Особенности современного электропитания.

Часть 1 - помехи.
Современная жизнь немыслима без бытовой техники. Компьютеры, телевизоры, СВЧ-печи, стиральные машины и т.д. – все это ежедневно окружает человека. И вся эта техника требует питания – электропитания. Именно об особенностях электропитания и пойдет далее речь.
По статистике сервисных центров количество вышедшей из строя техники неуклонно растет из года в год. Ни для кого сегодня уже не секрет, что производители этой самой техники сознательно ограничивают срок ее службы, специально внося конструктивные изменения и применяя, скажем так, не совсем качественные комплектующие. Ведь «вечная» техника - это остановка производственных мощностей и потеря прибыли производителя. Вторая причина – это некачественное электропитание. Тут стоит остановиться подробнее, ведь если первую причину пользователь самостоятельно устранить не может в принципе, то со второй причиной можно еще как-то бороться.
Автор намеренно постарается избегать всяких формул и хитрых физических терминов, чтобы было простому человеку максимально понятно. Тем не менее, придется ссылаться на некоторые документы, ГОСТы и т.д. и использовать хотя бы общепринятую терминологию. Все принципы работы электросетей достаточно подробно расписаны в Интернете, и любой желающий может найти более чем подробную информацию по этому вопросу. Например, в «Правилах устройства электроустановок» можно найти много информации по организации заземления, типам электропитания. Чтобы понять, как электросеть влияет на долговечность техники, следует для начала отметить, что существующая 3-х фазная система электроснабжения была разработана еще в конце XIX века. Тогда основными потребителями были предприятия с оборудованием, оснащенными электродвигателями. В быту же применялись лампы накаливания. Со временем появлялись другие приборы и оборудование, но нагрузка носила активный или индуктивный характер. Другими словами, источник и нагрузка были согласованы. Загруженность всех 3-х фаз была примерно одинакова, и, как следствие, ток в нулевом питающем проводе отсутствовал. Но потребности населения и промышленности росли, начала появляться бытовая техника, потребляющая большие токи. Это в свою очередь заставляло применять мощные блоки питания, но с ростом мощности значительно увеличивались габариты и стоимость последних. Выход был найден в применении так называемых импульсных блоков питания, которые имели малые габариты, большую мощность, и что самое важное, меньшую цену. Вот с этого момента и начинается некоторая несогласованность электросети и нагрузки.Дело в том, что импульсный блок питания потребляет ток от источника (сети) неравномерно - импульсами, в отличие от классического блока питания, построенного на основе трансформатора. Вот эта особенность и является причиной нестабильной (читай - некачественной) питающей электросети.По нулевому рабочему проводнику начинают течь импульсные токи, причем, попадая в резонанс, они могут превышать токи фазных проводников. Другими словами, рабочий ноль становится совсем не «нулем». К тому же сеть прямо-таки «кишит» ВЧ-помехами, большую часть которых выдают обратно в сеть все те же импульсные БП.
С негативным воздействием помех и прочим «мусором», проникающим из электросети призваны бороться фильтры и УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений). Полноценный фильтр – удовольствие дорогое. Те же дешевые устройства, которые некоторые производители выдают за фильтр, на самом деле являются всего лишь удлинителем с предохранителем и (в лучшем случае) варистором, гасящим импульсные помехи. Производителей УЗИП тоже немало, но есть одна особенность в применении этих устройств – их применяют комплексно. УЗИП подразделяются на 3 класса и устанавливаются в разных местах – класс 3 в квартирном щитке, класс 2 – на ВРУ многоэтажного дома, класс 1 – на питающей подстанции.В каждом конкретном случае, места установки могут меняться. Описывать разновидности и места установки УЗИП в пределах небольшой статьи не представляется возможным, информации по этим устройствам в Интернете масса, поэтому любой интересующийся этим вопросом без труда найдет ее. Важным условием полноценного использования всех возможностей фильтров и УЗИП является наличие заземления (зануления), но об этом в конце статьи.
Теперь стоит остановиться более подробно на применении УЗИП и сетевых фильтров питанияв пределах квартиры или коттеджа.
Импульсные помехи могут возникать как следствие грозовых разрядов, при коммутации мощных нагрузок (прежде всего это касается электродвигателей). Свою лепту вносят сварочные инверторы, кондиционеры, торговое холодильное оборудование. Если теперь взглянуть на экран осциллографа, подключенного к сети, то место красивой синусоиды мы увидим что-то напоминающее трапеции (следствие работы импульсных БП) всю испещренную зазубринами и «иголками» (ВЧ-помехи и высоковольтные выбросы). Необходимо отметить, что импульсные перенапряжения могут достигать нескольких киловольт, но длятся они от нано- до микросекунд. Казалось бы, какой вред от них за столь малое время? Да, для утюга или лампы накаливания – никакого. Но вот для импульсных блоков питания телевизоров, компьютеров и т.д. это весьма вредно. Электронные компоненты, установленные внутри, постепенно теряют свои свойства – например конденсатор теряет емкость. Причем последствия проявляются не сразу, а спустя значительное время. Другими словами, высоковольтные импульсные помехи сокращают и без того сокращенный производителем срок службы устройства. В результате блок питания начинает выдавать на подключенную к нему электронику не совсем «чистое» напряжение (выход напряжения за установленные пределы, повышенные пульсации и др.). Последствия весьма предсказуемы – постепенный выход из строя электроники. Вот эти негативные воздействия электросети и призваны нейтрализовать УЗИП.
