Для чего реле напряжения в щитке
Для чего нужно реле напряжения
Назначение реле напряжения
Если ваша электросеть постоянно занижена или меняется в больших пределах, тогда вам нужен стабилизатор напряжения, который при изменении напряжения сети в пределах 150 — 270 В, на выходе даст стабилизированное напряжение 220 В. При относительно стабильной сети, когда она меняется незначительно, вам необходимо в квартирный щиток установить реле напряжения. Для чего нужно реле напряжения?
Реле напряжения РН — 111М
Реле напряжения отключает напряжение сети, если оно станет меньше 170 или больше 260 В. Для старой электропроводки обгорание нуля не такое редкое явление. Нулевой провод в подъездном щите может отвалиться по таким причинам как обгорание при ослабшем креплении. Старение проводов увеличивает его сопротивление, нулевые провода греются, ослабляется болтовое соединение, как результат все это приводит к обгоранию нулевого провода.
Причиной обрыва нулевого провода может быть также неопытность и недобросовестность электрика, замыкание фазы на нулевой провод воздушных электросетей при сильном ветре. В подъездный электрощит приходят три фазы, которые равномерно распределяется по квартирам, а нулевой провод идет общим для всех. Если оборвется нулевой провод, меняется распределение напряжения по квартирам.
В розетке может появиться напряжение около 380 В, идущее через включенную нагрузку соседней квартиры, которая питается от другой фазы. В результате горят все подключенные электроприборы и техника. Поставив реле напряжение, при обрыве нуля отключится все напряжение сети в квартире, и все подключенные электроприборы останутся целыми. Обрыв нуля проводника может произойти в общедомовом щите или на подстанции. Вот для чего нужно реле напряжения.
Принцип работы реле напряжения
Конструктивно этот прибор выполнен в пластмассовом корпусе и предназначен для установки на din-рейку в электрощитах. Реле имеет электронную часть и электромеханическую.
Устройство реле напряжения
Электронный модуль предназначен для определения высокого и низкого аварийного порога напряжения и подачи сигнала на управляющий элемент. В аварийном случае управляющий сигнал поступает на электромагнитное реле, которое срабатывает и отключает напряжение сети.
Некоторые реле напряжения имеют возможность ручной установки нижнего и верхнего порога аварийного напряжения и времени включения сети прибором, после появления нормального сетевого напряжения.
Более дорогостоящие устройства могут иметь дисплей, для удобного чтения параметров сети. Эти приборы не предназначены для защиты от скачков напряжения вызванных ударом молнии. Для молниезащиты используются специальные ограничители напряжения.
Как проверить реле напряжения
При приобретении реле напряжения в электротоварах, вряд ли кто проверит вам его на работоспособность. Поэтому от продавца требуйте гарантии на прибор. Проверить реле напряжения можно на ЛАТРе (лабораторный автотрансформатор), которым вручную на выходе можно менять напряжение от 0 до 250 В.
Лабораторный автотрансформатор ЛАТР
Собрав схему подключения реле напряжения с лампочкой вместо нагрузки, ручкой автотрансформатора меняют напряжение от номинального в сторону нижнего и верхнего порогов аварийного напряжения, контролируя тестером момент выключения лампочки и определяют пороги напряжения срабатывания
Для чего нужны реле напряжения, и как определиться с их выбором
Причины перепада напряжения
Довольно частая ситуация в СНТ, частных домохозяйствах или жилых домах со старой проводкой — выход из строя домашней техники в результате скачков напряжения на линиях питания вследствие ударов молний, повреждений линии или включения/ выключения вблизи зданий крупных потребителей. Использование сварочного аппарата соседом по даче легко может обернуться сгоревшей электроникой бойлера или сигнализации.
Можно ли защититься от таких скачков напряжения? Да, и причём такая защита не потребует больших капиталовложений. Специально для защиты домашней техники и внутри домов разработано специальное устройство — реле напряжения.
Реле напряжения устанавливается в электрических щитах квартир, частных домов и небольших коммерческих объектов с однофазным питанием для защиты электрооборудования от повреждений, вызванных длительным повышением или понижением напряжения.
Для объектов с 3-фазным вводом используется установка реле напряжения на каждую фазу на вводе электрического щита в случаях, если по местным условиям возникают или могут возникать колебания напряжения, вызванные, например, несоблюдением баланса нагрузок на фазах.
