Как выбрать стабилизатор напряжения

Пользователи электроприборов редко задумываются, каким напряжением питается то или иное устройство. Они просто включают его в розетку и применяют по назначению. А если прибор вдруг неожиданно перегорел или сломался, то обычно винят в этом низкое качество изделия. На самом же деле, в большинстве случаев причина кроется совершенно в другом, а именно в отклонении питающего напряжения от нормативных значений.

К каким проблемам приводит некачественное напряжение

В России стандартным считается напряжение 230 В с допустимым отклонением +/- 10 %, то есть в диапазоне от 207 до 253 В. Именно на эти пределы ориентируются производители электронных приборов и техники. К сожалению, эталонное напряжение бывает далеко не везде. В загородных поселках и новых микрорайонах часто подключают новых потребителей к старой сети, которая не рассчитана на подобную нагрузку. В результате напряжение падает до 190-200 В, а то и ниже. Из-за этого возрастают токи в обмотках электромоторов холодильников, стиральных и посудомоечных машин, кондиционеров и другого оборудования. Вследствие этого двигатели перегреваются и быстро выходят из строя.

Другая распространенная проблема – повышенное напряжение. Иногда на подстанциях намеренно передают в бытовую сеть электроэнергию с более высоким напряжением, чтобы у удаленных потребителей оно не опустилось ниже нормативных значений из-за потерь. Также превышение номинальных параметров возможно, если происходит перекос фаз. Бывают случаи, когда на одну линию подается все трехфазное напряжение от щита – то есть 400 В. Такое развитие событий гарантированно выводит всю технику из строя, а зачастую еще и приводит к ее возгоранию.

Как защититься от скачков напряжения

Проверенный способ – установка в щитке реле напряжения. Этот метод эффективен и прост, но у него есть важный недостаток. В случае выхода напряжения за установленные пределы, реле просто обесточивает потребителей. При регулярных перебоях в электросети вы просто не сможете нормально пользоваться электричеством. Не говоря уже о том, что частые аварийные выключения не идут на пользу многим видам техники.

Оптимальным же решением считается установка стабилизатора напряжения. Это оборудование обеспечивает корректировку параметров тока и защищает потребителей от перебоев или аварийных ситуаций в электросети. Но, чтобы надежно обезопасить свою технику от повышенного или пониженного напряжения, нужно правильно подобрать характеристики стабилизатора. Наиболее важные параметры, на которые следует обращать внимание при покупке:

• тип стабилизатора;
• число фаз;
• диапазон стабилизации напряжения;
• выходная мощность;
• точность стабилизации;
• способ монтажа;
• средства мониторинга работы устройства;
• тип разъема для подключения нагрузки.

Рассмотрим подробнее каждый из этих параметров

Тип стабилизатора

Устройства различаются конструктивными особенностями и принципом работы. В настоящее время выпускаются следующие разновидности стабилизаторов напряжения:

• релейные. Это классическое оборудование, представляющее собой регулируемый трансформатор с несколькими отводами первичной или вторичной обмотки, которые коммутируются силовыми реле. Если напряжение нормальное, то трансформатор работает как разделительный – он его не повышает и не понижает. Если же характеристики электросети выходят за установленные пределы, включается соответствующее реле. Это превращает трансформатор в повышающий или понижающий. К преимуществам релейных стабилизаторов можно отнести низкую стоимость, высокую стойкость к перегрузкам и быстродействие. Но есть у этих устройств и ряд недостатков. Речь идет, в первую очередь, о ступенчатости регулирования, довольно высокой шумности, низком эксплуатационном ресурсе из-за износа контактов реле;

• электромеханические или сервоприводные. Конструктивно они представляют собой тороидальный трансформатор, над внешней обмоткой которого есть передвигающийся токосъемник. При повышенном или пониженном напряжении сервопривод перемещает токосъемник, что приводит к стабилизации выходного напряжения. Электромеханические стабилизаторы способны выдерживать достаточно длительные и большие перегрузки (200 % в течение 4 секунд), обеспечивают плавное и точное регулирование, не создают много шума при работе. Но, как и в случае с релейными устройствами, они подвержены довольно интенсивному износу из-за механического способа управления стабилизацией. Даже регулярная обработка токосъемника графитной смазкой не может полностью исключить трение между подвижными деталями. Еще одним минусом оборудования считается большое время срабатывания. Стабилизатор не очень хорошо справляется с большими перепадами напряжения, при которых может создавать импульсные помехи, вызывающие сбои в работе электроприборов;

