Сетевые фильтры и удлинители: типы, функции и энергосбережение.

Введение

Электрический компонент

Удлинитель – это блок электрических розеток, который подключается к концу гибкого кабеля (обычно с вилкой на другом конце), позволяя питать несколько электрических устройств от одной розетки. Удлинители часто используются, когда рядом находится много электрических устройств, например, для аудио-, видеоаппаратуры, компьютерных систем, бытовой техники, электроинструментов и освещения. Удлинители часто оснащены автоматическим выключателем для прерывания электрического тока в случае перегрузки или короткого замыкания. Некоторые удлинители обеспечивают защиту от скачков напряжения. Типичные варианты исполнения корпуса включают ленточные, для монтажа в стойку, под монитор и прямые (встраиваемые) модели.

Контроль

Некоторые сетевые фильтры оснащены главным выключателем для включения и выключения всех подключенных устройств. Это удобно для простых приборов, таких как лампы, но не для большинства компьютеров, которые необходимо сначала выключить с помощью команд из программного обеспечения. В компьютерах могут быть открыты файлы, которые могут повредиться при простом отключении питания. Некоторые сетевые фильтры имеют розетки с индивидуальным переключением. Модели с функцией "мастер/ведомый" могут определять отключение "главного" устройства (например, сам компьютер в компьютерной системе или телевизор в домашнем кинотеатре) и соответствующим образом включать или выключать остальные устройства. Сетевые фильтры с дистанционным управлением используются в центрах обработки данных для удаленной перезагрузки компьютерных систем или других устройств, часто через Интернет (хотя это делает их уязвимыми для внешних атак).

Показание

Многие сетевые фильтры имеют неоновую или светодиодную индикацию, либо индикатор на каждой розетке, чтобы показать, когда подается питание. Более качественные сетевые фильтры с защитой от скачков напряжения оснащены дополнительными индикаторами, показывающими состояние системы защиты, однако они не всегда могут служить надежным индикатором.

Энергосберегающие устройства и резервная мощность

Некоторые сетевые фильтры имеют энергосберегающие функции, которые отключают фильтр, если подключенные приборы переходят в режим ожидания. Используя сенсорную схему, они определяют, находится ли уровень потребляемой мощности через розетку в режиме ожидания (менее 30 Вт), и в этом случае отключают эту розетку. Это снижает потребление энергии в режиме ожидания компьютерами и другим оборудованием, когда они не используются, что позволяет экономить деньги и энергию. Некоторые более сложные сетевые фильтры имеют конструкцию с "главной" и "подчиненной" розетками, и когда "главная" розетка обнаруживает режим ожидания в токе подключенного прибора, она отключает весь фильтр. Однако могут возникнуть проблемы с определением режима ожидания в приборах, потребляющих больше энергии в этом режиме (например, плазменные телевизоры), поскольку фильтр будет считать их постоянно включенными. При использовании сетевого фильтра с главной и подчиненной розетками, чтобы избежать таких проблем, можно подключить к "главной" розетке прибор с меньшим энергопотреблением в режиме ожидания (например, DVD-плеер), используя его в качестве основного элемента управления. Другая конструкция сетевого фильтра, предназначенная для экономии энергии, использует пассивный инфракрасный (PIR) или ультразвуковой датчик для определения присутствия человека поблизости. Если датчики не обнаруживают движения в течение заданного периода времени, фильтр отключает несколько розеток, оставляя одну розетку включенной для устройств, которые не следует отключать. Эти так называемые "умные сетевые фильтры" предназначены для установки в офисах, чтобы отключать оборудование, когда офис пуст. Рекомендуется не подключать приборы, требующие контролируемой последовательности отключения (например, многие струйные принтеры), к "подчиненной" розетке такого фильтра, так как это может привести к их повреждению при неправильном отключении (например, струйный принтер может не успеть закрыть печатающую головку, что приведет к высыханию чернил и засорению головки). В Европе сетевые фильтры с энергосберегающими функциями подпадают под действие Директивы 2006/95/EC о низком напряжении и Директивы 2004/108/EC об электромагнитной совместимости и требуют маркировки CE.

