Сетевой фильтр как устроен

Как устроены и работают сетевые фильтры?

Переменный ток в бытовой сети является синусоидальным. Это означает, что изменение напряжения, а, следовательно, и тока, происходят по синусоиде, то есть по плавной дуге, симметрично колеблющейся вокруг оси времени.
Однако если мы посмотрим на осциллограмму напряжения в нашей розетке, то убедимся, что до идеала ей совсем далеко. Какая там синусоида!? Непрерывные пики, импульсы, искажения формы, изменения амплитуды, броски и скачки – вот что мы увидим.
Причин для искажения синусоиды напряжения питающей сети есть очень много. Это включение-выключение мощных электроприемников, атмосферные перенапряжения, короткие замыкания по высокой стороне трансформаторной подстанции, а также различные сложные переходные процессы.

Есть еще особый вид апериодических помех, которые не поддаются ни прогнозированию, ни описанию при помощи математических функций. Это импульсные броски напряжения – очень кратковременные, но значительные его возрастания. Они могут возникнуть абсолютно в любой момент времени и, разумеется, тоже не идут на пользу бытовой технике. Поэтому импульсные помехи тоже необходимо подавить.

Для решения этих двух задач и используются сетевые фильтры. Они защищают оборудование от высокочастотных, низкочастотных и импульсных помех в сети. Но как они работают?

Если сопротивление резисторов никак не зависит от рода тока, проходящего через них, то реактивное сопротивление таких элементов цепи, как емкость и индуктивность находится в прямой зависимости от частоты тока. Например, сопротивление катушки индуктивности резко возрастает для токов большой частоты.

Это свойство индуктивности как раз и используется в сетевых фильтрах для подавления высокочастотных помех – синусоид с маленькими периодами.

Низкочастотные помехи могут гаситься активным сопротивлением катушек индуктивности, или отдельными резисторами, которые также располагаются последовательно нагрузке. Сопротивление таких резисторов не должно быть большим, иначе на них будет иметься существенное падение напряжения. Поэтому резисторы для подавления низкочастотных помех должны иметь сопротивление максимум 1 Ом.

Однако наиболее эффективными против сетевых помех являются фильтры, которые носят условное название LC. Они не ограничиваются одними лишь катушками индуктивности, а включают в себя конденсатор емкостью 0,22 – 1,0 мкФ, включенный параллельно нагрузке. Номинальное напряжение конденсатора должно быть выбрано хотя бы с двукратным запасом относительно напряжения сети, чтобы учесть перепады этого напряжения.

Действие фильтров LC напрямую связано с двумя законами коммутации: катушка L подавляет резкие изменения тока, а конденсатор С гасит высокочастотные колебания напряжения.

Сетевой фильтр для более-менее успешной работы должен содержать в себе: две катушки индуктивности 60-200 мкГн, включенные последовательно защищаемой нагрузке, а также варистор на 470 вольт и конденсатор на 0,22 – 1,0 мкФ, включенные параллельно. При необходимости в цепь можно включить и резисторы для подавления помех низкой частоты на 1 Ом максимум. Токовый номинал элементов цепи нужно подбирать в зависимости от мощности нагрузки.

Как выбрать сетевой фильтр для бытовой техники

Умные телевизоры, холодильники, компьютеры, ноутбуки, газовые котлы — все это стоит дорого. К сожалению, в огромном количестве домов и квартир электросеть не обеспечивает надлежащего уровня напряжения. Возникают перегрузки из-за сварочных работ поблизости. Иногда отгорает контакт ноля на подъездной распределительной коробке, и по квартирам проходит 380В междуфазного напряжения. Сетевой фильтр достаточно успешно защищает дорогостоящую бытовую технику, однако выбирать такое устройство нужно внимательно.

Обманы маркетологов

Всем известны удлинители с несколькими розетками, предлагаемые множеством производителей. Их цена привлекательна. Маркетологи называют этот крайне недорогой прибор сетевой фильтр и заявляют, что приспособление защитит оборудование от всех возможных неприятностей.