УЗИП 1 и 2 классов должны быть заложены в проект и установлены еще на стадии строительства в соответствующих местах службами, обслуживающими электросети. Поэтому нас больше интересует УЗИП класса 3 для квартиры или коттеджа. Те устройства, что предлагают производители, весьма дороги, да и неремонтопригодны. Посмотреть описания, способы установки и цены можно просто набрав в поисковике «УЗИП». В последнее время появились дешевые устройства, которые устанавливаются в распаечные коробки внутри помещений. Но полноценными УЗИП их назвать нельзя, это скорее устройства для самоуспокоения. Многие электронщики и электрики не без успеха применяю свои решения. Но подобные разработки единичны и требуют глубоких знаний в разных областях. Автор сам много лет успешно использует свой вариант квартирного УЗИП – 3-х ступенчатая защита от высоковольтных выбросов с ВЧ-фильтром. Работает такой УЗИП совместно с автоматом на 25А и гарантировано защищает квартирную технику от всякого «мусора» сети. В интернете найдется немало всевозможных подобных схемных решений. Главное отличие «авторских» конструкций от «фирменных» - гораздо более низкая цена при той же эффективности и практически 100% ремонтопригодность.
Теперь о сетевых фильтрах. Тут все и проще, и сложнее одновременно. Призвание фильтра – «очистить» сеть от помех, в том числе и от импульсных. Схемотехника всех бытовых фильтров одинаковая – варисторы защищают от высоковольтных всплесков, конденсаторы и дроссели преграждают путь ВЧ-помехам. Иногда для удорожания встраивают всякие не очень нужные опции – защита телефонной сети либо компьютерной (LAN). Особняком стоят фильтры для аудио-видео студий. Их часто называют дистрибьюторами питания. Устройства весьма дорогие, но свое назначение отрабатывают сполна. Отличие от бытовых фильтров – качественные комплектующие, многоступенчатая защита и импульсных и ВЧ-помех, реже – развязка силовой и сигнальной «земли». В «авторских» конструкциях иногда предусматриваютфильтрацию так называемой «постоянной составляющей сети». Бонусом в дистрибьюторы могут установить вольтметр, амперметр или частотомер, но это просто «украшательства».
Ну и самым лучшим (но и самым дорогим) фильтром можно назвать on-lineисточник бесперебойного питания. На выходе такого ИБП чистая синусоида без помех. Но ИБП надо обслуживать, хотя бы периодически очищать внутренности схемы от пыли, надуваемой вентиляторами охлаждения. К тому же, раз в год-два необходимо менять аккумуляторы на новые.
Вспоминая «самодельщиков», следует отметить много интересных решений, и, что немаловажно – более низкая цена на них. Автор так же пользуется своими разработками фильтров уже много лет. Но, повторюсь еще раз, создание или простое повторение «авторских» конструкций требует специфических знаний и опыта.
И в заключение о заземлении. Вопрос весьма важный и однозначного ответа не имеющий. В условиях города самое простое – это использование защитного зануления, так как заземления в «чистом» виде в современных электросетях просто нет. Подробно о заземлении и занулении можно почитать в «Правилах устройства электроустановок». Смысл использования защитного зануления – предотвращение поражения удара электротоком. Для организации защитного зануления в многоэтажном доме необходимо протянуть отдельный провод от нулевого стояка к себе в квартиру и подключить его ко всем «заземляющим» контактам розеток. В начале 2000-х в новостройках стали использовать вместо 4-х проводной сети 5-ти проводную. Таким жильцам повезло больше. Пятый провод (защитное заземление, он же «РЕ»), подключен к главной заземляющей шине на ВРУ здания и тянется по всем этажам наряду с тремя фазными проводами и рабочим нулем. Качество заземления в этом случае значительно лучше, т.к. по нему не текут обратные токи, как по нулевому рабочему проводнику, а всевозможные помехи «сливаются» на землю.
Краткий итог – не следует экономить на устройствах защиты, так как такая экономия всегда оборачивается большими материальными затратами на ремонт либо на приобретение новой техники. Если «фирменные» решения вам кажутся слишком дорогими, всегда есть возможность изготовить подобные устройства на заказ.
EvgenyVK.
evgkv@rambler.ru .