Причиной длительного повышения или понижения напряжения могут стать перекос фаз, вызванный небалансом нагрузок или обрыв рабочего нуля. Небаланс фаз может наблюдаться в самых различных случаях, как в домах и квартирах старой постройки, так и новостройках т.к. причиной является как правило поведение потребителей, а не техническое состояние сетей и оборудования.
Обрыв нуля как правило возникает по причине изношенности электрических сетей, долгого отсутствия ремонта и обслуживания. Наиболее часто такое явление возникает в домах старой постройки, сети которых находятся в ненадлежащем техническом состоянии. В современных домах и коммерческих объектах причиной обрыва нуля могут стать ошибки при ремонтах и обслуживании электрических сетей.
Зачастую причиной пониженного напряжения сети является перегруженность, вызванная недостаточной мощностью питающей сети. Такая картина характерна для большого количества деревень и поселков.
Таким образом, риск повреждения оборудования от пониженного или повышенного напряжения велик, независимо от возраста строения, состояния сетей и применение реле напряжения с ценой около 2,5 тыс. руб может защитить владельцев от ущерба в несколько десятков, а иногда и сотен тысяч рублей.
Настройки и пороги отключения
Приведём пример подбора и настройки реле напряжения на примере одной из наиболее распространённых моделей линейки Easy 9. Реле EZ9C1240 имеет предустановленные с завода основные настройки контроля напряжения и срабатывания: 265 Вольт на отключение по повышенному напряжению и 160 Вольт на отключение по пониженному напряжению. Выдержка времени на включение реле, после отключения установлена на уровне 30 сек. Заводская настройка реле напряжения упрощает установку реле в уже имеющийся электрический щит и защищает пользователя и домашнюю технику от ошибочных настроек, которые могут повредить подключенное оборудование.
Указанный порог отключения по повышению напряжения выбран исходя из максимального значения рабочего напряжения бытовых приборов. Для большинства современных бытовых устройств рабочим напряжением является 230 или 230-240 В. Учитывая, что существующий ГОСТ устанавливает требования к колебанию напряжения в пределах +/- 10%, максимальным будет напряжение 264 В, с учетом погрешности — 265 В.
Хочется сказать несколько слов и о необходимости защиты от пониженного напряжения. Действительно, современные бытовые приборы с импульсными блоками питания нормально работают при снижении питающего напряжениям до 120-150 В. Однако есть устройства, для которых понижение напряжения может быть губительно. К таким относятся холодильники, морозильные камеры, кондиционеры, стиральные и посудомоечные машины и другие устройства, в которых есть электрические двигатели. Дело в том, что для нормальной работы электрического двигателя необходима определенная мощность, потребляемая из сети. Напомним, что электрическая мощность — это произведение тока на напряжение.
При снижении напряжения двигатель начинает потреблять из сети больший ток, чтобы компенсировать снижение мощности, что приводит к повышенному нагреву двигателя и быстрому выходу его из строя. Еще более сложная ситуация с пуском двигателя при пониженном напряжении. Даже при нормальных параметрах электрической сети ток, потребляемый двигателем, превышает рабочий в 3-5 раз (иногда больше в зависимости от вида прибора). При пониженном напряжении зачастую двигателю просто не хватает мощности, чтобы запуститься, или пуск затягивается во времени, что гарантировано выводит электродвигатель из строя. Именно поэтому при опасном понижении напряжения оборудование также должно отключаться от сети.
Порог отключения по пониженному напряжению в приведённом в нашем примере реле напряжения Easy 9 принят исходя из нескольких факторов: с одной стороны, необходимо минимизировать количество отключений, но при этом необходимо максимально защитить оборудование, наиболее чувствительное к понижению напряжения.
С учетом этих условий, порог отключения по пониженному напряжению составляет 160 В. Именно на этом напряжении еще возможен относительно безопасный пуск двигателя холодильников, кондиционеров и т.д. Отмечу, что на большинстве стабилизаторов напряжения 160 В (+/-10 В) также является нижним пределом работы, после которого стабилизатор отключается от сети. И если вы купите реле напряжения, позволяющее вносить корректировки в настройки порогов срабатывания, то рекомендую выбрать именно такое значение для нижнего порога отключения.
Внутренняя конструкция реле напряжения EZ9C1240 из линейки Easy 9 рассчитана на долгую и безотказную работу. В частности, все внутри реле есть гибкие соединители, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами электрических соединений. Дело в том, что реле является необслуживаемым устройством, и все внутренние соединения выполняются с помощью точечной сварки, качество и надежность которой напрямую влияет на срок службы изделия.
