Электроснабжение индивидуального и загородного дома, дачи
Резервная система электроснабжения.
Источник бесперебойного питания.
Генераторная установка (ГУ). Система автозапуска генератора, автоматика ГУ.
Солнечные батареи.
Для чего нужна система резервного электроснабжения дома?
Владельцы индивидуальных и загородных домов, дач сталкиваются с перебоями в работе электросетей: ветер уронил дерево на столб электропередач, под весом снега порвался кабель.
Почти всегда в электросети (особенно в теплое время года в дачных массивах, когда начинаются строительные работы) присутствуют перепады питающего напряжения, в следствии наличия на линии мощных потребителей, таких как сварка, мощные электрические котлы, электрические двигатели. Такие потребители периодически включаются и создают просадку напряжения во всей линии электропередач от чего моргает свет, останавливаются насосы водоснабжения и компрессоры холодильного оборудования. От резких перепадов напряжения выходят из строя сложные электроприборы.
Чтобы в доме было светло и тепло нужен запасной источник питания – источник бесперебойного питания (ИБП) и/или генератор.
Источник бесперебойного питания.
Практически в любом хозяйстве можно найти ряд устройств, которые нужно обеспечить резервным питанием. К таким приборам можно отнести холодильник, отопительный котел, насосы отопления, компьютеры и устройства телефонии, оборудование водоснабжения, скважинные насосы . Внезапно прерванная подача питания или скачки напряжения сокращают срок работы двигателей, возможен выход из строя блоков питания электронных устройств.
От скачков напряжения спасает ИБП, причем далеко не каждый.
Для холодильников, водяных насосов, котлов, моторов вентиляции и кондиционеров нужен ИБП с синусоидальной формой выходного напряжения. Если не соблюсти это условие, то электродвигатели будут перегреваться и/или не запустятся и в итоге сгорят.
По принципу работы ИПБ делятся на
1. Резервные ИБП (off-line, back-UPS, standby) - простейшие бесперебойники, которые при помощи пассивных фильтров ликвидируют электромагнитные помехи и высоковольтные импульсы. Если напряжение пропадает или выходит за рамки нормированных значений, то нагрузка, питаемая от сети, переходит автоматически на питание от батареи ИБП.
2. Линейно-интерактивные ИБП (line-interactive) - модели бесперебойников со стабилизатором напряжения, позволяющим регулировать уровень выходного напряжения. Современные производители настолько усовершенствовали линейно-интерактивный ИБП, что это устройство по сочетанию цены и надежности стало оптимальным решением для домашнего использования. При существенной нестабильности сети (частых колебаниях напряжения в диапазоне от 15-20 В) резервный бесперебойник будет постоянно переключать нагрузку на автономное питание, что негативно скажется на сроках службы батарей. Линейные ИБП больше подходят для сетей с нестабильным напряжением. Время переключения на работу от аккумулятора меньше, чем у первого типа бесперебойникв. ИБП могут различаться по форме выходного напряжения: с синусоидальной или с прямоугольной (трапецеидальной).
3. ИБП с двойным преобразованием напряжения (on-line, double conversation) - профессиональные бесперебойники с самым высоким уровнем надежности. ИБП с двойным преобразованием применяются для защиты серверов, ЦОД, рабочих станций, узлов связи, медицинского оборудования, критически важных приложений.
Принцип работы ИБП on-line типа заключается в следующем:
• переменный ток на входе преобразуется в постоянный;
• инвертор преобразует постоянный ток в переменный и подает его к нагрузке.
Таким образом, бесперебойнику удается постоянно обеспечивать нагрузку чистым и стабильным (колебания не более 1%) напряжением. Время автономной работы некоторых моделей при подключении дополнительных аккумуляторных модулей может быть продлено до нескольких десятков часов.
Для дома можно выбрать ИБП второго типа с синусоидальной формой выходного напряжения, но нужно иметь ввиду, что при резких перепадах напряжения, встроенный стабилизатор отрабатывает не мгновенно и свет будет ощутимо моргать.
Самым правильным выбором будет ИБП третьего типа т.к. он не реагирует на скачки напряжения в питающей сети и выдает напряжение строго заданной формы и частоты.
