Професійному електрику у Львові важливо розуміти, як працюють схеми мережевого фільтра та на основі цих знань вибрати оптимальну конструкцію під свої завдання. Актуальність цього питання виникла буквально останнім десятиліттям.

За цей час у наших квартирах з’явилося багато побутових приладів з імпульсними блоками живлення . Це не тільки комп’ютерні пристрої, а й мікрохвильові печі, світлодіодні та енергозберігаючі лампи, інша техніка з електронним керуванням.

Все це генерує високочастотні імпульси перешкод у мережу, хоча виробники намагаються обмежити їх. У бюджетних моделей така функція здійснюється не повністю і становить небезпеку для всіх споживачів.

Навіщо потрібний мережевий фільтр: коротке пояснення

Сама назва цієї електронної схеми пояснює її призначення. Слово “фільтр” вказує на відсіювання шкідливих перешкод, а “мережевий” – визначає їхнє джерело.

Іншими словами, все електричне сміття, що надходить із мережі живлення, відсівається на вході нашого пристрою і не впливає на якість роботи побутового приладу. Основний сигнал мережі 220 вольт з частотою 50 герц безперешкодно проходить через фільтр.

Електромагнітні перешкоди в мережі з’являються спонтанно, передбачити їхню появу неможливо. Навіть просте включення лампи розжарювання формує початковий кидок струму, що створює зону перехідних процесів.

Підключення електродвигунів холодильника, пральної чи посудомийної машини пов’язане із зміною індуктивного опору. Струм такого включення може перевищувати десятки і більше разів номінальну величину навантаження.

При цьому в мережі створюється значна «просідання» напруги. А далі слідує його сплеск, що формує високовольтні перешкоди.

Ці процеси протікають короткочасно. За часів користування аналоговою побутовою технікою вони особливої шкоди не завдавали, а в аудіо та відео апаратуру вбудовували найпростіші фільтри, які чудово виконують свої функції.

Вони надійно згладжували всі ці швидкі провали та піки напруги своєю конструкцією, запобігаючи їх попаданню до чутливої електронної схеми.

Важливо розуміти, що фільтр працює виключно з короткочасними провалами та піками вхідного сигналу. Якщо ж подібний процес трохи затягнеться, то тут потрібний інший пристрій — стабілізатор напруги.

Якої шкоди завдають електромагнітні перешкоди

1. Напруга короткочасних імпульсів накладається на основний сигнал живлення мережі 220. При цьому в точці амплітуди може виникнути перенапруга, здатна пропалити робочий шар ізоляції або пошкодити електронний компонент.
2. Сторонні сигнали, що проникають всередину слаботочних ланцюгів, спотворюють роботу звукозаписних або звуковідтворювальних пристроїв, відеотехніки, телеприймачів, дорогої цифрової апаратури.
3. Спеціальна техніка дозволяє через електромагнітні шуми, що передаються нульовим провідником, прокладеним поза квартирою, отримувати доступ до конфіденційної інформації.

Щоб надійно боротися з перешкодами, необхідно знати особливості своєї побутової мережі.

2 варіанти підключення побутової проводки, що впливають на роботу мережевого фільтра

У наших квартирах існує 2 типи заземлення електричної схеми:

1. двопровідна, виконана за системою TN-C з провідниками фази та робочого нуля;
2. трипровідна (TN-S, TN-CS. TT), доповнена РЕ-провідником або просто землею.

Під них розробляється індивідуальна схема придушення сторонніх імпульсів, що забезпечує якість роботи фільтра.

У двопровідній схемі небезпека створює диференціальний сигнал напруги перешкоди, що йде лише через дроти фази та нуля. Іншого шляху замкненого ланцюга для проходження стороннього струму високої частоти просто немає.

Для трипровідної схеми додається ще синфазна напруга перешкод. Воно проникає через земляний провідник і ланцюжок фази чи нуля.

З цих причин конструкції фільтрів для двопровідної та трипровідної мережі живлення відрізняються. Використовувати їх необхідно за призначенням, а плутати чи довільно підключати не рекомендується.

