Как выбрать стабилизатор напряжения?

Как правильно выбрать стабилизатор напряжения для дома?

 

Для этого нужно потратить всего лишь несколько минут своего времени, вспомнить давно забытый школьный курс физики, а также узнать некоторые интересные факты о том, что  такое вообще стабилизаторы напряжения, почему они нужны, какие они бывают, в чем преимущества и недоставки разных типов. Почему они так сильно отличаются по стоимости. 

Эта статья предназначена, в первую очередь, для людей, которые не являются специалистами в области электрики, и хотят «простыми словами» прочитать и понять причины нестабильного напряжения в городской сети. Это позволит вам легко подобрать для себя лучший  вариант стабилизатора  по соотношению «цена – качество». 

 

Для начала надо вспомнить, что же такое электрический ток, что такое есть напряжение электрического тока,  и зачем его вообще надо стабилизировать.

 

Электрический ток —(по определению из учебника) это направленное  движение заряженных частиц (электронов)  в проводнике (в проводах). Для простоты восприятия можно представить проводник как водопроводную трубу, внутри которой в определенном направлении течет вода (электроны), которая падая на водяное колесо (электрический двигатель) заставляет его вращаться.

 

Электрическое напряжение имеет еще более сложное для осмысления определение, которое проще  представить, используя предыдущий пример. Если представить, поток электронов в виде потока воды, тогда напряжение тока, можно представить в виде давления оказываемого водой на водяное колесо, то есть, если давление сильное, колесо будет крутиться быстрее, если давление слабое - медленнее.  При низком напряжении тока (давлении) – лампочка будет гореть тускло, а  двигатель вращаться медленно, при высоком напряжении тока (давлении потока электронов), лампочка будет гореть ярко, а двигатель вращаться быстро.   

Также по аналогии с давлением, можно представить, что если давление воды очень сильное оно может со временем прорвать водопроводную трубу, или попав на водяное колесо из-за сильного напора, разрушить его. Если оно очень слабое, силы давления не хватит, чтобы сдвинуть колесо, соответственно оно не будет вращаться и совершать для нас полезную работу. В электрике все точно также, все приборы рассчитаны на определенное напряжение (давление потока электронов), слишком сильное напряжение разрушит приборы (перегорит мотор), слишком слабое напряжение не позволит  приборам работать, потому что не будет, по аналогии с водой, достаточного усилия для работы  

Поэтому для того чтобы приборы работали долго и исправно, а самое главное  были безопасными для людей, производители этих приборов обязательно указывают необходимое напряжение тока. Напряжение тока измеряется в определенных единицах - вольтах.  В России допустимым значением напряжения является 220 вольт +\-  20 вольт.  Это означает, что если в ваш прибор подается напряжение (давление электронов)  не ниже 200 и не выше 240 вольт, в этом случае производитель гарантирует долгую,  стабильную и безопасную работу прибора.

 

Почему напряжение в городской сети ниже или выше нормы, или периодически скачет?

 

Честно говоря, такая беда есть только в России, странах СНГ, некоторых странах Африки и Латинской Америки. В остальном Мире -  Европе, США, Японии и даже как неудивительно в Китае, практически не знают что такое бытовые стабилизаторы напряжения. Там есть только промышленные стабилизаторы напряжения большой мощности, использование которых при производстве объективно необходимо. Так почему же напряжение в городской электрической сети в России так непостоянно? 

Пониженное напряжение в сети (ниже 200 вольт) является наиболее частой проблемой (80 % случаев). Часто бывает, что напряжение даже в городе (не говоря уже о деревнях) падает до 140 - 160 вольт. При этом лампочки тускнеют, утюг перестает греть, насос перестает качать воду, некоторые электроприборы просто не включаются.

Причина проста. Опять представим электрический ток, в виде потока воды идущего по трубе. От чего зависит давление потока? 

