Как выбрать стабилизатор напряжения

Показатели качества электрической энергии в электрических сетях регламентируются по ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Нормы, установленные данным стандартом, подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей электрической энергии и в договоры на пользование электрической энергией между электроснабжающими организациями и потребителями электрической энергии.

Одним из основных показателей качества электроэнергии является отклонение напряжения — «нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения U_y на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721 и ГОСТ 21128 (номинальное напряжение)». То есть, напряжение сети у вас дома должно быть не менее 198В и не более 242В.

Установленные нормы являются обязательными во всех режимах работы систем электроснабжения, кроме режимов обусловленных стихийными бедствиями и другими непредвиденными ситуациями. Но, судя по качеству электроэнергии и стремительно развивающемуся рынку стабилизаторов напряжения, распределительная сеть 0,4кВ в нашей стране представляет собой «стихийное бедствие». В сельской местности напряжение вообще редко превышает 180В, вместо 220В. Есть еще и такие параметры качества электроэнергии как допустимые колебания напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения и др.

Чем грозит несоответствие напряжения номинальному? При отклонении напряжения изменяется сила света ламп освещения — пропорционально изменению напряжения в третьей степени. Например, при работе лампы накаливания на напряжении выше номинального на 10% ее срок службы сокращается примерно втрое. При снижении напряжения более чем на 3% от номинального значения, значительно снижается яркость свечения и цветовая температура ламп освещения. Пониженное напряжение приводит к уменьшению частоты вращения электродвигателей (компрессоры холодильников, кондиционеров, привода стиральных машин и т.д.).
При этом возрастает потребляемый двигателями ток, они перегреваются, быстрее изнашивается их изоляция. Повышенное напряжение вообще губительно для большинства электронных приборов и бытовой техники.

Как же бороться с некачественным напряжением в сети? Можно пойти долгим и практически безнадежным путем — добиваться от энергоснабжающих организаций выполнения условий договора на поставку электроэнергии и соответствия требований вышеуказанных стандартов, попутно пытаясь отсудить стоимость испорченной бытовой техники. А можно воспользоваться старой и всем известной еще
с советских времен поговоркой «Спасение утопающих — дело рук самих утопающих» и установить у себя дома, на даче или в офисе стабилизатор напряжения.

Стабилизатор напряжения — это прибор, предназначенный для автоматической защиты бытового, офисного и промышленного электрооборудования от перепадов, бросков и просадок напряжения питающей сети.

Как выбрать стабилизатор напряжения? Как правильно подобрать его тип и мощность?

Для начала надо определиться, нужен ли вам стабилизатор. Для этого необходимо произвести несколько измерений напряжения сети в период максимальных нагрузок и соответственно минимальных уровней напряжения — примерно с 19 до 22 часов вечера; а также в период минимальных нагрузок и соответственно максимальных уровней напряжения — ранним утром (до 5 утра), а лучше ночью в 2-3 часа. Измерения лучше проводить несколько дней подряд, примерно в течение недели. Естественно это должен делать квалифицированный электрик.

Если в результате напряжение у вас в сети не выходило за пределы 205-235В (все расчеты приводятся для однофазной сети с номинальным напряжением 220В), и нет заметного раздражающего мигания ламп освещения, то в принципе необходимости в установке стабилизатора нет. Либо, если есть какие-нибудь особо ответственные потребители или дорогостоящие электроприборы, можно поставить стабилизатор только для их защиты. Но, так как от наших изношенных и устаревших сетей можно ожидать что угодно, то лучше опять обратиться к народной мудрости — «Береженого Бог бережет», и поставить реле контроля напряжения для исключения повреждения вашего электрооборудования от возможных аварийных ситуаций, сопровождающихся бросками или провалами напряжения. Например, можно установить после вводного автомата реле контроля напряжения торговой марки E.NEXT серии e.vpr.pro или e.industrial.vpr соответствующего номинала.

Если напряжение в результате измерений выходит за пределы 205-235В(в принципе это можно определить и без проведения измерений — по миганию света, частому перегоранию ламп освещения, аномальному гудению при работе холодильника, стиральной машины), то установка стабилизатора крайне желательна, а для осветительных приборов — необходима. Поскольку, в соответствии с тем же ГОСТ 13109-97, допустимое отклонение напряжения на зажимах осветительных приборов находится в пределах от -2,5 до +5% от номинального значения. Поэтому стабилизаторы напряжения с точностью стабилизации менее ±5% серьезно рассматривать не стоит. Мигание света — отдельная тема для разговора, поскольку человеческий глаз способен заметить изменение освещенности при резких колебаниях напряжения всего на 1-2% за время 0,02 секунды. Обеспечить такую скорость реакции и точность стабилизации напряжения весьма сложно и дорого, поэтому при заметном раздражающем мигании ламп освещения необходимо искать причину. Как правило, это или плохой контакт в цепи освещения или, что более вероятно, сварка.