Легко купить многорозеточный удлинитель с защитой для стиральной машины, для холодильника, для компьютера. Есть приборы разных уровней: базового, стандартного, продвинутого. Но в любом случае характеристики такого приспособления никак не позволяют предположить, что оно может эффективно защищать подключенную технику. На практике все обстоит следующим образом.

1. В моделях базового класса есть только одноконтактный выключатель, а также неонка и многоразовый предохранитель.
2. Устройства стандартного класса — с предохранителем многоразового типа, неонкой и двухконтактным выключателем в хороших моделях. Последний прерывает оба проводника, фазу и ноль, для гарантированного прекращения питания подключенного прибора.
3. Продвинутые модели имеют в схеме помехоподавляющий конденсатор, предохранитель и выключатель.

Все без исключения эти так называемые удлинители с УЗО не могут гарантированно защитить технику в аварийных ситуациях. Например, многоразовый предохранитель ограничивает максимальный ток, но срабатывает достаточно медленно для того, чтобы подключенное устройство не вышло из строя. Конденсатор же справляется только с определенными видами бросков напряжения. Назначение подобных приспособлений только одно: ограничивать потребление мощности группой подключенных устройств.

Важно! Поэтому для компьютера и для бытовой техники высокого класса нужно покупать специальный электрический фильтр, схемы которого выполнены не только с защитой от скачков напряжения, но и способны демпфировать практически все типы гармонических помех.

Как работает защита

Устройство сетевого фильтра обязательно включает несколько ключевых блоков.

1. Контуры с катушками индуктивности и конденсаторами.
2. Варистор, один или несколько. Они могут замыкаться по цепи фаза-ноль или работать с отводом заземления.
3. Контур многоразового предохранителя с отдельной лампой, свидетельствующей о его срабатывании (или выполненный как кнопка на сетевом фильтре).
4. Надежный двухконтактный выключатель, прерывающий оба проводника, фазу и ноль питающей сети.
5. Хорошие модели оснащаются термическим предохранителем, защищающим устройство от перегрева.

Сегодня можно купить электрический фильтр для аудиотехники или телевизора с выключателями на каждую розетку. Это очень удобно, позволяет вывести отдельного потребителя из сети без броска напряжения и других нежелательных электрических явлений.

Принцип работы защиты следующий.

1. Гармонические помехи, меняющие кривую синусоиды напряжения, демпфирует электрический фильтр, построенный на катушках индуктивности и конденсаторах.
2. Броски напряжения свыше верхней планки рабочего диапазона гасятся варистором. Этот элемент резко меняет сопротивление на очень маленькое при превышении нормированного показателя. Грубо говоря, варистор создает короткое замыкание, преобразуя возникающие токи в тепло. На корпусе прибора указывается значение энергии в Джоулях, которое он способен рассеивать.
3. При превышении максимального уровня рабочего тока срабатывает многоразовый предохранитель. Он скрыт за небольшой круглой кнопкой на корпусе. В сетевых фильтрах используются быстродействующие предохранители, поэтому подключенная техника выживает при аварийных ситуациях с большой вероятностью.

Важно! Именно наличием отдельных контуров с защитой от перенапряжения и нейтрализацией помех сетевой фильтр отличается от удлинителя. У них есть только одна сходная деталь — это многоразовый предохранитель. Однако в большинстве случаев удлинитель с сетевым фильтром имеет более простое УЗО.

Типы устройств защиты

Виды сетевых фильтров различают как по количеству обслуживаемых фаз, так и по наличию заземления и контуру включения варистора. Типы защиты устройств бывают следующими.

1. Защита трех фаз. Такой сетевой фильтр работает с несколькими отдельными наборами варисторов и контуров демпфирования помех.
2. Фаза — ноль. Это самый удобный тип устройства для бытового применения.
3. Фаза — земля, ноль — земля защита. Данные типы приборов используются, если подключенное оборудование выдвигает особые требования к коммутации источника питания для согласования. Или в случае, когда проводка в здании имеет отвод заземления.

Выбор сетевого фильтра обязательно делается в соответствии с характеристиками электропитания в квартире или доме. Так, большинство современных зданий имеют контакт заземления в розетке. Поэтому лучший вариант прибора защиты также должен быть оснащен соответствующей точкой подключения.

