Устройство защиты от опасных напряжений в электросети «SOKOL UZP-1F».

 

  Это устройство является  однофазной версией "SOKOL UZP-3F". 

Основные возможности устройства:

 Изменение и индикация на двустрочном ЖК-дисплее действующего значения напряжения в диапазоне 0…300В.;
 Отключение фазного защитного реле для обесточивания нагрузки на соответствующей фазе через 3 мкс. (зависит от быстродействия применяемого реле) после обнаружения отклонения от заданных пределов на пике синусоиды;
 Раздельная установка верхнего и нижнего порогов напряжений в диапазоне 150…295 В.;
 Программная подстройка показаний (калибровка);
 Устанавливаемое посредством системного меню время автоматического включения нагрузки по «возвращении» напряжений в заданные пределы в диапазоне 10 сек…1 час;
 Задержка на включение нагрузки 5 сек. после подачи сетевого напряжения, в случае если напряжение находится в заданных пределах;
 Настраиваемая, в пределах 0...5 секунд с шагом в 20 миллисекунд, задержка на отключение реле при выходе напряжения за заданные пределы;
 Отключаемый прерывистый звуковой сигнал при выходе напряжении за установленные пределы;
 Возможность монтажа на DIN-рейку во вводном электрическом щитке и защита всего электрооборудования здания;
• Запоминание максимального и минимального напряжения за определённый пользователем промежуток времени с возможностью последующего просмотра через системное меню;
 Регулируемая в диапазоне 0,5…100% яркость подсветки ЖКИ дисплея;
 Отображение на дисплее оставшегося до включения нагрузки времени или слова «НОРМА», если нагрузка включена, а сетевое напряжение находится в заданных пределах;
 Удобное меню системных настроек, осуществляемых посредством четырёх клавиш;
 Автоматический выход из системного меню через 30 секунд при отсутствии нажатий на клавиши навигации;
• Подстройка внутреннего генератора микроконтроллера для достижения максимальной точности измерений непосредственно из меню устройства.

 

        Принципиальная электрическая схема устройства в формате gif размещена здесь и в особых пояснениях не нуждается.

        Отдельно следует упомянуть лишь о резисторах образующих делитель сетевого напряжения. Для повышения надёжности устройства верхнее плечо составлено из двух последовательно соединённых резисторов МЛТ-0,125 номиналом 510 кОм. А нижнее, для возможности грубой подстройки показаний вольтметра - из двух параллельно соединённых резисторов номиналами 15 кОм и 120 кОм.

      В качестве сетевого трансформатора Т1 рекомендуется использовать трансформатор с напряжением первичной обмотки 380 В. или выше, а на вторичной 10-15 В. и выходным током не менее 150 мА. при стандартном "однофазном" включении. Использование подобного трансформатора - необходимая мера предосторожности в случае если на устройство будет подано повышенное напряжение, например, при обрыве "нуля" в электрощите подъезда. Я использовал стандартный трансформатор 380/20В.-5 Вт. в однофазном включении (как на схеме).

      Конденсатор С4, учитывая вышесказанное, лучше устанавливать на напряжение не менее 25, а лучше 35 Вольт.

        В качестве ЖК-дисплея используется BC1602 или аналогичный 2-х строчный индикатор по 16 символов в строке.

       При выходе напряжения за заданные пользователем пределы начинается подсчёт периодов сетевого напряжения "не укладывающихся" в заданные "рамки" и когда будет достигнуто значение, установленное пользователем в меню "Задержка откл." устройство начнёт подавать прерывистый звуковой сигнал и на дисплее появится установленное значение времени автоматического включения, реле разомкнёт свои контакты и нагрузка обесточится. Звуковой сигнал можно отключить, войдя в соответствующее меню. По возвращении напряжения в установленные пользователем «ворота», прерывистый звуковой сигнал тут же отключится, и начнётся обратный отсчёт времени до включения защитного реле с соответствующей индикацией на ЖК-дисплее.

      Если был зафиксирован кратковременный выброс или провал напряжения (например включился компрессор холодильника или импульсный источник питания с большим током заряда фильтрующих конденсаторов), длительность которого не превысила разрешённой пользователем длительности, то устройство на него никак не отреагирует. Следует учесть, что если установить задержку отключения равной нулю, то при малейшем кратковременном выходе напряжения за пределы, например включении обычной лампы накаливания с холодной спиралью, защитное реле тут же разомкнёт свои контакты. Для домашнего использования оптимальной является задержка 60...100 мс. Для удобства в пункте меню "Задержка отключения" индицируется расчётное время отключения а не количество периодов сетевого напряжения в течение которого устройство не будет реагировать на отклонения. Именно по этой причине шаг установки времени составляет 1/50 секунды или 20 мс.

       По окончании отсчёта, время на LCD будет заменено на слово «НОРМА», а защитное реле своими контактами подаст питание на нагрузку. 

       Измерение напряжения производится через 5 мс. после перехода через ноль.

        При включении питания устройство защиты отобразит начальную заставку, трижды плавно мигнёт подсветкой и подаст звуковой сигнал (если звук включен в меню) в знак приветствия.