Пристрій, що фільтрує тільки диференціальну напругу перешкоди, не боротиметься з синфазними складовими.

Фільтрація сторонніх в/год струмів, що надходять з двопровідної мережі, пристроями із захистом від синфазних сигналів відбувається краще, але вимагає їх коригування.

Коли подовжувач типу «Пілот» з контактом землі підключають до двопровідної мережі, він об’єднує всі корпуси периферії (системний блок, монітор, принтер…). Через війну через потужний земляний провід завжди вирівнюються потенціали, зменшується їх перетік по слаботочним ланцюгах інтерфейсного провідника.

Однак тут не все так просто. Для фільтрації синфазних перешкод конденсаторами створюється штучна середня точка, яка підключена до трипровідної схеми РЕ провідником на контур землі.

По цьому ланцюжку знімається потенціал порядку ста вольт, що утворюється на корпусах підключеного обладнання. У двопровідної схеми магістралі відведення цього потенціалу немає.

Людина, яка виявилася випадково між таким корпусом і землею, отримує неймовірні відчуття проходження струму крізь своє тіло.

Доступ до системного блоку комп’ютера, підключеного через схему Pilot до двопровідної мережі, необхідно обмежувати. Тому його поміщають під комп’ютерний стіл у відсік з гарною вентиляцією, а в неробочому положенні повністю відключають, виключаючи функцію «сплячий» режим.

Основні експлуатаційні характеристики фільтрів, які важливо знати

Боротьба з електромагнітними перешкодами із мережі виконується різними способами. Популярними є екранізація та використання електронних компонентів.

Який корпус ефективніше бореться із перешкодами

Відмінною рисою якісних виробів є закритий металевий екран, що унеможливлює проходження та наведення сторонніх електромагнітних сигналів. Його підключають на контур заземлення.

У радянські часи на ньому вказували схему внутрішніх з’єднань та технічні характеристики виробу.

Такий корпус може виготовлятися загальним для всього пристрою, як робиться біля мікрохвильової печі або системного блоку комп’ютера.

Численні сучасні модулі, що випускаються для фільтрації перешкод із побутової мережі, мають звичайний пластиковий кожух.

Вони позбавлені можливості захисту від зовнішніх наведень та сторонніх випромінювань.

До того ж, часто маркетологи називають звичайні подовжувачі мережевим фільтром, що не зовсім правильно. При цьому використовується їх зовнішня схожість.

Конструктивні особливості та електричні характеристики, що покращують умови фільтрації

Наявність вимикача

Маркетологи звертають на нього увагу, показуючи невеликі зручності користування. Його ж ставлять на звичайних подовжувачах.

Однак на цьому його роль закінчується. Він просто дозволяє відключати або подавати живлення споживачам без висмикування вилки з розетки. Ця функція буває корисною, коли розетковий блок закритий меблями, а доступ до нього утруднений.

Допустимий струм навантаження

Рекомендую звертати увагу на електричні характеристики, заявлені виробником. Їх необхідно обов’язково дотримуватися.

Струм навантаження, наприклад, 10 ампер, наведений на корпусі, становить максимальне споживання всіх підключених пристроїв. Перевищувати його не можна , бо внутрішня схема перегріється, виникнуть пошкодження ізоляції.

Тут важливо враховувати, що у такій закритій конструкції товщина багатожильного дроту з міді не перевищує 1 мм квадратний.

Таким же перетином виконані дроселі, що виконують роль індуктивного опору.

При підключенні до розетки фільтра споживачів необхідно розраховувати загальний струм навантаження. Досить часто виникає ситуація, що включати паралельно з працюючим комп’ютером пилосос чи чайник неприпустимо.

В руки окремих користувачів можуть потрапити фільтри, випущені в країнах з напругою 100 або 110 вольт (наприклад, США, Японія). Вони мають інші контактні роз’єми.

Але їхня заміна на наш стандарт не дозволить використовувати такі пристрої у нашій проводці. Всю внутрішню схему необхідно переробляти, але це витратніше, ніж придбати новий блок.