Some power strips have energy saving features, which switch off the strip if appliances go into standby mode. Using a sensor circuit, they detect if the level of power through the socket is in standby mode (less than 30 watts), and if so they will turn off that socket. This reduces the consumption of standby power used by computer peripherals and other equipment when not in use, saving money and energy Some more sophisticated power strips have a master and slave socket arrangement, and when the "master" socket detects standby mode in the attached appliance's current it turns off the whole strip. However, there can be problems detecting standby power in appliances that use more power in standby mode (such as plasma televisions) as they will always appear to the power strip to be switched on. When using a master–slave power strip, one way to avoid such problems is to plug an appliance with a lower standby wattage (such as a DVD player) into the master socket, using it as the master control instead. A different power strip design intended to save energy uses a passive infrared (PIR) or ultrasonic sound detector to determine if a person is nearby. If the sensors don't detect any motion for a preset period of time, the strip shuts off several outlets, while leaving one outlet on for devices that should not be powered off. These so called "smart power strips" are intended to be installed in offices, to shut down equipment when the office is unoccupied. It is recommended that appliances that need a controlled shutdown sequence (such as many ink jet printers) not be plugged into a slave socket on such a strip as it can damage them if they are switched off incorrectly (for example the inkjet printer may not have capped the print head in time, and consequently the ink will dry and clog the print head.) Within Europe, power strips with energy saving features are within the scope of the Low Voltage Directive 2006/95/EC and the EMC Directive 2004/108/EC and require a CE mark.

Устройство розетки

В некоторых странах, где используется несколько типов розеток, одна сетевая фильтр может иметь два или более типа розеток. Расположение розеток значительно варьируется, но из-за ограничений физического доступа редко бывает больше двух рядов. В Европе сетевые фильтры без защиты от скачков напряжения обычно однорядные, но модели с защитой от скачков напряжения поставляются как в однорядной, так и в двухрядной конфигурации. Если розетки на сетевом фильтре расположены близко друг к другу, кабель с крупным блоком питания ("стенной бородавкой") на конце может перекрывать несколько розеток. Различные конструкции решают эту проблему, некоторые просто увеличивают расстояние между розетками. Другие конструкции включают розетки, вращающиеся в корпусе, или несколько коротких шнуров розеток, подключенных к центральному узлу. Простой способ самостоятельно адаптировать проблемную компоновку сетевого фильтра для крупных блоков питания ("стенных бородавок") – использовать тройной адаптер для розеток, чтобы приподнять розетку над соседними, обеспечив необходимый зазор.