Конечно от силы напора насоса (его мощности), который качает воду в трубу, и от диаметра самой трубы.  Представим, что у нас было 10 дачных домиков,  в которые один насос (в электрике одна электростанция) по одной трубе (сетям) качал воду. У всех людей во всех 10 домиках был хороший напор воды, все было очень хорошо и удобно. Но прошло время, и рядом построили ещё два домика, а насос оставили старый, да и трубу не поменяли, естественно при этом давление воды, распределившись на 12 домов, станет ниже, но это будет не очень заметно. Вода будет течь ещё с хорошим напором. Но пройдет ещё время, и насос начнет барахлить и мощность его чуть упадет,  потихоньку начнут протекать трубы, давление воды упадет ещё чуть-чуть. За это время построят ещё 5 домов, да и в тех 10 первых домах люди вместо обычных ванн поставили огромные джакузи, кто-то бесстыжий врезал нелегальный кран в общую трубу, и начал откачивать воду. Потребление воды в итоге сильно вырастет, а трубу и насос опять забудут поменять, естественно вода станет в итоге течь тоненькой струйкой. 

Тоже самое происходит с электроэнергией, люди строят новые дома, покупают новые электроприборы домой (кондиционеры, обогреватели, беговые дорожки), а сети электрические в городе никто не меняет, электростанции никто новые не строит. Все что сейчас мы используем, было рассчитано 30 лет назад на гораздо более скромное потребление.  В пригородах, где раньше стоял дачный массив, из однокомнатных домиков сараюшек с одной лампочкой, электрической плиткой и телевизором появились трехэтажные коттеджи, а сети остались те же, что были рассчитаны на сараюшки. Также по аналогии с водой, по утрам и вечерам из-за того что все умываются давление падает. Также и с электричеством: по утрам и вечерам напряжение тоже падает. То есть, при потреблении мощности больше, чем рассчитана электростанция и электрические сети, начинает падать напряжение. Есть и другие причины падения напряжения, но превышение мощности выше допустимой основная из них.

Повышенное напряжение возникает обычно по причине неправильного подключения электрических сетей некомпетентными работниками электрических сетей, сбоев в распределительном оборудовании или попытками тех же сотрудников электрических сетей «просто» решить сложные проблемы.  Например, стоит распределительная подстанция в деревне,  мощность она свою на деревню давно исчерпала, и у кого-то на краю деревне в 3 километрах от подстанции в доме в розетке не напряжение не 220 вольта, а 130, и ничего у него не работает. По хорошему, проблема решается заменой подстанции (надо по аналогии с водой увеличить мощность насоса) и сетей (потому что также по аналогии с водой, увеличив мощность не увеличив диаметр трубы, приведет к прорыву трубы), а это все огромные деньги и время. Куда как проще и к тому же бесплатно, на подстанции увеличить напряжение с 220 вольт до 250 вольт или выше. Тогда в трех километрах от подстанции на краю деревне станет напряжение не 130 вольт, а 150 вольт. Ну и все более-менее начнет работать, но у того, кто живет возле подстанции в радиусе километра, напряжение станет соответственно около 245 вольт.

Скачки напряжения получаются в результате попеременного взаимодействия причин вызывающих повышение и понижение напряжения. Допустим, в вышеупомянутой деревне днем напряжение в домах возле подстанции 245 вольт,  а в домах на краю деревне 150 вольт.  Пришла ночь, все выключили свет, легли спать, потребление снизилось, высвободилась мощность, на краю деревне в сети стало 170 вольт, а вот у тех, кто живет возле подстанции, может стать до 265. А утром все проснулись, включили свет, и напряжение опять просело. Так появляются скачки напряжения, также частыми причинами скачков являются: 

- Подключение и отключение больших потребителей электроэнергии  (сварка, электрические бани, обогреватели, кондиционеры, электрогрили, электрочайники). Т.е., в момент подключения  мощного потребителя, если представить ток как поток воды, открывается  большой кран, при этом давление воды (напряжение тока) сильно падает, а при отключении потребителя давление (напряжение) может сильно очень резко повыситься, что как раз и приводит к порче оборудования.  

- Аварии в сети, повреждения линий электропередач, короткие замыкания в каком-то конкретном доме могут привести к скачку на большом участке сети.  

