Удлинитель, сетевой фильтр и стабилизатор: что от чего защищает

Коробку с гордой надписью «сетевой фильтр» мне отдали на запчасти: шнур у самой вилки перетёрся, а выбросить было жалко. Прежде чем менять провод, я открутил три шурупа и снял крышку. Внутри были медные провода к гнёздам, клавиша с лампочкой и больше ничего. Ни варистора, ни дросселя, ни предохранителя. Удлинитель с кнопкой, как бы ни называлась коробка.

Такие мне попадаются не впервые, и путаница понятна. Удлинитель, фильтр и стабилизатор лежат на соседних полках и похожи друг на друга, но защищают от разного, а удлинитель и вовсе ни от чего. Разбираться проще с другого конца: что вообще бывает в розетке.

Что приходит по проводам

Номинальное напряжение бытовой сети по действующему стандарту — 230 вольт, хотя по привычке все говорят «двести двадцать». Стандарт на качество электроэнергии разрешает отклонение до 10 % в обе стороны, то есть от 207 до 253 вольт. В этих рамках исправная техника работать обязана.

Неприятности бывают разные, и прежде всего по длительности.

• Долгая просадка. У провода от подстанции есть сопротивление, и на нём теряется напряжение, пропорциональное току: U = I × R. Вечером, когда весь посёлок включает обогреватели, ток растёт, и последнему дому на длинной линии достаётся меньше всех.
• Долгое перенапряжение. Опаснее всего обрыв нуля на вводе в дом. Тогда напряжение в квартире зависит от того, как нагружены фазы, и может подняться почти до 400 вольт.
• Импульсы — выбросы длиной в микросекунды: от переключения мощной нагрузки, от грозы рядом с линией.
• Помехи — высокочастотный мусор поверх синусоиды от моторов, сварки, дешёвых блоков питания.

И отдельная история: свет просто погас. От этого не спасает ничего, кроме аккумулятора.

Удлинитель: просто провод

Обычный удлинитель не защищает ни от чего из этого списка: провод, вилка и колодка. Клавиша с подсветкой этого не меняет, лампочка только показывает, что в колодке есть напряжение.

Зато у удлинителя есть свой предел по току. Однажды у знакомых я доставал из-под кухонного стола целую цепочку: холодильник включён в фильтр, фильтр в стабилизатор, стабилизатор в катушку, так и не размотанную, катушка в розетку за плитой. Позвали меня из-за того, что стабилизатор по вечерам щёлкал. В ту же катушку включали чайник, и стабилизатор честно боролся с просадкой, которую создавала сама катушка.

Посчитаю на условной катушке: 30 метров шнура с жилами по 0,75 мм². Провод нагревается мощностью I²R, то есть вдвое больший ток греет вчетверо сильнее. Ток идёт туда и обратно, это 60 метров меди, около 1,4 ома. Чайник на 2 киловатта берёт почти 9 ампер. На проводе теряется около 12 вольт, а в тепло уходит больше сотни ватт. Столько грела старая лампочка, только здесь тепло размазано по барабану.

Размотанный шнур эту сотню ватт отдаёт воздуху. Смотанный греет сам себя: внутренние витки окружены такими же тёплыми, и тепло копится, пока изоляция не начнёт плавиться. Поэтому на многих катушках указаны две мощности, для смотанной и для размотанной. «Индуктивность катушки», про которую иногда пишут, тут ни при чём: в шнуре два провода с противоположными токами, и их магнитные поля почти гасят друг друга.

Остальное проверяется ладонью. Вилка под нагрузкой может быть чуть тёплой, но не горячей. Горячая вилка почти всегда означает плохой контакт: разболтанные лепестки розетки, окисленные штыри. Весь ток идёт через крошечную площадку, и греется именно она. Поэтому удлинитель в удлинитель я не включаю: каждое лишнее соединение добавляет ещё одну такую площадку.

Сетевой фильтр: что внутри коробки

Снаружи фильтр от удлинителя почти не отличить. Отличает его начинка.

