Почнемо з самої проблематики та спробуємо розібратись, чим небезпечні віялові вимкнення електроенергії для побутових споживачів. Під час таких відключень у мережі нерідко виникають стрибки напруги. Найнебезпечніші – це так звані комутаційні. Ці стрибки короткі за часом, але високі за напругою, що можуть вивести з ладу побутову техніку, особливо блоки живлення. Крім зазначених короткочасних стрибків напруги, під час аварійних і навіть планових відключень може виникати тривале підвищення або пониження напруги, поки енергетична система не вийде на номінальний режим. Ці відхилення напруги не такі великі, але тривала робота обладнання під час таких коливань також значно шкодить йому. Тож маємо дві проблеми – короткочасну, але дуже високу перенапругу і довготривалі, але не такі значні коливання у мережі.
Які ж є варіанти захисту?
1. Найрозповсюдженіший захист від коливань напруги – це реле контролю напруги. У народі його всі називають «Зубр». На сьогоднішній день, важко знайти більш-менш сучасний щиток, в якому б не стояв цей пристрій (за виключення старого житлового фонду, де давно не робили ремонт). Реле контролю напруги налаштовується на межі спрацювання, як за низької, так і за високої напруги. Можна виставити час спрацювання та час включення після стабілізації напруги. Деякі реле навіть мають захист від перевантаження, точніше – від перевищення споживання по струму. Але справа в тому, що час спрацювання реле близько 50 мс, а імпульсна перенапруга може набирати своє максимальне значення від декількох мікросекунд до декількох мілісекунд. Зважаючи на це, реле контролю напруги не являється 100% захистом від всіх стрибків напруги в мережі.
Як вибрати реле контролю напруги?
По-перше вони відрізняються фазністю: однофазні або трифазні. Трифазні є сенс ставити тільки в тому випадку, коли у вас вдома є трифазне навантаження – двигуни, компресори, теплові насоси. Але це дуже рідке явище, тому в переважній більшості випадків потрібно використовувати тільки однофазні реле, навіть якщо у вас трифазний ввід. Причина в тому, що при збільшенні напруги в одній із трьох фаз трифазне реле вимикає всі три фази, тобто у вас знеструмиться весь будинок. А при встановленні трьох однофазних реле спрацює лише одне реле по фазі, де йде перевищення/пониження напруги, і решта навантаження залишиться під напругою. По-друге, номінальний струм реле контролю напруги. Він вибирається по номінальному струму ввідного вимикача. Якщо у вас на вводі стоїть вимикач на 32А, то реле повинно бути на номінальний струм 32А або вище. Далі йдуть додаткові опції, але не обов’язкові. Це захист від перевищення струму споживання та від перегріву. В принципі, автоматичний вимикач на вводі вже виконує захист від струмів перевантаження та короткого замикання. Але автоматичний вимикач при перевантаженні, спрацьовує за певний проміжок часу в залежності від часо-струмової характеристики та струму перевантаження. А реле буде спрацьовувати відразу. Наскільки це актуально, кожний вирішує сам. Захист від перегріву, мабуть, більш цікавий, оскільки виключає перегрів контактів реле від поганого контакту з провідником. Це більш актуально, і на це варто звернути увагу при виборі реле.
Ще б хотілося звернути вашу увагу на розеткові реле напруги. Вони мають такі ж самі функції як і звичайні однофазні, за виключенням можливого наявного захисту від перевищення струму та перегріву. Захищають обладнання, яке виключно до них приєднане, а не весь будинок/квартиру, на відміну від звичайних реле. То навіщо вони потрібні? Вони будуть у нагоді для захисту холодильників та морозильних камер. Справа в тому, що холодильне обладнання, а саме їхні компресори, не люблять часті ввімкнення/вимкнення. А такі випадки можуть виникати під час перемикань, спрацювань захисту або АПВ на підстанціях. І в цьому випадку, бажано було б виставити час включення реле напруги максимально довшим, щоб захисти холодильник. Але якщо ми це зробимо на реле контролю напруги, яке стоїть у ввідному щитку, то разом з холодильником, цю витримку часу будуть чекати всі. А якщо ми цю затримку поставимо лише не розетковому реле, яке захищає холодильник або морозильну камеру, то світло в будинку з’явиться наприклад через 5 секунд після подачі напруги, а на холодильнику через 5 хв, що дозволить йому уникнути частих включень.
2. Ще один варіант це стабілізатори напруги. На відміну від реле контролю напруги, стабілізатори не знеструмлюють споживача під час виходу напруги поза вказаними межами, а намагаються стабілізувати цю напругу до рівня 220В +/- декілька вольт. Але, по-перше, виникає питання ціни. Якщо однофазне реле напруги коштує в діапазоні 1000-1500 грн, то релейний (не самий швидкий) стабілізатор на такий же струм буде коштувати 5000-29000 грн. І, по-друге, у нас залишається питання швидкості. Найпоширеніші стабілізатори релейного типу мають швидкість реакції 20 мс, що доволі швидко. Більш того, існують стабілізатори інверторного типу, які спрацьовують ще швидше – 50 мкс. Але якщо цього часу й буде достатньо, стоїть питання, чи витримає стабілізатор сам імпульс, чи не проб’є його власну ізоляцію.
