Зміст:
- Для чого захищати своє обладнання від стрибків напруги
- Що таке гармоніки і хвильовий аналіз промислового напруги
- Як можна перевірити ефективність заходів захисту проти стрибків напруги
На офіційному сайті ЗАТ Атлант можна завантажити інструкцію по експлуатації побутових холодильників, де написано, що напруга живлення становить 220-230 В (остання цифра в догоду європейським нормам) при відхиленні номіналу на 10% у кожну сторону. Грубо кажучи, якщо вольтаж просяде нижче 200 В, не факт, що обладнання буде працювати. Але захист від стрибків напруги потрібна далеко не тільки для цього. Ще більш небезпечними є короткочасні перевантаження, безперешкодно в силу своєї частоти проходять фільтр. Коли таке цунамі досягає електронної начинки, то стає можливим все. У будь мікросхеми є свої межі, вище яких функціонування призводить до виходу з ладу. Захист техніки є головним завданням, коли мова заходить про скачках напруги.
Для чого захищати своє обладнання від стрибків напруги
Ми вважаємо найкращим методом добування інформації розвідку боєм. А це означає, що слід знайти пристрій захисту від перепадів напруги і вивчити інструкцію. Нам дуже сподобалася інформація на цей рахунок, надана каталогами іспанського виробника RTR Energia. На предмет трифазного фільтра гармонік написано наступне:
Пристрій захисту від перенапруги
Пояснимо, що в промислових мережах реактивна потужність є паразитним ефектом. Тому що не здійснює ніякої корисної роботи, але вимагає ресурсу підстанцій. В результаті, якщо громадянин платить лише за активну потужність kWh, тоді як підприємствам доводиться віддавати за реактивну в тому числі. Це підвищує витрати, причому, підкреслюємо, ніякої користі споживачеві не несе. Тому для компенсації реактивної частини навантаження великі підприємства ставлять на вході своїх споживачів блоки конденсаторів. Кожен характеризується певною потужністю в квартирі, яку здатний погасити. (Див. також: Захист від статичної електрики)
В результаті таких заходів і виникає загроза перевантаження. Тобто ми боремося за компенсацію реактивної потужності, щоб якось знизити витрати на електроенергію, а отримуємо резонанс на зазначених частотах. В результаті уявна частина опору звертається в нуль, і в нас туди і сюди бігає досить велика енергія, яка виділяється у вигляді тепла на активної частини навантаження. Зрозуміло, що це знову втрати, крім того, як це випливає з даних виробника, можливий вихід з ладу тепер вже наших заощаджують блоків конденсаторів. Ось, щоб це не відбувалося, ставлять ще й блоки з дроселів (по одному на кожну фазу), опускаючи граничні частоти пропускання всієї системи. 50 Гц корисного напруги при цьому майже не страждає.
Що таке гармоніки і хвильовий аналіз промислового напруги
Ті, хто не має спеціальної освіти, напевно, вже завили від такої інформації. Давайте-но розберемося, що таке гармоніки, і яке вони відношення до них має мережевий захист від стрибків напруги. Виявляється, що форми різних коливань складно аналізувати. А це потрібно неодмінно, щоб передбачити результат роботи всієї системи, в тому числі і те, як буде працювати блок захисту від стрибків напруги. Які брати параметри?
Тоді фізики і математики трохи подумали і вирішили, що будь-яке коливання в природі можна розкласти на спектр. А здійснюється пряме і зворотне перетворення за методами Фур’є. Це набір математичних формул, який кожен може реалізувати на практиці в домашніх умовах. Правда, доведеться при цьому використовувати так зване дискретне перетворення Фур’є. Воно оптимізовано як раз для застосування чисельних методів (програмування). Так от, у результаті з’ясувалося, що:
- Будь-яке коливання, яким би воно не було, може бути представлено у вигляді набору синусоїдальних сигналів. Зокрема, для чистої синусоїди весь він складається з однієї рисочки. На частоті синусоїди. Ось і напруга мережі повинна бути в ідеалі 50 Гц. А спектр його повинен складатися з однієї-єдиної гармоніки.