Основні електронні компоненти внутрішньої схеми

Захист варісторами

Вже в найдешевших конструкціях використовується один варістор. Він стоїть на вході між потенціалами фази та нуля. При нормальній напрузі мережі він має дуже високий електричний опір і нічим не заважає роботі схеми.

Коли з мережі приходить залишковий імпульс перенапруги, не до кінця погашений пристроями УЗІП , то внутрішній опір варистора різко знижується.

За рахунок цього через нього за законом Ома починає протікати великий струм, що перетворюється на теплову енергію, а в схему надходить лише допустимий рівень напруги.

Для трипровідної проводки використовуються три варистори. Вони включаються для усунення диференціальних та синфазних перешкод напруги.

Індуктивності та конденсатори у високочастотній схемі

У конструкції в/год фільтра використовується залежність ємнісного та індуктивного опору від частоти сигналу.

Звичайні 50 герц легко проходять через індуктивність. Для перешкоди високої частоти тут створюється великий опір. Тому обмотки котушок включають послідовно з провідниками. Їх роблять таким самим перетином, як основний провід.

Конденсатори підключають паралельно диференціальним і синфазним перешкодам. Ємнісний опір має зворотну залежність від частоти сигналу. Воно шунтує високочастотну напругу.

Особливості роботи феритового кільця

На кінцях кабелю за кілька сантиметрів від роз’єму корисно розмістити феритовий фільтр, як робиться на блоці живлення ноутбука.

Такий пасивний елемент у вигляді цільного або складового циліндрика пригнічує перешкоди, що проходять по кабелю в/ч своїм індуктивним опором.

При цьому, залежно від складу матеріалу та марки феритового кільця відбувається:

• відображення частини високочастотної перешкоди індуктивністю у мережу;
• або часткове поглинання в/год хвилі матеріалом фериту (ефективніше);
• або поєднання обох функцій.

Якість придушення перешкод феритом можна збільшити. Достатньо пропустити кабель кілька разів навколо його кільця. Однак не завжди це вдається виконати на практиці.

Слід враховувати, що на багатожильних дротах слаботочних ланцюгів цифрової передачі даних або аудіо-, відеосигналів ферити, що поглинають перешкоди, не використовують. Вони працюють як синфазний трансформатор, що пропускає аналогічні сигнали.

2 прості схеми для повторення своїми руками у двопровідній мережі

Основна перевага цих конструкцій у тому, що вони займають мало місця. Всі компоненти можна вбудувати всередину корпусу звичайного подовжувача.

Схема LC-фільтра

Спочатку показую простішу схему, що забезпечує цілком прийнятні результати.

Токовий ключ SC забезпечує захист підключених споживачів від перевантажень та струмів коротких замикань.

Високоомний резистор на 1 мегаом практично ніяк не впливає на проходження сигналів. Його роль – розряд конденсатора C при вимкненні живлення для підвищення безпечної експлуатації.

Схема RLC-фільтра

Попередню конструкцію можна доопрацювати добавкою резисторів низькоомних і зміною характеристик електронних компонентів.

Номінали конденсаторів показані на схемах. Їхня ізоляція обкладок повинна витримувати робочу напругу мережі, збільшену імпульсом перешкоди. Підбирайте їх мінімум на 300 вольт, а краще більше.

Обидві схеми гасять вхідні високочастотні перешкоди індуктивними опорами дроселів та ємнісними конденсаторів. Ліквідацію високовольтних імпульсів покладено на варистор.

Промислові та саморобні фільтри для трипровідної системи живлення

Серед виробів, що серійно випускаються, є досить корисні технічні рішення, на які домашньому майстру варто звернути увагу.

Короткий огляд корисних функцій заводських моделей

Однією з популярних розробок, що широко представлена в торгівлі, вважається серія фільтрів Pilot різних конструкцій.

Принципова електрична схема мережного фільтра Пілот показано на зображенні для полегшення розуміння його можливостей.

