Чтобы было светло и тепло
Централизованные электросети вне мегаполисов имеют ряд проблем: недопустимые отклонения напряжения и частоты, высокочастотные и импульсные помехи, провалы и полное пропадание напряжения. Это приводит к сбоям в работе электрооборудования, вплоть до его выхода из строя.
По мнению специалистов, грамотно обустроенная энергосистема загородного дома должна держаться на трех китах: стабилизаторе переменного напряжения, источнике бесперебойного питания и автономной электростанции. И устанавливать ее следует именно в такой последовательности.
Стабилизатор необходим, чтобы «выправить» низкое или слишком высокое входящее напряжение. Источник бесперебойного питания (ИБП) предназначен для обеспечения электричеством самых необходимых электроприборов на кратковременное пропадание напряжения в сети. Автономная электростанция, в свою очередь, способна вырабатывать электроэнергию для всего дома в течение многих месяцев.
Стабилизаторы
Отклонения величины или формы подаваемого напряжения принято называть искажениями или помехами. Эти искажения по-разному влияют на работу электроприборов и даже могут вывести оборудование из строя. Поскольку современное электронное оборудование достаточно дорого (и наиболее подвержено губительному воздействию помех по входному напряжению), возникает необходимость защитить его от подобного рода воздействий. Повысить вероятность безотказной работы и создать условия для увеличения срока эксплуатации сложного и дорогостоящего оборудования позволит использование стабилизаторов напряжения или ИБП.
Сначала необходимо понять, какие именно проблемы характерны для вашей электросети: постоянно завышенное или заниженное напряжение, резкие скачки или провалы напряжения, искажения синусоидальности и т. п. Специалисты рекомендуют рассматривать характеристики стабилизатора напряжения в следующем порядке: количество фаз; выходная мощность; рабочий диапазон входных напряжений; статическая точность стабилизации; быстродействие; условия эксплуатации; масса и габариты.
Для построения схем комплексного электропитания коттеджей, дач рекомендуются как однофазные, так и трехфазные модели стабилизаторов напряжения или их комбинации. Все зависит от того, какую часть электросети объекта вы решили запитать стабилизированным сетевым напряжением. В варианте, когда подключается полностью весь объект, рекомендуется трехфазный вариант стабилизатора напряжения, чтобы отдельно подключить освещение, основную силовую (розеточную) группу, дополнительную силовую группу. Не обязательно всегда выбирать один однофазный или трехфазный стабилизатор напряжения. В некоторых случаях систему электропитания можно построить из нескольких, различных по мощности и по точности стабилизации, однофазных или трехфазных моделей стабилизаторов.
Чтобы сделать выбор модели стабилизатора напряжения по критерию необходимой мощности, необходимо рассчитать суммарную мощность, потребляемую нагрузкой. Мощность, потребляемую конкретным устройством, можно узнать из паспорта или инструкции по эксплуатации. Иногда потребляемая мощность вместе с напряжением питания и частотой сети указывается на задней стенке прибора или устройства. При подсчете мощности, потребляемой устройством, следует учитывать так называемую полную мощность, а также пусковой ток устройства. Полная мощност ь &mdas h; это вся мощность, потребляемая электроприбором, она состоит из активной мощности и реактивной мощности, в зависимости от типа нагрузки. Активная мощность всегда указывается в ваттах (Вт), полная — в вольт-амперах (ВА). Устройства-потребители электроэнергии зачастую имеют как активную, так и реактивную составляющие нагрузки.
При активной нагрузке вся потребляемая энергия преобразуется в излучение (свет, тепло). У некоторых устройств (лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, утюги и т. п.) данная составляющая является основной. Реактивные нагрузки — все остальные.
Существует такое понятие, как высокие пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в штатном режиме. Соотношение величины потребляемого тока в момент пуска (включения) устройства к величине тока в установившемся режиме называется кратностью пускового тока. Данная величина зависит от типа и конструкции электродвигателя, наличия или отсутствия устройства плавного запуска и может иметь значение от 3 до 7. В случае, когда в состав нагрузки входит электродвигатель, который явл яетс я основным потребителем в данном устройстве (например, погружной насос, холодильник), но его пусковой ток неизвестен, то паспортную потребляемую мощность двигателя необходимо умножить минимум на 3, во избежание перегрузки стабилизатора напряжения в момент включения устройства.
