Стоит ли приобретать энергосберегающие устройства?

Многие из нас в последнее время стараются сэкономить на оплате коммунальных услуг. В условиях современного кризиса мы готовы выложить энную сумму на приобретение устройств, которые что-либо экономят в быту. На этом стремлении построен маркетинг ряда фирм, торгующих «энергосберегающими» устройствами (в кавычки взял умышленно).
Брать или не брать эти устройства ? Обоснованный ответ на этот почти шекспировский вопрос можно найти в этой статье.

Уже много лет на телевидении и в сети Интернет широко рекламируют, так называемые, «статические преобразователи» и другие «энергосберегающие» устройства. В настоящее время активно рекламируется устройство G-NER-G.

 
Одно из таких «энергосберегающих» устройств SmartBoy SP-001 было приобретено моим товарищем в конце 2009 года за 299 кровных грн. (приблизительно 75 дол.)- После безуспешной попытки в течение нескольких месяцев сэкономить, как написано в паспорте, от 5 до 30% ежемесячных расходов по оплате электроэнергии, SmartBoy SP-001 был отдан мне на «растерзание» с естественным вопросом «Что это такое, и стоит ли оно этих денег?».

 
Знакомство с устройством я начал с паспорта. Из него следует, что производитель из КНР выпускает кроме SP-001 еще четыре модели однофазных «статических преобразователей» под маркой SmartBoy, что в переводе с английского означает умный (или остроумный) мальчик. Все эти аппараты рассчитаны на сеть переменного тока частотой 50...60 Гц и напряжением 90...240 В. Рабочая температура -50...+60"С при влажности не более 85%.  Настораживает, что рабочая высота (над уровнем моря) не более 2000 м. Мы живем заметно ниже. Все из представленных в паспорте приборов различаются только максимальной допустимой нагрузкой, которая выражена почему-то в ваттах (Вт). Так, SP-001 имеет «максимальную допустимую нагрузку» 5000 Вт, SP-002 - 8000 Вт, SP-003 - 12000 Вт, SP-004 - 15000 Вт a SD-001 -19000 Вт.

Рис. 1 Smart Boy

Из всего этого у нас есть в наличии самый маломощный прибор SP-001 (рис.1). Его и будем изучать.

 
Главная маркетинговая ложь в том, что практически все подобные устройства называются «интеллектуальными электронными энергосберегающими  устройствами,   позволяющие любому потребителю электричества экономить от 5 до 30% ежемесячных расходов по оплате электроэнергии». Интеллектуальными их называют только для оправдания крайне завышенной цены. А вот что-либо сэкономить подобным устройствам не дадут всем нам известные законы физики. Разговоры о «нормализации структуры электрического потока» и прочая околонаучная терминология - это не более чем рекламная «замануха».
Единственная правда, которая есть в рекламе и паспортах на все эти устройства, - это то, что они осуществляют некоторую компенсацию реактивной мощности, но насколько эффективно? Сэкономит ли хотя бы копейку даже качественная компенсация реактивной мощности?
В паспорте SP-001 написано: «Для рационального использования данною оборудования его необходимо установить в первую (ближайшую) розетку от счетчика. Это позволяет определить все напряжение до счетчиков и соответственно регулировать коэффициенты мощности. При включении прибора светятся светодиоды».

 
Так и сделаем. Два зеленных светодиода диаметром 3 мм действительно светятся.

Перед испытанием SP-001 было решено прибор вскрыть (рис.2) и срисовать его принцимиальную схему. Она оказалась довольно проста. Несколько смущал нас черный не разбирающийся параллелепипед без надписей с двумя выходящими из него проводниками черного цвета. Уж очень он напоминает конденсатор. Тем более включен он через предохранитель параллельно сетевой вилке. Мы решили измерить его емкость с помощью прибора UT603 UNI-T. Оказалось, что это и есть конденсатор емкостью 5 мкФ. Скорее всего, его рабочее напряжение 400...450 В. В этом конденсаторе и вся суть этого устройства. По монтажу была восстановлена принципиальная схема SP-001. Она показана на рис.3.

Конденсатор, о котором шла речь выше, имеет позиционный номер СЗ. Параллельно ему включен разрядный резистор R1 и защитный Bаристоp YVR. Конденсатор С2 работает как ограничивающий для выпрямительного моста D1-D4. С1 - конденсатор фильтра питания. R2 - ограничивающий резистор в цепи питания светодиодов LED1 и LED2.

 
Проведем простейшее исследование работы устройства SP-001. Для этого вооружимся мультиметрами MY-64, DT-830B. токоизмерительными клещами DE-3103, а для измерения активной потребленной энергии будем использовать установленные квартирные счетчики типа СОЕ-5028МНВ (производство киевской фирмы «Росток») и старый советский С0-И449. Проведем несколько экспериментов.

 
Эксперимент 1. Отключаем в квартире все потребители и измеряем напряжение сети. Результат 224 В. Теперь включаем в первую розетку от счетчика исследуемое устройство SP-001. Напряжение сети увеличилось почти на 2 В. Повторное выключение и включение дало тот же результат. Объяснение этого феномена см. ниже.

