Резервное электроснабжение загородного дома. Резервированное электроснабжение частного дома

Резервное электроснабжение загородного дома. Резервированное электроснабжение частного дома

По своей работе инженером-электриком приходилось иметь дело с ответственными потребителями энергии. В своей первой статье я хочу поделиться своим опытом создания распределительного электрощита с двумя независимыми вводами в очень важном для нашей семьи объекте - сельском доме. В процессе публикации беглым поиском была найдена схожая концепция . Личные ощущения подсказывают, что такие идеи не потеряли актуальности.

Предпосылки

Идея превратить дом в селе в "загородную резиденцию" родилась весной прошлого года, когда мы с женой и детьми сидели на самоизоляции в квартире, а предприниматели выстраивались в длинные очереди за спецпропусками для себя и своих работников возле зданий администраций. Ходить по травке на свежем воздухеи не бояться получить за это штрафбыло заманчиво, но реализация идеи оказалась не самым простым занятием. Дело в том, что более 10 лет назад родители жены переехали в областной центр, и дом использовался дляпостоянного проживания пауковскладирования не очень нужных вещей, коммуникации износились, блага цивилизации пришли в негодность. Сейчас многое для нашей комфортной жизни уже сделано: в утепленном сарайчике возникла насосная станция, на стене в кухне повис двухконтурный газовый котел, под мойкой спрятался фильтр питьевой воды с насосом повышения давления, в комнате мигает лампочками WiFi маршрутизатор с 4G модемом и многое другое. Никому не секрет, сколько пользы приносит это и другое электрооборудование при пропадании электропитания. Стоит заметить, что подобные случаи за последний год носили единичный характер, но подпортили не один ветреный и/или дождливый вечер. Поэтому вопрос надежного электроснабжения назрел весьма остро, особенно с учетом мониторинга микроклимата в доме при отъездах в город, но это другая история.

Реализация

При решения этого вопроса я полагался на следующие основные тезисы:

Решение должно быть доступным . Компоненты системы приобретались в магазине электротоваров в районном центре, на известном интернет магазине с доставкой из России за разумные деньги.

Простота и автономность. Система должна функционировать без нашего участия с ограниченным функционалом и с минимальным участием - при расширении функционала.

Компактность и безопасность. Пояснения считаю излишними.

В результате пары посиделок перед компьютером родилась следующая схема. Несомненно она не лишена недостатков, но это компромиссный вариант.

Работа схемы

4 амперные автоматы QF1 и QF2 защищают цепи управления, их наличие скорее способ заполнить ряд в щитке. Переключатель приоритета вводов SA1 устроен так, что может замыкать только один из своих контактов или не замыкать их вовсе. Для его размещения на DIN рейке использовал основание от реле с известной китайской торговой площадки, которое при тестах жутко нагревалось. Реле контроля KV1 при нормальном напряжения сети включает таймер, который с 5 минутной задержкой включает контактор KM1 всегда и КМ2, если отсутствует питание с резервного ввода или выбран приоритет сети. При отклонении напряжения выключение настроено на минимальную задержку. KM2 и KM3 имеют электрическую и механическую блокировки одновременного включения. Переключение на приоритетный источник обеспечивается промежуточными реле KL1 и KL2. Резервный ввод контролируется на выходе из источника. Автомат защиты ввода электросети установлен на фасаде в щите учета.

Первым делом бросается в глаза, что одна розеточная группа подключается только к щиту учета. Бесперебойная работа этих устройств для нас не критична, например кондиционер, стиральная машина. Однако их защита от ненормального напряжения все же выполнена. Для размещения трех контакторов с приставками пришлось доработать щиток, после монтажа скреплю жгуты нейлоновыми стяжками.

Автономная система электроснабжения. Опыт автономного электроснабжения загородного дома

В течение трех лет мне пришлось жить в загородном доме без централизованного электроснабжения и за это время удалось наладить автономную энергетическую систему , которая позволяет жить и работать семье в любое время года.

