя глория

На границе наступающего холодного фронта тёплый влажный воздух поднимается вверх и охлаждается, превращаясь в длинные облака протяжённостью до 1000 км и высотой около 2 км. Утренняя глория вращается вокруг своей оси со скоростью до 60 км/ч.

Самая сернистая лава

Голубая лава

Голубую лаву можно увидеть в одном из кратеров вулкана Иджен. Потоки окрашиваются в голубоватый цвет благодаря сернистому газу, который во время извержения нагревается до 600°С.

На фотографиях с большим увеличением хорошо видно, что голубая она именно от выгорающего газа.

Мне уже многие указывали на появляющиеся неточности, я нашел выход. Вы можете ЗАРАНЕЕ просмотреть и прокомментировать весь материал. Я его теперь предварительно выкладываю в Телеграм. Одна голова хорошо, а две — лучше, значит и контент для Пикабу повысится качеством.

Дёрпнула тучку⁠ ⁠

Угадайте в кого ударит молния внизу

Молния попала в тв-антенну⁠ ⁠

Дело было еще в мои школьные годы. Деревня далеко от тв вышки, и чем выше была антенна- тем уверенее был прием трех с половиной каналов. И поэтому у нас была антенна высотой метров 15.
Сидели мы в сарайке с одноклассником, слушали магнитофон, и ковырялись с мотоциклом когда началась гроза. Потянулся я к магнитофону и почувствовал удар током по руке, товарищ подпрыгнул, говорит в ногу током ударило. ( Я не знаю как такое возможно) Но это вынудило нас убежать домой, и не зря. Заходим в зал, а там обои горят, и разорванный провод который шел к розетке. Шок, паника, руками давай тушить эти обои. Думаю надо пробки выкрутить, но пробки в счетчике не оказалось. Только цоколь вварился, и осколки керамические на полу.
По итогу на антенне маленькое оплавленное пятно, кабель разорвало на куски по 30 см, штекер расплавился, тв был выключен из розетки и штекер был вытащен, однако кинескоп размагнитился и дальше показывал зелеными пятнами.
Не знаю физики процесса, но как понял ток после попадания в антенну пошел по кабелю тв, с внешней стороны дома, в месте стыка бетонных плит, где отчасти выкрошился раствор, ток решил заземлится в провод 220 вольт внутри дома, где и разорвало этот провод. Может знающие поправят почему так произошло.
От большого пожара спас предстоящий ремонт, были отодвинуты шкафы и снятые занавески, ну и наша трусость, обосрались в сарае сидеть.

Наклейки электрика, с газом и без газа. Эксперименты⁠ ⁠

Кто мой прошлый лонгрид читал, тот молодец, это продолжение. В этом посте несколько сумбурно мои наблюдения и впечатления от работы с наклейками термоэлектрика и системой термосенсор. В конце поста есть видеоверсия на 26 минут, для тех, кто любит слушать в дороге.Для проверки наклеек я сделал вот такой испытательный стенд:

Внутри стального щита IEK я разместил алюминиевый блок, внутри которого установил нагреватель от экструдера 3Д принтера, термопару ХА (К-типа) и всё это подключил к терморегулятору REX C100. Выход терморегулятора через твердотельное реле управляет понижающим трансформатором, который нагружен на нагреватель. Автонастройку прогнал. В алюминиевом блоке насверлены порты для зажатия проводов разного сечения, например, на фото ниже зажат многожильный провод примерно на 16 мм2. Чтобы не нарушать воздухообмен в щите, но при этом оставить возможности делать фотки и видео, я вырезал из оргстекла дверцу на замену штатной. Отверстия в щите я специально не глушил для имитации негерметичности, суммарная площадь всех отверстий примерно эквивалентна дырке диаметром 60 мм на щит объёмом 45 литров.

В итоге нагревающийся блок имитирует нагрев контакта, тепло от которого уходит в жилу зажатого провода. Для дополнительного измерения также в разных местах я фиксировал термопару, подключённую к электронному термометру (красный циферблат слева). Таким образом, я могу определить температуру срабатывания наклейки, разницу между температурой «контакта» и температурой на поверхности провода в месте установки наклейки. Также я могу влиять на скорость нагрева. Ну и собственно без стенда не получилось бы сделать анимации и видео, что в видео-версии поста вы можете наблюдать.

Не все термоиндикаторы одинаково полезны

Придумано много разных индикаторов, необратимо изменяющихся от температуры. (Есть ещё и обратимые, которые просто своим цветом показывают текущую температуру, но это совсем другая история) Один из видов так называемые time-temperature indicator. Их ещё можно назвать химическими.

При активации в них начинают реагировать компоненты, необратимо меняя цвет. Причём скорость этого процесса зависит от температуры (потому они и называются time-temperature время-температурные), чем выше температура — тем быстрее протекает химическая реакция и изменится цвет. Такие индикаторы идеально подходят для контроля срока годности продуктов!

Они позволяют увидеть и забраковать продукты, если по документам они годны ещё 4 дня, но, из-за того что они полежали пол дня в тепле, наклейки поменяли цвет. Для нужд мониторинга состояния электрических контактов они не подходят, будучи активированными, они как тикающие часы всё равно сработают, даже если нагрева нет. Поэтому нам нужны другой принцип, заложенный в наклейки.