• инверторные. Одни из наиболее совершенных типов стабилизаторов напряжения. Схема этих устройств включает в себя инвертор. Таким образом, ток из электросети сначала преобразуется в постоянный, а затем снова в переменный. Благодаря этому можно добиться очень высокой точности регулирования и полного отсутствия выходных помех. В инверторных стабилизаторах нет движущихся контактов, поэтому они не подвержены быстрому износу и не создают много шума при работе. Но есть свои недостатки и у таких высокотехнологичных устройств. К их числу относится довольно высокая цена, чувствительность к импульсным помехам (стоит отметить, что их возникновение в бытовой электросети – очень редкое явление), а также низкая перегрузочная способность. Стабилизаторы обычно рассчитаны на перегрузки не более 50 % длительностью не более 1-4 секунд. Кроме того, в недорогих инверторных стабилизаторах выходное напряжение имеет не чистую синусоидальную форму, а ступенчатую. Многие виды электрооборудования (например, газовые котлы, аудиотехника, измерительные приборы) могут из-за этого сбоить или вообще перестать работать;

• ступенчатые электронные. Принцип их работы схож с релейными стабилизаторами. Главное различие заключается в том, что вместо реле за коммутацию обмоток трансформатора отвечают мощные полупроводники. Такой подход позволяет добиться очень высокой скорости регулирования (5-40 мс). При этом устройства не имеют подвижных частей, отличаются бесшумной работой и обладают большим эксплуатационным ресурсом. К минусам ступенчатых электронных стабилизаторов можно отнести низкую перегрузочную способность (обычно они выдерживают кратковременные перегрузки в 20-40 %), ступенчатость регулирования и чувствительность к импульсным помехам.

Число фаз

Стабилизаторы напряжения бывают однофазными и трехфазными. Первые предназначены преимущественно для бытовых и офисных потребителей, которые работают от сети 220 В. С их помощью можно защитить домашние электроприборы, оргтехнику, отопительные, вентиляционные, охранные и другие системы.

Трехфазные стабилизаторы применяются в основном в промышленности. Их включают в цепи с мощными потребителями, работающими от напряжения 380 В – например, насосами, электродвигателями, печами и прочим технологическим оборудованием. Также трехфазные модели иногда используются для комплексной защиты крупных жилых объектов, включая загородные дома и коттеджи. Но такое решение не всегда оправданно. Это объясняется двумя причинами:

• если к жилому дому подведены три фазы, то установить три однофазных стабилизатора на каждую питающую фазу бывает дешевле, чем один трехфазный на всю линию;
• в случае сбоя питания на одной из фаз трехфазный стабилизатор отключит всю сеть. Если же использовать независимые однофазные, то обесточивание коснется только одной проблемной линии.

Но эти моменты не относятся к ситуациям, когда в электросистеме есть хотя бы один трехфазный потребитель (например, электрическая печь). В подобных случаях необходимо устанавливать только 3-фазный стабилизатор.

Диапазон стабилизации напряжения

Все стабилизаторы имеют два диапазона входного напряжения – номинальный (рабочий) и предельный. Первый представляет собой диапазон, в котором гарантируются нормальные параметры стабилизации. Во втором случае обеспечивается функционирование устройства, но выходное напряжение может отличаться от номинальных значений. Чтобы выбрать стабилизатор по диапазону стабилизации важно предварительно замерять характеристики сети, в которой он будет эксплуатироваться. Замеры рекомендуется производить при максимальной загрузке электросети. Для этого следует включить все электроприборы, которые необходимо защитить.

Выходная мощность

Расчет мощности – это один из ключевых моментов при выборе стабилизатора напряжения. Если установить устройство с недостаточными мощностными показателями, то можно получить частые отключения сети из-за перегрузок. Чтобы рассчитать данный параметр нужно сложить мощности всех защищаемых приборов. Но этим все не ограничивается. Дело в том, что на большинстве электронной техники указывается активная мощность в ваттах. Для расчета же нужно брать значения полной потребляемой мощности в вольт-амперах. Особенно важным этот нюанс является для оборудования, в составе которого имеются электродвигатели или емкостные элементы.

Чтобы перевести активную мощность в полную, нужно значение в ваттах разделить на коэффициент, обозначаемый cos(φ) (произносится, как «косинус фи»). Он учитывает реактивную составляющую электрического тока. В техническом описании многих приборов cos(φ) часто обозначается как PF, то есть Power Factor. Если у вас нет руководства или инструкции по эксплуатации электрооборудования, то по умолчанию косинус фи принимается равным 0,7-0,8.

После того, как вы просуммируете мощность всех потребителей с учетом активной и реактивной нагрузки, полученное значение рекомендуется увеличить на 20-30 %. Это необходимо для возможности подключения к стабилизатору дополнительных приборов в будущем, а также для компенсации снижения мощности из-за падения входного напряжения.

