Електрична енергія використовується в усіх сферах життєдіяльності людини, вона безпосередньо бере участь у створенні інших видів енергії (механічної, теплової) і має багато інших специфічних властивостей. Електроприлади працюють добре лише тоді, коли параметри електричної енергії (частота, напруга, форма сигналу) перебувають у певних допустимих межах, тому для їх нормальної роботи потрібна “якісна” електрична енергія.
Однією із найрозповсюдженіших причин, що призводить до відмови або виводу з ладу електрообладнання, є нестабільність напруги мережі. Це трапляється, наприклад, через аварії на підстанціях та лініях електропередач, застаріле високовольтне обладнання тощо. У промислових мережах змінного струму часто виникають недопустимі відхилення напруги (перевищенням верхньої межі напруги - 242 В і нижньої - 187 В), імпульсні перешкоди амплітудою в одиниці кВ, внаслідок віялоподібного вимкнення електроенергії. Надійним захистом від неякісного електроживлення зазвичай є стабілізатори напруги – апарати для її автоматичного підтримання. Стабілізатор автоматично підтримує рівень напруги 220 В при відхиленнях від норми величини вхідної напруги мережі живлення.
Типи стабілізаторів
Ферорезонансні стабілізатори з перерозподілом напруги характеризуються надійністю, здатністю одночасно стабілізувати лінійну і фазну напруги. Цей тип стабілізаторів функціонує у діапазоні температур від -40 до +40 °С, тому може встановлюватись у неопалюваних приміщеннях. Ферорезонансні стабілізатори мають такі переваги: висока швидкодія, регулювання напруги без розриву фази, відносна простота схеми і, відповідно, висока її надійність, висока точність стабілізації напруги (3%). Однак мають і суттєві недоліки: велика маса і габарити, високий рівень шуму, значне споживання енергії, вузький діапазон вхідної напруги (176-256 В), спотворення синусоїдності кривої напруги і створення перешкод (тому підключення цифрової апаратури можливе тільки з встановленням фільтру перешкод), обмеження навантажувальної здатності (недопустимість роботи у режимі неробочого ходу і навантаженнях, менших 20%), обмеження cos(?) навантаження. Потужність ферорезонансних стабілізаторів становить від 10 до 20 кВА.
Ступеневі стабілізатори - найбільш розповсюджений тип стабілізаторів. Вторинна обмотка їх трансформатора має виводи з різними коефіцієнтами трансформації, які перемикаються автоматично при зміні напруги мережі. Схема базується на комутації виводів автотрансформатора за допомогою силових ключів. За типом силових ключів ці стабілізатори поділяються на дві групи: з напівпровідниковими і релейними ключами. Перевагами першої є безшумність роботи, можливість створення швидкодіючих схем регулювання напруги. До переваг релейних ключів належить висока стійкість до імпульсних перенапруг. Виробники сучасних реле гарантують у середньому до 6 млн. перемикань при номінальному струмі, це забезпечує безаварійну роботу стабілізатора протягом тривалого часу. За принципом керування ключами можна виділити два типи стабілізаторів. У стабілізаторах першого типу розрив фази при перемиканні обмоток у процесі регулювання складає до 12 мс (семістор може закриватись тільки при нульовому значенні струму, для запобігання короткого замикання в обмотках трансформатора вводять затримку на вмикання наступної ступені). У системах другого типу реалізовано схему зперемиканням при нульовому значенні струму: розрив фази не перевищує 1 мс. До переваг даного типу стабілізаторів напруги належать: малі габарити, відносно низька вартість, незначні перешкоди та спотворення ситнусоїдності напруги, широкий діапазон вхідної напруги. До недоліків такого типу належать переривання напруги у процесі регулювання (обмеження застосування для високоіндуктивних та високоємнісних навантажень, скажімо, у лампах деного світла, блоках керування газовими котлами тощо), дискретність регулювання (напруга на виході змінюється “ступенево” у межах заданого діапазону). Потужність таких стабілізаторів від 100 ВА до 100 кВА.