Термоиндикаторы плавления используют не химический, а физический процесс. На подложку нанесена кашица из частичек специально подобранного воскоподобного материала, который имеет чёткую температуру плавления. Пока нет нагрева — наклейка может сохранять белый цвет неограниченно долго. Но стоит хоть раз нагреть наклейку до температуры плавления — кашица расплавится и станет прозрачной. Если температура опустится — масса затвердеет, но всё равно останется прозрачной, и через нее будет просвечивать подложка. Как сахар-песок в блюдце, стоит хоть раз нагреть до 186 градусов Цельсия — и он расплавится и застынет карамелью, через которую будет просвечивать рисунок блюдца. Производители часто наносят на одну подложку несколько составов на разные температуры, что позволяет не только выявить факт нагрева, но и определить до какой температуры был нагрев:

Производителей термоиндикаторов плавления не очень много, но в России мне известно только одно производство — это термоиндикаторы фирмы Термоэлектрика, они же продаются под торговой маркой lesiv. (Алексей Лесив — это как раз химик — разработчик). Остальное, что попадалось — это перепродавцы импорта. Этот факт я отмечаю специально, так как всегда рад рассказать об отечественных разработках, из солидарности к коллегам и ненавистью к «отечественным брендам», вся заслуга которых сводится к переклеиванию шильдиков. ЪУЪ прям бомбит, когда чужое выдают за своё.

Различия в конструкции

Для тестов я заказал через посредника британские наклейки safeconnect и отечественные lesiv:

Если присмотреться — то отечественные наклейки выглядят попроще, некоторые варианты не имеют даже защитной прозрачной плёнки, термоактивный состав нанесен на пластиковую подложку, можно даже ногтем поскрести. Но оказалось, что это результат бОльшего совершенства наших наклеек.

Британские наклейки в качестве подложки используют… бумагу! Прозрачная защитная плёнка им нужна, так как адгезия термоактивного состава к поверхности очень плохая, он буквально осыпается, если содрать её. У круглых наклеек бумажная основа, покрытая плёнкой. У прямоугольных чёрная бумажная полоска с составом вклеена в бутерброд из пластиковых плёнок.

Даже если оставить за скобками влагостойкость, у британских наклеек серьёзная проблема — они поддерживают горение, а наши просто затухают, как изолента. В остальном принцип работы одинаков, температура срабатывания выдерживается. Термоактивный состав похоже разный, у британских при затвердевании явно растут кристаллы, у наших сохраняется аморфность, впрочем на потребительские свойства это не влияет.

На анимации видно, что наклейка горит столь бодро, что я от неожиданности пытался ее задуть, и отчаянно спасти чёрную ткань от капель расплавленного пластика, кинув первое попавшееся под руку и едва не уронив при этом фотоаппарат:

Также я проверил устойчивость термоактивного слоя на отечественных наклейках к растворителям (неустойчив, особенно к полярным растворителям, но с водой не реагирует), поэтому, если есть контакт с ГСМ, то лучше выбирать вариант с защитным покрытием или самостоятельно обернуть слоем скотча.

Дальше я опробовал наклейки на стенде — они срабатывали при заявленной температуре, погрешность порядка ± 5 градусов Цельсия, что я скорее спишу на несовершенство моих инструментов. Изменение цвета наклеек резкое и чёткое, то есть ситуация «не ясно, то ли сработала, то ли нет, цвет где-то между» минимальна. К липучести тоже претензий нет — прилипает как хорошая изолента, отдирать тяжело. Подложка наклейки, если приложить усилие, тянется как изолента, а не рвётся, как скотч.

На макросъёмке видно, как термоактивный слой плавится и рисунок, характерный для нанесения состава методом шелкографии:

Дальше я решил угробить автоматический выключатель, любезно предоставленный компанией IEK, чтобы понять, насколько актуально размещение наклеек на корпусах модульки. Итог вы видите на фото, контакт разогревался до 277°C, а наклейки передней панели не сработали, только метка на 50°C стала едва менять цвет, когда термопара в клемме показывала 263°C. А вот наклейка на боку, рассчитанная на 70°C напротив клеммы сработала при температуре в клемме в 115°C.

Также я пробовал измерять температуру поверхности разных проводов и кабелей, из чего родилась картинка, линии графика я не с потолка взял:) На удивление, толщина изоляции влияет меньше, чем я предполагал, важнее оказалось именно расстояние:

Собственно какой можно сделать вывод — в целях контроля состояния контактов, наклейки нужно лепить непосредственно на шину или провод в 10-15 мм от места соединения. На расстояниях больше 60 мм, наклейка будет видеть уже нагрев самого проводника от протекающего тока, нежели нагрев от плохого контакта. Если лепить на корпус прибора, то в непосредственной близости от контакта с минимальным воздушным зазором внутри. Наклеивание на лицевые поверхности модульки неэффективно.

Выбор наклейки

Есть официальные рекомендации производителя (вот тут), но позволю себе их упростить:

Если у нас голая токоведущая шина или неизолированный наконечник, то в непосредственной близости применяем наклейку 90°C .

Если у нас проводник покрыт изоляцией, то используем наклейку 70°C, если изоляция толстая, то можно и 60°C.

Если объект (не обязательно контакт, это может быть корпус редуктора или корпус прибора) в процессе работы нагревается, то приклеиваем наклейку с несколькими точками-индикаторами, например, 50-70-90 или 70-80-90-100 и эксплуатируем под предельной нагрузкой. Если при нормальной эксплуатацией у нас сработала метка на 50, значит меткой — показателем проблем будет следующая ступень — 70°C.

Если наклейка будет постоянно шоркаться, например, на кабеле рядом с разъёмом, то берём версию с защитной плёнкой, или самостоятельно обматываем 1-2 слоями прозрачного скотча.