Защита от перенапряжения и фильтрация

Многие сетевые фильтры имеют встроенные устройства защиты от импульсных перенапряжений или фильтры EMI/RFI: их иногда называют подавителями перенапряжений или стабилизаторами напряжения. Некоторые также обеспечивают защиту от импульсных перенапряжений для телефонных линий, коаксиальных кабелей телевидения или сетевых кабелей. Незащищенные сетевые фильтры часто ошибочно называют "подавителями перенапряжений" или "защитниками от перенапряжений", хотя они могут не иметь возможности подавлять импульсы. Подавление перенапряжений обычно обеспечивается одним или несколькими металлооксидными варисторами (MOV) – недорогими двухвыводными полупроводниками. Они работают как высокоскоростные переключатели, временно ограничивая пиковое напряжение на своих выводах. По конструкции, ограничители перенапряжений MOV выбираются для срабатывания при напряжении, несколько превышающем номинальное напряжение сети, чтобы они не обрезали нормальные пики напряжения, а обрезали аномально высокие напряжения. В США это (номинально) 120 В переменного тока. Следует помнить, что эта спецификация напряжения – действующее (RMS), а не пиковое значение, и что это лишь номинальное (приблизительное) значение. Сети электропитания обычно заземлены (занулены), поэтому там есть фазный (L), нейтральный (N) и заземляющий (PE) проводники. Низкостоимостные сетевые фильтры часто оснащаются только одним MOV, установленным между фазным и нейтральным проводниками. Более полные (и предпочтительные) сетевые фильтры будут иметь три MOV, соединенных между каждой возможной парой проводников. Поскольку MOV несколько деградируют при каждом срабатывании, сетевые фильтры, использующие их, имеют ограниченный и непредсказуемый срок службы. Некоторые сетевые фильтры имеют индикаторы "статуса защиты", которые предназначены для отключения, если защитные MOV, подключенные к фазному проводу, вышли из строя, но такие простые схемы не могут обнаружить все виды отказов (например, отказ MOV, подключенного между нейтральным и заземляющим проводниками). Импульсное срабатывание MOV может повредить устройство, расположенное выше по цепи, например, источник бесперебойного питания (UPS), который обычно обнаруживает состояние перегрузки во время подавления импульса. Поэтому рекомендуется не подключать сетевой фильтр с защитой от перенапряжений к UPS, а полагаться исключительно на защиту от перенапряжений, обеспечиваемую самим UPS. Более сложные сетевые фильтры могут использовать LC-цепи (индуктор-конденсаторные сети) для достижения аналогичного эффекта защиты оборудования от пиков высокого напряжения в сети. Эти более дорогие устройства гораздо менее подвержены скрытой деградации, чем MOV, и часто имеют индикаторы, показывающие, подключена ли защитная схема. В Европейском Союзе сетевые фильтры со схемами защиты от перенапряжений могут продемонстрировать соответствие Директиве о низком напряжении (LVD) 2006/95/EC путем соответствия требованиям EN 61643-11:2002+A1. Этот стандарт охватывает как характеристики схемы защиты от перенапряжений, так и ее безопасность. Аналогично, сетевые фильтры со схемами защиты от перенапряжений для телекоммуникаций могут продемонстрировать соответствие LVD, соблюдая требования EN 61643-21:2001.

Many power strips have built in surge protectors or EMI/RFI filters: these are sometimes described as surge suppressors or electrical line conditioners. Some also provide surge suppression for phone lines, TV cable coax, or network cable. Unprotected power strips are often mistakenly called "surge suppressors" or "surge protectors" even though they may have no ability to suppress surges. Surge suppression is usually provided by one or more metal oxide varistors (MOVs), which are inexpensive two terminal semiconductors. These act as very high speed switches, momentarily limiting the peak voltage across their terminals. By design, MOV surge limiters are selected to trigger at a voltage somewhat above the local mains supply voltage, so that they do not clip normal voltage peaks, but clip abnormal higher voltages. In the US, this is (nominally) 120 VAC. It should be borne in mind that this voltage specification is RMS, not peak, and also that it is only a nominal (approximate) value. Mains electrical power circuits are generally grounded (earthed), so there will be a live (hot) wire, a neutral wire, and a ground wire. Low cost power strips often come with only one MOV mounted between the live and neutral wires. More complete (and desirable) power strips will have three MOVs, connected between each possible pair of wires. Since MOVs degrade somewhat each time they are triggered, power strips using them have a limited, and unpredictable, protective life. Some power strips have "protection status" lights which are designed to turn off if protective MOVs connected to the live wire have failed, but such simple circuits cannot detect all failure modes (such as failure of a MOV connected between neutral and ground). The surge induced triggering of MOVs can cause damage to an upstream device, such as an uninterruptible power supply (UPS), which typically sees an overload condition while the surge is being suppressed. Therefore, it is recommended not to connect a surge protected power strip to a UPS, but instead to rely solely on surge protection provided by the UPS itself. More elaborate power strips may use inductor capacitor networks to achieve a similar effect of protecting equipment from high voltage spikes on the mains circuit. These more expensive arrangements are much less prone to silent degradation than MOVs, and often have monitoring lights that indicate whether the protective circuitry is still connected. In the European Union, power strips with surge suppression circuits can demonstrate compliance with the (LVD) Low Voltage Directive 2006/95/EC by complying with the requirements of EN 61643 11:2002+A1. The standard covers both the performance of the surge suppression circuit and their safety. Likewise, power strips with telecoms surge suppression circuits can demonstrate compliance with the LVD by complying with the requirements of EN 61643 21:2001.

