Способен ли стабилизатор экономить электричество?

Несмотря на то, что стабилизатор, бесспорно, является полезным прибором для каждого дома, где есть проблемы с перепадами напряжения, маркетологи зачастую приписывают ему дополнительные свойства. Ну а наш доверчивый народ, в свою очередь, верит байкам пиарщиков, чей доход напрямую зависит от успеха рекламной компании, да ещё и помогает им, распространяя многочисленные байки, в беседах с друзьями и знакомыми.

Одним из примеров является вопрос: «Может ли стабилизатор напряжения экономить электричество?». Понятно, что практически каждый здравомыслящий человек, который помнит школьный курс физики, ответит: «Конечно, нет! Это противоречит Закону сохранения энергии!». Но в душу всё-равно закрадываются сомнения, а может быть современные стабилизаторы действительно хоть немного способны сэкономить электричество, за счёт более продуктивной работы бытовых приборов? Чтобы раз и навсегда поставить точку в этом вопросе, постараемся рассмотреть проблему с разных сторон.

Существует ли экономия электроэнергии с точки зрения законов физики?

Ни для кого не секрет, что напряжение в наших сетях отличается от номинала, причём зачастую невозможно предугадать будет ли оно сегодня высоким или низким. Поэтому, чтобы глубже вникнуть в проблему, нам необходимо рассмотреть два случая: работу стабилизатора при пониженном входном напряжении и при повышенном.

Напряжение меньше 220V

Предположим что ваша квартира, загородный дом или дача подключены к морально устаревшим электросетям, которые не способны передать то количество энергии, которое необходимо потребителям. В таком случае входное напряжение должно находиться на уровне 180-200V (в некоторых случаях бывает и меньше). Последствия такой разбалансировки очевидны: тусклый свет в комнатах, самопроизвольный перезапуск бытовой техники, а когда соседи приходят с работы, техника вообще может отказаться включаться.

И вот вы, наконец, приобрели новенький стабилизатор. После установки прибора внутреннее убранство вашего жилья моментально преображается: в комнатах неожиданно становится светло, техника работает как часы, а чтобы вскипятить воду, оказывается надо подождать всего минуту, вместо привычных пяти. Но вот через недельку-другую, когда эйфория прошла, счастливый обладатель стабилизатора вспоминает, как пару месяцев назад один знакомый говорил, что стабилизаторы напряжения позволяют экономить электричество. Бедняга начинает сравнивать показатели счётчика до покупки и после и не получив от такого сравнения никаких заметных результатов, утешает себя, что экономия всё-таки есть, но она настолько мала, что заметить её очень сложно.

На самом деле, к данной проблеме можно подойти с другой стороны. Если вспомнить школьный курс физики, несложно понять что энергия не может браться из воздуха, а значит, как только стабилизатор поднимает напряжения до заветных 220V, сила тока увеличивается прямо пропорционально величине корректировки напряжения. Чтобы обосновать данное утверждение научно, вспомним простейшую формулу: «Потребляемая мощность равняется произведению тока на величину его напряжения». Если мы представим, что купленный стабилизатор представляет собой идеальный прибор, который преобразует ток без малейших потерь энергии (КПД=100%, но об этом мы поговорим ниже), то вполне логично, что мощность на выходе должна равняться потребляемой мощности на входе. Таким образом, скорректированное за счёт работы стабилизатора напряжение может быть компенсировано только увеличением потребляемого тока. Увы, но другого не дано.

Напряжение больше 220V

Аналогичная ситуация складывается, когда входное напряжение слегка завышено. Хотя именно эту ситуацию любят описывать сторонники псевдотеории об экономии электричества. Как правило, в большинстве российских электросетей повышенное напряжение не превышает 240-250V, поэтому для рассматриваемого примера мы возьмём именно этот параметр. В процессе работы электростабилизатор понижает напряжение до номинальных 220V. Взяв за основу всё ту же формулу «Потребляемая мощность равняется произведению тока на величину его напряжения», несложно понять, что после установки стабилизатора ток на входе уменьшится пропорционально степени снижения напряжения. И вот именно на этом моменте большинство рядовых покупателей ловят на удочку. Дворовые сплетники, а иногда и солидные с виду консультанты в магазинах с пеной у рта рассказывают, что с уменьшением потребления тока снизятся и ежемесячные показания электросчётчика. Открывший от удивления рот покупатель забывает, что счётчик меряет мощность потребления, а не силу тока. Иначе показания измерялись бы в Амперах, а не Киловатт/часах. В результате, если мы вернёмся к заветной формуле, то путём несложных вычислений получим, что мощность тока на входе равняется мощности тока на выходе. Другими словами, никакой экономии и в помине нет.

Приведём ещё один пример, более приближённый к жизни. Применяемые в большинстве домов обычные лампы накаливания прекрасно сигнализируют о перепадах напряжения: так если они горят очень тускло, значит, напряжение пониженное, а если чересчур ярко – соответственно, повышенное. Что же касается потребляемой энергии, то при любом напряжении лампы требуют одинаковое количество электричества. То есть если у вас стоит лампа мощностью сто Ватт, то она будет потреблять установленную мощность и при напряжении 180V, и при напряжении 240V. «Почему же тогда такая разница в яркости освещения? Не значит ли это, что при низком напряжении лампы потребляют меньше энергии?». Конечно же, нет! Дело в том, что вольфрамовая нить в лампе рассчитана на определённый интервал напряжений. Для бытовых лампочек он обычно составляет 220-240V. Когда такая лампа работает при более низком напряжении, нить из-за своей толщины производит больше тепловой энергии, чем света. С другой стороны, повышенное напряжение, особенно когда оно превышает допустимые пределы, приводит к чрезмерному накаливанию нити, что приводит к её быстрому изнашиванию.