Как приклеить наклейку:

Наклейка в своём поведении самая обычная, поэтому на грязь не липнет — место приклейки необходимо очистить. Если к поверхности наклейка липнет плохо (например, провода с изоляцией из фторопласта, полиэтилена, или поверхность шершавая), то оборачиваем наклейку вокруг провода и склеиваем край липким слоем сам на себя, как флажок. При этом работать будет не вся поверхность наклейки.

Наклейку клеим так, чтобы она была видна и не приходилось крутить головой в поисках меток. Метка размещается рядом с каждым контактом и важно, чтобы она была приклеена без пузырей, которые сработают как теплоизолятор и повысят температуру срабатывания. Размер наклейки выбираем соответственно диаметру провода и расстояния, с которого на наклейку будут смотреть — чем дальше наблюдатель — тем крупнее наклейка. Наклейка должна оборачивать провод только в один слой.

Загадка клипсы

Также я заказал у safe connect пластиковые клипсы, которые меняют цвет при нагревании. Клипса в чём-то удобнее наклейки, ее быстрее установить, она смотрится аккуратнее, ее проще заменить. На анимации видно, что она вполне работает как заявлено:

А дальше начинаются загадки. На клипсе видно следы от формы термопластавтомата, то есть она изготовлена из расплава пластика, и для меня загадка, как она не поменяла цвет в процессе производства, коли она была нагрета. (Если знаете — напишите мне). Материал клипсы — полиэтилен/полипропилен с добавками антипиретиков, самозатухает. Под микроскопом видно, что не сработавшая клипса имеет внутри фиолетовые кристаллики, а в сработавшей они растворяются, и она становится равномерно розовой. Цвет клипсы в массе однороден.

И похоже спокойный здоровый сон мне не обеспечен, пока не разберусь, как эти клипсы работают.

Наклейки с газом

А вот это самое интересное, так как прямых иностранных аналогов не наблюдается. Производитель по моей просьбе прислал оборудование на растерзание без каких-либо условий (вот она, супер-сила блогера!), так что я смог удовлетворить своё любопытство и с удовольствием рассказать читателям как это работает без маркетинговой шелухи.

Итак, идею в основе таких наклеек я излагал в прошлом посте. От термоиндикаторных наклеек нет толку, если на них никто не смотрит. И даже при идеальной дисциплине соблюдения регламента возможна ситуация, когда оборудование столь нагружено, что лёгкий нагрев контакта может перерасти в его разрушение за короткое время, что весь процесс успеет произойти в период между осмотрами. В таком случае интересно использование наклейки, которая сама сообщит о том, что она сработала от нагрева. Для этого в неё в форме микрокапсул заключён сигнальный газ. При нагреве капсулы разрушаются и газ выходит наружу. Внутри щита при этом установлен датчик, который реагирует на появление газа и поднимает тревогу. А дальше по ситуации, возможно внеплановое обслуживание, а можно и отключение с переходом на резерв.

Первый вопрос любопытного инженера — что за газ в наклейке содержится и как он там удерживается?

В качестве сигнального газа нам нужен нетоксичный, негорючий газ, при этом химически неактивный — мы не хотим коррозии. Желательно, что б он не обладал острым запахом, при этом он должен быть высокомолекулярным. Маленькие молекулы простых газов будет тяжело хранить в полимерной оболочке — даже углекислый газ из газировки диффундирует сквозь стенку ПЭТ бутылки. Газа должно храниться много, поэтому желательно, чтобы он при нормальных условиях представлял собой жидкость, вскипая и испаряясь при нагреве — так его можно заключить в капсулы в жидком виде. Ну и конечно же для него должен быть какой-то недорогой и чувствительный датчик.

В качестве такого чудо-газа используется один из фреонов. Фреоны не токсичны, не горят, химически не агрессивны. Например, вы один такой точно видели — Novec 1230 (1,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)пентан-3-он), он же «сухая вода» во множестве забавных роликов в интернете. При этом можно по каталогам подобрать марку фреона, чтобы переход из жидкого состояния в газообразное происходил при подходящей нам температуре, что вместе с подбором условий формирования оболочек капсул позволит добиться его обильного выделения при пороговой температуре.

На гифке ускоренный процесс выхода газа из полимера наклейки. Температура активации 80°C, в стакан я налил кипяток. Видно, что газа в полимере инкапсулировано довольно много:

Собственно процесс получения материала с инкапсулированным газом, методы обеспечения стабильности его характеристик — главное ноу-хау производителя. При комнатной температуре наклейки стабильны — за два года (1 год они лежали у производителя, второй год у меня не доходили руки сделать обзор, за что мне стыдно) они не выдохлись. При нагреве до пороговой температуры они начинают щёлкать и поверхность вспучиваться — газ разрывает оболочки капсул и выходит наружу. Взвесив массу до и после, можно определить количество газа — почти 1 грамм, что практически 50% от массы наклейки (вместе с клеевым слоем и защитной бумагой, и это в самом маленьком типоразмере наклеек).

Ниже видео процесса выхода газа при нагреве наклейки, ускоренное в много раз (весь процесс занял минут 10). Температура активации наклейки 80°C. Метки справа позволяют понять, какая из наклеек в щите выпустила газ, они меняют цвет от нагрева:

Второй вопрос любопытного инженера. Как этот газ обнаруживается?

Вопрос, который был мне интересен — как сигнальный газ из наклеек обнаруживается. Надеюсь производитель не будет на меня в обиде :). Хорошая новость — велосипед изобретать не стали и использовали проверенный массовый полупроводниковый датчик газа с покрытием из оксида олова. Причём не китайский, а японский, например, SP-42A (Даташит).

