Возможна ли экономия электроэнергии посредством стабилизатора напряжения?

Стабилизатор является незаменимым устройством для домов, где наблюдаются проблемы с напряжением. При этом нередко ушлые маркетологи приписывают стабилизаторам дополнительные функции, чему верит наш доверчивый народ.

 Так, одной из наиболее распространенных баек маркетологов является утверждение о том, что стабилизаторы позволяют экономить электроэнергию. Любой человек, мало-мальски разбирающийся в физике, понимает, что этот тезис является ложным, так как он противоречит Закону сохранения энергии. Тем не менее, даже у этой категории людей возникают сомнения – современная техника развивается семимильными шагами, кто знает, может современные стабилизаторы научились чудесным образом экономить энергию? Для того чтобы дать чтобы расставить точки над I, постараемся детально разобраться с этим вопросом.
 

Допускают ли законы физики экономию энергии?

 Хорошо известно, что напряжение, поступающее в электросети, редко соответствует номиналу, отклоняясь от него вверх или вниз. Для того, чтобы детально вникнуть в проблему, рассмотрим алгоритм работы стабилизатора, как при пониженном, так и при повышенном входном напряжении.
 

Работа стабилизатора при пониженном напряжении

 Представим себе нередко возникающую ситуацию, когда в ваш дом или квартиру поступает электроэнергия по изрядно изношенным сетям, неспособным по своим техническим характеристикам передавать потребителю  необходимое количество энергии. В подобных случаях показатель входного напряжения колеблется в пределах 180-200 вольт. Последствия подобной разбалансировки заметны безо всяких приборов – это тусклое освещение, дребезжащий от постоянных циклов перезапуска холодильник, сбой в программе стиральной машины, прочие отказы электроприборов.

 Для решения насущной проблемы вы приобрели стабилизатор напряжения и сразу же сумели оценить несомненную пользу своей покупки – ваше жилище преобразилось благодаря яркому свету лампочек, электроприборы перестали самопроизвольно отключаться и включаться, а чайник, ранее доводивший воду до температуры кипения за 5-10 минут, неожиданно стал куда более быстродействующим. И вот, получив необходимый результат и привыкнув к нему, вы вдруг вспоминаете и о другой функции этого устройства, о которой вы мельком прочли в одном из многочисленных рекламных буклетов, просмотренных при выборе стабилизатора. Речь идет о возможности экономить электроэнергию посредством стабилизатора. И вот вы принимаетесь кропотливо сравнивать показания счетчика до установки прибора с нынешними, и, к сожалению, не замечаете сколь-нибудь заметных изменений. Что ж, в подобных ситуациях остается лишь уповать на то, что стабилизатор все-таки выполняет эту функцию, однако из-за крайне малого количества сэкономленной электроэнергии, заметить это практически невозможно.

 Ну а если вы предпочитаете не заниматься самообманом, к данному вопросу следует подойти с иного ракурса. Из школьного курса физики мы помним, что энергия не может возникнуть из воздуха. Таким образом, доводя напряжение до необходимых 220-230 вольт, стабилизатор увеличивает силу тока пропорционально величине корректировки напряжения. Научное обоснование этого процесса базируется на элементарной формуле – «потребляемая мощность рана произведению тока на величину его напряжения». Таким образом, если приобретенный вами прибор представить в качестве эталона, выполняющего свои функции без малейших потерь энергии, чего на практике не бывает, выходная мощность должна полностью соответствовать входной мощности. Из этого следует, что скорректированное стабилизатором напряжение может быть компенсировано только за счет увеличения потребляемого тока. Увы, иных путей для этого не существует.
 

Повышенное напряжение

Аналогичная ситуация наблюдается и при повышенных показателях напряжения. Примечательно, что именно подобные ситуации склонны брать за основу апологеты теории экономии электроэнергии стабилизаторами.

 В наших электросетях повышенное напряжение, как правило, не превышает 240-250  вольт. Стабилизатор в процессе работы доводит входное повышенное напряжения до оптимальных параметров в 220-230 вольт. Беря за основу формулу, упомянутую выше, можно прийти к выводу, что установка стабилизатора приведет к уменьшению тока пропорционально уровню снижения напряжения. Именно на этом нюансе акцентируют внимание доверчивых покупателей маркетологи и консультанты, стремящиеся доказать, что уменьшение потребления тока, в итоге, приведет к снижению ежемесячных затрат на оплату электроэнергии. Воодушевленный подобными перспективами покупатель напрочь забывает, что счетчик регистрирует мощность потребления, а не силу тока. В противном случае, показания счетчика измерялись бы не в киловатт/часах, а в амперах. В итоге, выполнив вычисления по пресловутой формуле, мы придем к выводу, что показатели мощности тока на входе и выходе идентичны, что свидетельствует об отсутствии какой-либо экономии электроэнергии.