- Удары молнии могут привести к резкому повышению напряжения, при котором гарантированно сгорит большинство домашней техники.    

- Человеческий фактор - это тот самый всем известный пьяный электрик «дядя Ваня». Он может неправильно подключить сети, это касается того момента когда с линий электропередач по которым идет напряжение 380 вольт, разводят сети на массивы домов, в результате неправильного подключения, что не так редко бывает, у кого-то в сети будет 150 вольт, а у кого-то 300.

Мы рассмотрели основные причины нестабильного напряжения в сети.   

К сожалению, основной причиной является сильная изношенность электрических сетей и подстанций, которые давно исчерпали свою мощность. Глобально проблема решается только на государственном уровне. Но к счастью или к несчастью, есть стабилизаторы напряжения, которые позволяют локально решить эту проблему конкретным людям.

ВНИМАНИЕ: Самое важное это понять, что стабилизатор не поднимает напряжение «из ничего», он, условно говоря, перераспределяет напряжение в сети в пользу того места где он установлен. То есть, если у вас в сети во всей деревне было 180 вольт, и вы себе поставили стабилизатор, у вас станет напряжение 220 вольт в сети, а вот во всей остальной деревне напряжение упадет на 0.5 вольта, и станет 179,5. Если 50 % жителей поставят себе стабилизаторы, у другой половины жителей деревни станет в сети 130 вольт. Если стабилизаторы поставят 2\3 жителей деревни, тогда и подстанция и провода будут ярко-ярко гореть синим пламенем. Будет перенапряжение, в лучшем случае сработает защита, и просто отключат свет, пока потребители не выключат свои стабилизаторы, или потребление не снизится,  либо будет капитальный ремонт подстанции и все дружно побегут покупать свечки, так как света не будет пару недель.

 

Что такое  стабилизатор напряжения?

Стабилизатор напряжения – это устройство, которое позволяет стабилизировать напряжение электрического тока до нормального. Проще говоря, стабилизатор, пропуская через себя повышенное или пониженное напряжение - 130, 150, 200 или 260 вольт, должен выдать из себя напряжение в допустимом диапазоне. Этот диапазон по Российским стандартам должен быть от 200 до 240 вольт. Для большинства электроприборов, за исключением дорогой профессиональной аудиотехники, некоторого медицинского и лабораторного  оборудования, некоторых специальных электронных приборов напряжение в сети от 200 до 240 вольт является безопасным и гарантирует стабильную и безопасную работу. 

Также стабилизатор напряжения должен не только стабилизировать напряжение, повышая низкое напряжение или понижая повышенное напряжение в городской сети.

Он должен обеспечивать защиту от скачков напряжения, а именно, обеспечивать защиту в сам момент перепада напряжения. Опасность состоит в том, что если напряжение на входе в стабилизатор очень резко повыситься (например, было 160 вольт, а стало 220), на выходе стабилизатора там, где подключены ваши электроприборы, может возникнуть кратковременный импульс напряжения до 300 вольт.  Большинство стабилизаторов, кроме самых дорогих и высокотехнологичных моделей, не успевают стабилизировать такие скачки. Это не брак, это особенности технологии. Качественно сделанный стабилизатор должен в таких случаях отключить выходящее напряжение, чтобы не допустить попадания импульса в ваши приборы. Такая защита называется  защитой от импульсных скачков. Обычно бытовые стабилизаторы изготавливают с расчетом на то, что диапазон напряжений, которые попадают в него из городской сети,  будет не менее 140 вольт и не более 260 вольт. При этом стабилизатор должен выровнять напряжение до допустимого уровня.   

 

Какие бывают типы стабилизаторов?

Сейчас в магазинах можно увидеть множество стабилизаторов разных типов. Каждый тип стабилизатора имеет свой способ стабилизации напряжения. Каждый из способов стабилизации напряжения имеет свои достоинства и свои недостатки. Если классифицировать стабилизаторы напряжения по способу стабилизации, получиться следующая таблица:

 Стабилизаторы напряжения

Ступенчатые корректоры напряжения

Электромеханические стабилизаторы

Редкие или устаревшие типы стабилизаторов

1. Стабилизаторы напряжения на механических реле

2. Стабилизаторы напряжения на твердотопливных реле (тиристорах)

3. Электромеханические стабилизаторы с электроприводом

4. Феррорезонансные стабилизаторы

5. Стабилизаторы с двойным преобразованием 

6. Компенсационные стабилизаторы напряжения

Рассмотрим подробнее каждый из типов.  