Датчик подключён к микроконтроллеру, так что о появлении сигнального газа устройство может сообщить как замыканием контакта реле, так и по шине в головное устройство, производитель называет его КПУ (Контрольно-Приёмное Устройство). Сенсор для работы требует разогрева до рабочей температуры, так что системе после включения нужно время, чтобы выйти на режим.

Но есть и плохая новость — у всех подобных полупроводниковых датчиков газа всё плохо с селективностью. Он хоть конкретно заточен под фреоны, но «видит» все горючие газы, углеводороды, пары растворителей. Вот график из справочного листка на датчик SP-42A показывающий чувствительность к разным газам:

Получается основную функцию — поднять тревогу при появлении сигнального газа он выполняет — ведь в нормальных условиях ничего кроме воздуха в щите быть не должно. Однако, при появлении в атмосфере щита посторонних газов, он их также воспримет за сигнальный и поднимет тревогу, которая окажется ложной. Когда я испытывал систему термосенсор, то с такой ложной сработкой столкнулся — коллега занёс в помещение и оставил на столе свежепокрашенную деталь, краска на которой подсохла, но ещё не набрала прочность. Спустя буквально минуту головное устройство запищало — датчик на стенде сработал, он у меня далеко не герметичный.

Отсюда важное следствие — если в помещении работают или хранят разное летучее нехорошее, например, в автомастерской, то возможны ложные срабатывания. Впрочем, насколько я понимаю, производитель предусматривает вариант размещения дополнительного датчика снаружи щита, чтобы определять значение концентрации газов вне щита, но это не совсем базовая функциональность. Ну и естественно на время лакокрасочных работ при ремонте, систему придётся отключить. И наказывать электриков с сигаретой в зубах.

Третий вопрос любопытного инженера — как ведут себя наклейки при температурах лишь немного ниже пороговых?

Например, у газовыделяющей наклейки декларирована температура срабатывания 80°C, а она длительно работает при температуре 75°C, не получится ли, что она будет потихоньку терять газ и выдыхаться раньше времени?

И похоже это та самая ахилесова пята системы. Должно сложиться два фактора — оооочень медленный рост температуры, растянутый на недели и негерметичность щита. Тогда газ будет постепенно выделяться из наклейки и уходить из щита через неплотности, не позволяя создать критическую концентрацию. Мне удалось создать такую ситуацию (использовал только половинку от самой маленькой наклейки, повышал температуру на 1 градус примерно каждый час и фактически проветривал щит, открывая дверцу каждый час для доступа, и это не считая щелей и отверстий в щите). Отсюда важное ограничение — если щит не герметичен и имеет вентиляцию, то надёжность обнаружения перегрева резко снижается. Но без такого интенсивного проветривания система срабатывала стабильно, если правильно помню документацию — сработать должно уже при 20% выделенного наклейкой газа, так что запас заложен солидный.

Ещё вопросы, которые могут прийти в голову:

А как проверять, что датчик не потерял нюх?

Тот вариант системы, что у меня, имеет аксессуар в комплекте — нагревательную площадку. Лепим на неё новую наклейку, греем — датчик сработает. В документации указано, что вроде сейчас вместо такой площадки новый аксессуар — пшикалка с сигнальным газом. Так что нет проблем проверить, что датчик работает, есть разные способы создания тестовой концентрации сигнального газа.

А как проверить, что наклейка от старости не выдохлась?

Никак, поэтому на ней есть дата производства и должен быть журнал с отметкой о дате установки. Наклейки просто нужно менять по плану, как например, огнетушители. Да, дорого, но используется там, где последствия от сгоревших контактов ещё дороже.

А как понять, какая из наклеек выделила газ?

Производитель предусмотрел для этого на газовыделяющей наклейке термоиндикаторные метки, при нагреве не только выделяется газ, но и цвет метки необратимо меняется с белого на чёрный. Но есть небольшой нюанс — метки сделаны с одной стороны, поэтому если наклейку прилепить так, что термоиндикаторы останутся на торчащем в воздухе конце метки, то газ выделится, а вот термоиндикатор может не сработать. Так что если не хотите умирать от икоты — то наклейку закрепляйте строго по указаниям производителя.

Впечатления

Я вдоволь наигрался с наклейками, пробовал имитировать разные сценарии и ситуации. У меня сформировалось несколько замечаний несущественного плана к документации, эргономике, но оказалось, что за тот год, пока у меня не доходили руки к написанию обзора, производитель времени не терял и часть из этих замечаний оказалась уже устранена. В целом концептуально и термоиндикаторные и газовыделяющие наклейки работают. По качеству исполнения — видно, что производитель пока не экономит, и клеевой состав, элементная база, разъёмы и прочие мелочи — качественные. Возможно при массовом распространении, и в силу нынешних условий что-то придётся поменять, причём без ущерба работоспособности.

Термоиндикаторные наклейки полностью соответствуют заявленным свойствам и в силу их простоты тут ничего кроме как «внедрять», не сказать) Причём они доступны для частного лица по цене, и ими можно обклеить все проводники в домашнем щите, особенно если их скупердяйски порезать на кусочки поменьше. Порог вхождения в контроль нагрева контактов гораздо ниже, чем с тепловизором.

Газовыделяющие наклейки очень интересны. К сожалению, я не в состоянии провести полномасштабные испытания (это долго и дорого), но те опыты в миниатюре, что я провёл, показали, что наклейки работают, концепция имеет право на жизнь. Технология не без ограничений, к сожалению, так что панацеей не станет. Но по сравнению с другими технологиями непрерывного контроля состояния контактов — весьма изящное решение. Причём, тут я снимаю шляпу, доведённое до серийного изделия, а не лабораторный прототип.