Приведем пример расчета. Итак, допустим, перед нами стоит задача защитить бытовые электроприборы в однофазной сети, а именно – компьютер с блоком питания на 600 Вт, электрообогреватель на 1000 Вт и телевизор с потреблением 300 Вт. Для начала узнаем значения cos(φ) в инструкции или справочниках. Для компьютера он равен 0,9, для обогревателя 0,8, а для телевизора 1.

Сначала переведем мощность из ваттов в вольт-амперы:

VA (комп.) = 600/0,9 = 667 ВА;

VA (обогр.) = 1000/0,8 = 1250 ВА;

VA (тел.) = 300/1 = 300 ВА.

Складываем полученные значения:

VA (сумм.) = 667 + 125 + 300 = 2217 ВА.

Прибавляем 30-процентный запас:

2217 + 30 % = 2882 ВА.

Округляем в большую сторону до ближайшей стандартной мощности и получаем, что для защиты указанного оборудования нам нужен стабилизатор на 3000 ВА.

Точность стабилизации

Этот параметр отражает наибольший возможный перепад выходного напряжения. В соответствии с ГОСТ он не должен превышать 10 %. Большинство современных устройств обеспечивает точность стабилизации в пределах 3-8 %. Существуют модели, у которых этот показатель составляет не более 0,5-1 %. Такая точность очень важна для некоторых категорий потребителей, например, измерительных приборов, медицинского оборудования, а также другой сложной и ответственной техники. Для большинства бытовых устройств будет достаточно обеспечивать выходное напряжение с точностью 5-7 %.

Важно понимать, что эта характеристика подбирается по самому требовательному потребителю в сети. Часто подключаемые приборы делятся на категории в зависимости от необходимой точности стабилизации. После этого каждая из них подключается через стабилизатор с соответствующими параметрами.

Способ монтажа

По способу установки стабилизаторы напряжения бывают:

• настенно-навесного размещения. Такие устройства фиксируются на вертикальных поверхностях. Они, как правило, имеют небольшую мощность и их удобно монтировать в непосредственной близости от защищаемого оборудования;
• для монтажа в стандартные электротехнические 19-дюймовые стойки и шкафы. Эти стабилизаторы имеют корпус унифицированных размеров и позволяют экономить пространство за счет компактного размещения в одном шкафу или стойке с защищаемой аппаратурой;
• для установки на горизонтальные поверхности. Самый распространенный тип стабилизаторов. Устройства малой и средней мощности представляют собой удобные и компактные моноблоки. Высокомощные модели выпускаются в виде вертикальных шкафов.

Средства мониторинга работы устройства

Стабилизаторы напряжения оснащаются различными средствами индикации. Они позволяют отслеживать и анализировать параметры работы устройств. Обычно стабилизаторы имеют светодиодную световую индикацию. Это простое, недорогое и достаточно эффективное решение. Некоторые модели снабжены жидкокристаллическим дисплеем. На него выводится вся важная информация о состоянии сети и самого стабилизатора.

Для устройств, применяемых в промышленности, очень важна возможность удаленного мониторинга в режиме онлайн. Он может быть реализован с помощью различных интерфейсов – USB, RS-485, Ethernet и других.

Тип разъема для подключения нагрузки

Нагрузка может подключаться к стабилизатору через розетки или клеммы. Если устройство планируется применять для защиты какой-либо линии питания (скажем, осветительной), то лучше выбрать модель с разъемом в виде клемм. Для подключения отдельных потребителей удобнее использовать обычные евророзетки. Некоторые стабилизаторы укомплектованы компьютерными розетками IEC 320 C13. Такие устройства созданы специально для защиты компьютерной техники и учитывают низкий коэффициент мощности, который характерен для таких потребителей.

Дополнительные параметры

Производители сегодня предлагают огромный выбор стабилизаторов напряжения. Помимо основных параметров иногда бывает необходимо обращать внимание и на дополнительные характеристики. Среди наиболее важных из них можно выделить:

• время срабатывания. Этот параметр определяет быстродействие стабилизатора и скорость его реакции на изменения входного напряжения. Чем больше время срабатывания, тем выше риск повреждения подключенных электроприборов;
• КПД. Эта характеристика определяет энергосберегающие качества устройства. Чем она выше, тем более энергоэффективным является стабилизатор;
• шумность. Многие устройства сильно гудят или издают щелчки при работе, поэтому их установка в жилых помещениях может доставлять дискомфорт.

Также следует обращать внимание на материал, из которого изготовлен стабилизатор. Лучше отдавать предпочтение моделям с металлическим корпусом. Такие устройства более прочные, надежнее защищены от механических повреждений и лучше с точки зрения пожарной безопасности.