«Ступенчатые корректоры напряжения» являются на сегодняшний день самым распространенным типом стабилизаторов. Поэтому мы достаточно подробно опишем их принцип работы.

Внутри стабилизатора находиться трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны несколько мотков проволоки.

 

Принцип стабилизации напряжения очень прост. Он основан на эффекте «электромагнитной индукции». Для нас важно понять, что одним из проявлений этого эффекта будет следующая ситуация:

Например, на первичной обмотке трансформатора 10 витков проволоки, к этим виткам подключено напряжение из городской сети в 220 вольт. 

Если на вторичной обмотке в это время будет тоже 10 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет тоже 220 вольт.  

Если на вторичной обмотке в это время будет только 5 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет уже 110 вольт.

То есть, возникает полезный эффект, который заключается в том, что если менять количество витков на вторичной обмотке, то можно менять напряжение, которое проходит через стабилизатор.  

Зависимость изменений напряжения от изменения количества витков можно представить следующим образом:  

 

Напряжение в городской сети, которое входит трансформатор

Количество витков на первичной обмотке

Действие

(подключаем

или отключаем обмотки)

Количество витков на вторичной обмотке

Напряжение, которое выходит из трансформатора

220 вольт

10

Ничего не меняем

10

220 вольт

220 вольт

10

Отключаем 2 обмотки

8

176 вольт

220 вольт

10

Подключаем 2 обмотки

12

264 вольта

 

На самом деле, и первичная и вторичная обмотка трансформатора состоят из сотен витков. Стабилизатор, подключая и отключая обмотки, может легко стабилизировать напряжение до нормы. Упрощая, можно сказать, что если к вторичной обмотке добавить 3 витка, это увеличит напряжение на 1 вольт, если убрать 3 витка - уменьшит напряжение на 1 вольт. 

Пример:  

Допустим, напряжение в сети упало до 200 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо добавить еще 20 вольт, что означает, что нужно к вторичной обмотке добавить ещё (3 х 20) = 60 витков. 

Допустим, напряжение в сети повысилось до 250 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо убавить  его на 30 вольт, что означает, что от вторичной обмотки нужно убрать ещё (30 х 3) = 90 витков.  

Теперь стало понятно, как трансформатор стабилизирует напряжение, он просто подключает и отключает обмотки на трансформаторе.   

Но как происходит это подключение и отключение?  

Это происходит благодаря специальному устройству, которое называется «реле». Это простое устройство выполняет только одну функцию: оно как «выключатель» замыкает, или размыкает электрическую цепь. Разница между «реле» и обычным «выключателем» в том, что реле можно управлять.    

В упрощенном виде процесс управления можно представить так:  

Послала плата управления стабилизатора «сигнал» реле, реле включилось, и замкнуло обмотку. Послала плата управления ещё один «сигнал» реле, реле выключилось и разомкнуло обмотку. 

Теперь мы вплотную подошли, к ответу на вопрос, почему же этот тип стабилизаторов называется «ступенчатым корректором». Для начала вспомним, что допустимым напряжением по Российским и Международным стандартам является напряжение в интервале от 200 до 240 вольт. То есть, для нормальной и безопасной работы бытовых приборов напряжение ровно в 220 вольт не требуется. Исходя из этого норматива, был спроектирован такой вид стабилизаторов как  «ступенчатые корректоры напряжения».  

