В 2014 році Україна перейшла на міжнародний європейський стандарт напруги CENELEC EN 50160.2010 згідно якого напруга в мережі повинна бути 400В ± 10% для трифазної та 230 ±10% для однофазної мережі. На практиці з різних причин (нерівномірне навантаження фаз, обрив або підгоряння нуля та інших факторів) напруга в мережі може як підвищуватись так і знижуватись за межі допустимих значень. Сучасні моделі побутової техніки обладнані контролерами, які стежать за якістю напруги в мережі, але є і такі, що не мають цих пристроїв. Тому стає питання захисту обладнання від скачків напруги.
Для вирішення цього питання існує декілька пристроїв, кожен з яких розраховано на різні потреби.
Самим бюджетним варіантом є мережевий фільтр. Це пристрій, який зовнішнє схожий на подовжувач, але в ньому вбудована електрична схема що згладжує стрибки напруги, та фільтрує високочастотні перешкоди. Зазвичай його використовують для захисту одного малопотужного побутового приладу такого як комп’ютер, музичний центр, домашній кінотеатр та інше. Не рекомендується підключати до мережевих фільтрів холодильники, морозильні камери, кондиціонери, пральні машини, мікрохвильові печі, та інше потужне обладнання. Мережевий фільтр захищає від невеликих стрибків напруги. При значному підвищенні напруги він може вийти з ладу, але обладнання яке приєднане до нього залишається неушкодженим.
Іншим варіантом захисту є реле напруги, або як їх ще називають відсікачі напруги. Це електромагнітний прилад який відключає навантаження при невідповідності напруги заданим параметрам і автоматично включає її при відновленні якості напруги в мережі. Конструктивно реле напруги складається з двох вузлів змонтованих в одному корпусі:
- електронного пристрою контролю напруги, який порівнює напругу мережі з параметрами налаштування;
- силова частина, яка власне і вимикає навантаження.
Реле напруги виготовляються в двох варіантах:
- для трифазної мережі;
- для однофазної мережі.
Трифазні реле напруги, окрім контролю величини напруги, дозволяють контролювати і виявляти інші несправності трифазної мережі:
- правильність послідовності чергування фаз;
- злипання фаз;
- обрив фаз;
- контроль перекосу фаз.
Сучасні трифазні реле напруги дозволяють вмикати і вимикати та налаштовувати ці функції згідно з потребами користувача. Зазвичай номінальний струм таких реле дорівнює 5А, тому їх потрібно використовувати разом з пускачами. Прикладами таких реле може бути реле РНПП виробництва Новатек-Електро, ZUBR 3F виробництва DS Electronics, Vp-380V виробництва DigiTop (Діджітоп). Ці реле займають 2 або 3 модулі в щитку. Зараз існують і більш потужні відсікачі на 40 та навіть на 63А. Наприклад D6-40 та D6-63 виробництва DS Electronics, Vp6-40M6 та Vp6-63M6 виробництва DigiTop (Діджітоп) які займають 6 модулів. Ці реле можуть працювати в режимах однофазного або трифазного навантаження. В режимі однофазного навантаження реле буде спрацьовувати в разі аварії на одній з фаз, і відключить саме її. В цьому режимі ці трифазні реле можна використовувати як три незалежні однофазні реле. В режимі трифазного реле контролюються всі вищезгадані параметри мережі, і в разі аварії на одній з фаз, будуть відімкнені всі три фази. Більшість реле мають цифрові індикатори, які відображають поточне значення діючої напруги в кожній із фаз. Трифазні реле напруги використовують не тільки для живлення трифазних мереж, але і для керування трифазними асинхронними двигунами та в схемах автоматичного вводу резерву (блоках АВР).