При значениях напряжения у вас в сети ниже 195В или более 245В установка стабилизатора просто обязательна, иначе вопрос ремонта или приобретения новой техники всего лишь вопрос времени (если конечно ваша техника не снабжена функцией автовольтажа).

Первое на что нужно обратить внимание при выборе стабилизатора — это рабочий и предельный диапазон входного напряжения. Рабочий — это диапазон входного напряжения, при котором стабилизатор обеспечит заявленную точность стабилизации. Предельный — диапазон входного напряжения, при котором стабилизатор сохраняет работоспособность, не отключая нагрузку, однако о точности стабилизации речь уже не идет.

Далее надо определить необходимую мощность стабилизатора. Если стабилизатор устанавливается один на весь дом или квартиру, то мощность можно посчитать простым методом: посмотреть номинал вводного автомата и умножить на номинальное напряжение. Например, номинальный ток автомата 16А, следовательно, мощность нагрузки в вашем доме не может быть больше 16х220=3520ВА. Поскольку при большей нагрузке возможно срабатывание вводного автомата. При выборе стабилизатора рекомендуется предусмотреть не менее 20-30% запаса по мощности. Стабилизатор будет работать при этом в щадящем режиме и, следовательно, будет продлен срок его службы. Умножаем полученное значение мощности нагрузки на коэффициент запаса по мощности 3520*1,3 = 4576ВА. Значит, в данном случае, вам необходим стабилизатор мощностью не менее 4,6кВА.

Еще один немаловажный момент при выборе мощности стабилизатора — это его нагрузочная способность. Нагрузочная способность стабилизатора — это зависимость выходной мощности от входного напряжения. Дело в том, что номинальная мощность стабилизатора указывается при номинальном напряжении 220В. Например, указанная мощность стабилизатора равна 5кВА, при этом номинальную нагрузку в 22,5А (5000ВА/220В) стабилизатор будет «тянуть» только при номинальном напряжении. А если напряжение на входе стабилизатора будет, например, 160В? Выходная мощность при этом значительно снизится — примерно на 30-50% (в зависимости от производителя). Соответственно необходимо увеличивать расчетную мощность стабилизатора в зависимости от зафиксированных минимальных и максимальных значений напряжения. То есть для предыдущего примера уже потребуется стабилизатор мощностью не менее 4,6*1,4=6,44кВА.

Если стабилизатор устанавливается для защиты нескольких электроприборов или группы потребителей, то необходимо просуммировать мощность всех потребителей, подключаемых к стабилизатору. При этом следует учесть, что для стабилизаторов указывается полная мощность в ВА (вольт-ампер), а для электроприборов (особенно бытовых) зачастую указывается активная мощность в Вт(Ватт)или кВт. Полная мощность состоит из активной и реактивной составляющей в зависимости от типа нагрузки.

Активная нагрузка — нагрузка, в которой вся потребляемая энергия преобразуется в тепло – лампы накаливания, обогреватели, утюги, электроплиты и т.п. Для таких потребителей полная мощность равна активной мощности.

Реактивная нагрузка — вся остальная нагрузка. Например, устройства содержащие электродвигатели: стиральные машины, холодильники, пылесосы, кондиционеры, электронные приборы. Чтобы узнать полную мощность таких потребителей необходимо значение активной мощности разделить на коэффициент мощности или cosϕ. Как правило, значения активной мощности и cosϕ указываются в паспорте на изделие. Если коэффициент мощности не указан, то можно принять его равным 0,7.

Для электроприборов, содержащих асинхронные электродвигатели (насосы, компрессоры) при расчете полной мощности стабилизатора необходимо учитывать пусковые токи, так как любой асинхронный электродвигатель, в момент пуска, потребляет в 3-5 раз больше энергии, чем в номинальном режиме. Следовательно, указанную в паспорте мощность таких потребителей при расчете необходимо увеличить минимум втрое, во избежание перегрузки стабилизатора в момент включения таких электроприборов.