Рекомендуется выбирать модель стабилизатора напряжения с 20% запасом от потребляемой мощности нагрузки. Во-первых, вы обеспечите «щадящий» режим работы стабилизатора, тем самым увеличив срок его службы, во-вторых, создадите себе резерв мощности для подключения нового оборудования.
Для выбора точности стабилизации необходимо определить диапазон напряжений, допустимых для питания защищаемой стабилизатором напряжения аппаратуры. Чтобы узнать параметры электропитания вашей аппаратуры, обратитесь к инструкции по эксплуатации или в сервисный центр ее производителя. Электропитание большинства бытовых приборов и аппаратуры можно осуществлять напряжением 220 В ±5–7%.
Резервные источники и ИБП
Если у вас неожиданно закончилось топливо для вашей генераторной установки, или ваша электростанция сломалась, настает черед работы резервных источников электроснабжения. Такие источники уместно также применять, когда в подключении нуждаются только отдельные электроприборы, и использование генератора может быть нецелесообразным. Чтобы понять, какие источники электроснабжения в каких случаях целесообразно применять, попробуем разделить все используемые в доме электроприборы (потребители) на три категории.
К наименее ответственным потребителям относятся электроприборы, без которых можно обойтись при отключении электричества: электрические сауны, кабельные системы обогрева полов и т. д. Все эти приборы будут работать только в том случае, если работает основное электропитание.
Потребители электроэнергии комфортного проживания: освещение, электрочайник, телевизор и т. д. Чтобы ваше проживание в доме оставалось комфортным, эти приборы необходимо запитать от резервного источника, в качестве которого целесообразно использовать электростанцию.
К системе жизнеобеспечения относятся потребители, без которых не обойтись даже самое короткое время: аварийное освещение, охранная и пожарная сигнализация, видеонаблюдение, электрические замки, отопление и т. д. Генераторная установка, оборудованная системой автоматики, сработает в течение 1–5 минут после пропадания основной электросети. Это время критично для компьютеризированных систем контроля и управления, системы безопасности и контроля доступа. Поэтому для обеспечения системы жизнеобеспечения используют источники бесперебойного питания.
Источники бесперебойного электропитания предназначены для постоянной работы различных электропотребителей вне зависимости от качества и наличия напряжения в питающей сети. Они обеспечивают непрерывную работу отопительных агрегатов, бытовой техники, систем связи и телекоммуникаций, систем охраны, пожарной сигнализации, видеонаблюдения и т. п. По сравнению с резервными генераторами ИБП имеют ряд преимуществ, в том числе: более высокий коэффициент надежности; большее время наработки на отказ; высокое качество электрической энергии на выходе; бесшумность работы; отсутствие эксплуатационных расходов; простота монтажа и подключения.
Различают три схемы построения ИБП: резервный, интерактивный и онлайн. Принцип работы резервного ИБП заключается в питании нагрузки напряжением сети при его наличии и быстром переключении на резервную схему питания (батарея и инвертор) при его пропадании или выхода параметров (напряжение и частота) за допустимые пределы. Батарея автоматически подзаряжается при его работе от сети. Отличительной особенностью такой схемы является наличие автоматического переключателя питания нагрузки (сеть—батарея). По данной схеме построены практически все недорогие маломощные ИБП, предлагаемые на российском рынке.
Интерактивный источник бесперебойного питания работает по принципу, идентичному резервному, за исключением ступенчатой стабилизации выходного напряжения посредством коммутации обмоток автотрансформатора. Интерактивный ИБП применяют для питания персональных компьютеров и другого сложного оборудования, критичного к неполадкам в электросети.
Работа онлайн-источника бесперебойного питания построена на двойном преобразовании напряжения: входное трансформируется в постоянное с помощью выпрямителя, а затем снова в переменное путем обратного преобразователя (инвертора). Онлайн-ИБП используют для питания оборудования, предъявляющего повышенные требования к качеству сетевого электропитания.
ГенераторыБензиновый или дизельный генератор — это идеальное решение проблем с энергоснабжением. Они позволяют отказаться от нестабильного централизованного электроснабжения или обеспечить нужды в потреблении электроэнергией в новых коттеджных поселках и садоводствах, куда еще не пришло электричество. Установка генератора обеспечит в доме постоянное освещение, тепло. В мастерской и на стройке можно всегда рассчитывать на стабильную работу электроинструмента. Генератор незаменим в случае, если необходима постоянная работа системы безопасности и охранной сигнализации. Она будет продолжать работать даже при отключении электричества, правда, предварительно необходимо рассчитать нагрузку, которую генератор должен будет выдержать.
