Начнём с самой проблематики и попробуем разобраться, чем опасны веерные отключения электроэнергии для бытовых потребителей. При таких отключениях в сети нередко возникают скачки напряжения. Самые опасные – это так называемые коммутационные. Эти прыжки коротки по времени, но высоки по напряжению, которые могут вывести из строя бытовую технику, особенно блоки питания. Кроме указанных кратковременных скачков напряжения, при аварийных и даже плановых отключениях может возникать длительное повышение или понижение напряжения, пока энергетическая система не выйдет на номинальный режим. Эти отклонения напряжения не так велики, но длительная работа оборудования во время таких колебаний также значительно вредит ему. Поэтому у нас две проблемы – кратковременное, но очень высокое перенапряжение и длительные, но не столь значительные колебания в сети.
Какие же варианты защиты?
1. Самая распространенная защита от колебаний напряжения – это реле контроля напряжения. В народе все его называют «Зубр». На сегодняшний день, трудно найти более-менее современный щиток, в котором бы ни стояло это устройство (за исключение старого жилого фонда, где давно не делали ремонт). Реле контроля напряжения настраивается на грани срабатывания, как при низком, так и при высоком напряжении. Можно установить время срабатывания и время включения после стабилизации напряжения. Некоторые реле даже имеют защиту от перегрузки, точнее от превышения потребления по току. Но дело в том, что время износа реле около 50 мс, а импульсное перенапряжение может набирать свое максимальное значение от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд. Ввиду этого реле контроля напряжения не является 100% защитой от всех скачков напряжения в сети.
Как выбрать реле контроля напряжения?
Во-первых они отличаются фазностью: однофазные или трехфазные. Трехфазные есть смысл ставить только в том случае, когда у вас дома есть трехфазная нагрузка – двигатели, компрессоры, тепловые насосы. Но это очень редкое явление, поэтому в подавляющем большинстве случаев нужно использовать только однофазное реле, даже если у вас трехфазный ввод. Причина в том, что при увеличении напряжения в одной из трех фаз трехфазное реле выключает все три фазы, то есть у вас обесточит весь дом. А при установке трех однофазных реле сработает только одно реле по фазе, где идет превышение/понижение напряжения, и остальная нагрузка останется под напряжением. Во-вторых, номинальный ток реле контроля напряжений. Он выбирается по номинальному току вводного выключателя. Если у вас на вводе стоит выключатель на 32А, то реле должно быть на номинальный ток 32А или выше. Далее следуют дополнительные опции, но не обязательные. Это защита от превышения потребляемого тока и от перегрева. В принципе автоматический выключатель на вводе уже выполняет защиту от токов перегрузки и короткого замыкания. Но автоматический выключатель при перегрузке срабатывает за определенный промежуток времени в зависимости от временно-токовой характеристики и тока перегрузки. А реле будет срабатывать сразу. На сколько это актуально, каждый решает сам. Защита от перегрева, пожалуй, более интересна, поскольку исключает перегрев контактов реле от плохого контакта с проводником. Это более актуально, и на это следует обратить внимание при выборе реле.
Еще бы хотелось обратить ваше внимание на розеточное реле напряжения. Они имеют такие же функции как и обычные однофазные, за исключением возможной защиты от превышения тока и перегрева. Защищают оборудование, которое исключительно к ним присоединено, а не весь дом/квартиру, в отличие от обычных реле. Зачем они нужны? Они пригодятся для защиты холодильников и морозильных камер. Дело в том, что холодильное оборудование, а именно их компрессоры, не любят частые включения/выключения. А такие случаи могут возникать при переключениях, срабатываниях защиты или АПП на подстанциях. И в этом случае, желательно было бы выставить время включения реле напряжения максимально длиннее, чтобы защитить холодильник. Но если мы это сделаем на контролируемом реле напряжения, которое стоит в вводном щитке, то вместе с холодильником, эту выдержку времени будут ждать все. А если мы эту задержку поставим только не в розеточном реле, которое защищает холодильник или морозильную камеру, то свет в доме появится например через 5 секунд после подачи напряжения, а на холодильнике через 5 мин, что позволит ему избежать частых включений.
2. Еще один вариант – это стабилизаторы напряжения. В отличие от реле контроля напряжения, стабилизаторы не обесточивают потребителя во время выхода напряжения вне указанных границ, а стараются стабилизировать это напряжение до уровня 220В +/- несколько вольт. Но, во-первых, возникает вопрос цены. Если однофазное реле напряжения стоит в диапазоне 1000–1500 грн, то релейный (не самый быстрый) стабилизатор на такой же ток будет стоить 5000–29000 грн. И, во-вторых, у нас остается вопрос скорости. Наиболее распространенные стабилизаторы релейного типа имеют скорость реакции 20 мс, что достаточно быстро. Более того, существуют стабилизаторы инверторного типа, срабатывающие еще быстрее – 50 мкс. Но если этого времени будет достаточно, стоит вопрос, выдержит ли стабилизатор сам импульс, не пробьет ли его собственную изоляцию.