Цепление и защита от перенапряжений

Соединение сетевых фильтров с MOV-защитой последовательно ("цепочкой одуванчиков", когда каждый фильтр подключен к предыдущему в цепи) не обязательно повышает уровень их защиты. При таком подключении компоненты защиты от импульсных перенапряжений фактически соединяются параллельно, что теоретически должно распределить энергию импульса между каждым фильтром. Однако из-за производственных различий между MOV, энергия импульса не будет распределена равномерно и, как правило, пройдет через тот фильтр, который сработает первым. Последовательное соединение сетевых фильтров (известное в строительных и электротехнических нормах как многорозетковые адаптеры или переносные отводы питания), с защитой от перенапряжений или без, прямо запрещено большинством нормативных документов. Например, в Международном противопожарном кодексе 2009 года издания Международного совета по кодам, в разделе 605.4.2, указано: "Переносные отводы питания должны подключаться непосредственно к стационарно установленным розеткам".

Защита от перегрузки

Если номинальный ток розетки, вилки и кабеля сетевого фильтра равен номинальному току автоматического выключателя, питающего соответствующую цепь, дополнительная защита от перегрузки для сетевого фильтра не требуется, поскольку существующий автоматический выключатель обеспечивает необходимую защиту. Однако, если номинальный ток розетки (и, следовательно, вилки и кабеля сетевого фильтра) меньше номинального тока автоматического выключателя, питающего соответствующую цепь, необходима защита от перегрузки для сетевого фильтра и его кабеля питания. В Великобритании стандартные вилки и розетки BS 1363 рассчитаны на 13 А, но подключаются к цепям, защищенным автоматическими выключателями до 32 А. Однако законодательство Великобритании о защите прав потребителей требует, чтобы бытовая электротехника поставлялась с вилками стандарта BS 1363, которые включают предохранитель с номинальным током не более 13 А. Следовательно, в Великобритании и других странах, использующих вилки BS 1363, эта вилка с предохранителем обеспечивает защиту от перегрузки для любого сетевого фильтра. Предохранитель необходимо заменить, если сетевой фильтр перегружен и предохранитель сработал. В Австралии и Новой Зеландии номинальный ток стандартной розетки составляет 10 ампер, но эти розетки подключаются к цепям, обычно защищенным автоматическими выключателями на 16 или 20 А. Также можно вставить австралийскую/новозеландскую вилку на 10 А в розетки, рассчитанные на ток до 32 А. Следовательно, все сетевые фильтры, продаваемые в Австралии и Новой Зеландии с тремя или более розетками на 10 А, должны иметь защиту от перегрузки, чтобы при превышении общего потребляемого тока 10 А встроенный автоматический выключатель срабатывал и отключал все подключенные устройства. Эти сетевые фильтры оснащены кнопкой сброса автоматического выключателя, которая используется для возврата фильтра в рабочее состояние после отключения из-за перегрузки. На некоторых сетевых фильтрах красный, подсвеченный переключатель-качалка фактически управляет тепловым автоматическим выключателем, который отключается при срабатывании. Сброс осуществляется путем включения переключателя.

Безопасность

Электрическая перегрузка может быть проблемой для любого типа адаптера для распределения электропитания. Это особенно вероятно, если используется несколько мощных приборов, например, с нагревательными элементами, таких как обогреватели или электрические сковороды. На удлинителях может быть встроен автоматический выключатель для предотвращения перегрузки. В Великобритании удлинители должны быть защищены предохранителем в вилке стандарта BS 1363. Некоторые также оснащены предохранителем 13A стандарта BS1362 в части, предназначенной для розеток. Удлинители обычно считаются более безопасной альтернативой "двойным адаптерам", "двухрозточным вилкам", "трехрозточным вилкам" или "кубическим разветвителям", которые подключаются непосредственно к розетке без сетевого шнура для нескольких приборов. Эти недорогие адаптеры обычно не имеют предохранителя (хотя более современные модели в Великобритании и Ирландии могут быть им оснащены). Поэтому во многих случаях единственной защитой от перегрузки является предохранитель отходящей линии, номинал которого может быть выше, чем у адаптера. Вес вилок, оказывающий давление на адаптер (и часто частично выдергивающий его из розетки), также может стать проблемой, если адаптеры устанавливаются друг на друга или используются с блочными блоками питания. Такие адаптеры, хотя и все еще доступны, в значительной степени вышли из употребления в некоторых странах (хотя двух- и трехрозточные адаптеры все еще распространены в США, Великобритании и Ирландии). При подключении устройства к удлинителю накопление углерода или пыли может вызвать искрение. Обычно это не представляет большой опасности в не взрывоопасной среде, но во взрывоопасных средах (например, вблизи бензоколонки или предприятия по очистке растворителями) требуется специализированное взрывозащищенное герметичное электрооборудование.