С заземлением или без

Ответ на вопрос, покупать сетевой фильтр с заземлением или без, зависит от типа подключаемого оборудования. Например, для стиральной машинки или другого мощного устройства существует опасность пробоя напряжения на корпус. Такой технике понадобится сетевой фильтр с заземлением. Для холодильника, для ИБП, для бытовой техники можно выбрать более простое устройство. Однако стоит учитывать режим его эксплуатации. Если не предусматривается защита от пробоя, перенапряжения, можно купить любое устройство.

Важно! LC контур (конденсаторно-индуктивный) не нуждается для своей работы в заземлении. Он фильтрует помехи во всех случаях. Поэтому для устройств, в инструкции к которым не указано требование к обязательному заземлению, можно выбрать сетевой фильтр без такой опции.

Однако в случае покупки устройства для защиты от аварийных ситуаций (перенапряжение, пробой грозовым разрядом и так далее) неверный выбор способен нести опасность. В качестве примера можно рассмотреть модель Pilot BIT. Его модификация в черном корпусе, фильтр с заземлением, в домах с розетками без заземления может вызвать аварийную ситуацию. Схема замыкания варисторов инициирует попадание напряжения на корпус, возникновение опасности электротравмы. Модификация S в белом корпусе рассчитана на розетки без заземления. В случае возникновения аварийной ситуации при грозовом пробое фильтр не сможет защитить подключенные устройства. В сети с заземлением такая модификация имеет ключевой недостаток в виде отсутствии развязки между сети дома с заземлением и соответствующего контура электронных приборов.

Как проверить сетевой фильтр

К сожалению, проверить сетевой фильтр непосредственно перед покупкой нельзя. Его можно только правильно выбрать по ключевому параметру напряжения. В частности, большинство фильтров имеют рабочий диапазон в пределах от 184 до 250 В. Некоторые дорогие модели, хоть и обеспечивают меньшую мощность, действуют в диапазоне от 150 до 290 Вольт.

Его более новые поколения оснащены цифровым индикатором. Наблюдая за показаниями Барьера во время перепадов напряжения в сети (мигания лампочек или выключения бытовых приборов) можно определить минимальную и максимальную границу изменения параметра. Именно по этому диапазону потребуется выбрать сетевой фильтр.

Стабилизатор или фильтр

Чтобы понять, что лучше, сетевой фильтр или стабилизатор, стоит рассмотреть принцип работы последнего. Ключевые черты, интересные для защиты оборудования, выглядят так:

• стабилизатор повышает и понижает коэффициент трансформации при плавных бросках напряжения сети, обеспечивая постоянное значение на выходе;
• гармонические помехи демпфируются достаточно хорошо, благодаря особенностям работы электронных компонентов преобразователя напряжения;
• при превышении максимального порога напряжения на входе стабилизатор плавно и безопасно снижает выходное значение и выключает подключенные приборы.

Как видно из описания принципа работы, стабилизатор подойдет для телевизора, для холодильника, для аудиоцентра и другого не требовательного оборудования. Однако у такого решения есть несколько недостатков.

1. Первый – стоимость. Стабилизатор заметно дороже сетевого фильтра. При этом в сетях, где не наблюдается резких падений или скачков напряжения, его главный функционал не будет использован. Здесь сетевой фильтр выигрывает.
2. Второй недостаток стабилизатора – изменение кривой напряжения на выходе. Множество моделей формируют так называемую ступенчатую кривую, а не синусоиду. Поэтому они не могут использоваться для питания чувствительного оборудования, например, газовых отопительных котлов. В это же время сетевой фильтр никак не влияет на форму кривой выходного напряжения.
3. Третий недостаток стабилизатора — скорость срабатывания. Компьютерное оборудование может выйти из строя по причине запаздывания регулировки напряжения. Поэтому рекомендуется выбирать для приборов, которым критично важна скорость срабатывания защиты, дорогие специализированные стабилизаторы или ИБП.