Именно гибкое соединение позволяет получить максимально надежный контакт, который к тому же не подвержен механическим нагрузкам т.к. такое соединение делается с запасом по длине. Кроме того, гибкие соединения являются более устойчивыми к вибрациям, которые неизбежно возникают при работе электрооборудования.
По этой причине подобного рода соединения применяются практически повсеместно в электрооборудовании, например, в модульных автоматических выключателях и дифференциальных устройствах любых производителей, в автоматических выключателях литого исполнения до 630 А и даже в оборудовании среднего напряжения 6-10 кВ (например, автоматический выключатель Evolis от Schneider Electric). Устанавливается реле напряжения на входе в электрощит, сразу после вводного автомата.
Источник: Компания «АСберг АС» по материалам Schneider Electric
Что такое реле контроля напряжения и для чего его используют в домах и квартирах
Реле напряжения применяется для защиты бытовой техники от скачков в сети. Использование устройства заметно снижает риск выхода из строя дорогостоящей аппаратуры. Пригодится РН и для правильного функционирования промышленных агрегатов.
Для чего нужно реле контроля напряжения
Бытовые электроприборы рассчитаны на напряжение 220-240 В. Периодически в электросети возникают нештатные ситуации. Напряжение в розетке прыгает в большую или меньшую сторону. Скачки способны нарушить работу бытовой техники или вовсе вывести ее из строя.
Перепады напряжения в сети
Распространенный случай перепадов напряжения — это обрыв нуля. При этом на одной фазе напряжение падает ниже допустимого уровня. На другой, наоборот, происходит существенное превышение вольтажа вплоть до 380в.
Другая ситуация свойственна старым домам с плохой электропроводкой и разболтавшимися контактами. Из-за плохого состояния кабелей и их перегрузки напряжение в розетках способно упасть до 170 В и ниже. Это опасно для электрических двигателей стиральных машин и холодильников.
На защиту электроприборов встает реле контроля напряжения. Это небольшое устройство располагается в распределительном щитке квартиры. Оно имеет компактную конструкцию, удобно крепится на дин рейку и выполняет свою задачу полностью автономно.
Дополнительная информация. Нужно отличать реле контроля напряжения от всевозможных стабилизаторов и УЗМ. Все перечисленные устройства применяются для защиты бытовой техники. Стабилизатор — прибор активный. Он способен самостоятельно корректировать напряжение в квартире. РН выполняет более простую и пассивную функцию. Оно просто отключает потребителя при превышении допустимого порога и, само по себе, на вольтаж никак не влияет.
Назначение кнопок и выводов
На передней панели стандартного реле ограничения напряжения имеется 3 контакта. Они предназначены для подключения нулевого и фазных проводников. Если смотреть слева направо, то контакты имеют следующее назначение:
Выводы 2 и 3 — это нормально разомкнутые силовые контакты. Если напряжение между 1 и 2 находится в пределах нормы, то 2 и 3 замкнуты, и фаза может свободно проходить в сеть квартиры.
Устройство реле напряжения
Реле контроля напряжения имеет простой принцип работы. Внутренний контроллер непрерывно измеряет напряжение в сети. Если оно выходит за пределы нормы, то электромагнитное реле отключает квартиру. Устройство цифровое. Оно срабатывает как на чрезмерно высокий вольтаж, так и на заниженный.
Задержка времени включения
Для РН свойственна задержка включения. Если вольтаж провалился ниже допустимой нормы, то устройство выключится и разорвет контакты 2 и 3. Когда напряжение снова входит в норму, реле не включается. Оно выжидает некоторое время. Например, 15 секунд. Это необходимо, чтобы избежать ложных включений РН. Регулятор для настройки этого параметра предусмотрен на передней панели устройства.
На корпусе реле имеются кнопки с дисплеем. Они позволяют настроить диапазон рабочего напряжения и время задержки срабатывания. Подробная информация о настройке прибора содержится в руководстве по эксплуатации.
Технические параметры
К основным характеристикам РН относится рабочее напряжение, количество подключаемых фаз и максимальная пропускная мощность. Ниже рассмотрены параметры одного из популярных реле — RV-32.