В побуті найчастіше використовують однофазні реле напруги. Вони не тільки захищають ваші побутові прилади від виходу з ладу при неприпустимих коливаннях електричної напруги, а і продовжують термін їх служби. Такі реле виготовляють на номінальні струми від 10 до 63А. При виборі реле напруги для захисту квартири, або будинку потрібно визначити загальну потужність навантаження. Реле напруги зазвичай встановлюються відразу після ввідного автомата, тож струм, на який розраховано реле можна визначити як номінал автомата додавши до нього 20 – 30% запасу. Так, якщо на вводі в щиток встановлено автомат на 25А, то реле напруги обирають на 32 або 40А. Існують моделі з вбудованим захистом від перегріву, який може виникнути при перевантаженні реле, або поганому контакті в клемних з’єднаннях приладу. Для захисту обладнання від виходу з ладу, відсікачі напруги мають швидкодію до 1,2 секунди при зниженні напруги до 120В, та до 50 мілісекунд при підвищеній напрузі в мережі. Широке розповсюдження отримали багатофункціональні реле напруги. Ці пристрої не тільки захищають від аварій в електромережі, а і дозволяють обмежити енергоспоживання будинків, квартир чи підприємств. Якщо немає можливості застосувати стаціонарне реле напруги, для захисту окремих споживачів можна застосувати розеткове реле напруги. Так як звичайні розетки розраховані на струм не більше 16А, то реле напруги в розетку виготовляються на номінальні струми 10 або 16А, що дозволяє захистити навантаження з потужністю до 2,0 або 3,5 кВт відповідно.
Реле напруги зазвичай дозволяють налаштовувати верхню і нижню межі напруги в діапазоні:
- 120 – 210В - нижня межа;
- 220 – 280В – верхня межа.
Деякі прилади в яких присутні компресори (холодильники, кондиціонери, та інші) дуже чутливі до відключень і повторних включень через короткі проміжки часу. Для усунення небезпеки виходу з ладу електроприладів, в реле напруги передбачена затримка часу на повторне включення. В залежності від типу підключених пристроїв час затримки (час возврату) на вмикання налаштовується від 5 до 600 секунд. Всі аварійні ситуації та налаштування записуються в енергонезалежній пам’яті.
Основними перевагами реле напруги вважають:
- відносно невисока ціна;
- простота встановлення;
- простота налаштування;
- велика кількість модифікацій;
- надійність.
Недоліки реле напруги:
- пристрій ефективний тільки при налаштуванні великого діапазону відхилень. Налаштування більш вузького діапазону призведе до хибних спрацювань;
- реле не нормалізує напругу мережі, а тільки вимикає навантаження при аварійних випадках.
Ще одним приладом для захисту від критичних коливань напруги є стабілізатор (іншими словами нормалізатор) напруги. Стабілізатор напруги це пристрій, який підтримує вихідну напругу в обмеженому вузькому діапазоні при суттєвій зміні вхідної напруги. Стабілізатори напруги в залежності від їх принципу роботи поділяються на:
- ферорезонансні;
- електромеханічні;
- релейні;
- електронні;
- інверторні.
Розглянемо переваги та недоліки цих типів стабілізаторів напруги.
Принцип роботи ферорезонансних стабілізаторів заснований на ефекті ферорезонансу при взаємодії між двома електромагнітними дроселями.
Перевагами ферорезонансних стабілізаторів є:
- швидкість регулювання до 30 мілісекунд;
- діапазон вхідної напруги 180 – 250В;
- захист від перевантажень та короткого замикання;
- плавне регулювання;
- працюють в широкому діапазоні температур, від -25 до +50 градусів;
- ресурс безвідмовної роботи до 50 років.
Недоліки ферорезонансних стабілізаторів:
- великі габарити та вага;
- високий рівень шуму;
- невисокий ККД;
- випромінюють магнітне поле, що негативно впливає на електронні прилади.
Електромеханічні або іншими словами сервоприводні моделі складаються з:
- тороїдальний автотрансформатора в середині якого розташовано електродвигун з струмознімальним механізмом;
- контролер, що відстежує напругу на вході стабілізатора і керує двигуном, який переміщає струмознімальним механізм по обмотці трансформатора.
Перевагами сервоприводного стабілізатора вважають:
- невисока ціна;
- плавність регулювання;
- діапазон вхідної напруги 150 – 250В;
- висока точність вихідної напруги, ± 1%;
Недоліки електромеханічних стабілізаторів:
- швидкість регулювання до 100 мілісекунд;
- не рекомендовано використовувати в мережах з частими стрибками напруги;
- високий рівень шуму;
- середні габарити та вага;
- невеликий термін служби 1 – 5 років;
- високий рівень перешкод через іскріння в струмознімальному механізмі.