Так что же делать с этими короткими импульсами? С ними очень хорошо справляются устройства защиты от импульсных перенапряжений (ПЗИП), они же ОПНы. По сути это варисторы (полупроводниковые элементы), которые при повышении напряжения в сети отводят этот импульс в систему заземления. Скорость срабатывания варистора 25 нс (наносекунд) и этого достаточно, чтобы реагировать на коммутационное перенапряжение. Но в отличие от реле контроля напряжения ПЗИП не может справляться с колебаниями напряжения. Поэтому в идеальном случае будет комбинировано применение ПЗИП с реле контроля напряжения или стабилизатором напряжения.
На какие аспекты следует обратить внимание при выборе стабилизатора?
Однофазные или трехфазные? Здесь подход такой же, как и по реле напряжения, поэтому читайте выше. Если вы хотите защитить конкретную нагрузку, то суммируете мощность этой нагрузки и выбираете стабилизатор, соответствующий требованиям устройства. Но не забудьте добавить не менее 20% запаса, поскольку при низких напряжениях стабилизатор потребляет больший ток и может сработать защиту по перегрузке. Более конкретно следует смотреть инструкцию к конкретному стабилизатору. Если на весь дом или квартиру здесь подход тот же – по вводному выключателю рассчитываем мощность по формуле Р=I*U. Следующий критерий, это тип стабилизатора, а точнее на основе каких элементов он переключает обмотки собственного автотрансформатора.
- Сервоприводные, имеют наилучшую плавность регулировки, но платой за это маленькое быстродействие. Они подходят только для защиты от плавных колебаний напряжения. Если сосед любит поработать сварочным аппаратом, это не наш случай. И еще одним недостатком этих стабилизаторов есть необходимость обслуживания щеточного механизма сервопривода. По цене относятся к среднему диапазону.
- Релейные. Быстродействие гораздо лучше. Они могут справляться с небольшими скачками напряжения. Из минусов – шум при переключении и ступенчатая регулировка напряжения, то есть при работе все равно будем иметь колебания напряжения в сети дома. Эти стабилизаторы относятся к эконом варианту.
- Стабилизаторы на основе полупроводниковых элементов. К ним можно отнести симисторные, тиристорные, бестрансформаторные, инверторные или бесступенчатые. В симисторных и тиристорных стабилизаторах вместо реле стоят силовые ключи на базе полупроводниковых элементов. Это позволяет избавиться от шума во время работы, снизить скорость реакции (до 20 мс) и увеличить ресурс стабилизатора. Как результат имеем изделие дорогостоящего ценового сегмента. Бестрансформаторные, инверторные или бесступенчатые – это практически инверторы. Принцип работы такой же, как у бесперебойных блоков питания, а именно преобразование входного переменного напряжения в постоянное, а постоянное снова в переменное на выходе. Из преимуществ – полная плавность регулировки – 0,5-1В, бесшумность и скорость срабатывания – 50 мкс. Эти стабилизаторы по цене относятся к премиум классу. Их следует выбирать при защите дорогостоящего оборудования. И будто бы все показатели инверторного стабилизатора указывают на возможность защиты от импульсного напряжения, но, как писалось ранее, выдержит ли изоляция стабилизатора напряжение 2-5кВ? Для ориентира стабилизатор для среднестатистической квартиры на 20А/4кВт (без электроплиты) будет стоить: релейный – 5000 грн, сервоприводный – 15000 грн, симисторный – 14000 – 25000 грн, инверторный – 29000 грн.
Кстати, поскольку речь пошла о варисторах, то стоит упомянуть о сетевых фильтрах. Сетевой фильтр – это удлинитель, в котором встроены варисторы для защиты от импульсного перенапряжения. В нем также могут быть LC-цепи для защиты высокочастотных помех. Только в отличие от ПЗИПов, варисторы сетевых фильтров имеют значительно меньшие размеры, поэтому возникает вопрос, выдержат ли они импульс. Однако, как дополнительная защита, они имеют право на существование. Как и в случае с ПЗИПами, сетевым фильтрам необходима система заземления.
Ну и наконец ПЗИП. ПЗИПы делятся на три типа – В(Т1), С(Т2) и D(T3). Тип В и С больше относятся к частным домам с воздушным вводом, поскольку используются для защиты от перенапряжения, возникшей от прямого или косвенного попадания молнии в дом или питающую сеть. Но это другая тема. Нас интересует коммутационное напряжение, поэтому нам нужен ПЗИП типа D. Он хоть и рассчитан на отвод небольшого разряда по сравнению с типами В и С, но в отличие от них, он и оставляет после срабатывания остаточное напряжение 0,8-1,5кВ. А это уже реальное напряжение, с которым должна справиться изоляция оборудования. Перед установкой ПЗИП убедитесь, что у вас дома есть система заземления. Поскольку именно в эту систему ПЗИП отводит импульсы. Что касается количества полюсов, то для квартиры достаточно будет двухполюсного ПЗИПа, для дома, в который заведено 3 фазы – четырехполюсный.
P.S. Существует еще феррорезонансный стабилизатор. Если кто-то помнит, такие ставили на черно-белые телевизоры у бабушки в деревне. Так вот этот стабилизатор является стабилизатором мгновенного действия. Да, он оказывается круче всех тиристорных и инверторных. Кроме того, в нем нет никакой электроники, никаких ключей, соответственно надежность выше. Он также является фильтром от высокочастотных помех. Кстати, они до сих пор выпускаются. Но никто не идеален, и этот тип стабилизаторов тоже имеет недостатки. Они имеют большие массо-габаритные размеры и постоянно гудят.