Из характеристики следует, что реле питается от сетевого напряжения 220 В. Внутренние контакты способны длительно пропускать ток, равный 32 А, что соответствует потребителю мощностью 7 кВт. Класс IP 20 говорит, что устройство непригодно для работы во влажном помещении или на улице. Его допустимо устанавливать в специальный электрический щит. 100 тыс. рабочих циклов — это количество включений и отключений реле, которые оно способно перенести без разрушения.
Реле напряжения DigiTOP Vp-50A IP20
Виды РН
В защите от скачков вольтажа нуждаются различные типы приборов. Некоторые из них работают от бытового напряжения 220 В и потребляют минимальную мощность. К примерам таких устройств относятся зарядные устройства для смартфонов или led лампочки. Другие так же работают от 220 В, но потребляют уже тысячи ватт мощности, например, электрические чайники и утюги. Третьи устройства требуют трехфазного питания 380 В. Обычное однополюсное РН им не годится. Среди таких потребителей промышленные станки и мощные асинхронные двигатели. Поэтому все реле для контроля напряжения принято разделять по типу корпуса и виду нагрузки.
По типу корпуса
Данная классификация указывает на то, какие приборы и в каком количестве возможно подключить к реле. По типу исполнения РН подразделяется на 3 вида:
Первый тип наиболее прост с точки зрения использования. Данное реле защиты от перенапряжения подключается непосредственно в розетку. С одной стороны корпуса имеется соответствующий разъем в виде штепсельной вилки. На другой части прибора расположена стандартная розетка для подключения нагрузки. Подобный тип РН можно быстро снять и подключить в другое место.
Второй тип выполнен в виде удлинителя. На его поверхности имеется несколько розеток для нагрузки. В отличие от 1-го типа данное реле оснащено кабелем с вилкой. Прибор удобен для стационарного подключения офисной техники.
Третий тип наиболее профессиональный. РН устанавливается в щиток. Оно имеет расширенный список функций, высокую пропускную мощность, и одновременно защищает все электрические приборы в квартире.
По количеству фаз
Электрические потребители, работающие от переменного тока, подразделяются на 2 группы. Подобное деление имеет и реле контроля напряжения. А именно:
Однофазная модификация пригодна для дома. Эти реле устанавливаются в квартирах, гаражах и дачах. Они пропускают через себя одну фазу и ноль. Поэтому их называют однофазными.
Рабочее напряжение для подобных РН составляет 220в. Их контакты рассчитаны на ток в 30-40 А, что соответствует максимальным значениям для квартирной проводки. Устройство имеет минимальный перечень настроек и, если почитать инструкцию, пригодно для пользования обычным человеком без профильного образования.
Трехфазное реле контроля напряжения ZUBR 3F
Второй вид реле сложнее. Он контролирует вольтаж одновременно на 3 фазах. Подобная модификация годится для агрегатов, потребляющих от сети 380 В. Реле имеет расширенный перечень регулировок и требует минимальный опыт в настройке систем автоматики.
Распространенные схемы подключения
Отличия существуют и в мощности потребителей, которые подключаются через РН. Одним достаточно для питания фазы и нуля. Другие требуют трехфазное питание. Для каждой категории мощности нагрузки необходима соответствующая схема подключения реле. Поэтому принято выделять 3 способа включения этих защитных устройств:
Подключение однофазного РН
Схема применяется для подключения потребителей на 220 В. Она пригодна как для квартиры, так и для отдельного устройства.
Первоначально имеется однофазное РН, питающая и отходящая линии. Монтаж схемы производится по нижеизложенному плану:
Схема для трехфазного реле контроля напряжения
Разные модели трехфазных реле контроля напряжения имеют отличающийся набор клемм для подключения проводов. В стандартной комплектации их 8. Клеммы напряжения сети (4 шт.) нужны для подачи в устройство трех контролируемых фаз и нуля. На корпусе прибора они обозначаются L1, L2, L3 и N. Выходные релейные клеммы (4 шт.) используются для подключения последующих устройств защиты и автоматики. Они имеют маркировку «NO» у нормально открытых контактов, и «NC» у нормально закрытых.
Схема подключения собирается в 2 этапа:
Обратите внимание! Дорогостоящие трехфазные РН способны контролировать не только напряжение, но и ряд других параметров сети. Например, критический перекос фаз и правильность их чередования. Эти функции важны для правильной работы асинхронных двигателей и тиристорных преобразователей.