В современной жизни многие стремятся построить загородные дома и по возможности проводить там больше времени. При этом энергетика пригородов развивается слабо, оборудование в сильно изношенном состоянии, провода воруют, отключения на неопределенный срок (как правило тогда, кода больше всего нужно) стали привычным явлением.

Прогноз развития ситуации скорее всего пессимистический — ситуация будет только ухудшаться, а электроэнергия дорожать…

Тем, кто не хочет ждать «у моря погоды» , обращен этот материал и надежда найти единомышленников. Вот некоторые соображения и описание достигнутого.

Задача автономного электроснабжения может решаться двумя принципиально разными способами:

• установка постоянно ( когда это необходимо ) работающей электростанции , которая обеспечивает все потребности в электричестве;
• создание комплексной системы электропитания , которая может в себя включать и электростанцию, но работающую только тогда, когда нужна большая мощность или другие источники энергии исчерпаны.

Первый способ обладает тем преимуществом, что позволяет не решать множество задач и дает возможность пользоваться стандартными техническими решениями, но имеет несколько противопоказаний:

• необходима электростанция, имеющая большой моторесурс, малый расход топлива, предназначенная для круглосуточной эксплуатации в необслуживаемом режиме, не создающая радио помех, шума и вибраций, а следовательно дорогая (правда некоторые из этих проблем можно свести на нет своими силами);
• необходимо хранилище топлива и при том пожаробезопасное;
• для установки электростанции нужно специальное помещение, позволяющее отчасти скрыть недостатки доступных электростанций т.е. имеющее хороший фундамент, толстые стены, вытяжную вентиляцию, уходящую в небо выхлопную трубу;
• для устранения неприятных запахов желательно установить достаточно высокую выхлопную трубу, но у нее при эксплуатации в зимнее время возникнет проблема, состоящая в том, что большая часть трубы не будет прогреваться выше точки росы и как следствие после остановки электростанции собравшая в трубе вода будет замерзать и закрывать трубу.

Эту проблему можно решить, установив у нижней точки трубы сливной кран с которого спускать конденсат перед выключением электростанции или (и) обеспечив теплоизоляцию всей трубы.

Снизить расходы на топливо можно переведя электростанцию с жидкого топлива на газообразное, что одновременно снизит токсичность выхлопных газов, но этот способ применим только для четырехтактных двигателей.

Все перечисленные соображения были использованы при установке электростанцииАБ-4, которая во многом уступает импортным, но имеет и крупные преимущества : дешевизна, нетребовательность к условиям эксплуатации, большой моторесурс, доступные запчасти — в её основе используется двигатель ( вернее его 1/2 часть ) от 30 — сильного «Запорожца». НаАБ-4 легко монтируется автомобильный стартер иАКБ, в результате чего получается удобная электростанция, которую может завести и ребенок.АБ-4 была установлена в пристройке к гаражу и часть охлаждающего потока воздуха ( у неё воздушное охлаждение) в зимнее время подается в гараж. Выхлопная труба 3/4″ соединена с электростанцией отрезком гофрированной трубы из нержавейки, а перед трубой на стене помещения смонтирован автомобильный глушитель. В качестве топлива используется газ пропан в баллонах по 50 л. МощностиАБ-4 вполне достаточно для работы любых электроинструментов, включая электросварку. Но используется она не постоянно т.к. при всех ухищрениях уровень шума все -же заметен в особенности вечером летом, а зимой, когда окна и двери закрыты в доме ничего не слышно. Кроме того на самом деле постоянно такая мощность не нужна, а использование электростанции практически на холостом ходу очень непрактично — износ все равно идет и кпд стремится к нулю.