Зупинюся на завданнях, які має вирішувати Pilot XPro, спеціально створений для комфортної роботи, продовження ресурсу підключених споживачів та зниження витрати електрики. Це:

• захист варісторами від імпульсних перенапруг;
• запобігання дії високочастотних перешкод індуктивно-ємнісними опорами;
• управління електроживленням за рахунок введення функції Master Control ;
• захист від перенапруг, пов’язаних з урвищем нуля ;
• плавне відключення та включення обладнання під навантаження функцією Zero Start за рахунок виключення кидків струму вбудованою схемою ;
• автоматика включення споживачів після усунення аварійного зникнення живлення;
• два рівні захисту від струмових перевантажень або коротких замикань за рахунок плавкого запобіжника та біметалічного розчіплювача;
• індикація підключення до мережі та рівня напруги живлення;
• контроль температури та автоматичне відключення при перегріві.

Функція Master Control визначає одну основну розетку (як master-розетка). На неї підключають основний споживач потужністю понад 50ватт, наприклад, системний блок комп’ютера.

При його включенні автоматика одночасно запитує три інші розетки з периферійним обладнанням. Вона ж відключає їх під час зняття живлення з основного блоку.

На корпусі є розетки, що не керуються мікропроцесорною автоматикою. Їх використовують для освітлення, телефону, іншого обладнання

2 саморобні схеми, що забезпечують якісну роботу аудіопристроїв

Відразу зауважу, що знайшов їх на просторах інтернету і не перевіряв. Проте автор цих розробок sergeon викликав довіру своїми коментарями та поясненнями. Тому публікую їх для повторення у порядку складності.

Простий мережевий фільтр для аудіо

Зліва показаний десятиомний резистор, підключений паралельно з діодами, розташованими зустрічно між корпусом аудіоприладу та землею. Діоди усувають струми витоків, які можуть виникнути у цьому ланцюжку. Резистор пропускає їх невелику величину, обмежуючи ймовірність утворення перенапруги.

Синфазний трансформатор зібраний із двох однакових індуктивностей 4,7 mH, підключених зустрічно. Він усуває синфазні перешкоди, але добре пропускає основний сигнал.

Його роботу доповнюють два конденсатори по 1nF, з’єднані середньою точкою з контуром землі. Цим шляхом вони відводять ослаблені трансформатором перешкоди, не пропускають їх у робочу схему.

На кінцевій ділянці шляху сигналу працює резистивно-ємнісний ланцюжок Цобеля. Вона оберігає всю конструкцію від кидків ЕРС самоіндукції, що виникають при відключеннях живлення.

Покращена конструкція мережевого фільтра для меломанів

Нижче показую другу, більш доопрацьовану розробку цього автора.

Принцип її роботи коротко поясню маршрутом проходження основного сигналу: зліва направо. Індексом PGND позначений захисний РЕ-провідник, а GND – це корпус пристрою.

Відразу на вході дві ємності по 1nF знижують електромагнітні синфазні шуми. Діоди та резистор працюють, як і в попередньому випадку.

Сюди доданий запобіжник з плавкою вставкою на 1 ампер. Його цілком достатньо захисту внутрішньої схеми.

Але, якщо струм споживання вашої аудіо системи великий і запобіжник вибивається від навантаження, то всю схему цього девайса необхідно перерахувати під підвищену потужність і заново виконати її перемонтаж.

Роль варистори R2 вже описана вище. Терморезистор R3 тут доданий для зниження величини кидків струму під час включення. Він зберігає ресурс устаткування, частково зрізає частоту.

Два резистори R4 і R5 автоматично розряджають конденсатор C3 при відключенні живлення, які послідовне включення підвищує надійність системи з допомогою забезпечення запасу за величиною напруги.

Індуктивність першого синфазного трансформатора підвищена до 25 мілігенрів.

Ємності C4 та C5 додатково погашають синфазні шуми на землю. Але в двопровідній схемі живлення вони просто ускладнюють роботу трансформатора Т1, шунтуючи його вихід. Для такого випадку передбачено перемичку на J7. Її зняття забезпечує підключення T1 до режиму боротьби лише з диференціальними перешкодами.