Мощность автономной электростанции может измеряться в киловольт-амперах (кВА) или в киловаттах (кВт). Обычно для генераторной установки уместно соотношение 1 кВт = 0,8 кВА. Иногда продавцы выдают мощность в кВА за мощность в кВт, завышая таким образом полезную мощность агрегата. Это необходимо учитывать, так как потребляемая бытовыми электроприборами мощность обычно указывается в кВт. Европейские производители указывают номинальную мощность своих электростанций, обычно допускается перегрузка на 10% (не более 1 часа в течение 12 часов). Максимальная мощность синхронных генераторов не указана, но обычно они выдерживают двукратные пусковые токи (запуск электродвигателя) в течение нескольких миллисекунд. Японские производители указывают номинальную и максимальную мощность, которые заметно отличаются друг от друга (около 20%). При этом на максимальной мощности такой генератор может работать лишь несколько секунд, иначе будет перегрузка, поэтому обращать внимание лучше только на номинальную мощность.
Уровень шума измеряется в децибелах. Проще всего сравнивать абсолютные единицы LWA, именно это значение указывают производители в буклетах и на самих установках. Нормальными считаются цифры около 100 WA (72–74 дБ на 7 м) для бензиновых генераторов в открытом исполнении, 77–82 дБ на 7 м для открытых дизельных (при 3000 об./мин.), 62–69 дБ на 7 м для бензиновых генераторов в кожухе и 67–71 дБ на 7 м для мощных дизельных установок в кожухе.
Наработка на отказ — это статистическая средняя цифра времени безотказной работы до первого капитального ремонта. Нормальные показатели для простых бензиновых двигателей — 500 часов, для полупрофессиональных — 1200 часов, профессиональных — 3000 часов. Для дизельных двигателей с воздушным охлаждением — около 5000 часов, а с жидкостным охлаждением — до 40 000 часов.
Потребление топлива. Одни производители приводят данные при нагрузке 75% от номинальной, другие — при номинальной (стопроцентной) нагрузке. При эксплуатации установки на нагрузке меньше номинальной расход топлива снижается, но не более чем на 30–40%.
Автономные электростанции можно разделить по видам топлива, на котором они функционируют. Наиболее распространенными являются бензиновые и дизельные генераторы, меньшей популярностью из-за дороговизны и сложностей в установке и эксплуатации пользуются электростанции на природном или сжиженном газе.
Бензиновые электростанции — наиболее простое и недорогое решение проблемы внезапного отключения электричества. Они актуальны как аварийный источник электроэнергии на небольшие промежутки времени. Малый вес, компактность и невысокий уровень шума предопределили успех таких электростанций в качестве выгодного и практичного агрегата.
Бензиновые электростанции, в свою очередь, разделяются по типам двигателей внутреннего сгорания: бывают двух- и четырехтактные модификации. Плюсы двухтактных двигателей: отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения, большая мощность в пересчете на 1 литр рабочего объема, простота изготовления и дешевизна. Преимущества четырехтактных двигателей: больший ресурс, большая экономичность, более чистый выхлоп, меньший шум. Четырехтактными двигателями внутреннего сгорания с воздушным охлаждением оснащено большинство бензиновых генераторов.
Если вы преследуете цель использовать электростанцию в качестве постоянного бесперебойного источника электроэнергии в течение длительного времени, есть смысл обратить внимание на дизельные агрегаты. Несмотря на то, что их первоначальная стоимость выше, чем бензиновых генераторов, затраты на топливо и техническое обслуживание такого оборудования будет ниже. Двигатели дизельных генераторов могут функционировать на разных оборотах. Высокооборотистые агрегаты (3000 об./мин.) отличаются меньшими размерами и весом. Впрочем, их также характеризует высокий уровень шума и меньший ресурс наработки на отказ. Для полноценной выработки электроэнергии в течение длительного времени предпочтительным представляется выбор низкооборотистых модификаций (1500 об./мин.).