Немного о КПД и потерях энергии при использовании стабилизатора напряжения

Представим, что отечественные электросети неожиданно модернизировали и напряжение в сети теперь составляет стабильные 220V. Несмотря на то, что стабилизатор теперь в принципе-то и не нужен, мы не будем его отключать. В таком режиме он будет работать как трансформатор с коэффициентом трансформации 1. И вот теперь, когда стабилизатор фактически не работает, а просто «прогоняет» через себя электричества, возникает вопрос: за счёт какой энергии он нагревается?

Секретов тут никаких нет. Вспомнив из того же школьного курса физики известную аксиому, что устройств со стопроцентным коэффициентом полезного действия (без потерь энергии в процессе работы) в природе не существует, несложно догадаться, что часть электричества попросту преобразуется в тепло. Это связано с тем, что катушка, которая содержится в стабилизаторе, обладает хоть и сравнительно небольшим, но всё же ненулевым сопротивлением. Большинство качественных устройств обладают КПД около 95%. Отсюда можно сделать вывод, что при использовании стабилизатора напряжения, вы будете потреблять на 5% больше электроэнергии, которая будет уходить на обогрев окружающей среды или, если вам так приятней, вашего жилища. Данный вывод актуален как при «холостой» работе, так и при корректировке характеристик тока.

За счёт чего стабилизатор действительно поможет сэкономить?

Во-первых, установка стабилизатора напряжения продлевает срок службы всех бытовых электроприборов. Вам не придётся тратиться на регулярный ремонт техники и покупку новой при возникновении серьёзной поломки. Сэкономленная сумма в несколько раз превысит затраты на те злополучные 5% мощности, которые мы теряем.

Но вернёмся всё же к главной теме нашей статьи – экономии электричества. Возьмём всё те же лампы накаливания. Если местные электросети поставляют электричество с низким напряжением они, как мы говорили выше, будут вырабатывать больше тепла, а свет, из-за некоторых конструктивных особенностей, станет тусклым. Если вы всё-таки пренебрежёте покупкой хорошего стабилизатора электричества, для обеспечения нормального уровня освещения придётся покупать более мощные лампочки или устанавливать дополнительные. Несложно догадаться, что в таком случае ваше жилище станет потреблять гораздо больше энергии.

В качестве ещё одного примера возьмём бытовой электрочайник. Во время его работы, вода не только нагревается, но и, взаимодействуя с окружающей средой, понемногу остывает. Другими словами часть тепла, вырабатываемая нагревательным элементом, уходит в окружающее пространство. Таким образом, если чайник нагревает воду до 100 градусов за пять минут, вместо положенных двух, в окружающее пространство уходит гораздо большее количество тепла, а значит затраты электроэнергии немного превышают номинальные показатели.

Хуже всего ведут себя при пониженном напряжении холодильники. Современные холодильные камеры оснащаются чувствительными элементами, которые очень болезненно переносят работу в нестандартных условиях. При пониженном напряжении компрессор холодильника работает на износ: он то надолго выключается, то наоборот не может выключиться, то не может выработать достаточную мощность для нормальной циркуляции хладагента. Из-за недостаточного давления хладагента серьёзно страдают показатели теплоотдачи, и как следствие общее время работы электродвигателя компрессора возрастает. В итоге, как вы уже, наверное, догадались, это приводит к потреблению большего количества электроэнергии.

На загородных участках стоит обратить внимание на работу вибрационного насоса. Из-за низкого напряжения производительность агрегата заметно уменьшится, а в некоторых случаях он может даже полностью остановиться, так как слишком большая сила тока может привести к перегреву обмоток электромагнита. Не самым лучшим образом будет вести себя насос при повышенном напряжении. В таких условиях якорь магнита привода будет сильно ударяться о корпус устройства. При этом вы ощутите заметное усиление звука при работе насоса. Но это не главное. Дело в том, что при высоком напряжении насос не станет качать больше воды, ввиду заложенных конструктивных и рабочих характеристик: частота колебаний сохранится, так как не зависит от напряжения подаваемого электричества, объём поршня, естественно также останется неизменным, зато коэффициент полезного действия устройства может снизиться на 5-10%. Отсюда делаем вывод – при любом напряжении отличном от номинального вибрационный насос потребляет больше электроэнергии.

Заключение

Если рассматривать только физические аспекты работы стабилизаторов напряжения, то в ходе нехитрых вычислений несложно понять, что никакой экономии электричества не существует в природе. Наоборот, из-за того, что стабилизатор, как и любой другой электроприбор не может обладать коэффициентом полезного действия равным 100%, вы будете терпеть некоторые убытки.

Что же касается практической стороны вопроса, то за счёт более эффективной работы большинства бытовых электроприборов удаётся устранить потери электроэнергии, которые возникают в результате функционирования в нештатном режиме. Однако данный фактор сложно назвать экономией, скорее вы устраните ненужные потери. Кроме того, если перейти к абсолютным показателям, то величина такой «экономии» скорее всего лишь компенсирует пятипроцентные потери, возникающие в результате работы стабилизатора.

Самым же главным на наш взгляд экономическим преимуществом является продление срока службы домашних электроприборов, начиная лампочкой и заканчивая персональным компьютером. Здесь вы действительно сэкономите довольно солидную сумму средств, которую могли бы потратить на ремонт или покупку новой техники. В среднесрочной перспективе экономия за счёт этого фактора полностью окупает приобретение стабилизатора, а временами даже позволяет получить некоторую выгоду.