Далі йдуть дві індуктивності L1, L2 і ємність C6, що створюють головну перешкоду для диф-перешкод.

Синфазний трансформатор T2 якісно завершує боротьбу зі сторонніми електромагнітними сигналами.

Додатковим завданням ємності С7 є зниження іскріння контактах вимикача. А останні елементи C8 та R6 пригнічують утворення резонансних явищ вимикачем, виключають іскріння.

Закінчуючи статтю, хочеться ще раз звернути увагу, що схеми мережевого фільтра усувають перешкоди лише у двох випадках, коли вони приходять:

1. по земляному дроту;
2. або через мережу живлення.

Якщо перешкода наводиться після фільтра на підключений до устаткування слаботочний кабель чи внутрішню схему самого апарату, тут потрібно застосовувати зовсім інші заходи.

Поширені запитання

Чим мережевий фільтр відрізняється від стабілізатора і який краще обрати для захисту техніки?

Мережевий фільтр усуває короткочасні перешкоди — електромагнітні імпульси, які з’являються при вмиканні побутової техніки або через проблеми в мережі. Його завдання — запобігти проходженню цих імпульсів до чутливої електроніки. Стабілізатор ж регулює рівень напруги, якщо вона тривалий час відхиляється від норми, наприклад, тримається нижче 200 або вище 240 вольт. Саме тому аварійний електрик у Львові часто рекомендує використовувати обидва пристрої паралельно — фільтр як «миттєвий щит», стабілізатор — як «довготривалий охоронець». Якщо у вас дорога аудіо- або відеотехніка, краще встановити обидва, щоб забезпечити максимальний захист.

Які наслідки може мати неправильне підключення фільтра до двопровідної мережі?

Якщо фільтр, призначений для трипровідної мережі з заземленням, підключити до старої двопровідної без РЕ-провідника, ефективність захисту суттєво знижується. Замість належного відведення перешкод вони можуть залишатися у системі, а в деяких випадках навіть передаватися через корпуси підключених пристроїв. У гіршому випадку користувач може відчути неприємні поколювання при дотику до корпусу ПК або пральної машини. У таких ситуаціях правильніше проконсультуватися з майстром і замовити ремонт електропроводки з оновленням до сучасного стандарту. Лише після цього можна підключати трипровідні фільтри без ризику для техніки і здоров’я.

Чому простий подовжувач з вимикачем не є повноцінним мережевим фільтром?

Багато людей плутають звичайні подовжувачі типу «Пілот» із повноцінними мережевими фільтрами. Подовжувач лише розгалужує розетку на кілька пристроїв і не має у своїй конструкції елементів, які гасять електромагнітні перешкоди. Наявність кнопки не означає захист — вона просто дозволяє вимкнути живлення, не виймаючи вилку. Фільтр же містить індуктивні котушки, ємності та іноді феритові кільця, які глушать імпульсні шуми. Якщо ви хочете реального захисту для ноутбука, телевізора чи роутера, обирайте саме фільтр, а не зовнішньо схожий подовжувач. А якщо з’явилися підозри на часті перепади напруги — рекомендується електровимірювання для перевірки стану мережі.

Яка конструкція корпусу мережевого фільтра найкраще захищає техніку?

Корпус мережевого фільтра має велике значення. Найкраще захищають від перешкод моделі з повністю металевим екраном, який підключається до заземлення і не дозволяє електромагнітним хвилям проникати всередину пристрою. Такі корпуси характерні для професійного обладнання і рідко зустрічаються в бюджетному сегменті. Пластикові ж аналоги зазвичай мають лише імітацію фільтрації, хоча маркетологи активно просувають їх як захист від усіх проблем. Але на практиці лише якісний металевий корпус у поєднанні з правильною схемою фільтрації створює справжній бар’єр між мережею та вашою технікою. У разі частих збоїв або відчуття напруги на корпусі техніки, важливо не зволікати, а звернутися до електрика у Львові, який перевірить відповідність фільтра до типу вашої мережі.