Регламенты США

Стандарт 1363 Underwriters Laboratories содержит требования к переносным сетевым фильтрам и удлинителям. В разделе "Область применения" стандарта указано следующее: 1.1 Данные требования распространяются на сетевые фильтры и удлинители с питанием от сети, переносные, с номинальным напряжением не более 250 В переменного тока и номинальным током не более 20 А переменного тока. Переносной сетевой фильтр/удлинитель предназначен исключительно для использования в помещении в качестве временного удлинения заземленной цепи переменного тока общего назначения. Национальный электротехнический кодекс определяет сетевой фильтр как многорозетковую сборку в статье 380.

Регламенты ЕС и Великобритании

В Европе, вилки и розетки без дополнительных управляющих или защитных цепей от перенапряжений не подпадают под действие Директивы 2006/95/EC о низком напряжении и регулируются национальными нормами, поэтому не должны иметь маркировку CE. В Великобритании, правовые требования к вилкам и розеткам изложены в Законодательном инструменте 1994 года № 1768, "Вилки и розетки" и т.д. (Безопасность) Регламент 1994 года. Этот регламент содержит требования ко всем бытовым вилкам и розеткам, включая блочные розетки (удлинители), см. Требования к электрическому оборудованию для вилок и розеток и т.д. Руководство по британским "Вилкам и розеткам" и т.д. (Безопасность) Регламенту 1994 года (S. I. 1994/1768). Регламент требует, чтобы все блочные розетки соответствовали требованиям спецификации BS 1363-2: 2010 "Спецификация для 13А розеток с и без выключателя" и требованиям спецификации BS 5733: "Общие требования к электроустановочным изделиям". Розетки и розетковые выходы не требуют независимой сертификации в соответствии с регламентом. Любая вилка, установленная в блочной розетке, должна соответствовать требованиям спецификации BS 1363-1: "Спецификация для вилок 13А с предохранителями, переустанавливаемых и непереустанавливаемых". Вилки также должны быть независимо сертифицированы и маркированы в соответствии с требованиями регламента. Если блочная розетка содержит дополнительные управляющие цепи или цепи защиты от перенапряжений, она подпадает под действие Директивы 2006/95/EC о низком напряжении и должна иметь маркировку CE. Блочные розетки с управляющими цепями также подпадают под действие Директивы 2004/108/EC об электромагнитной совместимости.

История

Мультипликаторы розеток, выполняющие ту же функцию, что и сетевые фильтры, появились как минимум в начале 1920-х годов. Однако они обычно не имели длинной "полосы", как современные устройства. Примеры сетевых фильтров встречаются в патентной системе США, начиная с 1929 года, с изобретения Карла М. Петерсона под названием "Table Tap". Другой ранний пример был создан компанией Allied Electric Products в 1950 году. Вероятно, первые современные конструкции сетевых фильтров были разработаны американской фирмой Fedtro, которая подала два патента в 1970 году на конструкции, близкие к современным. Одна из ранних версий, называемая "распределительной панелью", была изобретена в 1972 году австралийским инженером-электриком Питером Талботом, работавшим под руководством Фрэнка Баннигана, управляющего директора австралийской компании Kambrook. Продукт имел огромный успех, однако он не был запатентован, и доля рынка в конечном итоге перешла к другим производителям.