- Але на практиці форма сигналу відрізняється від синусоїдальної. Але проблема навіть не в цьому: кінцевий спектр може бути визначений за функціями Фур’є тільки для нескінченного сигналу. Наше ж напруга має початок (включили харчування) і оконцовку (вимкнули живлення). За рахунок цього в спектрі з’являється ряд гармонік. Це частоти, які пропорційні головним 50 Гц. Наприклад, 100, 150, 200 і пр. Тепер читачі зрозуміли, що з інформацією виробника RTR можна дізнатися про важливість фільтрації саме п’ятої гармоніки 250 Гц. А щоб виконати це завдання пригнічують частоти 134 і 189 Гц. Чому? На це питання можуть відповісти лише вчені. Це якось пов’язано з особливостями роботи устаткування і перехідними процесами в мережі.
Домашнє напруга
- Але і це ще квіточки. Якщо подивитеся ГОСТ 13109, то побачите цілий ряд цікавих зауважень і вимог до промислової мережі. Наприклад, короткочасні відхилення від номіналу норми не можуть перевищувати 10%. Нічого не нагадує? Правильно, це ті самі значення, для роботи з якими створені холодильники Атлант. Цей факт просто говорить нам, що білоруси суворо дотримувалися стандартів. Довготривалий догляд від номіналу не може перевищувати 5%. У той же час визначені пороги для кожної гармоніки. Вони виражаються так званими коефіцієнтами гармонік. Щоб пояснити це як-то на пальцях, скажемо наступне: це число приблизно дорівнює відношенню амплітуди в спектрі основного сигналу 50 Гц до величини гармоніки (по частотах, 100, 150, 200 тощо). Ви бачите, що форма напруги строго задана і написано, що споживач має право вимагати виконання заданих параметрів (спробуйте-но судитися зі своїм гаражним кооперативом).
- Нарешті, для окремих імпульсів спектр сигналу йде в нескінченність, і є безперервним. У зв’язку з цим більшість вхідних фільтрів будується за схемою нижніх частот. Як ці ворота проходить 50 Гц і ще невелику ділянку, а все, що вище обрізається. Для чого це робиться, ми вже зрозуміли – стрибки напруги викликають зміни в спектрі, які, в свою чергу, згубно впливають на обладнання.
Як можна перевірити ефективність заходів захисту проти стрибків напруги
Кожен прямо у себе вдома може перевірити один цікавий факт: якщо виконана захист від перепадів напруги, то вентилятори працюють тихіше. Це відмінно чути на прикладі процесорних кулерів. Якщо форма напруги нестабільна, то системний блок буде гудіти, як танк. Це викликано нестабільністю частоти обертання вентиляторів охолодження. Достатньо для усунення цього ефекту (часткового) замкнути пелюстка заземлення розетки на нульовий провід. В результаті фільтр блоку живлення комп’ютера вийде на розрахунковий режим, скачки напруги по всіх номіналах зменшаться, що закономірно викличе зниження гула.
Пристрої та їх вплив на напругу
До речі, проблема може бути вирішена ще одним екстравагантним способом. У багатьох комп’ютерах крім стандартних напруги +5 В і + 12 В, куди можна підключити вентилятор, існують ще пара гнізд. Зазвичай це процесорний кулер (або для жорсткого диска і т. д.). Зверніть увагу, що деякі з них допускають регулювання обертів. Зазвичай для цього в комплекті має бути штекер на 4 піна. Два з них: харчування і земля (зазвичай жовтий і чорний), а інші: сигнал тахометра (синій) і широтно-імпульсна модуляція (для нарізки напруги і зниження оборотів таким способом). Якщо потрібно зменшити рівень шуму, то розумно застосовувати саме такі складні кулери, в залежності від потреб системного блоку (температура процесора і ін) швидкість обертів стане регулюватися.