Автономные дизельные электростанции, как и бензиновые, снабжаются воздушной либо жидкостной системой охлаждения. Дизельные двигатели с воздушным охлаждением занимают промежуточное положение между бензиновыми станциями и «серьезными» дизелями с жидкостным охлаждением. Маломощные дизели (до 6 кВт) мало отличаются по надежности от бензиновых, а их стоимость примерно вдвое выше. Поэтому, если нет особых причин для выбора маломощного дизеля, подумайте о бензиновой станции с хорошим двигателем, она и шумит меньше, и обслуживать ее проще.
Дизельные двигатели с жидкостным охлаждением наиболее надежны и долговечны (наработка на отказ 20 000–40 000 часов). Они также могут быть оснащены довольно бесшумными низкооборотистыми (1500 об./мин.) и более шумными двигателями, работающими на 3000 об./мин. «Быстроходные» двигатели дешевле и меньше по весу и габаритам, но отличаются более высоким расходом топлива и меньшим ресурсом. Самое главное: для круглосуточной работы 365 дней в году годятся только электростанции, работающие на 1500 об./мин. Для генераторов средней мощности (от 6 до 2 0 кВт ) очень хороши дизельные моторы Mitsubishi, а для более мощных установок (от 20 до 180 кВт) — немецкие двигатели Deutz.
Следующая характеристика, которую стоит рассмотреть применительно к автономным электростанциям, это количество фаз вырабатываемого напряжения. Автономные генераторные установки в основном вырабатывают одно- или трехфазное напряжение. Не все знают о том, что для питания небольшого количества электроприборов или освещения достаточно и одной фазы, тогда как трехфазный источник питания чаще бывает необходим в промышленных условиях.
Генераторы бывают синхронными и асинхронными. Асинхронные генераторы отличаются более простым устройством, они легче в обслуживании. Генераторы подобного типа часто используют для бытовых потребностей, поскольку выходное напряжение асинхронного генератора отличается полным отсутствием нелинейных искажений, что особенно важно для электронной техники вроде компьютера, кухонных приборов, элементов освещения и т. п. Асинхронные генераторы дешевле синхронных, но они совершенно не переносят пиковых перегрузок.
Синхронные генераторы более продуктивны при работе с приборами индуктивного характера потребления: сварочными аппаратами, электропилами, насосами и другими устройствами, требующими «пускового тока». Это связано со способностью синхронных генераторов в течение небольшого промежутка времени (1–2 сек.) выдавать ток, который по силе в несколько раз превышает номинальный. Синхронные генераторы отличаются более высоким качеством электроэнергии, а также способны переносить 3-кратные мгновенные перегрузки. Признанные брэнды с инхр онных генераторов — Mecc Alte (Италия), Leroy Somer (Франция), Newage Stamford (Китай).
По способу запуска автономные электростанции можно разделить на модели с ручным запуском, электростартером и автоматическим запуском. Электростанция со стартером не требует никаких физических действий оператора, кроме нажатия кнопки. В случае наличия лишь функции ручного запуска придется вертеть специальную ручку или дергать шнур. Наличие электростартера необходимо, если на автономный электрогенератор нужно устанавливать систему автоматического запуска. Предназначение подобной системы — запуск и выключение в нужный момент без участия человека. Например, если в вашем загородном доме пропадет электричество, автоматика автономной электростанции поймет это и с помощью электростартера и аккумуляторной батареи запустит генератор, обеспечивая током нужные приборы.
Для автономных электростанций предусматривается масса дополнительных опций, серьезно влияющих на стоимость электростанции. Одна из важнейших дополнительных опций — специальный защитный кожух. Кожух обеспечивает защиту генераторной установки от коррозии, дает ей возможность работать при атмосферных осадках, а также позволяет значительно снизить шум двигателя.
Бензиновым электростанциям кожух в большинстве случаев не нужен, т. к. их собственный уровень шума позволяет не придавать проблеме шумоизоляции слишком большое значение. Более востребованы кожухи при использовании дизельных электростанций.
Что касается других дополнительных опций, то их максимальный выбор имеется у дизельных установок с жидкостным охлаждением (от 8 кВт). К ним относятся: возможность автоматического запуска генератора, контроля его параметров на дисплее и дистанционно на компьютере, увеличенные топливные баки и различные защиты (от перегрузки, от утечки тока на землю, от атмосферных явлений), глушители, снижающие шум выхлопа и т. д.
Словом, если вы серьезно отнесетесь к выбору и установке оборудования, то впоследствии у вас не будет проблем с работой электроприборов, к тому же вы будете менее зависимы от внешних условий.
---------