ИБП желательно заложить при проектировании электросети дома, т.к. можно разделить электрическую сеть дома (потребителей) на резервируемые и не резервируемые, заложить в проект помещение для размещения оборудования.
Мощность источника бесперебойного питания рассчитывается исходя из проектной мощности потребления всех электроприборов или замеряется реальная мощность потребления, если дом эксплуатируется.
В случае, если мощность/стоимость ИБП для всего дома выходят за рамки бюджета, то нужно ориентироваться на резервирование питания на важных потребителей и удобство пользования в целом.
Минимальный список потребителей, нуждающихся в резервном питании:
1. Система отопления - 300 Вт, время работы 24 часа;
2. Холодильник – 200 Вт, время работы 6 часов;
3. Розетки для компьютера, роутера и зарядных устройств – 100 Вт, время работы 24 часа;
4. Автоматические ворота – 300 Вт, время работы 15 минут.
5. Освещение дежурное 50 Вт, время работы 6 часов.
Посчитаем общее потребление 7,2+1,2+2,4+0,075+0,3= 11,2 кВт/ч в сутки.
Учтем деградацию аккумуляторных батарей, которая суммарно достигает 30%, в результате получим необходимую емкость батарей для источника бесперебойного питания равную 14,56 кВт/ч.
Среднее потребление 0,467 кВт/ч
Максимальная потребляемая мощность 1050 Вт (при одновременном включении всех потребителей)
Для выбранных потребителей достаточно ИБП мощностью 1500 ВА с синусоидальной формой выходного напряжения.
Напряжение АКБ такого типа ИБП обычно 72 В постоянного тока, поэтому устанавливается 6 АКБ, включенных последовательно.
Для выбранного времени резервирования в 24 часа нужно 6 АКБ емкостью 250А/ч.
Подключение выбранных групп электроприборов возможно потребует протяжку новых кабелей, переделку электропроводки или переборку электрического щита.
Если переделка не возможна, тогда нужно использовать локальные ИБП на каждую группу электроприборов. При нагрузке свыше 1,5 кВт нужно использовать одно устройство резервного питания для всех потребителей, т.к. установка и обслуживание одного мощного ИБП выгоднее нескольких менее мощных, даже с учетом переделки электропроводки.
Большой плюс мощных ИБП – наличие гибких настроек прибора, позволяющих настроить устройство на работу с конкретной электрической сетью и потребителями с учетом всех особенностей. В результате увеличивается автономность и отказоустойчивость системы.
Контроллер заряда аккумуляторных батарей следит за тем, чтобы АКБ всегда находились в оптимальном режиме работы даже во время простоя, что увеличивает срок службы дорогостоящих батарей.
Еще один плюс мощных ИБП это возможность удаленного мониторинга и управления путем подключения к локальной сети и/или сети интернет (при наличии), настройка отправки сообщений электронную почту об изменениях в работе оборудования и неполадках.
Также стоит отметить наличие байпасного реле, которое подает напряжение в нагрузку напрямую из питающей сети при неисправности ИБП.
Генераторная установка (ГУ). Система автозапуска генератора, автоматика ГУ.
Генератор обеспечивает питанием нагрузку при отсутствии напряжения в сети.
Мощность генератора нужно подбирать исходя из максимальной потребляемой мощности оборудования с запасом на пусковые токи потребителей (например, у асинхронных электродвигателей пусковой ток до 5-8 раз превышает номинальный).
Также при выборе генератора нужно обращать внимание на количество питающих фаз.
Например.
У вас дом питается от трехфазной электросети, нагрузка равномерно распределена по фазам.
Вы подобрали и смонтировали трехфазный генератор мощностью10 кВт. Произошло отключение электричества, вы запускаете генераторную установку, а ДВС установки глохнет при подключении нагрузки. Вы в недоумении, ведь до этого испытывали установку с полной нагрузкой и все РАБОТАЛО!
Осматриваете подключенные потребители и выясняете что включен свет, электрический чайник, кондиционер в одной комнате и система отопления.