Подключение нагрузок свыше 100 кВт с помощью контактора
Некоторые потребители электроэнергии берут от сети токи в сотни ампер. Никакое РН не способно справиться с такими мощностями. В этой ситуации используют отдельный контактор. Его необходимо соединить с выходным реле.
В этой схеме РН просто контролирует состояние сети и формирует слаботочный сигнал управления для контактора. Его втягивающая катушка подключается последовательно с выходом реле контроля напряжения. Основной ток нагрузки протекает непосредственно через контактор.
Важно! Не следует ставить РН рядом с мощными источниками радиопомех, например, трансформаторами или беспроводными телефонами. Испускаемые ими помехи способны повлиять на измерительную цепь реле и привести к ложным срабатываниям.
Рекомендации по выбору
Из вышесказанного вытекает, что существует множество видов реле контроля напряжения. Подбор осуществляется с учетом конкретной ситуации, в которой РН предстоит работать. Наиболее значимые критерии выбора реле контроля напряжения таковы:
Дополнительная информация. Существуют реле контроля напряжения, оснащенные встроенным амперметром. Эти приборы позволяют отслеживать потребляемый квартирой ток. На них возможно организовать защиту от короткого замыкания или перегрузки сети.
Настройка порогов срабатывания РН
Настройка реле защиты от перенапряжения производится после анализа текущего состояния электросети и проводки. Необходимо обратить внимание на такие факторы, как:
Проверка РН с помощью мультиметра
Полноценные испытания удастся провести при помощи специального оборудования в электротехнической лаборатории. Однако точность показаний выходного вольтажа получится проверить и обычным мультиметром. Прибор необходимо переключить в режим измерения переменного напряжения до 700 В. На переключателе это обозначается как «ACV 700».
Затем мультиметром предстоит определить напряжение на выходе РН, и сравнить это значение с показаниями на дисплее защитного устройства. Нужно понимать, что оба прибора имеют некоторую погрешность измерения. Показания должны примерно совпадать. Разница в 2-3 В — это не повод для паники. Но если отличия более существенны, то в РН есть неисправность.
Применение РН защитит бытовые электроприборы от перепадов напряжения. Для этого потребуется правильно подобрать уставки его срабатывания. Ориентировочные значения можно посмотреть в паспорте на устройство.
Реле контроля напряжения выбирается с учетом количества питающих фаз и максимальной мощности потребителя. Желательно приобретать защитное устройство с запасом по току в 20-30 %. Если необходимо контролировать потребляемый ток, то лучше установить прибор со встроенным амперметром.
По просьбе трудящихся.
Начну с небольших объяснений понятным языком по поводу его применения.
Если есть фото и марки производителя, то пост носит ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИНФОРМАЦИОННЫЙ ХАРАКТЕР, рекламировать никого не собираюсь и не буду!
Реле напряжения никаким волшебным образом не стабилизирует напряжение.
Оно контролирует напряжения в пределах заданных настроек и только включает/отключает потребителя, если что не так.
Есть кипа бумаг, в которых написано про нормативы напряжения для электроприборов.
Стандартно в России за эталон бытового напряжения признаны 220В, а теперь уже во многих регионах 230В.
Реле используется для защиты бытовых (и не очень) электроприборов.
От чего же это реле защищает?
1. Низкое напряжение.
Опасно тем что от него чаще всего горят двигатели и компрессоры ну и другие электроприборы тоже.
2. Повышенное напряжение.
Большинство нормальных электроприборов сделано на работу в диапазоне 200-240 вольт
Но почему же 240? А потому что! Это очень скользкая тема и я не хочу о ней говорить! (Шутка).
3. Отгорание ноля (приход 380В в гости)
В интернете полно видео по поводу этой темы.
Если ваш подъездный щит выглядит так:
То просто необходимо подумать об установке реле напряжения.
4. Частые отключения электроэнергии
Когда например частота отключения 1-2 минуты, то это может критично сказаться на многих приборах. Опять тот же холодильник может сгореть или, например, плата питания газового котла. На некоторых моделях реле можно настроить время включения от 5 секунд до 30 минут.
Полный перечень от чего защищает, любой производитель красиво расписывает в инструкции к своим приборам.
Вернемся к нашим Релешкам.
Основные вещи, которые есть в реле:
Ну а теперь немного фото с подписями и честно стыренных из инета:
Реле напряжения со свисто-перделками и прочими плюшками Provolt-63А в работе:
Амперметр и Ваттметр? Зачем? Ну чтобы было!