Авр для генератора. Требования к оборудованию резервного питания

Необходимость перехода на резервный источник, как правило, вызвана либо аварийной, либо нештатной ситуацией. В связи с этим нередко все переключения осуществляются неквалифицированным персоналом и зачастую в сложных условиях — в темноте, тесноте, под открытым небом. Именно поэтому требования к резервирующему оборудованию достаточно жесткие:

1. Безопасность для оператора. Все резервное электрооборудование не должно иметь открытых токоведущих и движущихся частей (за исключением приводных ручек), а его металлические шасси и кожухи нужно заземлить. Отправляя даже неподготовленного человека на переключение, вы должны быть уверены, что он не попадет под напряжение и не повредит руки какими-нибудь фиксаторами или тягами, даже работая при плохом освещении.
2. Безопасность для электрооборудования. Схема коммутации должна быть такой, чтобы даже при не полностью или не в той последовательности выполненном переключении оператор не смог создать аварийной ситуации — подать встречное напряжение, переключить не все фазы, вызвать короткое замыкание и пр. Все это обеспечит сохранность основных и резервных цепей даже при неумелых или ошибочных действиях человека.
3. Оперативность. Переход на резервный генератор должен требовать минимум манипуляций и производиться по возможности быстро. Сами устройства коммутации должны быть максимально доступны, чтобы к ним не нужно было взбираться по стремянкам или лазить по люкам. Это особенно важно для ответственных объектов и специального электрооборудования (холодильные установки, системы микроклимата, котлы, печи и пр.).
4. Наглядность и простота. Конструкция переключателей и рубильников должна быть максимально простой, а схема переключения — наглядной и интуитивно понятной. Это существенно сокращает вероятность ошибки человека и выхода из строя оборудования. Такие схемы проще обслуживать, а ремонт при их поломке будет стоить дешевле.

Аварийное электроснабжение. Типы системы аварийного электроснабжения

OFFLINE – к данному типу относится система резервного электропитания на основе классических инверторов напряжения с зарядным устройством, которые не обеспечивают двойное преобразование напряжения и допускают кратковременное пропадание напряжения 4 – 20 мс при переключении режима работы «СЕТЬАКБ». Также к данной категории можно отнести топливные генераторы, которым требуется до 1 до 3 минут до выхода в номинальный режим работы.

LINE-Interactive – данный тип полностью соответствует OFFLINE, но в системе электроснабжение дома устанавливается стабилизатор напряжения на вводе, который обеспечивает защиту от любых аварий сети, кроме полного пропадания напряжения. Этот вариант является оптимальным, т. к. стабилизатор корректирует уровень напряжения перед инвертором и АВР, что позволит избежать частых переходов на работу от аккумуляторов, которые пагубно сказываются на сроке службы батарей.

ONLINE – максимальная защита от любых аварий сети, которая достигается при помощи источников бесперебойного питания (ИБП), в основе которых лежит топология работы «VFI 111». Благодаря данной технологии выходное напряжение и частота не зависят от входных. В момент пропадания напряжения на выходе источника бесперебойного питания не происходит прерывания, любое подключенное оборудование продолжает нормальную работу. Однако нужно учитывать, что для больших мощностей данная схема может оказаться достаточно дорогостоящей, поэтому для увеличения срока аварийного электроснабжения дома и коттеджа также рекомендуется применять дизельные генераторы. Стабилизаторы напряжения, устанавливаемые на вводе, также существенно снижают нагрузку на аккумуляторы ИБП и продлевают их ресурс на несколько лет.

Автоматизация генератора. Как автоматизировать запуск генератора?

Система автоматизации запуска генератора, работает только с генераторами, укомплектованными электрическим стартером. Если Ваш генератор не имеет электрического стартера, то вы можете уточнить у производителя генератора, имеется ли возможность докупки и установки электростартера.

Рис 2. Электростартер генератора Honda.

При запуске двигатель раскручивается коллекторным электродвигателем, который представлен на рисунке 2. Коллекторный электродвигатель питается постоянным током, от аккумуляторной батареи (после запуска аккумулятор подзаряжается от генератора, приводимого в движение основным двигателем). Но у электрического стартера есть существенный недостаток, чтобы провернуть коленчатый вал холодного двигателя, особенно зимой, ему необходим большой пусковой ток, который выдаётся аккумулятором, стремительно теряющим максимальный ток и ёмкость с понижением температуры. Иногда, вместе с использованием слишком вязкого масла, это делает запуск на морозе невозможным. Несмотря на наличие указанных недостатков, использование электростартера наиболее удобный способ запуска двигателя как бензинового и дизельного, так и газового генераторов.

