Подключение сварочного аппарата и падение напряжения в сети

При подключении сварочного аппарата нужно уделять внимание качеству, как соединительного гибкого провода, так и провода стационарно уложенной электропроводки. Их сечение, целостность изоляции, наличие заземляющего провода должно отвечать требуемым нормам. Разводка в старых квартирах и домах обычно сделана самым тонким, из применяемых, алюминиевым проводом сечением 2,5 мм². При строительстве часто укладывали его тоже как попало, оказаться он может и под деревянным полом, и под бумажными обоями, да и качество соединений желает лучшего. Сварочный аппарат способен потреблять токи 30-40А, что уже чрезмерно много для такого провода, а если же на нем присутствуют трещины, скрутки, плохие соединения, то результатом может оказаться его нагрев, оплавление изоляции, короткое замыкание, возгорание. Так как проводка ложится от розетки к розетке, кое-как соединяясь в каждой розетке двумя концами, то сомнительных соединений по всей длине разводки более чем достаточно. Поэтому при включении мощной нагрузки следует выбирать первую розетку от электрощита или счетчика, так на пути не окажется скруток или соединений через другие розетки. Электрощиты должны быть оборудованы автоматическими выключателями ("автоматами").

От пробоя на корпус спасает заземляющий провод. Однако заземление видеть приходиться нечасто. Гибкий медный провод сегодня стоит дорого, при большой длине экономят на каждом метре провода и каждом квадратном миллиметре сечения, поэтому третий заземляющий провод воспринимается уже как чрезмерная роскошь. То же самое справедливо и для масштабов всей нашей страны, ведь третьим заземляющим проводом разводка бытовой электросети также не оборудовалась. Но лучше все-таки заземлять.

Еще, при подключении сварочного аппарата, нужно разматывать все провода (удлинители и сварочные провода), чтобы не возникало индуктивности и не было дополнительного сопротивления приводящего к уменьшению напряжения на нагрузке и нагреву проводов. Сматывая провода, иногда регулируют ток сварки.

При конструировании и расчете сварочных аппаратов предполагается, что они работают от источника питания с определенным напряжением, без какого-либо дополнительного, заметного сопротивления в цепи питания. Для сварочных трансформаторов это условие особенно актуально, так как в процессе зажигания и горения дуги их реактивное сопротивление резко изменяется, в трансформаторе происходят сложные процессы, сильно зависимые от внешних условий.

К сожалению, стабильность источника питания сварочного трансформатора, в данном случае электросети с предполагаемым напряжением 220В, в большинстве случаев по независимым от нашего желания причинам, соблюдается далеко не всегда. Причиной тому плохое, а то и просто ужасное качество линий электропередач. Качество сети имеет склонность ухудшаться с отдалением за черту крупных городов и от трансформаторных подстанций, также оно может зависеть от времени суток, времени года и даже от погодных условий. Для мощных потребителей электроэнергии, коим и является сварочный аппарат, некачественная электросеть особенно вредна. Из-за потери мощности наступает такой момент, когда электроды начинают безнадежно "липнуть" к металлу, а вместо дуги мерцают лишь слабенькие искры и дуга упорно не желает загораться даже при применении тонких электродов. В таких случаях для электросварки наступает полный коллапс, хотя само оборудование находится в полном порядке. Виной тому падение напряжения на входе сварочного трансформатора.

Тащишь свой сварочный аппарат за несколько десятков километров, с трудом вывозишь его за город, с горем пополам тянешь кучу проводов, и тут на тебе все это дело виснет на шее мертвым грузом. При попытке зажечь дугу сварочный аппарат клеит электроды, трансформатор гудит в режиме короткого замыкания, а у соседей при всем этом начинает блекнуть свет лампочек. Налицо резкое падение напряжения в местной сети при включении мощной нагрузки.

Как известно, электрический ток протекает по проводам, которые могут иметь разное сечение и разную длину. К тому же на пути потока электричества внутри самого провода встречается масса препятствий, мешающих его нормальному движению. Отправной точкой в этой системе служит трансформаторная подстанция, которая сама является элементом обширной сети еще более сложной системы.