Еще эта бешеная ебалайка истошно пищит перед включением и отключением, но пищалка отключается.
Плюс этого реле в том, что у него есть настройка по температуре! Если реле нагревается больше заданной температуры, то оно отключит напряжение.
Цена за все эти навороты 4560р ( на момент написания поста).
Есть еще реле напряжения розеточного типа.
Данное реле на 16 ампер (3520Вт) помогает защитить ваши электроприборы подключённые только через него.
Очень удобный вариант для тех, кто снимает жилье, и для тех, кто боится, что реле своруют из щитка.
Реле от бывшего производителя пушек для фошЫсткой Германии
Всего за 2460р будет серой мышкой-ниндзя в шкафу.
Все зависит от производителя.
Если есть частный дом, то непременно ставь себе такую махину! Сразу все 3 фазы контроллирует и без костылей и палок!
Первое в России реле на 3 фазы прямого подключения. Принцип однофазного, только сразу всё отключать будет за скромные 6670р.
Подведу итог этого обзора и ликбеза:
На своей практике повидал много случаев сгорания бытовой техники и дорогостоящей аппаратуры из-за простого скачка напряжения или приходы в гости 380В.
Если бы стояло реле от 1500 рублей, то таких проблем не было.
Из моего личного опыта:
Ставлю реле в обязательном порядке. Будет или не будет скачок напряжения, но пусть лучше есть защита, чем потом нести в ремонт или на помойку сгоревшую технику.
Рекомендую вместе с реле использовать стабилизатор напряжения для чувствительной к прыгающему напряжению аппаратуры. Если будет интересно напишу про них отдельно.
Стабильного Вам напряжения! Спасибо, что Вам интересны мои посты.
Реле от АВВ в бытовой щиток поставить не получится. Эта дура для промышленных щитов. Даже если вырезать пластрон под реле, у дешманских бытовых щитков не закроется дверь.
Не совсем понятно, как наличие реле спасет в ситуации с газовым котлом «Valiant» (который при 200 и ниже вольтах начинает выдавать ошибку и не включается)? Реле же просто отрубит потребителей, так что котёл точно так же не включится. Т.е. хана отоплению и водопроводу полюбому.
Очень, знаете ли мне эта релюшка помогла бы в этой ситуации.
А иногда надо и несколько минут держать его выключенным что бы «мозги попустило».
У меня стоят именно такие, могу рекомендовать. На гарантию пока ни одно не ушло, а гарантия у них 5 лет.
Плюсы этого реле, что может отключать как все три фазы сразу, так и отдельно (синхронный и асинхронный режим).
ТС, спасибо за обзор.
Как оно вообще работает на практике,часы на микроволновке не успевают сброситься?
Просьба пояснить насчет УЗО. В чем функциональное отличие от данного реле, является ли альтернативой, что лучше?
Обещали пост про стабилизаторы, интересно, ждем))
поставил реле на холодильник..узнал что в сети постоянные перепады,и что холодильник может не запускаться пару часиков.естественно все размораживалось.так что реле хорошо,но не вариант.надо еще стабилизатор
В однофазной сети мне кажется не актуальным или есть аргументы?
да вот нифига))) это для тех у кого кулькулятора нет)))
Закон Ома и закон Джоуля-Ленца для чайников: почему может меняться фактическая мощность одного и того же электронагревательного прибора
Это объявленная ранее публикация о том, как благодаря закону Ома и закону Джоуля-Ленца один и тот же водонагреватель может как заработать, так и не заработать через автоматический выключатель одного и того же номинала, а один и тот же чайник может нагревать воду с разной скоростью.
Читатель мог подумоть, что физика в объеме школьной программе никогда не понадобится в обычной жизни, но вот прямо сейчас она как понадобится.
Простой бытовой сюжет начинается с мыслей о ежегодном плановом отключении горячей воды и поиска проточного водонагревателя, который можно включать в «обычную» розетку на 16 ампер. Рынок предлагает несколько моделей с заявленной мощностью в 3500 ватт. В описании так и указано: «мощность 3500 ватт». Делим 3500 ватт на 220 вольт – получаем силу тока 15.91 ампера, как раз немного меньше, чем 16 ампер.
Именно поэтому мощность не 3400 и не 3600 – выбрано максимальное «круглое» значение мощности, которое должно безопасно получаться из обычной розетки на 16 ампер. Это в теории, а на практике.