 Теперь от теории перейдем к практике, рассмотрев эту ситуацию на живом примере.

Лучшими сигнализаторами перепадов напряжения в сети являются традиционные лампы накаливания. Тусклый свет ламп свидетельствует о пониженном напряжении в сети, непривычно яркий – о повышенном. При этом вне зависимости от фактических параметров напряжения, лампы потребляют одинаковое количество электроэнергии. Так, 100-ваттная лампа будет потреблять одинаковую мощность как при напряжении в 180 вольт, так и 240 вольт. Откуда же возникает столь очевидная  разница в яркости свечения ламп? Не следует ли из этого, что при низком напряжении в сети снижается и потребление энергии? Однозначно нет! Вольфрамовая спираль лампы накаливания рассчитана на параметры напряжения от 220 до 240 вольт. При пониженном напряжении вольфрамовая нить за счет своего сечения генерирует больше тепловой энергии, чем света. В случае повышенного напряжения, и особенно при выходе его за допустимые параметры, вольфрамовая нить чрезвычайно накаливается и перегорает. 

Несколько слов о коэффициенте полезного действия и потерях энергии при применении стабилизатора

Давайте включим воображение, и представим, что в один прекрасный день все отечественные электросети чудесным образом модернизировали, в результате чего мы стали получать стабильное напряжение в 220-230 вольт. Теперь стабилизатор нам уже не нужен, однако мы не поторопимся его отключать, и он будет выполнять функцию трансформатора с коэффициентом трансформации 1. Теперь, когда это устройство просто перекачивает электричество, возникает резонный вопрос – за счет чего оно теперь нагревается?

 Секретов тут нет. Опять же обратимся к школьным учебникам физики и вспомним аксиому гласящую, что не существует ни одного устройства, работающего со 100% КПД. Несложно прийти к выводу, что определенная часть электричества преобразуется в тепловую энергию. Дело в том, что катушка стабилизатора обладает небольшим сопротивлением. КПД высококлассных стабилизаторов напряжения приближается к 95%. Таким образом, в процессе эксплуатации стабилизатора, около 5% энергии будет преобразовываться в тепло. 

Так можно ли хоть как-то сэкономить посредством стабилизатора?

Ответ на этот вопрос, при всей своей неоднозначности, будет положительным.

 В первую очередь, наличие стабилизатора напряжения позволит значительно продлить срок службы всех электроприборов. Вам не придется платить за ремонт техники или приобретение новой в случае критической поломки. В итоге, благодаря стабилизатору вы, пусть не прямо, а косвенно, сэкономите значительную сумму. 

 Тем не менее вернемся к сути нашей статьи – к экономии электроэнергии. Опять же, обратимся к лампам накаливания. Как было отмечено выше, при наличии в сетях пониженного напряжения, лампы не будут обеспечивать достаточного уровня освещения, вследствие чего вам придется установить дополнительные лампы или заменить их более мощными. Понятно, что это приведет к большему потреблению энергии, что никак не вяжется с экономией.

 Другим примером может послужить электрочайник.  В процессе его работы вода не только нагревается, но и остывает вследствие взаимодействия с окружающей средой – часть вырабатываемого тепла теряется в пространстве. Таким образом, если чайник доводит воду до температуры кипения за пять минут, вместо указанных в технических характеристиках двух, затраты энергии более чем вдвое превышают номинальные показатели.

 Наиболее отрицательно пониженное напряжение сказывается на холодильниках. Современные холодильники и морозильные камеры комплектуются агрегатами, крайне требовательными к качеству электричества. При пониженных параметрах напряжения компрессор начинает работать на износ – в результате постоянного нарушения заложенного алгоритма включения и выключения, он не обеспечивает нормальную мощность, необходимую для циркуляции хладагента. В свою очередь, недостаточное давление хладагента негативно сказывается на показателях теплоотдачи. В итоге, возрастает время работы электродвигателя, и, соответственно, растет потребление электроэнергии.