Термоиндикаторные наклейки мне понравились, пора наверное нарисовать какой-нибудь знак «Серков рекомендует» и вручать отечественным производителям, чья продукция меня порадовала. Термоиндикаторные наклейки — очень простой и относительно дешёвый метод контроля состояния электрических соединений, позволяют вовремя выявить и отремонтировать плохой контакт, до того как он сгорит.

Термоактивируемые газовыделяющие наклейки интересное решение. Оно работает, производитель не врёт, но решение имеет ряд особенностей и подходит не для всех условий.

Наклейки — лишь дополнительный инструмент. Ими нельзя решить проблемы, которые решаются административно-организационными методами.

Телеграмм канал и другие соцсети у меня в профиле, если вдруг что.

Как устроен трансформатор⁠ ⁠

Уважаемые товарищи, отзовитесь кто понимает в высоковольтной электрике, в частности нужен ликбез по трансформаторам, которые устанавливаются в СНТ

Наше СНТ относительно небольшое, примерно 50 пользователей (активных участков), 5-6 лет назад установили современный трансформатор,мощность взяли с запасом, модель точно не скажу (возможно позже председатель сможет уточнить) но пока это чудо техники работает без нареканий. Вопросов собственно два, один технический, второй организационный:

1. Как часто нужно обслуживать трансформатор, есть ли какой то регламент, сколько это примерно стоит в Московской области, что обычно входит в эти работы и каковы могут быть последствия

2. РОССЕТИ настаивают на передаче трансформатора на их баланс, мы не совсем можем понять, каковы плюсы и минусы, кроме тех что они будут обслуживать его, но при этом поговаривают, что на наш трансформатор могут повесть соседние снт и будут возникать просадки по напруге и вытекающие …

Заранее очень признателен за советы и комментарии

Наклейки электрика — предсказывают будущее⁠ ⁠

Ну что, кто подписывался на меня ради лонгридов наконец дождался. Завершаем цикл постов про современные устройства защиты для ваших электрощитков. На этот раз — специальные наклейки для заглядывания в будущее)

Для ЛЛ: есть наклейки необратимо меняющие цвет при нагреве плохого контакта. А ещё есть наклейки с газом. Видеоверсия поста (23 минуты) прикреплена в конце текста, если захочется слушать в дороге.

Возможно вы слышали шутку от электронщиков «Электроника — наука о контактах». Действительно, большое количество неисправностей связано с тем, что нарушен контакт где-то в разъёме или трещина в пайке, из-за чего устройство не работает. Но электронщики не одиноки, плохой контакт в энергетике, где токи и напряжения большие, сам о себе даст знать повышенным нагревом. Я уверен, что любой мой читатель, даже не будучи связанным с техникой, хоть раз в жизни видел оплавившийся обугленный контакт.

Повышенный нагрев любого соединения проводников, кроме случаев, когда это заранее предусмотрено, прежде всего действует разрушительно на изоляцию. Если нагрев будет чрезмерным, то возможно образование электрической дуги с возгоранием того, что окажется рядом. К счастью, человечество быстро делает выводы, поэтому на сегодняшний день во всех странах мира действуют стандарты разной степени строгости на электрическое оборудование. В том числе регламентируется степень горючести корпусов электрических приборов, изоляции проводников, да и сами щиты чаще всего делают из металла, что локализует неприятности от раскалённых докрасна контактов. На демотиваторе ниже как раз отлично видно последствия нагрева:

Более того, практически для всех остальных причин появления нежелательного нагрева в электрической цепи уже придуманы устройства защиты, про которые я рассказывал в предыдущих частях серии:

Чтобы проводник не нагревался от перегрузки по току, используют предохранители и автоматические выключатели. Про предохранители я писал тут, про принцип работы автоматических выключателей можно посмотреть вот тут. И про особенности подбора автоматических выключателей я писал вот этот материал. Они отключат цепь как при небольшом превышении номинального тока, так и при резком скачке, вызванном коротким замыканием.

Если в цепи из-за повреждения изоляции появится утечка тока на землю — цепь разорвёт выключатель дифференциального тока (более известный по старому названию — устройство защитного отключения — УЗО). Причём есть так называемые «противопожарные УЗО» — их ток срабатывания подобран так, что они слабо защищают человека, но гарантируют, что тока утечки будет недостаточно для нагрева и обугливания в месте повреждения изоляции. Подробный рассказ про принцип работы УЗО я писал в этом материале.

Если в цепи окажется переломанная в месте изгиба жила кабеля с искрением и нагревом, то цепь отключит устройство защиты от дугового пробоя — УЗДП. Подробно принцип работы я рассказывал вот здесь, а вот здесь я потратил несколько месяцев на тест всех отечественных модульных УЗДП.

Как видите, только нагревающиеся контакты до недавнего времени не имели своих устройств выявления и защиты. А значит защита строилась пассивно, не на выявлении проблемных контактов, а локализации последствий их появления — воздушные зазоры, негорючая изоляция, металлический щит и т.д.