Так що ж робити з цими короткими імпульсами? З ними дуже гарно справляються пристрої захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП), вони же ОПНи. По суті, це варистори (напівпровідникові елементи), які при підвищенні напруги в мережі відводять цей імпульс в систему заземлення. Швидкість спрацювання варистору 25 нс (наносекунд) і цього достатньо щоб реагувати на комутаційну перенапругу. Але на відміну від реле контролю напруги, ПЗІП не може справлятись з коливаннями напруги. Тому в ідеальному випадку буде комбіноване застосування ПЗІП з реле контролю напруги або стабілізатором напруги.
На які аспекти потрібно звернути увагу при виборі стабілізатору?
Однофазні або трифазні? Тут підхід такий самий, як і з реле напруги, тому читайте вище. Якщо ви хочете захистити конкретне навантаження, то сумуєте потужність цього навантаження і обираєте стабілізатор, який відповідатиме вимогам пристрою. Але не забутьте додати щонайменше 20% запасу, оскільки при низьких напругах стабілізатор споживає більший струм і може спрацювати захист по перевантаженню. Більш конкретно треба дивитись інструкцію до конкретного стабілізатора. Якщо на весь будинок чи квартиру тут підхід той самий – по ввідному вимикачу розраховуємо потужність за формулою Р=І*U. Наступний критерій, це тип стабілізатора, а точніше на базі яких елементів він перемикає обмотки власного автотрансформатору.
- Сервоприводні, мають найкращу плавність регулювання, але платою за це є маленька швидкодія. Вони підійдуть тільки для захисту від плавних коливань напруги. Якщо сусід любить попрацювати зварювальним апаратом, то це не наш випадок. І ще одним недоліком цих стабілізаторів є необхідність обслуговування щіткового механізму сервоприводу. По ціні відносяться до середнього діапазону.
- Релейні. Швидкодія значно краще. Вони можуть справлятись з невеликими скачками напруги. З мінусів – шум при перемиканні та ступінчасте регулювання напруги, тобто при роботі все рівно матимемо коливання напруги в мережі будинку. Ці стабілізатори відносяться до економ варіанту.
- Стабілізатори на базі напівпровідникових елементів. До них можна віднести симісторні, тиристорні, безтрансформаторні, інверторні або безступінчасті. У симісторних та тиристорних стабілізаторів, замість реле стоять силові ключі на базі напівпровідникових елементів. Це дозволяє позбавитись шуму під час роботи, зменшити швидкість реакції (до 20 мс) і збільшити ресурс стабілізатору. Як результат маємо виріб дорогого цінового сегменту. Безтрансформаторні, інверторні або безступінчасті – це фактично інвертори. Принцип роботи такий же самий, як у безперебійних блоків живлення, а саме перетворення вхідної змінної напруги у постійну, а постійну знову в змінну на виході. З переваг - повна плавність регулювання – 0,5-1В, безшумність і швидкість спрацювання – 50 мкс. Ці стабілізатори за ціною відносяться до преміум класу. Їх варто вибирати при захисті дорогого обладнання. І начебто всі показники інверторного стабілізатора вказують на можливість захисту від імпульсної напруги, але, як писалось раніше, чи витримає ізоляція стабілізатора напругу 2-5кВ? Для орієнтиру стабілізатор для середньостатистичної квартири на 20А/4кВт (без електроплити) буде коштувати: релейний – 5 000 грн, сервоприводний – 15 000 грн, симісторний – 14 000 – 25 000 грн, інверторний – 29 000 грн.
До речі, оскільки мова пішла про варистори, то варто згадати про мережеві фільтри. Мережевий фільтр – це подовжувач, в якому вбудовані варистори для захисту від імпульсної перенапруги. У ньому також можуть буди LC-ланцюги для захисту високочастотних перешкод. Тільки на відміну від ПЗІПів, варистори мережевих фільтрів мають значно менші розміри, тому виникає питання, чи вони витримають імпульс. Проте як додатковий захист, вони мають право на існування. Як і у випадку з ПЗІПами, мережевим фільтрам необхідна система заземлення.
Ну і нарешті ПЗІП. ПЗІПи діляться на три типи – В(Т1), С(Т2) та D(T3). Тип В та С більше відносяться до приватних будинків з повітряним вводом, оскільки використовуються для захисту від перенапруги, що виникла від прямого або непрямого попадання блискавки в будинок або мережу живлення. Але це інша тема. Нас цікавить комутаційна перенапруга, тому нам потрібен ПЗІП типу D. Він хоч і розрахований на відведення невеликого розряду в порівнянні з типами В та С, але на відміну від них, він і залишає після спрацювання залишкову напругу 0,8-1,5кВ. А це вже реальна напруга, з якою має справитись ізоляція обладнання. Перед встановленням ПЗІПу переконайтесь, що у вас вдома є система заземлення. Оскільки саме в цю систему ПЗІП відводить імпульси. Що стосується кількості полюсів, то для квартири достатньо буде двополюсного ПЗІПу, для будинку, в який заведено 3 фази, – чотириполюсний.
P.S. Існує ще ферорезонансний стабілізатор. Якщо хтось пам’ятає, такі ставили на чорно-білі телевізори у бабусі в селі. Так от, цей стабілізатор являється стабілізатором миттєвої дії. Так, він виявляється крутіший за всі тиристорні та інверторні. Крім того, в ньому немає ніякої електроніки, ніяких ключів, відповідно надійність вища. Також він являється фільтром від високочастотних перешкод. До речі, вони до сих пір випускаються. Але ніхто не ідеальний, і цей тип стабілізаторів також має недоліки. Вони мають великі масо-габаритні розміри та постійно гудуть.