 Владельцы дачных участков и загородных домов часто пользуются вибрационными насосами. Низкое напряжение в сети значительно снижает производительность агрегата, а при перегреве обмоток электромагнита срабатывает защитное реле, в результате чего насос отключается. Проблемы с насосами возникают и при повышенном напряжении. В подобных ситуациях якорь магнита сильно ударяется о корпус устройства, способствуя увеличению шума при работе. Более серьезной проблемой при повышенных параметрах напряжения является снижение КПД на 5-10%, возникающее из-за конструктивных характеристик насоса.

 Из вышесказанного приходим к однозначному выводу – любое отклонение параметров напряжения от номинала приводит не только к возникновению технических проблем, но и способствует увеличению потребления электроэнергии.

Заключение

Следуя законам физики и адаптируя их к процессу работы стабилизаторов напряжения, мы приходим к неутешительной истине о том, что экономии электроэнергии как таковой в природе не существует. Напротив, как и любой другой электроприбор, стабилизатор не обладает стопроцентным коэффициентом полезного действия, в результате чего вместо экономии мы получим небольшие убытки.

 Если же отойти от теории к практике, можно отметить, что благодаря стабилизатору повышается эффективность работы электроприборов и светотехники, а также нивелируются перерасход энергии, возникающий в результате нештатных параметров напряжения. Тем не менее, считать этот фактор экономией электроэнергии в чистом виде едва ли возможно – правильнее называть это устранением неоправданных потерь. Тем более, если мы будем рассматривать абсолютные показатели, то величина гипотетической экономии всего лишь компенсирует потерю тех пяти процентов энергии, возникающую в процессе работы стабилизатора.

 Резюмируя вышесказанное можно прийти к следующему выводу – основным экономическим преимуществом использования стабилизаторов напряжения является значительное продление срока службы бытовых электроприборов. Стабильное напряжение необходимо как простейшей лампе накаливания, так и сложной компьютерной технике. В этом аспекте, избегая частых ремонтов и вынужденных покупок новой техники,  вам действительно удастся сэкономить достаточно серьезную сумму. В краткосрочном периоде эти преимущества не так заметны, однако, в среднесрочной перспективе сэкономленные средства не только полностью окупят все затраты на приобретение стабилизатора напряжения, но и позволят получить определенную выгоду.

P.S. Если не принимать тот случай, который был у нас на практике: 2014 году один из наших менеджеров Алексей Смолин, продал  для установки всемирноизвестной компании Tetra Pak расположенной в России по производству напитков и соков, Discovery 400-20, мощный, промышленный стабилизатор напряжения.



На линии по розливу натуральных соков и напитков для процесса упаковки стоял аппарат, который при повышенном напряжении, либо перегревал спайку и сжигал сырье для упаковки, тары, или наоборот недогревал его. Дело в том, что запайка производится под воздействием нагрева под давлением при помощи пары зажимов, расположенных четырьмя секциями. Сначала зажимы сжимают трубку материала, тем самым выдавливая сок с спаиваемой поверхности, которая затем нагревается, при этом полиэтиленовое покрытие плавится. Зажимы опускаются  вместе с трубкой, поддерживая давление пока шов остывает. Затем наружный слой полиэтилена нагревается в течение короткого времени с тем, чтобы когда зажимы раскроются, они не прилипли к упаковочному материалу и не разорвали шов. Процесс является непрерывным. Любая несанкционированная остановка конвейера несет большие убытки предприятию, так как, нарушается цепочка процесса, и недолитые/перелитые упаковки с соком, просто, утилизируются.  

После установки Discovery в цех по розливу соков, Павлом Головачевым (начальник сервисного центра ОРТЕА-Россия), напряжение в сети нормализовалось и процесс производства по розливу, продолжил свой непрерывный процесс. 

  В этом случаи или похожий на это этот..., где не приемлемо большее/меньшее напряжения, чем требуется в регламенте оборудования, да, действительно экономится электроэнергия. 

Простой пример: если у вас в большом ангаре установлено большое количество осветительных приборов, которые питаются вместо положенных 220 Вольт 245В, то, ваши осветительные лампы будут просто ярче гореть. Но при этом жрать (разг.) больше электроэнергии. А, это если посчитать по простой формуле из школьной физики 245 V / 220 Ом = 11.13х245V = 2728 W. Как видим, разница между тем, что должно быть на 24% больше расхода электроэнергии, ибо, 220 Воль x 10 Амер = 2200 W. Разница 528 W! Которые улетели в трубу. Нужно вам, чтобы у вас лампы горели на пределе или нет, решать вам.