. читаем отзывы на одну и ту же модель водонагревателя. Одни покупатели пишут, что водонагреватель работает через автоматический выключатель на 16 ампер, другие – что такой выключатель стабильно отключается через несколько минут работы водонагревателя. Одни покупатели пишут, что работает без нареканий, другие – что проводка становится теплой.
Это ЖЖЖЖЖ явно неспроста. Неправильные пчелы? Нет, это проявление закона Ома и закона Джоуля-Ленца.
В описании водонагревателя рядом с текстом «мощность 3500 ватт» также написано «напряжение 220 вольт». Читать нужно так: «мощность составляет 3500 ватт при напряжении питания 220 вольт».
Фактическое значение сетевого напряжения может отличаться от номинального по целому ряду причин. В зависимости от состояния электросетей и настройки трансформаторов на подстанциях напряжение может постоянно быть немного ниже или немного выше номинального. Помимо этого фактическое напряжение может меняться в течение суток из-за колебаний потребления электроэнергии.
Это нормально, пока отклонение от номинала остается в пределах, установленных нормативами. Бывает еще, что напряжение отличается от номинального в нарушение требований нормативов – читатель наверняка слышал истории о даче, где электросети изношены или перегружены и чайник еле-еле греет, а стиральная машина не включается и надежно работает только зарядное устройство с диапазоном входных напряжений 100–240 вольт.
Все производители электроприборов, которые не хотят разориться на замене сломавшихся электроприборов и компенсации вреда от их возгораний, делают электроприборы так, чтобы они безопасно работали в широком диапазоне допустимых по нормативам напряжений. Безопасная работа – хорошо, но при изменении напряжения может меняться сила тока через электронагревательный прибор и в результате будет изменяться его фактическая мощность.
Пришло время вспомнить закон Ома.
Закон Ома для участка цепи записывается обычно вот так:
I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на его границах, R – электрическое сопротивление участка.
Из этого соотношения прямо следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения сила тока возрастает линейно. Напряжение возрастает на 10 процентов – сила тока тоже возрастает на 10 процентов. При убывании напряжения сила тока линейно убывает.
При протекании электрического тока через участок цепи в нем выделяется тепло, это так называемое тепловое действие электрического тока. Мощность выделяемого тепла определяется так (следствие закона Джоуля-Ленца):
P – мощность выделяемого тепла, I – сила тока, R – сопротивление.
Из этого соотношения следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании силы тока мощность тепла возрастает квадратично. Сила тока возрастает на 10 процентов – мощность выделяемого тепла возрастает на 21 процент (1.10 × 1.10 = 1.21).
Поэтому при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения мощность выделяемого тепла возрастает квадратично. Это следствие двух указанных выше соотношений. Напряжение возрастает на 10 процентов – сила тока также возрастает на 10 процентов и мощность выделяемого тепла возрастает на 21 процент.
Это не бесполезная теория. Производители бытовой техники, которые собираются продавать технику в как можно большее число государств, учитывают, что входное напряжение может немного отличаться, и в описании чайника указывают например следующее: «220–240 вольт 2000–2400 ватт». Верхнее значение диапазона напряжения на 9 процентов выше нижнего, а верхнее значение диапазона мощности на 19% выше нижнего – мощность выделяемого тепла квадратично растет с ростом напряжения. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.
Да, один и тот же чайник может потреблять разную мощность в зависимости от фактического напряжения в электросети. Сила тока через нагревательный элемент чайника также может изменяться в зависимости от напряжения. Скорость нагревания одного и того же объема воды на одну и ту же разность температур будет разной в зависимости от напряжения в электросети. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.
И то же самое с водонагревателями. «мощность 3500 ватт напряжение 220 вольт». А фактическое напряжение не 220, а 230 вольт – это допустимо по действующим в России в 2021 году нормативам. Фактическое напряжение выше указанного на табличке водонагревателя на 4.55 процента. Сила тока будет выше также на 4.55 процента – не 15.91 ампера, а 16.63 ампера. Мощность составит 3825 ватт.
При фактическом напряжении 235 вольт (на 6.8 процента выше указанного на табличке) сила тока будет 17 ампер, а мощность – 3993 ватта.