 
Эксперимент 2. Отключив SP-001, включим конфорку кухонной электроплиты мощностью 2 кВт и дадим ей прогреться. С помощью токоизмерительных клещей измеряем ток возле счетчика. Показание амперметра 8,92 А. Младший четвертый разряд показаний прибора, «прыгающий» в пределах 0...4, не учитывали. Подключаем SP-001. Показания амперметра и скорость вращения диска счетчика С0-И449 не изменились. Экономии электроэнергии нет. Увеличим нагрузку вдвое, включив вторую 2-киловаттную конфорку. Ток и скорость вращения диска счетчика увеличились вдвое и при включении-отключении SP-001 не меняются.

Эксперимент 3. Хотелось бы проверить, как SP-001 работает с индуктивной нагрузкой. Для этого выключаем плиту, отключаем SP-001 и включаем стиральную машину ARDO-1000 в режиме отжима. Ток, измеряемый цифровыми клещами, равен 3,12 А. Подключаем SP-001, и ток снижается почти в 2 раза, до 1,65 А. Наблюдавшие за нашей возней, женщины громко радуются: «Вот она ЭКОНОМИЯ». Но диск счетчика никак не отреагировал на наши манипуляции с подключением-отключением SP-001, он вращается с одинаковой скоростью, а значит, потребление электроэнергии не уменьшилось.
Что за фокус? Ток в цепи заметно уменьшился, а потребление электроэнергии не изменилось.
Для ответа на этот и предыдущие вопросы вспомним, что основой SP-001 является конденсатор емкостью 5 мкФ.

Рис. 4

Рассмотрим сначала, как ведет себя этот конденсатор, если включить его в розетку при отключенных потребителях в квартире (эксперимент 1). Из курса электротехники известно, что ток в цепи с емкостью (l_c) опережает напряжение (U_сети) на 90° (рис.4). На проводах внутренней проводки от счетчика к первой розетке, в которую включен SP-001, этот ток создает маленькое падение напряжения (U_провод), которое совпадает с ним по фазе. Оно векторно складывается с напряжением сети, увеличивая показание прибора (U_общ).

Рис. 5

Перейдем теперь к третьему эксперименту. Он состоит из двух опытов. В первом из них в сеть включена только стиральная машина, двигатель которой имеет как активное, так и индуктивное сопротивление. Ток через активное сопротивление (I_активн) совпадает по фазе с напряжением сети (рис.5), а ток через индуктивное (I_L) сопротивление отстает от него на 90°. Векторную сумму этих токов (I_общ) и показывают токоизмсрительные клещи.

При подключении SP-001 в цепи дополнительно появляется емкостное сопротивление (см. векторную диаграмму рис.6).

Рис. 6

 
Ток через емкость этого устройства опережает напряжение сети на 90° и находится в противофазе току через индуктивное сопротивление стиральной машины. Результирующий реактивный ток (I_{L_C}) заметно уменьшается. Общий ток в цепи (I_общ), который показывают клещи, - это векторная сумма активной (I_активн) и реактивной составляющих (I_{L_C}) тока в цепи. Сравните результаты двух последних опытов по рис.5 и рис.6, из которых следует, что общий ток в цепи с индуктивностью при добавлении компенсирующей емкости заметно уменьшается.  Почему же счетчик не фиксирует уменьшение потребления электроэнергии?

 
Ответ прост. Счетчик СОИ449 фиксирует нам потребление только активной энергии, а реактивная составляющая - это просто перераспределение энергии. Суть его в том, что в какую-то часть периода идет потребление энергии от сети, а затем полный ее возврат.

 
Эти эксперименты были повторены в другой квартире с бездисковым электронным счетчиком электроэнергии СОЕ-5028МНВ (фирмы «Росток»). Результат тот же. Да это и понятно. Все бытовые счетчики показывают только активную (реально потребленную) энергию.

Зачем же проводились эксперименты во второй квартире с современным счетчиком?
Дело в том, что существует версия, что «энергосберегающие» устройства - это, среди прочего, «отматыватели» показаний счетчика. Все проведенные эксперименты показали, что SP-001 таковым не является. Ни старые советские, ни современные электронные счетчики на реактивную энергию просто не реагируют.

 
Интереса ради, автором статьи была собрана батарея из пяти конденсаторов KNB1530 1 мкФ ±10% на 275 В переменного напряжения, которые оказались под рукой. Подключая ее вместо SP-001, провели те же эксперименты. Результат аналогичный, а цена комплектующих менее 15 грн.

 
Судя по проведенным экспериментам, «интеллектуальные электронные энергосберегающие устройства» представляют собой примитивные емкостные компенсаторы реактивной мощности. Красивый корпус и светодиоды - это антураж для непосвященных. Никакой выгоды от их применения в быту нет.

 Ссылки
1. Игорь Безверхний, г. Киев Радиоаматор №12 2012г стр. 35-37