Ну, і чим повільніше обертається лопать, тим тихіше це буде відбуватися. Що стосується нашого випадку, то висновок на пелюстки заземлення нульового проводу дає можливість правильно працювати фільтрів гармонік, що стоять на вході в блок живлення. У свою чергу, захист обладнання від стрибків напруги проводиться непрямий. Просто включається штатний фільтр, який в іншому випадку працював би некоректно. Одночасно істотно поліпшуються екрануючі властивості корпусу приладу. Зверніть увагу, що такий метод діє тільки в тому випадку, якщо немає заземлення в електромережі будинку. Крім того подібні заходи заборонені для групових кіл освітлювальних приладів (різні за родом приміщення).
Самим дієвим методом є використання блоку безперебійного живлення. Цей прилад за визначенням повинен фільтрувати гармоніки. Зверніть увагу, що імпортні варіанти у своєму складі зазвичай містять всі ті ж фільтри, яким потрібно заземлення. Тобто вся система оборони руйнується, якщо розетки поставлені врозріз з європейськими стандартами. Але залишається ще питання про те, як захистити побутові прилади від перепадів напруги порівняно повільного характеру. У разі джерел безперебійного живлення вольтаж витримується, у всіх інших випадках буде провал (підйом). (Див. також: Як вибрати і підключити стабілізатор напруги)
Блок безперебійного живлення
По-перше, звертаємо увагу читачів на ГОСТ 13109, згідно з яким споживач в цьому випадку може вимагати надання у свою адресу якісних послуг. Будьте готові, що плата при цьому може трохи піднятися, але тарифи знову ж регулюються антимонопольними законами. Таким чином, в штатному режимі, коли всі норми виконуються, захист холодильника від стрибків напруги не потрібно. Але! Потрібно обов’язково забезпечити свій прилад заземленням. В іншому повинен працювати вхідний фільтр (якщо такий є).
У загальному і цілому треба розуміти, що і для чого робиться. Припустимо, захист від стрибків напруги в мережі у пральної машини реалізується спеціальним блоком. Він не працює, якщо немає заземлення на корпусі можна виявити потенціал порядку 60 (фільтруються ті самі гармоніки, про яких йшлося вище). А це зовсім не для толстошкурого двигуна, а для ніжної електронної начинки, яка має в своєму складі імпульсний блок живлення, де вхідні каскади спрощені в розрахунку на те, що попередня фільтрація вже пройшла. Уявіть тепер, якщо заземлення не є: ми самі позбавляємо себе системи захисту від стрибків напруги.
Що ще можна порадити? Якщо це так важливо, то купуйте перемикач фаз автоматичного або ручного типу, який буде відслідковувати напруги. Ми вже говорили, що застосування подібних пристроїв для постачальника (у якого є мізки) потенційно вигідно. Реле захисту від стрибків напруги зовсім припинить подачу живлення в разі виходу номіналу харчування за допустимі норми. Не потрібно плутати це з контролем споживання, елементи якого можуть входити до складу лічильника: тут просто відрізається подача енергії на «незначних» споживачів.
Для промислового обладнання рекомендується застосовувати симетрувальні трансформатори. Сенс таких пристроїв у тому, щоб усунути перекіс фаз. Якщо по одній з ліній спостерігається стрибок, він буде скомпенсована на виході симетрувальної обмоткою. У багатьох випадках така захист приладів буде більш доречна, ніж будь-яка інша. Спільне застосування з трифазними перемикачами дозволить повністю обгородити своє обладнання від різних ексцесів.
Ми розповіли, як виконується захист від стрибків напруги в квартирі, а перевірити це простіше всього за допомогою викрутки-індикатора. Якщо корпус правильно заземлений, то навіть на режимі високої чутливості при безконтактному методі спрацьовування не буде спостерігатися. Це все, що ми хотіли сказати про те, як здійснюється захист електромережі локального споживача від стрибків напруги. Не виключаємо, що існує і інше обладнання, але це вже зовсім інша історія.