Якість електроенергії. Криві CBEMA
На сьогодні в експлуатації перебуває безліч найрізноманітніших побутових приладів, які з кожним роком оснащуються дедалі більш складною електронікою. Стабільна робота усього електроустаткування повністю залежить від якості електроенергії. Більшість проблем електронного устаткування в побуті та на виробництві пов'язані з різкими провалами і піковими сплесками мережевої напруги. Для зменшення кількість відмов електронного устаткування через нестабільну напругу методом проб і помилок було створено криві CBEMA (Computerand Business Equipment Manufacturers Association), що описують здатність устаткування витримувати відхилення напруги живлення від номінальної. Криві показують залежність величини відхилення живлячої напруги від інтервалу часу цієї дії і визначають область, в межах якої електронне устаткування повинне функціонувати безперервно і без збоїв.

збільшити (jpg, 132 КБ)

Червоні лінії показують максимальну і мінімальну напругу, що не призводить до збоїв у роботі устаткування відносно часу. В ідеалі такі криві повинні описувати фактичні показники мережі, а виробники електронної техніки підлаштовуватися під такі фактичні дані. Проблема полягає в тому, що якщо устаткування більшості виробників дійсно укладається в ці вимоги, то цього не можна сказати про фактичні показники якості електроенергії в електромережах.
Звідси напрошується висновок – для забезпечення збереження електронного устаткування під час збурень мережевої напруги потрібний пристрій захисту. Пристрій захисту повинен мати аналогічну характеристику (з невеличим запасом для усунення помилкових спрацьовувань). Це означає, що якщо мережева напруга виходить за межі зеленої зони кривої, пристрій захисту повинен вимикати електронне устаткування від мережі.
Таким приладом є реле напруги – пристрій захисту, здатний за частки секунди знеструмити споживачі, якщо живляча напруга виходить за межі допустимих меж. У побуті такі прилади з'явилися у спрощенному і закінченому вигляді: це готовий до роботи пристрій, покликаний захистити побутові прилади від небезпечного рівня мережевої напруги. Реле напруги є поєднанням електронного пристрою контролю напруги і силової частини роз'єднувача навантаження, зібраний в одному корпусі.
Пристрій контролю напруги може бути виготовлений на базі компаратора (від англ. comparator – порівнюючий пристрій) або мікропроцесора.
Схеми, зібрані на базі компаратора, є найдешевшими і виготовляються з фіксованими порогами спрацьовування. Поріг спрацьовування – рівень нижньої або верхньої вхідної напруги, досягши значення якого реле вимкне живлення вихідного ланцюга. Фіксовані пороги, як правило, встановлюються заводом-виробником відповідно до діючого стандарту (220 В ± 10 %).
Мікропроцесорні реле напруги вирізняються плавним регулюванням верхнього і нижнього порогів спрацьовування. У реле такого типу пороги спрацьовування не фіксовані. Тобто їх може змінити користувач на власний розсуд (наприклад, для устаткування, що потребує точнішого рівня вхідної напруги ±5 %).
Основним параметром реле напруги є швидкодія. Час спрацьовування реле повинен гарантувати безпеку підключеного устаткування.
Силова частина пристрою повинна забезпечувати безперервне надійне електроживлення споживача без нагрівання силових контактів.
Практично усі реле мають функцію тимчасової затримки під’єднання навантаження, щоб уникнути передачі в навантаження стрибків і спотворення синусоїдальної напруги, що виникають під час під’єднання до мережі.Так само, як і з порогами спрацьовування, час затримки може бути зафіксовано заводом-виробником, а може бути закладено також і функцію регулювання.
Дорожчі моделі реле напруги мають можливість регулювання часу затримки. Такі реле придатні для експлуатації спільно з холодильним і кліматичним устаткуванням.
Це пов'язано з реальною небезпекою виходу з ладу компресора навіть тоді, коли напруга в мережі короткочасно зникає. Так, наприклад, холодагент під час роботі холодильника або кондиціонера перебуває під великим створюваним компресором тиском. Раптове відмикання від мережі призведе до зупинки електродвигуна і до створення в різних частинах системи перепадів тиску. На виході компресора протягом деякого часу тиск залишиться високим. У зв'язку з цим при швидкому відновленні електроживлення електродвигун перебуватиме в заблокованому стані, що може призвести до пошкодження устаткування.
На відміну від стабілізатора реле напруги не вирівнює напругу в мережі, а лише відмикає ділянку, яку захищає, в момент підвищення або зниження напруги та автоматично вмикає її, коли напруга в мережі стабілізується. Тому реле дуже ефективне в аварійних ситуаціях, що виникають як наслідок обриву дротів, перевантаження, перекосу фаз тощо.
Залежно від типу під’єднання реле напруги підрозділяються на однофазні та трифазні.
Однофазні реле напруги призначено для захисту однофазного навантаження від неприпустимих коливань мережевої напруги. Можуть застосовуватися як самостійні комутаційні пристрої, так і для управління іншими комутаційними апаратами, наприклад, магнітними пускачами.
Трифазні реле напруги використовуються для захисту трифазних споживачів від неприпустимих коливань напруги у мережі, обриві чи перекосі фаз, злипанні та порушенні чергування фаз. Можуть використовуватися спільно з пристроями, де необхідно здійснювати постійний контроль наявності та якості фаз.