Варистор — диск размером с монету, чаще всего синий. При нормальном напряжении он почти не проводит ток. Когда напряжение подскакивает выше порога, его сопротивление резко падает, и импульс уходит через него, мимо вашей техники. Энергию выброса он превращает в тепло, и каждый сильный импульс немного его изнашивает. После грозы варистор может выглядеть целым и уже почти ничего не держать.

Фильтр помех — это дроссели и конденсаторы. Вместе они пропускают 50 герц и задерживают высокие частоты. Современной технике это нужно меньше, чем кажется: в импульсном блоке питания такой фильтр уже стоит на входе. Заметен он разве что у старого усилителя, который трещит при включённом пылесосе.

И защита от перегрузки: предохранитель или маленький автомат, который выбивает, если в колодку включили слишком много. Бережёт он сам фильтр и проводку. Телевизор его не интересует.

Чего фильтр не умеет: поднять просевшее напряжение и опустить завышенное. При обрыве нуля варистор начинает проводить постоянно, перегревается и, если повезёт, отключается собственным термопредохранителем, а если нет, трескается и обугливается. И часть его защиты работает только с заземлением: в старом доме с двухпроводной проводкой импульсу через неё уходить некуда.

Если корпус на шурупах, свою коробку можно проверить так же, как я: отключить от сети и снять крышку. Варистор и дроссель видно сразу, их ни с чем не спутаешь.

Стабилизатор: для долгих просадок

Стабилизатор держит на выходе напряжение около нормы, когда на входе оно уплыло и стоит так минутами и часами. Внутри большинства бытовых стабилизаторов стоит автотрансформатор: одна обмотка с несколькими отводами. Упало напряжение, и выход переключают на отвод, который немного добавляет; выросло, и его переводят на тот, что убавляет.

Переключают по-разному. В релейном это делают реле, отсюда ступеньки на выходе и те самые щелчки. В электронном стоят полупроводниковые ключи, тихо и быстро. В электромеханическом мотор двигает щётку вдоль обмотки: плавно, но медленно, и резкий скачок он догоняет с опозданием. Инверторные выпрямляют вход и заново собирают синусоиду. Они самые точные и самые дорогие.

При выборе два подвоха. Мощность на шильдике указана для нормального входа, а при сильной просадке автотрансформатор отдаёт меньше. И мотор при пуске берёт ток в несколько раз больше рабочего, так что холодильнику со скромной цифрой на наклейке нужен стабилизатор с хорошим запасом.

Многим вещам стабилизатор вообще не нужен. Посмотрите на наклейку на блоке питания ноутбука или на задней стенке телевизора. Если там написано «100–240 V», блок справится с любым напряжением в этих пределах: он выпрямляет вход и уже из постоянного делает то, что нужно схеме. Стабилизатор имеет смысл для техники с моторами и обычными трансформаторами вроде холодильника, насоса или старой аппаратуры, и только там, где напряжение действительно гуляет.

Проверить это можно бытовым вольтметром, который втыкается в розетку. Смотреть вечером, когда нагрузка на сеть самая большая, и ещё раз ночью. Если укладывается в 207–253 вольта, стабилизатор не нужен. Если в норме, но изредка прыгает, хватит реле напряжения. Оно ничего не выравнивает, просто отключает нагрузку, когда напряжение вышло за рамки, и включает обратно с задержкой. Холодильнику задержка полезна: компрессору тяжело стартовать сразу после остановки, пока давление в системе не выровнялось.

Бесперебойник, коротко

Источник бесперебойного питания — это аккумулятор и инвертор, который делает из него переменное напряжение, когда сеть пропала.

Компьютеру бесперебойник даёт минуты, чтобы сохранить работу. Котлу в частном доме он даст столько времени, сколько потянет аккумулятор: без электричества котёл с электроникой гасит горелку, насос встаёт. Котлу обычно нужна чистая синусоида на выходе. Дешёвые бесперебойники выдают ступенчатое напряжение, которое импульсный блок переносит спокойно, а мотор насоса плохо.

Что куда включать

Ту катушку я тогда размотал прямо на полу в коридоре. Снаружи она выглядела новой, а на витках у самого барабана изоляция потемнела и чуть поплыла: чайник через неё грели не один месяц. Если у вас есть такая же, размотайте её до конца и посмотрите на последние метры у оси. Это пять минут.