Устройства защиты бытовых электрических сетей. Часть 2 — Защита по напряжению.

Продолжим, пожалуй, наш миниобзор о устройствах защиты бытовых электрических сетей.
В первой части нашего обзора мы говорили о устройствах защиты по току - то есть тех устройствах, которые защищают электрические сети от проблем возникающих в них самих: коротких замыканий, перегрузок, неправильных подключений. А что делать, если сосед сверху решил, что его новое хобби - варить раму мотоцикла на балконе сваркой, которую прадедушка лично сделал из болванки от снаряда и колючей проволоки, смотанной им во время Брусиловского прорыва? (в результате чего за 1 секунду у вас напряжение может изменится с 230В до 80, а потом сразу до 380). Вот тут и нужны устройства немножко другие и по конструкции и по назначению.

Реле контроля напряжения
На сегодняшний момент данные устройства являются самым простым и надежным способом защиты по напряжению. Устройство состоит из собственно реле, формирователя опорного напряжения и устройство сравнения, называемое компаратором( на самом деле компараторов два - один проверяет, что напряжение больше допустимого минимума, а второй - что меньше допустимого максимума, но для простоты назовем компаратором все устройство сравнения).

Что же такое реле вообще? Реле представляет собой выключатель управляемый внешним электрическим сигналом.

Когда на электромагнитную катушку 1 подается переменное напряжение, то она "нажимает" на рычаг 2, который замыкает контакты 3. По сути, катушка, в данном случае, выступает в роли пальца, который нажимает на клавишу в обычном выключателе. А что же подает управляющее напряжение на катушку?
А для этого в нашем реле контроля напряжений установлена специальная электронная схема (компаратор), сравнивающая напряжение на входе в устройство с заранее известным эталонным или опорным напряжением. В качестве опорного обычно выбирают небольшое напряжение - от 1,5 до 12В. то есть то напряжение, которое заведомо меньше диапазона напряжений бытовой сети.
Получается, что если на входе в наше устройство подано напряжение в регламентируемом ДСТУ диапазоне (от 160 до 250 вольт), то реле контроля напряжения "пропустит" его в сеть дома или квартиры; если же нет, то опасное для бытовых приборов напряжение внутрь не "пойдет".
Достаточно простое и эффективное устройство, которое может быть собрано даже радиолюбителем с небольшим опытом (что кстати в советские времена и делалось). К счастью, эти времена прошли и современная промышленность выпускает массу современных реле контроля напряжений: как простейших, так и с дополнительными опциями: индикацией напряжения на входе, возможностью регулировки диапазона напряжений и массой дополнительных "плюшек".

Реле контроля напряжения для однофазной сети, также регламентируются по номинальному напряжению. Правило такое же, как и для Устройств Защитного Отключения - на один номинал больше, чем у стоящего в одной цепи Автоматического Выключателя или Дифференциального Автомата.
А что же с трехфазной сетью? А здесь есть некая техническая особенность - для трехфазной сети нужно реле на 3 пары контактов. Такое реле, да еще и на "серьезные" номиналы, мало того, что выходит достаточно габаритным, так еще и стоит немало. Поэтому для трехфазной сети реле контроля напряжения выпускаются на небольшое значение силы тока (обычно 4-5 Ампер, но и они обычно не задействованы) и предназначены эти устройства для управления внешним реле.

На картинке виден контакт NO - вот это то и есть выход управляющего напряжения для внешнего реле.
Это отдельностоящее реле на 3 пары контактов обычно так и называют Контактором.
А вот контактор уже бывает на разную силу тока.

Вроде все просто? Да конечно, но есть нюанс - Реле контроля напряжения только контролирует, оно не "пустит" в квартиру 260 (например) Вольт, но вот колебания от 160 до 250 Вольт для него допустимы.
Что-же нам делать, если мы хотим иметь постоянно "правильное" напряжение 230В? Об этом следующий раздел нашего обзора.

Нормализаторы и стабилизаторы напряжения
Два типа разных по конструкции, но одинаковых по назначению устройств. В силу этого их часто путают, но мы не будем - мы разберемся в правильности названий.

Итак, более простые и надежные Нормализаторы.
По своей конструкции нормализаторы очень напоминают уже рассмотренные ранее реле контроля напряжения, только развернутые задом - наперед и вместо реле установлен трансформатор.

Хм, по тому как написано - совсем не похоже.

Для понимания того, как функционирует нормализатор напряжения, давайте вспомним из школьного курса физики: что же такое трансформатор и как он работает.

Трансформатор состоит из металлического сердечника на котором расположены две обмотки с проводом.

Как ясно из самого названия - он трансформирует электрическое напряжение, повышая или понижая его.
Величина, во сколько раз он изменяет напряжение, называется коэффициентом трансформации и равна соотношению витков в первичной и вторичной обмотках. Изменяя количество витков в одной из обмоток (переключаясь между ними) можно менять коэффициент трансформации, а значит и величину выходного напряжения.Вот это нормализатор и делает - автоматически переключается между выводами с одной из обмоток транформатора (обычно вторичной), подбирая коэффициент трансформации таким, чтобы на выходе было напряжение максимально близкое к стандартным 230 Вольтам. Если же входное напряжение таково, что невозможно обеспечить напряжение в заданном диапазоне, то нормализатор, как и обычное реле контроля напряжения, отключит выход.
Недостатком нормализатора есть то, что какое бы большое количество выводов для переключения не делай, все равно остается некий шаг переключения, а значит напряжение может и не быть ровно 230в. Кроме того, нормализатор не контролирует и не может контролировать и изменять отклонения в частоте электрической сети 50 Герц и в форме электрического сигнала (мы же помним, что переменное напряжение должно быть синусоидальной формы).

Более сложной и "продвинутой" конструкцией является стабилизатор

Основная идея стабилизатора заключается в том, что из большего всегда можно сделать меньшее

Здесь также установлен транформатор, но у него не переключаются обмотки - он сразу повышает напряжение сети в 2,5-3 раза. После чего стоит выпрямитель напряжения, получающий из переменного напряжения постоянное. А уже из постоянного напряжения генератор формирует на выходе 230 Вольт и 50 Гц.
Вроде бы все хорошо - куда уж лучше? ан нет и здесь мы найдем недостатки.
Стабилизатор, как и все вышерассмотренные устройства, может работать только в определенном диапазоне входных напряжений. А что же делать, когда напряжение не соответствует норме?

Гибридные инверторы

По сути своей гибридные инверторы представляют собой сильно продвинутые стабилизаторы, которые в случае, если не могут получить напряжение от внешней сети, переключаются на источники альтернативного питания: запускают генератор, подключают солнечные панели, переходят на питание от аккумуляторов.
Наиболее простейшие из них мы знаем под названием Источников Бесперебойного Питания.

"Продвинутые" модели имеют мощность в несколько киловатт и умеют синхронизировать свою работу, для объединения их в целую сеть. Но об этом, дай бог, будет отдельный рассказ.

На этом можно завершить наш обзор - мы рассмотрели все основные классы устройств защиты.
Какие вы выберете, для установке себе домой - выбирать вам