Но что же это за такие нехорошие препятствия на пути протекания электрического тока, которые так сильно портят положение дел конечного потребителя? Начнем с того, что любой проводник обладает свойственным его материалу удельным сопротивлением. Удельное сопротивление материала выливается в количественное значение сопротивления линии: чем меньше сечение проводов и чем больше их длина, тем более высокое значение сопротивления R будет иметь линия электропередачи. В данном случае R определяется из выражения:

R=ρ•L/S

где ρ - удельное сопротивление материала провода (Ом•мм²/м), L - длина провода (м); S - сечение провода (мм²). Для меди ρ=0,0175; для алюминия ρ=0,028.

Таким образом, обладая расчетной формулой, можно рассчитать значение сопротивления провода, которым, например, вы собираетесь внутри двора удлинить линию для подключения сварочного аппарата. Чем тоньше провод, тем больше будет его сопротивление электрическому току. Так, для линии длиной 50 м (100 метров двух жил провода), состоящей из дешевого алюминиевого провода распространенного сечения 2,5 мм², величина сопротивления будет равняться R=1,12 Ом. Типичным для провода, натянутого на столбах, является сечение 25 мм², тот же алюминий. Линия длиной более километра, в этом случае, даст сопротивление больше одного Ома. Но провода на столбах легко поддаются контролю, поэтому здесь еще пытаются соблюдать правила, определяя сечение. Совсем другое дело огромные корпуса предприятий, где все это электрохозяйство попрятано в нишах, подвалах, уложено в трубах и навечно замуровано в скрытой проводке. За много поколений сменившихся энергетиков и электриков здесь могло быть напутано что угодно, паутина из километров испещренного множеством соединений провода внутри здания может давать огромные потери.

Но сопротивление провода это еще далеко не все. В линии обязательно присутствуют соединения на клеммах с разнородными металлами, которые к тому же могут быть уже порядком окислены. Сюда надо добавить тепловые элементы автоматических выключателей, которые обладают собственным сопротивлением; никуда не денешься и от кое-как, на быструю руку состряпанных "скруток", примотанных изолентой и запрятанных где-то внутри щитовых, а то и просто мокнущих под дождем на наружных соединениях; ну и плюс другие возможные дефекты монтажа и провода. Все эти маленькие "радости" вносят каждая свой неприметный на первый взгляд вклад в общее сопротивление всей линии, что в сумме выливается в вполне заметные величины. Понятно, что все эти паразитные сопротивления включены в цепи последовательно, и чем их больше, тем больше проблем будет в конкретной электросети.

Перед тем как достичь любой полезной нагрузки, ток проходит по линии через паразитные сопротивления провода и помех. На каждом из них происходит падение напряжения, равное Uп=Rп•I, где Rп - паразитные сопротивления отдельных участков линии. Для разных потребителей суммарные потери будут разными, в основном в зависимости от их удаления от трансформаторной подстанции и качества линии. Таким образом, каждый потребитель получает лишь часть напряжения источника, за вычетом потерянной на линии величины. Исходя из формулы: второй параметр, от которого зависит падение напряжения на паразитном сопротивлении, это ток. Чем больше ток в цепи, тем больше потери в линии. Ток в цепи создают все потребители, кто больше, кто меньше, но берут все. И чем большую мощность тянет каждый потребитель, тем больше он же сам, впрочем, как и все его соседи, теряют этой самой мощности. А ведь сама трансформаторная подстанция тоже включена в какую-то свою сложную сеть, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Сварочный аппарат потребляет довольно большую мощность, в среднем около 6 кВт, а значит, и сам он может посадить плохую сеть довольно сильно, да и многочисленные потребители соседи способны сделать работу с ним невыносимой.

Как на практике можно несколько улучшить работу сварочного трансформатора от электросети с недопустимо упавшим напряжением? Ряд выходов из этой ситуации уже практикуется давно. Во-первых, падение напряжения будет тем меньше, чем меньше препятствий на линии. Однако выбирать место работы в большинстве случаев не приходится, поэтому такой способ малоэффективен. Здесь лишь надо следить за тем, чтобы последний отрезок пути токопередачи гибкий провод, соединяющий сварочный трансформатор с точкой электропитания, сам не имел большого внутреннего сопротивления. Ведь весьма часто варить приходится достаточно далеко от места возможного подключения сварочного аппарата, а приличный гибкий медный провод на сегодня удовольствие дорогое, вот и тянут на десятки, а то и на сотни метров кто чем горазд: часто старыми, тонкими и окисленными проводами, соединенными из небольших кусков, всевозможными удлинителями, включающими множество ненадежных соединений и "скруток". Естественно, что такое "удлинение" обладает значительным собственным сопротивлением и на него приходится заметная потеря мощности любого сварочного аппарата. Наиболее действенным и часто единственным способом удерживать мощность сварочного аппарата является рациональный выбор времени проведения сварочных работ. Падение напряжения на сопротивлении линии пропорционально току, протекающему по этой линии, а значит, увеличивается с количеством включенных потребителей. Поэтому на плохих линиях следует избегать проведения сварочных работ в то время суток, когда потребление электроэнергии особенно велико. Мощный сварочный аппарат будет плохо работать сам и еще больше садить сеть, доставляя проблемы не только себе, но и своим соседям. Мощные скачки напряжения от работы сварочного трансформатора способны давать сбои в работе бытовой аппаратуры, компьютеров, от пониженного напряжения могут не запускаться компрессоры холодильников, не говоря уже о том, что индикатором проведения кем-то сварочных работ станет мигание яркости лампочек во всей округе. Качество напряжения в сети будет лучше всего, когда подключено наименьшее количество потребителей, именно такие часы, по возможности, и следует выбирать для подключения мощной и требовательной к напряжению нагрузки.

Другой вопрос: как можно оценить качество конкретной линии предварительно, перед доставкой на место сварочного аппарата. Ведь при измерении напряжения на незагруженной линии вольтметр может показывать вполне приемлемые значения. Однако при подключении туда же сварочного трансформатора окажется, что он лишь "клеит" электроды и не работает нормально, налицо резкие падения напряжения при работе сварочного аппарата. Падение напряжения проявляется лишь тогда, когда в сеть подключены потребители со значительным электропотреблением. А до этого вольтметр, с его огромным сопротивлением и ничтожным током, просто не чувствует внутреннего сопротивления линии и показывает завышенные значения. Может оказаться, что единственной нагрузкой, способной посадить сеть, и будет ваш сварочный аппарат, который как раз и посадит напряжение на самом себе. Для проверки качества линии до доставки и подключения сварочного аппарата подойдет активная нагрузка, соизмеримая с мощностью работающего сварочного трансформатора, хотя бы 1,5-3 кВт, например конфорки электроплитки. Измерения вольтметром следует проводить до и после подключения нагрузки, и если после подключения налицо заметное падение сетевого напряжения, это можно даже заметить по изменению яркости свечения лампочки, то, значит, линия электропередачи некачественна, имеет значительное внутреннее сопротивление.

Потребляемая мощность для активной нагрузки определяется выражением Р=U²/R. Таким образом, при уменьшении напряжения мы будем иметь уже квадратичное уменьшение развиваемой мощности. Так, при уменьшении напряжения на 10% мощность упадет на 19%. Сопротивление трансформатора является реактивным, ему свойственны более сложные процессы преобразования электрической энергии: сопротивление обмотки сварочного трансформатора меняется в зависимости от режима работы, напряжения питания, определяясь величиной потребляемого тока. В этом случае можно привести пример из практического опыта: сварочный трансформатор, развивающий при напряжении питания 220-240В вблизи от подстанции ток 180-200А, при падении на нем питающего напряжения до 180В будет уже давать ток примерно 100-120А. Поэтому имеющие запас мощности трансформаторы обладают преимуществом на плохих линиях в том случае, если от них не требуется максимальная мощность. Кроме мощности, важным параметром здесь является и выходное напряжение холостого хода трансформатора, ведь при уменьшении входного соответственно уменьшится и выходное напряжение трансформатора, и если его значение упадет ниже какого-то значения (предположительно 36В для переменного тока), то зажечь дугу уже будет очень сложно. Этой проблемы удастся избежать, если выходное напряжение холостого хода трансформатора находится на уровне не ниже 50В при нормальном сетевом напряжении. Сварочные трансформаторы, изначально рассчитанные на какую-то определенную мощность, для конкретного диаметра электрода, которая для них является максимальной, могут полностью потерять работоспособность при падении напряжения.

При изготовлении самодельных сварочных трансформаторов, лучше всего при намотке первичной обмотки сделать ее с отводами в сторону уменьшения витков. Тогда в экстремальных случаях при падении мощности можно будет переключить трансформатор на меньшее количество витков первичной обмотки и таким образом повысить его мощность и восполнить потери.