Надо бы подумоть о таком неудобстве: повышение силы тока приведет к увеличению нагрева проводов, их соединений и розетки. Розетка-то как была на 16 ампер, так и осталась, и провода все те же и скрутки и клеммники никуда не делись. Но пока не будем обращать на это внимание, пока попробуем оценить.
. сколько времени потребуется автоматическому выключателю, чтобы сработать при таких превышениях силы тока выше номинала? Здесь придется выйти за пределы школьной программы по физике.
Ответ на этот вопрос дает так называемая время-токовая характеристика автоматического выключателя. Она показывает, сколько времени требуется для срабатывания автоматического выключателя в зависимости от того, насколько фактическая сила тока превышает номинал выключателя. Время срабатывания разное при разной температуре воздуха – если автоматический выключатель хуже охлаждается, он при той же силе тока быстрее прогреется и сработает раньше. Это не знакомый электрик – сын маминой подруги – сказал, это написано.
. в увлекательном документе ГОСТ Р 50345-2010 (является действующим на 2021 год).
Неисправимо оптимистичные читатели могут написать в комментариях о пункте 3.5.15 этого стандарта («условный ток нерасцепления») и заявить, что автоматический выключатель обязан не отключаться в течение не менее часа, если фактическая сила тока не превышает номинал выключателя более чем на 13%. В случае выключателя на 16 ампер речь идет о токе силой чуть больше 18 ампер. Вроде бы есть простор (на возможный перегрев проводов, соединений и розетки все еще не обращаем внимания).
Но помимо пункта об «условном токе нерасцепления» есть и другие интересные и важные. Например, в 8.6.1. рассказывают о «нормальной время-токовой характеристике» – она задается для «температуры окружающего воздуха» 30 градусов.
«Температура окружающего воздуха» – это не температура воздуха в помещении, а температура воздуха вокруг выключателя внутри электрощита. Внутри того же самого щита метры проводов, клеммники, другие выключатели, и все они могут нагреваться, вместе сильно прогревая воздух вокруг выключателя (а заодно и собственную изоляцию).
Время срабатывания выключателя, через который включен водонагреватель, будет зависеть и от фактической величины сетевого напряжения, и от охлаждения воздуха внутри электрощита, в котором находится выключатель, и от выделения тепла всем остальным содержимым того же электрощита. Здорово, правда?
Кстати, при увеличении силы тока на 13% его тепловое действие увеличивается. да, на 27.7 процентов. Это дополнительный нагрев всей цепи, в которой протекает избыточный ток. Это нагрев проводов, соединений, розеток. Здорово, правда? Именно о таком испытании своих электрических цепей, которые далеко не всегда сделаны с требуемыми по нормативам запасами, мечтает каждый покупатель бытовых приборов. Условный ток нерасцепления в нормальной время-токовой характеристике уже не выглядит таким привлекательным и теперь не только «решает» проблемы, но быть может и создает новые.
Поэтому электронагревательный прибор с мощностью «на пределе возможного» – это интригующая неопределенность. Может заработать без нареканий, а может беспокоить покупателя перегревом проводов или вызывать срабатывание автоматических выключателей.
Разгадывание таких ребусов – явно не то, к чему обычно готовится покупатель, выбирая бытовой электроприбор, который поставляется с сетевым проводом с вилкой для включения в «обычную» розетку. Он хотел просто помыться теплой водой. Такой наивный.
А теперь. краткий пересказ написанного выше.
1. Чем выше фактическое напряжение, тем большую фактическую мощность потребляет тот же электронагревательный прибор, тем выше сила тока через него и тем больше разогреваются все элементы электрической цепи, в которую он включен, – провода, вилка, розетка, автоматические выключатели и другое содержимое электрощита. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.
2. Фактическое напряжение может быть разным в разных домах одного квартала, разных подъездах одного дома, разных квартирах одного подъезда и изменяться в течение суток. Это нормально, это случается повсюду, так устроены распределительные электрические сети.
3. Чем выше температура воздуха вокруг автоматического выключателя и чем больше превышение фактической силы тока над номиналом автоматического выключателя, тем быстрее он срабатывает. Так устроены автоматические выключатели. ГОСТ Р 50345-2010 – увлекательный документ.
4. Электронагревательные приборы с мощностью «на пределе возможного» – неоднозначное решение для бытовых приборов, которые покупатель привозит из магазина и включает в «обычную» розетку. Покупатель, который наивно надеялся помыться теплой водой, может застрять в разгадывании разнообразных ребусов.