Релейні стабілізатори напруги це прилади принцип дії яких засновано на ступеневому перемиканні обмоток трансформатора за допомогою силових реле. Кількість ступенів регулювання дорівнює кількості реле. Електронна схема стежить за вхідною напругою і вмикає відповідну обмотку трансформатора.
Переваги релейних стабілізаторів:
- швидкість регулювання до 40 мілісекунд;
- діапазон вхідної напруги 140 – 260В;
- невисока ціна;
- не потребують частого обслуговування;
- не потребують додаткового охолодження;
- відносно невеликі габарити та вага.
Недоліки релейних стабілізаторів:
- відсутність запасу потужності. Для обладнання в якому є потужні двигуни, потрібно обирати стабілізатор з запасом потужності 30 – 40%;
- шумність при перемиканні реле;
- термін служби 10 – 15 років;
- не висока точність вихідної напруги, ±10%.
Електронні, іншими словами симісторні, стабілізатори подібні до релейних, але перемикання обмоток трансформатора здійснюється за допомогою напівпровідникових елементів – симісторів.
Переваги електронних стабілізаторів:
- довговічність та надійність;
- діапазон вхідної напруги 150 – 250В;
- швидкодія до 20 мілісекунд;
- точність вихідної напруги ±5%;
- низький рівень шуму;
- термін служби 15 – 20 років;
- високий ККД.
Недоліки електронних стабілізаторів:
- відносно висока ціна;
- не можуть працювати в умовах підвищеної вологості;
- ступеневий тип регулювання.
Інверторні стабілізатори працюють на принципі подвійного перетворення енергії. Вхідна змінна напруга перетворюється на постійну, подається на інвертор, який знову перетворює її в змінну напругу з сталими параметрами.
Переваги інверторних стабілізаторів:
- швидкодія – без затримок;
- діапазон вхідної напруги 90 – 350В;
- плавне регулювання;
- висока точність регулювання – 1 – 2%, а іноді до 0,5%;
- захист від перевантажень;
- високий ККД;
- майже беззвучні;
- термін служби більше 20 років;
- мінімальні габарити і вага.
З недоліків інверторних стабілізаторі можна зазначити їх високу ціну.
Трифазні стабілізатори напруги складаються з трьох однофазних стабілізаторів, які працюють в одній мережі і контролера, який керує їх злагодженою роботою. Кожен з трьох однофазних стабілізаторів захищає свою фазу, а вся система нормалізує роботу трифазної мережі.
При виході вхідної напруги за межі діапазону, на який розраховано стабілізатор, він відключає навантаження від мережі, для захисту його від виходу з ладу.
Стабілізатори напруги слід обирати за вашими потребами. При цьому слід керуватись потужністю, принципом стабілізації, рівнем шуму, габаритами, ціною, та іншими важливими для вас параметрами.
Стабілізатори напруги не забезпечують безперебійне живлення ваших приладів. Для вирішення цього питання використовують джерела безперебійного живлення – ДБЖ (англійською - Uninterruptible Power Supple, (UPS)). ДБЖ це пристрій який забезпечує живлення електричних приладів від мережі в разі її нормального функціонування, і від вбудованих акумуляторів в разі відсутності напруги або аварійного стану в мережі. Конструктивно ДБЖ складається з:
- стабілізатора напруги, для живлення навантаження при наявності напруги в електромережі;
- акумуляторних батарей та інвертора, для живлення навантаження при відсутності напруги в мережі;
- зарядного пристрою, для зарядки акумуляторів від мережі;
- контроллер для керування режимами роботи пристрою.
ДБЖ використовують для заживлення комп’ютерів з ціллю збереження даних при раптовому зникненні напруги в мережі. Для заживлення автоматики і циркуляційних насосів котлів опалення використовують ДБЖ з акумуляторами підвищеної ємності.
В сучасному світі, де електричні прилади стали невід’ємною частиною нашого життя, важливо забезпечити їх надійний захист. Прилади захисту від стрибків напруги не тільки продовжують термін служби обладнання, а і допомагають зберегти ваші кошти, адже маленька інвестиція в захист може зекономити великі втрати на ремонт чи заміну дорогих технічних засобів.
Не нехтуйте цим важливим аспектом безпеки вашого електричного обладнання. Запровадження заходів сьогодні може захистити вас від неприємних наслідків в майбутньому.