Чтобы избежать проблем запуска генератора в зимний период времени, лучше держать генератор в теплом помещении (или в специальном боксе для генератора). Но статистика показывает, что в среднем 40% наших покупателей оставляют генератор на улице. В таких случаях, мы рекомендуем в зимний период времени поменять свечи зажигания и использовать всесезонное полусинтетическое масло.

Система бесперебойного электроснабжения. Резервирование в системе бесперебойного электроснабжения ЦОД

Для повешения надёжности в СБЭ применяют метод резервирования, заключающийся в увеличении отказоустойчивости путём дублирования наиболее важных компонентов системы.

Резервирование источников бесперебойного питания предполагает введение в систему аппаратной избыточности и реализуется параллельным объединением двух и более устройств с последующим подключением к нагрузке, мощность которой должна быть меньше суммарной мощности объединённых ИБП.

Обратите внимание!
В комплексе совместно работающих ИБП необходимо обеспечить равномерное распределение нагрузки.

Наиболее распространенные концепции резервирования: N+1 (N+X) и 2N (N – минимальное количество ИБП, гарантирующих эффективную работу защищаемого оборудования). Рассмотрим их подробнее.

Схема N+1 (N+X)

N+1 – резервирование с одним дополнительным элементом. Например, для нагрузки в 600 кВА вариант реализации схемы N+1 – подключение трех ИБП по 300 кВА. Два устройства являются необходимым уровнем питания N=600 кВА, а третье – избыточным, но именно благодаря наличию резерва при отключении одного из источников энергоснабжение продолжится в полном объёме.

По такому принципу возможно построение схем и с большим количеством резервных единиц: N+2, N+3 … N+X.

Схема 2N

2N – система с полностью дублированными компонентами N. На практике 2N-резервирование осуществляется подключением к нагрузке двух параллельных линий электропитания равных по мощности.

Обратите внимание!
Отдельная мощность каждой линии должна быть не меньше максимальной потребляемой мощности нагрузки. Такая схема гарантирует, что отключение одного компонента N не повлияет на функционирование всей системы электроснабжения!

Для нагрузки в 600 кВА 2N-резервирование представит собой: две линии мощностью 600 кВа, что соответствует четырем ИБП номиналом 300 кВА.

Резервирование класса 2N удобно к применению с IT-оборудованием, имеющим два блока питания, каждый из которых подключается к своему сетевому вводу.

В случае необходимости количество дублированных каналов в системе может быть увеличено до трёх или четырёх – 3N, 4N (такие решения из-за дороговизны и сложности исполнения встречаются редко).

Схема 2(N+1)

2(N+1) – тип резервирования, соответствующий уровню защиты Tier IV и применяющийся для СБЭ потребителей с повышенными требованиями к надёжности электропитания.

В общем виде 2(N+1) выглядит как объединение вышерассмотренных концепций – питание нагрузки по двум линиям N, каждая из которых дополнительно зарезервирована по схеме N+1.

Для случая с нагрузкой 600 кВА, указанному классу резервирования будет соответствовать СБЭ в виде двух линий, имеющих по три источника номиналом 300 кВА (два источника – N=600 кВа, третий избыточный – + 1), всего шесть ИБП в системе.

Обратите внимание!
Увеличение количества резервных единиц в СБЭ прямо пропорционально росту отказоустойчивости! Системы с высокой избыточностью гарантируют большую вероятность безотказной работы оборудования ЦОД и практически нулевое время простоя. С другой стороны, увеличение количества ИБП вызывает рост стоимости СБЭ и снижение общего КПД, так как в штатном режиме ИБП будут недозагружены.