Сказать, что именно лучше, стабилизатор или сетевой фильтр, достаточно сложно. Выбор того или иного оборудования зависит от требований к его функциональности. На практике достоинства двух устройств защиты объединяет в себе ИБП, источник бесперебойного питания. Он имеет встроенный сетевой фильтр, специально разрабатывается для быстрой реакции (малого запаздывания регулирования), стабилизирует напряжение. Единственная сфера применения, где нужно внимательно выбирать ИБП – питание газовых котлов и другого оборудования, требующего идеальной кривой синусоиды.

Как выбрать сетевой фильтр

Чтобы удобно использовать фильтр, достаточно при покупке обратить внимание на некоторые особенности устройства.

1. Мощность. Перед походом в магазин стоит подумать, какие именно приборы будут подключаться к фильтру, посчитать их суммарное потребление, добавить к значению запас 20%.
2. Энергия рассеивания или компенсирующий импульс. Данный параметр описывает, сколько тепла может выделить варистор в номинальном режиме работы. Чем хуже питание в точке подключения, тем с большим значением компенсирующего импульса нужно покупать сетевой фильтр.
3. Диапазон рабочих напряжений. Актуально для сетей, страдающих резкими бросками.
4. Наличие термического предохранителя. Полезная, но не обязательная опция. Терморазрыватель цепи защитит фильтр от перегрева.
5. Количество розеток и выключателей. Выбирается по числу подключаемых приборов. Если планируется их часто отсоединять, рекомендуется покупать фильтр с выключателями на каждой розетке.
6. Длина кабеля. Выбирается по месту размещения фильтра.

Последнее, что стоит оценить при выборе защитного устройства для бытовой техники – дополнительные опции. Они могут быть крайне полезны как для увеличения удобства пользования фильтром, так и для эксплуатации подключенного оборудования. Из полезных для компьютерной техники опций стоит отметить защиту линий локальной сети и телефона. Это важно в домах, где существует опасность наводок в линиях передач, вызванных грозовыми разрядами. USB порт на сетевом фильтре поможет быстро подключить телефон для зарядки или устройство, требующее соответствующего питания, например, компактную колонку.

Надежные сетевые фильтры 2019 года

Сетевой фильтр APC by Schneider Electric PM5-RS, 1.8 м на Яндекс Маркете

Сетевой фильтр APC by Schneider Electric PM5B-RS, 1.8 м на Яндекс Маркете

Сетевой фильтр APC by Schneider Electric PM6-RS, 2 м на Яндекс Маркете

Сетевой фильтр Pilot L, белый, 1.8 м на Яндекс Маркете

Сетевой фильтр ЭРА USF-5es-USB-W (Б0019037), 1.5 м на Яндекс Маркете

Сетевой фильтр

Как устроены и работают сетевые фильтры?
В бытовой домашней электросети, которая приходит в наши квартиры, имеется большое количество всплесков (бросков) напряжений, которые возникают на очень короткое время и имеют порой достаточно большую амплитуду, возникающие в следствии переходных процессов, наведенные молнией, грозовыми разрядами и др.
Всплески от переходных процессов, порожденные оборудованием, причиной которых разряды запасенной энергии индуктивными и емкостными элементами. Электродвигатели используемые в лифтах, системе отопления, кондиционирования, охлаждения и другие индуктивные нагрузки создают непрерывный поток всплесков разной амплитудой до 1000В. Приводы постоянного тока, с переменной скоростью вращения, импульсные источники питания, переносной электроинструмент и т.п. являются так же источниками переходных процессов и следовательно, дополнительных всплесков напряжений.
Пример схемы подавления импульсного перенапряжения состоит из варистора (VDR)и газового разрядника (GDT), соединенных последовательно. Схема предназначена для защиты чувствительных электронных устройств от перенапряжения, переходных процессов, и короткого замыкания.
Схема защиты включается в разрыв между источником напряжения, в данном случае это розетка, и нагрузка. В обычном нормальном режиме ток не протекает через GDT и VDR1, но когда напряжение становится больше, чем сумма напряжения срабатывания GDT и VDR1 (GDT UZ470B и VDR S20K250 общее напряжение 250v), то ток начинает протекать через элементы. Чем больше превышение напряжение, тем больше протекает ток через GDT и VDR1.
При уменьшении напряжения до нормального значения, схема переводится в исходное состояние. Из-за физических свойств разрядника и варистора, протекающий ток через защитные элементы не увеличивается больше определенного значения в течение короткого периода времени. Когда напряжение возвращается к нормальному значению, ток через элементы G1 и VDR1 прекращается, схема возвращается к обычному режиму.
Если протекающий ток значительно увеличиться, то срабатывает защитный предохранитель, нагрузка обесточивается. Две неоновые контрольные лампы, примененные в схеме, показывают наличие напряжения на входе и на нагрузке.
* VDR варистор — полупроводниковый резистор, представляет собой электронный компонент имеющий нелинейную вольт амперную характеристику (ВАХ). Название происходит от английского слова — переменный резистор.
Подобные схемы часто используются для защиты цепей от чрезмерных переходных напряжений путем включения их в схему таким образом, что при их срабатывании, они будут шунтировать возникающий чрезмерный ток, создаваемый высоким напряжением для чувствительных компонентов. Задача VDR еще в том, чтобы защитить от увеличения тока через устройства, когда напряжение становиться чрезмерным.
Преимущества
1) Нормальное рабочее напряжение 230V AC / DC
2) Максимальная номинальный ток 16A
3) Максимальный ток 16A
4) Напряжения отключения => 300В RMS
5) Защита от перегрузок.
6) Защита от короткого замыкания.
Применение
1) Защита чувствительных компонентов.
2) Защита двигателя.
3) Защита телефонных линий.

Самому собрать фильтр

Схема высококачественного сетевого фильтра.
Высококачественный сетевой фильтр позволяет отфильтровать помехи и кратковременные импульсные скачки напряжения. Особенно актуальна схема для проживающих в поселках, где электричество подводится по воздушным линиям и когда во время грозы, при разрядах молний наводится высокое напряжение. Детали применяются от ненужных компьютерных блоков питания, которые могут заваляться дома или выбрасываются на работе — дайте им вторую жизнь! Необходимо намотать симметрирующие дроссели-трансформаторы, варисторы и конденсаторы выпаять из блоков питания, лучше всего подойдут класса Y2 и X2.
Номиналы элементов для фильтра могут иметь значения:

1. Конденсаторы С2-4 серии Y2 номиналом по 0,047 мкФ (стандартные конденсаторы из БП например, KH472N)
2. Конденсаторы С1, С5 серия класса Х2, номинал 0,47МкФ.
3. GAS — разрядник типа BHS 2500V.
4. Варисторы MV, диаметр корпуса 20мм (можно 25 и более), напряжение пробоя 470В.
5. Трансформаторы TR1-TR2 имеют две обмотки 2*10 витков, намоточный проводом сечением 2кв.мм. В качестве сердечника использованы кольца от симметрирующего трансформатора 350 Ватного компьютерного блока питания.
6. L1, L2 — ферритовые стержни проницаемостью М2000, намотано 10 витков проводом, желательно пропитать эпоксидным лаком.

Розетки можно дополнительно зашунтировать разрядными резисторами номиналом 470 КОм, мощностью 0,5 Вт (для того чтобы не щелкало, правильнее составить из двух резисторов общим номиналом)
Для исключения резких бросков тока добавьте последовательно с каждым варистором резистор 1Вт по 10Ом.
Для исключения возгорания и разлета осколков керамики, наденьте сверху на варисторы термоусадочную трубку.
Бытовые фильтры-удлинители и схемы фильтров применяемые в них. Задумывались Вы, что Вам необходимо:просто удлинитель или удлинитель с фильтром?
Если Вы подключаете электрический чайник, лампу освещения, то конечно, фильтр здесь абсолютно не нужен, зачем тратить деньги впустую. Здесь важно качество розеток в удлинителе, толщина провода и его длина, но в тоже время излишняя длина не нужна, иначе придется сматывать в клубок.
Если несколько бытовых приборов расположенных рядом друг с другом, для подключения можно использовать тройник. А что делать, если дорогая бытовая техника: телевизор, компьютер, аудиоцентр, то в этом случае ответ однозначен — надо защищать приборы как минимум сетевым фильтром.