Причини для встановлення реле контролю напруги
Згідно зі стандартом допускається відхилення напруги від норми в 220 вольт на 10 %, тобто якщо у мережі від 198 до 242 В, то це є нормою. Зниження напруги часто пов'язано зі зносом ліній електропередач і збільшенням навантаженням на них. Підвищена напруга буває рідше, проте вона небезпечніша. Іноді раптове вимикання подачі напруги супроводжується імпульсними перешкодами, що супроводжується стрибком напруги і струму. Рідше, але все таки іноді бувають випадки потрапляння в квартирні електричні мережі напруги 380 В замість 220 В, внаслідок чого висока вірогідність виходу з ладу електропобутової техніки. Якщо за зниженою напругою ще можна думати про те, купити пристрій захисту чи ні, то від підвищеної напруги пристрій захисту встановлювати потрібно однозначно..
Підвищена напруга трапляється також внаслідок аварійного стану проводки у житлових будинках, коли в результаті обриву загального нульового дроту сусідні фази опиняються під небезпечною напругою в 380 В. У квартири однофазна напруга подається з трифазної мережі (нуль – фаза). В момент обриву нуля напруга залежатиме від навантаження на сусідні фази. Оскільки навантаження різне, то й напруга на побутових електроприладах буде різною, аж до 380 В. Значне перевищення нормального рівня вхідної напруги призводить до виходу з ладу техніки і можливого її загоряння. Чимало людей, не замислюючись, йдуть з квартири, залишаючи підключеними до мережі телевізори (у режимі очікування), музичні центри, пральні та посудомийні машини, холодильники, комп'ютери і роутери. Можливим рішенням проблеми може бути встановлення реле контролю напруги.

Вибір реле контролю напруги
Реле великої потужності, як правило, монтуються на DIN-рейку, вимагають монтажу електриком, що не завжди зручно. Слід пам'ятати, що таке реле напруги не має вмонтованого захисту від високого струму. Перед реле напруги на DIN-рейці має бути встановлено автоматичний вимикач. Автомат підбирається номіналом на 20-30 % нижче, ніж номінал реле.
Якщо необхідно захистити точкові джерела споживання, доцільніше купити реле напруги для встановлення в розетку. Вони не потребують монтажу і прості у використанні.

Однофазне реле напруги з можливістю регулювання часу затримки і порогів спрацьовування

Таке реле напруги встановлюється безпосередньо в розетку і використовується для захисту окремих споживачів або їх груп. Реле управляється мікроконтроллером, що здійснює аналіз поточної живлячої напруги і відображує його діюче значення на цифровому табло. Вимикання навантаження здійснюється електромагнітним реле. Для встановлення допустимих меж вхідної напруги і часу затримки використовуються кнопки (див. інструкцію користувача).

Однофазне реле напруги з фіксованими порогами спрацьовування і часом затримки

Таке реле напруги також встановлюється безпосередньо в розетку і використовується для захисту окремих споживачів або їх груп. Схема здійснює аналіз поточної живлячої напруги. Вимикання навантаження здійснюється електромагнітним реле. Порогиі і час затримки мають фіксовані значення і не регулюються.

Реле напруги – це один з тих пристроїв, які бажані в кожному будинку і взагалі скрізь, де є електроприлади або пристрої, що працюють від мережі. Найбільш вони ефективні у разі аварійних ситуацій, що виникають внаслідок обриву дротів, перевантаження, перекосу фаз тощо.