Просуммировав полученные вышеописанным способом значения полных мощностей всех электроприборов, умножив сумму на коэффициент запаса по мощности (1,3), и умножив на коэффициент перегрузочной способности (в зависимости от предельных значений напряжения), получим необходимую мощность стабилизатора. Установка одного стабилизатора на весь дом, квартиру, офис или нескольких стабилизаторов на отдельные группы потребителей определяется максимальной мощностью стабилизаторов и наличием денежных средств. Несколько стабилизаторов будут стоить дороже, чем один равный им по мощности, но при этом надежность и точность поддержания напряжения на заданном уровне будет больше.

При выборе стабилизаторов также стоит обратить внимание на их перегрузочную способность — максимально допустимая перегрузка за определенный промежуток времени. Стабилизаторы, обладающие низкой перегрузочной способностью, при возникновении перегрузок будут быстро отключать нагрузку, а то и вовсе могут сгореть.

Следующим шагом при выборе стабилизатора является выбор типа стабилизации напряжения. На сегодняшний день существует два основных типа стабилизаторов: электромеханические и электронные — релейные, тиристорные, симисторные.

Электромеханические стабилизаторы обеспечивают плавное регулирование выходного напряжения с высокой точностью. Обеспечивается это за счет модуля управления, отслеживающего изменения входного напряжения порядка 2-3 вольт и сервопривода, перемещающего токосъемную щетку по обмотке автотрансформатора. Наряду с явным достоинством в виде высокой точности и плавности стабилизации напряжения, есть и некоторые недостатки: невысокая скорость регулирования при больших и резких колебаниях входного напряжения (до 30-50В) из-за инерционности сервопривода (в среднем до 1,5 секунд), наличие трущихся механических частей — токосъемных щеток, а следовательно, их износ, особенно быстрый при регулярных колебаниях напряжения.

Электронные стабилизаторы обеспечивают ступенчатое регулирование выходного напряжения посредством переключения отводов обмотки автотрансформатора при помощи реле или тиристоров или симисторов. Скорость реакции таких стабилизаторов более высокая — порядка 20-40мс. Однако точность стабилизации при этом ухудшается, поскольку отводы обмотки автотрансформатора коммутируются ступенчато, и соответственно, колебания напряжения в пределах 5-20В (в зависимости от количества ступеней регулирования) стабилизатор не почувствует. Чем меньше ступеней, тем хуже точность. Также для тиристорных и симисторных стабилизаторов мощностью более 3кВА существует необходимость принудительного охлаждения силовых ключей, а это постоянный шум вентилятора, засасывание внутрь корпуса стабилизатора пыли и т.д.

Электротехническая компания «E.NEXT - Украина» предлагает решить проблемы с качеством напряжения посредством установки однофазных электромеханических стабилизаторов напряжения высокой точности серии СНВТ.

Точность стабилизации входного напряжения 220В±3%.
Ряд номинальных мощностей от 0,5кВА до 10кВА.
Рабочий диапазон входного напряжения от 150 до 250В (см. Рис.1).
Максимальная полная мощность стабилизатора сохраняется в диапазоне входного напряжения от 190 до 255В (см. Рис.2).
Допустимая кратковременная перегрузка на протяжении 10 минут не более 130%.
Скорость регулирования не более 20мс/В.

Стабилизаторы серии СНВТ защищают подключаемую нагрузку от повышенного — более 280В, и пониженного – 130В напряжений, а также коротких замыканий и перегрузки посредством плавких предохранителей (модели мощностью от 0,5 до 1,5кВА) или автоматического выключателя (модели мощностью от 2кВА). Также стабилизаторы имеют встроенную защиту от перегрева трансформатора. Все модели имеют функцию задержки включения выходного напряжения до 10 секунд для защиты нагрузки от бросков напряжения. Для моделей стабилизаторов мощностью от 2кВА предусмотрена функция «Шунт» (байпас) — передача входного напряжения на нагрузку без стабилизации. Все стабилизаторы оснащены вольтметром для контроля выходного напряжения, а стабилизаторы мощностью от 2кВА, оснащены амперметром для контроля уровня нагрузки и индикаторами наличия сетевого напряжения, повышенного напряжения — 250В
и пониженного — менее 150В.

Все стабилизаторы серии СНВТ проходят обязательные контрольные испытания в техническом отделе электротехнической компании «E.NEXT – Украина» с проверкой нагрузочной и перегрузочной способности, с обязательной отметкой в паспорте стабилизатора.