Почему контакты становятся плохими и зачем за ними наблюдать

Проблеме получения надёжного электрического соединения проводников посвящено огромное количество научных работ. И можно сказать только то, что надёжными являются только неразъёмные соединения, когда проводники соединены намертво опрессовкой или сваркой, образуя монолит. Любая техника и инженерные коммуникации иногда требуют ремонта и обслуживания, поэтому вынужденно применяются разъёмные соединения. Не будешь же отпиливать, а затем приваривать барахлящий выключатель. И такие соединения иногда доставляют проблемы — контакт может ухудшиться и тогда ток, протекая через него, приводит к повышенному нагреву. Длительный небольшой нагрев ускоряет старение изоляции. Большой нагрев может вызвать плавление проводника с зажиганием электрической дуги. Любое из последствий этого нежелательно — как пожар в щитовой, так и просто отключение критического оборудования.

Производители всячески стараются улучшить ситуацию, используя разные виды покрытий, насечек, прижимных пружин и прочих ухищрений, но на сегодня ситуация такова:

* Даже идеально выполненное соединение с соблюдением всех технологических требований со временем может ухудшиться. В силу агрессивности среды или внутренних причин, вроде ползучести металла. Строгое соблюдение требований к качеству монтажа уменьшает, но не исключает такую опасность.

* Регулярное изменение температуры соединения, ускоряет процессы деградации. Неважно, температура меняется от изменений погоды или из-за кратковременного протекания больших токов. Поэтому электрохозяйство вне отапливаемых помещений требует особенного внимания.

* Процесс нагрева обладает положительной обратной связью. То есть от нагрева металл окисляется, от этого переходное сопротивление возрастает, из-за этого нагрев ещё усиливается и так по нарастающей. А значит если был нагрев — контакт со временем будет только ухудшаться.

* В зависимости от нагрузки оборудования, материалов, конструкции контакта, процесс превращения просто нагревающегося соединения в брызгающую расплавленным металлом электрическую дугу может занимать от часов до нескольких лет.

Вывод довольно простой — в щите любое из соединений может стать плохим, и оно начнёт выдавать себя небольшим нагревом. Если это не заметить вовремя, со временем оно станет только хуже и будет греться сильнее. Сильный нагрев может закончиться или разрушением цепи с последующим ремонтом или пожаром.

Для своевременного выявления проблемных контактов в электрических сетях и оборудовании есть регламент — регулярный осмотр, иногда с проверкой моментов затяжки всех соединений. Если при осмотре будет выявлено подозрительное соединение, то можно провести его профилактику ДО наступления дорогих и опасных поломок с оплавлением и электрической дугой. В зависимости от оборудования и объекта периодичность осмотра может меняться, но часто не реже 2 раз в год. Осмотр часто проводится без отключения оборудования, но с соблюдением положенных предосторожностей. Если не верите автору — послушайте вашего стоматолога, он подтвердит — профилактика всегда дешевле ремонта.

Человеческий фактор

Как вообще можно увидеть плохой контакт, нагревающийся время от времени? Опытный электрик может увидеть это по характерным имениям цвета изоляции от нагрева, изменению блеска металла крепежа. У некоторых людей со стажем появляется удивительная «чуйка», не только электриков. Например, мне рассказывали про сотрудника целлюлозно-бумажной фабрики, который мог на спор определить влажность бумаги с точностью в несколько процентов, просто положив руку на пачку бумаги. После подтверждения влажности лабораторией на приборе, довольный сотрудник уходил с выигрышем. Но мы не можем полагаться на такое чутьё, из-за трудновоспроизводимых результатов. Да и не всегда внутри электрических щитов всё хорошо освещено и чисто. Необходимо использовать инструментальные методы, где результат мало зависит от состояния самого электрика, но обеспечивается соблюдением определённых процедур.

Одним из таких способов является тепловизионный контроль. Тепловизор — это особая фото/видеокамера, оптика и сенсор которой позволяет ей видеть в длинах волн порядка 7-14 мкм, то есть в инфракрасном диапазоне. На экране прибора нагретые предметы будут выглядеть ярче, холодные — темнее. Способ невероятно эффективен, судите сами, вы без обучения и инструктажа видите подозрительный контакт (фотография получена тепловизором Seek Thermal):

Это как раз фотография стенда, который я собрал для испытаний наклеек из поста. Сразу видно как тепловизор раскрасил в ярко-соломенный цвет объекты, температура которых аномально высока. Возможна даже автоматизация — просто поднимать тревогу, если в кадре появляется что-то нагретое выше пороговой температуры.

Способ давно и успешно используется на производствах, при обслуживании зданий, но у способа есть свои недостатки, из наиболее значительных два:

* Тепловизор это штука дорогая. Прогресс конечно привёл к появлению недорогих бытовых моделей, и в Китае освоили производство своих простеньких моделей, но профессиональные приборы по-прежнему удовольствие не из дешевых. А так как тепловизор это устройство двойного назначения (угадайте почему), то их экспорт внимательно контролируется.

* Тепловизор показывает температуру здесь и сейчас. Если контакт нагревается только в определённые периоды времени, например, когда все готовят себе обед, то пришедший после обеда электрик не увидит проблем, так как контакт к тому времени остынет.

Второй недостаток существенно замедляет процесс контроля, ведь если делать всё как следует, то нужно создать в цепи нагрузку и подождать, пока изменится температура и только потом проводить осмотр. И если в небольшой квартире можно включить обогреватель с чайником, неторопливо заварить чай и после идти осматривать проводку в поисках проблемных распаечных коробок, то как быть электрику, например, в школе, где линии идут в каждый класс и во время уроков школьников беспокоить нельзя?

Наклейки с памятью

Способом решить проблему обнаружения контакта, который греется только иногда, а не в момент, когда на него смотрят, будет использование специальных термоиндикаторных наклеек. Такие наклейки нужно разместить рядом с каждым контактом. Если хоть раз температура превысила пороговую — они меняют цвет. Наклейки реализуют на разных физических принципах, но наиболее популярны стали термоиндикаторы плавления.