Все потребители потребляют 3800 Вт, это меньше максимальной мощности генератора более чем в 2 раза, но по стечению обстоятельств все потребители подключены к одной фазе. Мощность одной фазы трехфазного 10-ти киловаттного генератора 3333 Вт, поэтому при включении происходит превышение мощности по одной фазе и автоматика генераторной установки выключает ДВС.
Сделаем вывод.
При выборе мощности генераторной установки необходимо учесть максимально возможную нагрузку по каждой фазе. В результате расчетов возможно двукратное увеличение мощности генератора, которое тянет за собой кратное увеличение стоимости и часовое потребление топлива. Все эти нюансы делают экономически не выгодной установку мощного трехфазного генератора, но выход есть!
Нужно установить однофазную генераторную установку с комплектом автоматики.
Установка возможна если в сети нет трехфазных электродвигателей, либо их можно исключить из схемы резервного электроснабжения.
Дополнительно снизить запас мощности генератора можно, если использовать ГУ совместно с ИБП выполненного по схеме двойного преобразования.
Совместная установка ГУ и ИБП имеет ряд преимуществ:
1. Электроснабжение потребителей осуществляется непрерывно.
Представьте, что у вас важное удаленное совещание, отключают свет и отключается интернет во время вашего выступления. О последствиях можно только гадать.
2. Мощность ГУ выбирается без запаса на пусковые токи, т.к. электроснабжение осуществляется непрерывно (ИБП работает на весь дом).
3. ИБП сглаживает помехи от генераторной установки, т.к. они далеки от идеальных. Причем ГУ можно применять с достаточно нестабильным напряжением и частотой выходного тока (как следствие более дешевое устройство) т.к. источник бесперебойного питания исправит все недостатки входного напряжения.
4. Можно сэкономить на АКБ, установив меньшее количество (например, на 5 часов вместо 24), т.к. система будет работать от ГУ.
Качественное бесперебойное электроснабжение с применением ГУ, связки ГУ и ИБП возможно с применением автоматики.
Автоматика выполняет следующие функции:
1. Отслеживает состояние электрической сети и при пропадании напряжения дает сигнал на запуск ГУ и переключение питания на резервное;
2. Следит за состоянием генератора, параметрами вырабатываемого напряжения, параметрами ДВС генератора и уровня топлива, осуществляет контроль заряда АКБ генераторной установки;
3. Считает наработанные моточасы ДВС и оповещает о необходимости технического обслуживания;
4. Предоставляет возможность удаленного управления посредством сети интернет или SMS.
5. Позволяет организовать интеллектуальное управление ГУ+ИБП которое выражается в экономии топлива и увеличении времени автономной работы всей системы.
Солнечные батареи
Солнечные батареи относятся к альтернативным источникам энергии.
Использовать солнечные батареи для питания всего дома при наличии централизованной электросети не выгодно т.к. кроме солнечных панелей необходимо дополнительное оборудование: контроллер батарей, аккумуляторные батареи и инвертор, необходимая проводка. Все это оборудование имеет высокую стоимость и устанавливать его целесообразно при отсутствии центрального электричества.
НО! Если у вас уже установлен ИБП, то у вас по умолчанию есть и АКБ, и контролер заряда, и инвертор!
Вам необходимо лишь подобрать солнечные панели на нужную мощность и напряжение.
Ранее рассматривался пример расчета емкости АКБ и мощности ИБП.
В результате расчета выяснили, что среднее потребление электроэнергии составляет 0,467 кВт/ч, практически это означает что ежесекундно дом потребляет 467 Вт электрической энергии, на эту мощность и надо ориентироваться при подборе солнечных батарей.
Батареи нужно выбирать с учетом деградации и возможности вырабатывать заданную мощность при низкой солнечной активности.
Еще один нюанс – напряжение, вырабатываемое батареями должно быть от 160 до 280 вольт, чтобы можно было подключить напрямую к ИБП. Таким образом исключаются потери на преобразование энергии и вырастает КПД системы, также необходимо добавить еще один ввод в АВР, и установить приоритет использования входов.
В результате получится система электроснабжения, которая работает от солнечных батарей в светлое время суток и от центральной сети в темное. При пропадании сетевого напряжения работа продолжается на АКБ, при разряде аккумуляторов подключается генераторная установка.