Большинство стабилизаторов данного типа имеют «шаг» в 15 вольт. Это означает, что если напряжение понизиться, например, более чем на 15 вольт, то есть, в сети было напряжение 220 вольт и вдруг упало до 205. Тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, которая будет состоять из (3 витка  х 15 вольт) = 45 витков, в этом случае напряжение, которое будет выходить из стабилизатора, станет 220 вольт. Если напряжение в сети опять упадет с 205 вольт уже до 190 вольт, тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, ещё дополнительно 45 витков, тогда напряжение из стабилизатора опять станет 220 вольт и так далее. Соответственно, если напряжение в сети было 220 вольт, а стало 235 вольт, тогда стабилизатор отключит обмотку, и, тем самым, уменьшит напряжение до нормы.

Многие  стабилизаторы имеют интервал входящих напряжений от 160 до 260 вольт. Это означает, если в вашей городской сети в вашей розетке будет напряжение от 160 до 260 вольт, тогда стабилизатор, пропуская напряжение через себя (через трансформатор), обязан скорректировать его до нормы, при этом нормой будет считаться напряжение от 200 до 240 вольт.

В реальности это будет выглядеть так. Допустим, напряжение в вашей розетке по причинам перегруженности по вечерам (все приходят домой с работы включают  бытовые электроприборы и свет) будет понижаться с 220 до 176 вольт. 

При этом ваш стабилизатор будет выдавать следующее напряжение:  

  

Как видите, стабилизатор «выравнивает» напряжение только после того как оно опуститься ниже определенного значения. В данном случае этим значением является 208 вольт. Как только напряжение опускается ниже нормы, стабилизатор подключает обмотку и выравнивает напряжение. Поэтому этот тип стабилизаторов получил название ступенчатый корректор. 

Сразу возникает вопрос, а почему нельзя сделать много отдельных обмоток, и много реле, чтобы напряжение, которое выходит из стабилизатора, было всегда около 220 вольт, и не опускалось до 208? Сделать можно, но возникают следующие трудности:  

1) Если сделать больше 5 отдельных обмоток, тогда при включении стабилизатора будет раздаваться очень сильный дребезжащий звук, который будет очень сильно нервировать. Причина этого явления в том, что многие обмотки, какправило, при включении не задействованы, они вносят дисбаланс в магнитное поле трансформатора.

2) Если сделать много реле, потребуется гораздо более сложная плата управления и много дополнительных реле, которые удорожат стабилизатор на столько, что цена для стабилизатора такой же мощности вырастет в 1.5 -2 раза, а какой смысл удорожать, если напряжение и так находиться в пределах нормы.    

3) Существует зависимость, что чем ниже входящее напряжение, тем больше увеличивается ток. Об этом будет подробнее  рассказано дальше, в данном случае это означает, что при пониженных напряжениях в сети (ниже 180 вольт),  чем ближе выходящее напряжение из стабилизатора будет к значению 220 вольт, тем больше будет ток. Чем больше ток, тем мощнее требуется трансформатор. 

При прочих равных условиях, потребуется на 25 % более мощный трансформатор, а это в свою очередь ещё больше удорожит стабилизатор.

Все типы стабилизаторов, относящиеся к ступенчатым корректорам, работают по этому принципу. В свою очередь, этот тип стабилизаторов подразделяется на два больших подвида, а именно.

Стабилизаторы на механических реле, и на твердотельных реле (тиристорах). Хотя обычные механические реле и тиристоры совершенно разные устройства, функция, выполняемая ими в стабилизаторах, у них абсолютно одинакова. Эта функция, как вы уже знаете, подключать и отключать обмотки, то есть, и механическое реле (электромагнитное) и твердотельное реле (тиристор) по команде, полученной от платы управления стабилизатором, либо размыкают, либо замыкают обмотки трансформатора между собой. Важно понять, несмотря на то, что принципы работы у них абсолютно разные, на работу стабилизатора это никак не влияет. Если говорить о бытовых стабилизаторах для дома (мощностью  до 10 киловатт), принципиально тиристоры  имеют только одно неоспоримое преимущество перед механическими реле, а именно, тиристоры в отличие от механических реле работают абсолютно бесшумно, в остальном «высоко технологичность» тиристоров для потребителя никак не проявляется. Остальные плюсы и минусы механических и твердотельных реле (только в контексте использования их в стабилизаторах) можно увидеть в следующей таблице. 

Возврат к списку