Идея достаточно проста — на цветную подложку наносится состав из частичек легкоплавкого вещества со связующим. Так как состав неоднороден, то свет на границах частичек рассеивается и состав выглядит белым. Если хоть раз температура превысила температуру плавления — состав плавится, частично растворяется в связующем и застывает прозрачной массой, через которую просвечивает подложка. Меняя состав покрытия, можно довольно точно задать температуру, при которой наклейка изменит цвет. Так как используется явление плавления, то этот тип индикаторов так и называется — термоиндикаторы плавления. Наиболее близкая аналогия принципа действия таких наклеек — сахар, насыпанный в блюдце. Он выглядит белым, но стоит хоть раз подняться температуре выше 186 градусов Цельсия, сахар расплавится и застынет прозрачной карамелью, сквозь которую просвечивает рисунок блюдца. Такие наклейки выпускает несколько компаний в мире. На фото заказанные мной британские safe connect и отечественные LESIV . Они же «термоэлектрика».

(Температура срабатывания круглых британских наклеек 52°C, полосковых британских 70°C. У отечественных, точки с температурами срабатывания 50°С, 70°С, 80°С, 90°С, 100°С, квадратные на 70°С и 90°С, полосковые на 90°С. Набор возможных температур индикаторов плавления весьма широк, я встречал варианты наклеек от 29°C до 290°C)

Здесь я могу порадоваться, так как отечественные наклейки (а LESIV это кстати фамилия разработчика, химик Алексей Лесив) работают не хуже импортных, я проверил, но при этом ЗНАЧИТЕЛЬНО дешевле. (Наклейка L-mark XL 250 р/шт без НДС. Наклейка safe connect 17 фунтов за 5 шт без налога, при курсе на момент покупки это 520 руб за штуку. Это ещё без учета стоимости доставки и услуг контрабанд посредника). Подозреваю, что оптовые цены у производителей значительно ниже.

Для проверки наклеек я сделал стенд. Все наклейки стабильно меняют цвет в районе указанной температуры. Вот так выглядит процесс изменения цвета отечественной наклейки (время ускорено в несколько раз):

А вот так меняет цвет при нагреве британская наклейка:

Термоиндикаторы могут быть не только в форме наклеек, но и в форме пластиковых клипс, защёлкивающихся на провод, такие выпускает британская компания Safe Connect. Почему они меняют цвет при нагреве (хотя сами похоже сделаны на термопластавтомате!) — я пока не смог разобраться, если вы знаете — напишите мне. При нагреве клипса меняет цвет с фиолетового на розовый. К сожалению, стоимость клипсы ещё выше стоимости наклеек и в России их официально не купить:

Процесс изменения цвета на видео:

По секрету скажу, что наклейка сохраняет работоспособность при разрезании, поэтому для различных экспериментов и исследований её можно порезать на мелкие квадратики. И, например, проверить какие части электронной платы перегреваются в закрытом корпусе, не используя многоканальный регистратор и кучу термопар. А ещё её можно клеить на корпуса редукторов, подшипников и прочей не электрической техники, чтобы отказывать в гарантии, если изделие злостно перегревали.

Процесс выявления нагревающихся контактов с использованием наклеек становится очень простым — открываем щит и внимательно осматриваем все наклейки — не поменяла ли какая из них цвет. Если поменяла — принимаем меры к профилактике. Если щит имеет прозрачное защитное ограждение, то для такого осмотра не нужно звать специально обученного человека, это может сделать даже завхоз, и если какая-то из наклеек поменяла цвет, то тогда вызывать электрика.

Но есть у наклеек один существенный недостаток — они абсолютно бесполезны, если на них никто не смотрит.

Пустить газ!

Допустим, если у нас используется какое-то силовое оборудование, отказ которого повлечёт просто астрономический ущерб, например, щит питания опасного химического производства. Оборудование нагруженное, с высоким напряжением и большими токами, поэтому процессы деградации плохого контакта протекают весьма быстро — за считаные недели, а то и дни. В таком случае полагаться на регламентный осмотр нельзя — путь от легкого нагрева до полыхающего пламени будет пройден в период между осмотрами. В таком случае вопрос — а можно сделать так, чтобы наклейка при срабатывании от нагрева контакта могла об этом сообщить сама? Можно!

Это отечественная система «Термосенсор». Представляет собой наклейку, которая при нагревании выше пороговой температуры начинает бурно выделять индикаторный газ. В щит также должен быть установлен датчик, заточенный обнаруживать появление газа из наклейки. Вот на фото наклейки и датчик, присланные по моей просьбе производителем:

Все ноу-хау в материале газовыделяющего полимера. В нем в инкапсулированном состоянии заключён газ. Состав газа и самого полимера подобраны так, что при температурах ниже пороговой, выделение газа незначительно. Но зато при повышении температуры выше пороговой наклейка начинает потрескивать, а её поверхность пучится — оболочки микрокапсул разрывает заключённым в них газом и он вырывается наружу. В качестве индикаторного газа используется разновидность фреона, вроде широко разрекламированного Novec 1230, вы наверняка видели его в видеороликах с «сухой водой». Он негорючий, не токсичный, не вонючий, при комнатной температуре жидкий, химически неактивный, достаточно высокомолекулярный, чтобы долго сохраняться в полимерных капсулах, и главное — в нормальных условиях ему неоткуда взяться в электрощите!