Електромеханічні стабілізатори. Основу схеми цих пристроїв складає регульований автотрансформатор, який вмикається у первинну обмотку вольтододавального трансформатора. Вторинна обмотка вмикається у розрив фази мережі. Контроль вхідної напруги відбувається постійно, при відхиленні її від номінального значення змінюється характеристика автотрансформатора. Така схема дозволяє плавно регулювати напругу без переривання фази і без спотворення синусоїди. Цей стабілізатор достатньо компактний і придатний для будь-якого навантаження. Застосовується у силових мережах житлових будівель, банків, промислових об’єктів, медичних закладів. Перевагами цих стабілізаторів є найвищий коефіцієнт віддачі (98-99%), великий робочий ресурс, висока точність утримання вихідної напруги220 ± 1%, відсутність перешкод та спотворень синусоїди, велика навантажувальна здатність, широкий діапазон корекції напруги 140-260 В, відсутність електронних блоків, можливість організації систем з широким діапазоном потужностей від 4 кВА до 2 МВА. Недоліками такого типу стабілізаторів є висока вартість, великі масо-габаритні показники порівняно із ступеневими коректорами напруги, обмежена швидкість регулювання.
Як вибрати стабілізатор напруги?
Точність стабілізації. Для вибору точності стабілізації необхідно визначити діапазон напруг, допустимих для живлення електрообладнання. Для живлення складної медичної апаратури і точних вимірювальних приладів бажано встановлювати стабілізатор точністю до 3%. Освітлювальну апартуру (люстри, прожектори тощо) рекомендується підключати через стабілізатор з точністю, не меншою 3%. Чим вища точність стабілізації, тим менший розкид вхідної напруги, і відповідно, менша видима інтенсивність світла при різких стрибках вхідної напруги. Електроживлення більшості побутових приладів і апаратів можливо здійснювати напругою 220± (5-7)%.
Для вибору стабілізатора напруги необхідно передусім вимірювати фазну та лінійну напругу мережі декілька разів на добу протягом декількох днів (наприклад двох будніх і вихідних). Для вимірювання слід використати прилад, що вимірює діючі значення напруг. За результатами вимірювань можливі такі варіанти:
- якщо за час вимірювань фазна напруга не виходила за межі 205-235 В, то встановлення стабілізатора виправдане лише для живлення відповідальних електроприладів (медичне обладнання, точні вимірювальні прилади тощо), причому використовувати потрібно стабілізатори напруги високої точності, з можливістю регулювання вихідної напруги. Встановлювати стабілізатори напруги з точністю підтримання вихідної напруги ±5% не слід, натомість краще встановити трифазний пристрій контролю напруг, який захищає від перенапруг. Якщо у одній із фаз напруга помітно відрізняється, і це відбувається постійно, то стабілізатор необхідно встановити тільки на одну фазу;
- якщо напруга виходить за межі 205-235 В, відбуваються її різкі зміни, помітне мерехтіння джерел світла, але значення фазної напруги лежать у межах 195-245 В, то у такому випадку встановлення стабілізатора напруги бажане для усіх електроспоживачів, а для джерел світла – обов’язкове;
- напруга мережі може необмежено довго бути нижчою 195 або вищою 245 В, при цьому протягом доби рівень напруги може неодноразово змінюватись від мінімального значення до максимального. У такій мережі користуватись електрообладнанням без стабілізатора напруги неможливо.
Окремо постає питання усунення таких явищ, як мерехтіння світла через коливання напруги. Річ у тім, що око людини сприймає зміну освітленості при різких стрибках напруги лише на 1% протягом 0,02 с. Забезпечити таку швидкість реакції стабілізатора напруги важко, тому від різких коливань напруги мережі не захистить навіть високоточний стабілізатор.
|