        Структура меню устройства, аналогична трёхфазной версии, с поправкой на "однофазность" (щёлкните для загрузки), т.е. ненужные при однофазном измерении пункты (касающиеся двух других фаз), отсутствуют и наличием пункта меню "Просмотр отклонений напряжений".

       Навигация по меню предельно проста и интуитивно понятна. Нажатием кнопки SB1 – “Menu/Ok” осуществляется вход в системное меню и различные подменю, а так же сохранение настроек после выполнения регулировок. Кнопка SB2 – “Cancel/Reset” осуществляет перезагрузку устройства из основного режима работы и выход из меню или подменю без сохранения параметров. Кнопками SB3 – “-“ и SB4 – “+“ осуществляется переход, соответственно, к предыдущему или следующему подменю, а так же изменение параметров в сторону уменьшения или увеличения. Следует учесть, что в зависимости от длительности удержания кнопок SB3 и SB4, скорость изменения регулируемой величины имеет три различные градации. В пункте меню "Просмотр отклонений напряжений" смена показаний между максимальными и минимальными зафиксированными напряжениями осуществляется кнопками SB3 – “-“ и SB4 – “+“. Выход из этого пункта меню осуществляется по нажатию клавиш SB1 – “Menu/Ok” и SB2 – “Cancel/Reset”. Следует учесть, что при нажатии кнопки SB2 предыдущие сохранённые значения отклонений будут обнулены и "учёт" начнётся заново, при выходе из подменю по нажатии кнопки SB1 "учёт" отклонений продолжится без сброса предыдущих значений. В случае отсутствия нажатий на клавиши навигации по истечение 30 секунд произойдёт выход из меню, а все не сохранённые изменения настроек будут сброшены при перезапуске устройства.

     При первом включении необходимо удерживать в нажатом состоянии кнопку “Menu/Ok”. В этом случае «SOKOL» самостоятельно запишет в ееprom микропроцессора значение настроек по умолчанию. Верхний и нижний пороги напряжений будут установлены равными соответственно 260 и 200 Вольт, время отключения нагрузок – 1 минута, звуковой сигнал – включён, яркость подсветки дисплея – 60%, задержка на отключение нагрузок при выходе напряжения за допустимые пределы – 1000 миллисекунд.

        После включения питания на индикаторе сразу же отобразится действующее значение напряжения. Возможно, показания прибора будут отличаться от истинных значений, всё зависит от точности номиналов резисторов, образующих цепи делителей напряжений. Для исключения необходимости кропотливой «подгонки» резисторов, введена программная коррекция напряжений. Обновление показаний, для исключения «болтания» младшего разряда, производится один раз в секунду.

        Настройку «SOKOLa» следует производить в следующем порядке:

          1. Нажать кнопку “Menu/Ok” и удерживая её подать питание на устройство. После появления на дисплее текущих напряжений сети - отключить устройство. Это действие необходимо для начальной инициализации, сопровождающейся записью в eeprom микроконтроллера параметров по умолчанию.
        2. Нажать и удерживать в нажатом состоянии одновременно кнопки “+” и “-”, после чего снова подать питание на устройство. После появления на дисплее текущего напряжения сети и индикации в нижней строке LCD надписи "OSCCAL" выполнить калибровку внутреннего генератора микроконтроллера. Для этого манипулируя кнопками “+” и “-” добиться максимальных показаний напряжений на дисплее, после чего сохранить изменения нажатием кнопки “Menu/Ok”.

        3. Проверить истинность показаний вольтметра прибора. Если имеются значительное (более 10%) отклонение индицируемого напряжения от реального значения, то подбором резистора R4 «подгоняют» показания. Следует учесть, что лучше пусть показания прибора будут немного занижены, чем завышены, так как при цифровой подстройке «софтовое» снижение показаний чревато соответствующим уменьшением верхнего предела измерений прибора.
        4. После губой подстройки входят в меню устройства и нажатием кнопок SB3 и SB4 добиваются точного соответствия показаний прибора реальному значению напряжения в сети.

       Полную рабочую версию прошивки 1.27 микропроцессора в формате hex можно скачать здесь.

           Фузе биты микропроцессора AT Mega8 программируются исходя из следующих условий:

• WDT отключен;
• Включено тактирование от внутреннего генератора с частотой 8 МГц.;
• Включен детектор пониженного напряжения питания. Напряжение срабатывания установлено равным 4 В.

        Положение остальных fuse-переключателей не принципиально для нормальной работы устройства.

        ВНИМАНИЕ! Устройство имеет гальваническую связь с сетью переменного. Соблюдайте необходимые меры предосторожности при монтаже и настройке прибора. Автор не несёт ответственности за возможные последствия, включая травматизм, порчу оборудования, упущенную выгоду и т.п., связанные с использованием или невозможностью использования описанного в статье прибора.

 

         Желающим получить готовую дипломную работу по несколько модернизированной версией данного устройства (добавлен контроль частоты тока в электросети с усложнением схемы) прошу писать мне на мыло servissistemy"пёсик"narod.ru ("пёсик" необходимо заменить на символ @ - это защита от спама). Для примера и свободного применения прилагаю чертёж принципиальной электрической схемы усложнённого устройства, выполненный на ВУЗовском уровне, перечень элементов к ней, диаграммы работы устройства и содержание пояснительной записки.

 


    НА ГЛАВНУЮ