Вместе с оборудованием в щит необходимо установить датчик газа — он постоянно мониторит атмосферу внутри щита, и поднимает тревогу при появлении фреона из наклейки — замыкает контакт и сообщает по сети на пульт. Что делать дальше — зависит от особенностей места установки. Где-то можно произвести аварийное отключение, где-то направить аварийную бригаду для разбирательства на месте. Чтобы упростить поиск сработавшей наклейки, на ней есть термоиндикаторы нагрева, такие же как в разделе выше.

На картинке ускоренный во много раз процесс пученья полимера от выходящего при нагреве газа. Наклейку я разместил на площадку вулканизатора и медленно прогрел. Процесс занял минут 10. Метки справа меняют цвет необратимо при указанной температуре, и позволяют понять — какая из наклеек сработала.

Наклейка содержит довольно много фреона, я взвешивал её до и после нагрева — в маленькой наклейке почти 1 грамм газа, это почти 50% от массы наклейки! Газ хранится в наклейке вполне надёжно — у меня они пролежали год, прежде чем у меня дошли руки до испытаний и написания поста, а учитывая дату производства — на момент моих испытаний им было два года. При нагревании они с потрескиванием выделили газ, что успешно учуял датчик:

На картинке ускоренный в несколько раз процесс выхода газа из полимера наклейки, опущенной в кипяток. Взята наклейка с температурой активации 80°C

Получается автоматическая система мониторинга состояния контактов исключающая человеческий фактор. Рядом с каждым контактом размещаем газовыделяющую термоиндикаторную наклейку. Внутрь щита устанавливаем датчик газа. Если какой-то из контактов начнёт нагреваться — наклейка сработает, выпустит газ, о чем нам на пульт сообщит датчик. Ну а дальше можно принять меры до наступления аварии.

Но у этой системы есть свои недостатки, что ограничивает её повсеместное применение:

* Система не работает в проветриваемых щитах. Думаю очевидно, если вентиляторы, или естественная конвекция гоняет воздух через щит, то и индикаторный газ будет уноситься, что помешает набраться концентрации, достаточной для обнаружения.

* Срок службы наклеек и датчиков газа ограничен и значительно меньше, чем у термоиндикаторов, просто меняющих цвет. Так что это не система «поставил и она навеки работает», это как огнетушитель «поставил и через n лет по плану заменил на новые».

* Из-за неидеальной селективности датчика он срабатывает также на летучие органические соединения, например, бензин, этанол и т.д. Поэтому на время лакокрасочных ремонтных работ систему следует временно отключить — будет ложное срабатывание. Ну и соответственно будут проблемы при эксплуатациях в помещениях, где в воздух может попасть разное нехорошее — гараж, склад горючего и т.д. В некоторых случаях это можно скомпенсировать работой системы из нескольких датчиков, некоторые из них должны быть снаружи щита и определять фон, привнесённый извне.

Куда и как закреплять наклейки, чтобы вас не поминали добрым словом каждый раз

Тут всё просто — как можно ближе к месту потенциального нагрева, учитывая следующее:

1. Это обычная наклейка, поэтому как и любая другая наклейка она плохо приклеивается на морозе, а также на грязные, жирные поверхности. Поэтому желательно поверхность предварительно очистить. Неплотный контакт с поверхностью увеличивает температуру, при которой наклейка сработает.

2. Идеальное место для наклейки — в 10-15 мм от контакта. Тепло при нагреве отводится и рассеивается металлом проводников, поэтому чем дальше от контакта — тем больше перепад температуры.

3. Изоляция проводов также хороший теплоизолятор. Ординарная изоляция провода — дает примерно 30-60°C разницы температур между поверхностью и жилой. Двойная изоляция — больше, про это стоит помнить.

4. Наклейка не должна мешать обслуживанию и не блокировать доступ. Иначе электрик её оборвёт, а вас помянет добрым словом.

Ещё раз, нарисовал в виде картинки:

Наклейки можно размещать на корпусах приборов, нагрев которых косвенно говорит о проблемах. Например, круглые британские наклейки предназначены для наклеивания на корпус электрической вилки (у британцев они очень своеобразные с плоскостью, где можно разместить наклейку). Срабатывание наклейки на 52°C на корпусе вилки говорит о нагреве контактов вилки — а значит проблема или в самой вилке, или в розетке (а в Британии ещё и очень своеобразная система с объединением проводки в кольцо). Чем больше барьеров между наклейкой и контактом, тем ниже должна быть выбрана температура срабатывания.

Эксперименты

Вынесено в отдельный пост и отдельное видео, так как экспериментальная часть получилась примерно такого же объёма. Опубликую на следующей неделе.

1. Плохой контакт со временем становится только хуже и ток, протекая через него, вызывает его нагрев, что может закончиться пожаром.

2. Регламентное обслуживание электрохозяйства, например, два раза в год, позволяет вовремя выявить проблемные соединения до наступления последствий.

3. Тепловизор позволяет электрику одним взглядом на экран выявить места аномального нагрева, но при условии, что нагрев постоянен.

4. Термоиндикаторные наклейки необратимо меняют цвет при нагреве и позволяют даже неподготовленному человеку увидеть места, где был или есть ненормальный нагрев.

5. Газовыделяющие термонаклейки позволяют сформировать сигнал тревоги при аномальном нагреве, обеспечивая непрерывный мониторинг оборудования.

6. Наклейки — это дополнительный инструмент, не нужно пытаться решить ими проблемы, решаемые организационными способами.

Видеоверсия

А вот и обещанная видеоверсия, по смыслу она повторяет пост, но я рассказывал импровизируя, поэтому не слово-в-слово: