Идет мужик по улице и громко хлопает в ладоши.
Его спрашивают:
— Ты чего в ладоши хлопаешь?
— Крокодилов разгоняю!
— Так нет же никаких крокодилов!
— Так это потому, что я их разогнал!

Старый анекдот

Анекдот, приведенный в эпиграфе, очень хорошо отражает ситуацию с постоянкой в сети. Все с нею успешно борются. Интернет-форумы полны рассказами о том, как стала лучше звучать аппаратура после установки фильтра, устраняющего в сети постоянное напряжение. Только вот идиллию портят три малюсеньких момента:

1. Опасность постоянки в сети для трансформаторов декларируется умозрительно. Насколько это все ухудшает работу в действительности — таких исследований я что-то не встречал.
2. Половина схем, предлагаемых для устранения постоянного напряжения из сети, на самом деле этого не делает, а некоторые наиболее неудачные схемы еще и прибавляют помех.
3. Никто из тех, кто удалил постоянное напряжение в сети и сразу так хорошо услышал улучшение звука, это самое постоянное напряжение в сети вообще не измерял! И совершенно не в курсе — было оно там, или его не было вообще! Тем не менее постоянку успешно удалил и звук улучшил.

В общем, разгон крокодилов осуществляется и весьма успешно.

Есть множество людей, убежденных, что устройства, включаемые в сеть, нужно защищать от постоянного напряжения. И от ряда других вещей, присутствующих в ней помимо напряжения 220 вольт 50 герц. Их поддерживают продавцы дорогущих (минимум 1000$) устройств, называемых кондиционерами сети.

Есть также множество людей, считающих, что все это фигня — все аппараты, включенные в сеть, прекрасно работают и без сетевых кондиционеров. Даже высоковольтные помехи не очень-то и страшны — в крайнем случае поставил варистор, и все дела. Тем более, что есть определенные ГОСТы и нормы на качество электроэнергии, и во всех наших договорах с ее поставщиками гарантируется соответствие качества энергии стандарту.

Обе эти группировки спорят на интернет-форумах вплоть до ругани. Кто прав?

С одной стороны, сеть — очень стабильная штука. По пути от электростанции к потребителю ток проходит через ряд мощных трансформаторов, которые отсекают и постоянный ток, и все, что сильно отличается от частоты 50 Гц. С другой стороны, трансформаторы не идеальны (а переходные процессы в трансформаторах — это вообще что-то!), да еще от трансформатора до квартиры конечного потребителя тянется длинный провод, имеющий и сопротивление, и индуктивность (и ловящий заодно ВЧ помехи). А совсем рядом, у соседей за стеной, может работать какое-нибудь «злое» устройство. Несимметричная для обоих полупериодов сети нагрузка дает постоянную составляющую, а трансформатор, который может ее подавить, слишком далеко. Фантастика? А вы посмотрите на реальную сеть. Ее пикфактор, измеренный мною в нескольких районах моего города, равняется где-то 1,35 вместо 1,41. Это из-за «обрезания» верхушек синусоиды многочисленными блоками питания. Т.е. синусоида в сети выглядит «более приплюснутой», чем должна быть. И где тут соответствие ГОСТам? Кстати, переходные процессы при коммутации мощной нагрузки могут быть очень неприятными. По идее, устройства, включаемые в сеть, не должны создавать помех в сети… Вы верите в идею? 

Но самое главное что все заявления как сторонников, так и противников постоянки в сети — умозрительны! Ни те, ни другие постоянное напряжение в сети никогда не измеряли!!! Поэтому все эти высказывания абсолютно ничего не стоят, ведь на самом деле может быть и так, и эдак, и вообще по третьему!

Я сам всегда придерживался умеренных взглядов и считал, что если в сети что-то такое и есть, то не очень и страшно. Высокочастотные помехи умеют проникать сквозь емкости, поэтому с ними надо бороться. А низкочастотные…

Но одно дело взгляды, другое дело реальность. Вот я и решил взять и убедиться, кто прав и что в сети на самом деле происходит. Специальных исследований на эту тему я не встретил, кроме того, мне очень интересно состояние сети не где-то там, а у меня дома. Поэтому я и решил исследовать все самостоятельно, тем более, что такая возможность у меня есть.

Пару раз я уже отслеживал постоянку в сети. Собирал макеты измерительных схем, подключал стрелочный вольтметр и следил за ним визуально. И ничего криминального не увидел. Но такая метода не очень эффективна: по своей идее сеть идеальна, а если в ней что-то случается, то это скорее исключение, чем правило. Если следить за стрелкой целый день, то может быть, что-то заметишь (если именно в этот день возникнут проблемы). Но не выходит целый день пялиться на стрелку. Кроме того, большая постоянная времени этой измерительной системы (около минуты) полезна для измерения «постоянной» постоянки, но при измерении постоянки, время от времени возникающей, возникает заметная погрешность.

Не так давно у меня поменялся парк измерительной техники, и появилась возможность автоматически регистрировать измеряемую величину в течение длительного времени с небольшим периодом – начиная от долей секунды. Общее число измерений при этом может составлять десятки тысяч. Под эти новые измерительные приборы была разработана и изготовлена новая измерительная система, более удобная для измерений. И с этими новыми измерительными возможностями я подключился к сети.

Очень важно: Не пытайтесь самостоятельно измерить постоянное напряжение в сети — его обычным вольтметром не измеришь! Ведь измерять надо постоянное напряжение в десятки милливольт на фоне переменного напряжения 220 вольт. В лучшем случае сгорит вольтметр. Для таких измерений нужна специальная измерительная схема!

Первая же серия измерений, сделанная в течение 10 минут с интервалом между измерениями 0,5 секунды, показала, что не так все просто.

Постоянная времени измерительной цепи порядка одной секунды, поэтому частоты ниже примерно 1/5 Герца проходят без ослабления. Видите, что получается: не столько даже постоянное напряжение, сколько какие-то инфранизкочастотные колебания, да еще и какая-то импульсная, но тоже довольно низкочастотная помеха (вполне возможно, что эта помеха была еще и высокочастотной, но ВЧ помехи мы давим сетевыми фильтрами). Может быть, в этом сигнале и возможно выделить постоянку, но все же весьма условно — уж очень мала амплитуда.

Измеряем дальше.

Как говорил персонаж одного великолепного мультика: «С этой стороны ничуть не лучше». Если все это дело усреднить, то постоянная составляющая будет равна что-то порядка 4 мВ. Нечто подобное — маленькое напряжение — я и наблюдал при своих старых измерениях. Поэтому и не нашел никакого криминала. Если же не сглаживать с большой постоянной времени, то видно, что постоянная составляющая – это вообще не проблема. А вот такие жутковатые колебания — это что-то. Не понятно, правда, насколько это вредно и для кого.

Продолжаем, но время наблюдения увеличиваем (поскольку по ходу дела я тренируюсь и осваиваю технику).

Опачки! Очень похоже на предыдущий график — никакой постоянки (посмотрите на измерения в промежутке времени 2…4 минуты — вообще ноль!). Зато все время идут какие-то странные пачки импульсов. Откуда они берутся — неясно.

С ростом опыта и совершенствованием измерительной системы, начал измерять непрерывно по часу. Следующее измерение получилось вот таким.

И снова принцип повторяется — преобладает «высокочастотная» помеха. Она накладывается на что-то пилообразное (видите: два периода, когда график растет примерно от -10 мВ до примерно +10 мВ). При среднем за время наблюдения, т.е. «абсолютно постоянном» напряжении в 1,5 милливольта, в общем-то, напряжение изменяется от -20 до +20 милливольт. Период этих «быстрых» изменений порядка минуты. И можно ли это считать постоянкой? Пока не будем вопросы задавать, и понаблюдаем еще.

Еще один час наблюдений дал такую картинку.

Вот тут уже можно говорить о некоторой постоянной составляющей напряжений сети. Но вся эта постоянная составляющая абсолютно теряется на фоне, опять же непонятно каких, странных помех амплитудой чуть ли не в 80 милливольт и с периодом в ту же примерно минуту. Пока что измерения проводились большей частью в рабочие дни по вечерам (где-то примерно между 17.00 и 20.00). Так что вряд ли это промышленные помехи: несмотря на то, что вокруг моего дома несколько действующих заводов (в том числе радиозаводов), они в это время уже не должны работать, да и мой дом питается от «довольно отдельной» трансформаторной будки во дворе.

Следующее наблюдение весьма занятное.

Что получается? Постоянки вообще никакой, но пару раз за время наблюдения на пару минут возникало что-то вообще невообразимое. 200…250 милливольт, а это весьма не мало. Правда в тот момент у меня в сеть не было включено ничего такого, что могло бы «посадить» эти всплески. Если же такие всплески не «просаживаются», а реально прикладываются к первичной обмотке трансформатора, то это скорее всего нехорошо. И вполне возможно, что при этом нормальная работа трансформатора нарушается. Продолжаем наблюдать.

Теперь делаем «большой забег» на 4 часа с интервалом между измерениями 2 секунды. И вот что видим.

Снова та же картина, 2 часа ничего не происходит, никакого криминала, никакого постоянного напряжения в сети, какой-то шум болтается в районе 5…10 мВ целых 2,5 часа. А потом где-то что-то включилось. И почти час перла мощная сравнительно высокочастотная (насколько это может быть с частотами в доли герц) помеха. А через час снова выключилось. Ни с чем у меня это дело не ассоциируется, нигде ничего не гудело, не шумело, никаких видимых «помеходелательных» явлений замечено не было. При этом я жил как обычно, пользовался домашними приборами, компьютером (и при других измерениях тоже). Так что это не мои помехи.

Детальное исследование этой помехи показано на следующем графике. Точки на нем — это моменты измерений, которые производились с интервалом 2 секунды.

На графике 13 пиков за 5 минут, следовательно, частота этих довольно синусоидальных колебаний около 0,04 Гц при амплитуде до 100 мВ. Постоянная составляющая здесь присутствует и составляет примерно 30 мВ, т.е. практически теряется на фоне этих колебаний.

Ну что же, пора делать вывод.

Итак, первые пробные измерения показали, что не все так просто в сети. Явно выраженное постоянное напряжение практически отсутствует. Зато бывают жутковатые всплески и нередки инфранизкочастотные колебания. Что дальше?

А дальше я буду продолжать исследования. Вот предполагаемые мною направления работы, по каждому из которых я отдельно отпишу результаты.

1. Доработать измерительное устройство. Собственно, это «хитренький» фильтр, со страшной силой обрезающий сигналы выше примерно 0,5 Гц.

2. Подробнее исследовать все эти странности — всплески и «инфраНЧ» колебания. К сожалению, нельзя заранее предсказать, когда эти бяки в сети появятся (я своими штатными бытовыми приборами так и не смог создать ничего подобного, так что откуда берутся в сети эти помехи — не знаю). Так что возможно проведение только пассивного эксперимента: наблюдать за сетью, выяснять в какие дни недели и в какое время такие явления наиболее вероятны. А это дело недель и месяцев (учитывая, что кроме этих исследований у меня иногда бывают еще некоторые дела, например, работа). Потом, определив периоды с наибольшей вероятностью «нечистой сети», понаблюдать за сетью уже более подробно и поискать артефакты, подобные приведенным выше.

3. Проверить, как это все дело влияет на работу трансформаторов. Причем разных. Как провести эксперимент с постоянкой я хорошо представляю, а вот с инфранизкочастотными колебаниями — надо подумать (мысли есть, но надо экспериментировать). И наконец выяснить, насколько все это страшно.

4. И если от этих помех и постоянного напряжения в сети защищаться все же надо, то хочется разработать схему защиты, которая бы, во-первых работала, а во-вторых — защищала бы электронные устройства не от чего-то там непонятного, а от этих вот конкретных неприятностей, которые мы в сети и наблюдаем.

Вот примерно такая программа на будущее. И я потихоньку этим занимаюсь. Пока что измеряю сеть в фоновом режиме…

02.06.2013