Здесь самое время поразмыслить, какие устройства и системы, имеющиеся в доме, действительно нужно запитать в первую очередь. Дело в том, что электростанция – оборудование сравнительно дорогое. Да и электричество, которое она вырабатывает, недешево: если принять во внимание затраты на топливо, кВтxч домашней электроэнергии примерно вчетверо дороже "сетевой", от местной распределительной системы. Поэтому полный переход на "свое" электричество экономически нецелесообразен. Разумнее разделить всех потребителей на несколько категорий. Так, к числу наименее ответственных можно отнести приборы и системы, без которых, если отключат электропитание, вы сможете обойтись, например сауны, душевые кабины, кабельные системы обогрева полов и т. д. Вторую категорию составят потребители, обеспечивающие комфортное проживание. Сюда попадают, скажем, кухонная техника (плита, холодильник, чайник, посудомоечная машина), телевизоры, аудио– и видеоаппаратура, утюги, электробритвы, наконец, компьютеры. Третья категория – самая важная, поскольку в ней оказываются системы жизнеобеспечения (аварийное освещение, охранная и пожарная сигнализация, устройства видеонаблюдения, электрические замки, отопление и водоснабжение).
Очевидно, что потребители первой категории должны работать лишь в том случае, когда действует основное электропитание. Резервировать какие-либо мощности для них бессмысленно из-за невыгодного соотношения "необходимость-стоимость". А вот запитать от резервного источника самые необходимые электроприборы и системы жизнеобеспечения имеет смысл. Как показывает практика, чаще всего в списке оказываются оборудование котельной, охранная сигнализация, водяной насос, телевизор и холодильник, несколько ламп освещения и обогревательные приборы. Как правило, их суммарная мощность составляет порядка 5 кВт, но при большом желании можно сократить собственные потребности наполовину, до 3 кВт.
Существует значительное количество потребителей электроэнергии, пусковая мощность которых в момент запуска может превышать номинальную в 2–3 раза. Большие пусковые токи (а значит, и большая потребляемая мощность) в режиме включения характерны для приборов с асинхронными электродвигателями. Скажем, средняя номинальная мощность двигателя компрессора холодильника – 0,2 кВт, а в момент пуска ему потребуется около 1 кВт. Мощность погружного насоса может составлять, к примеру, всего 1 кВт, а величина мощности в момент запуска из-за большого пускового тока может оказаться в 5 раз больше. Так что, если не учесть пусковые нагрузки, сгорит или генератор, или электромотор. Практически все производители оснащают электростанции защитой от перегрузок, устанавливая датчик температуры на обмотках статора электрогенератора. Так устроены серия Elemax SX-DX, серия EX от HONDA, семейство станций RGV от ROBIN и т. д. Все генераторы в станциях от HONDA оборудованы тепловой защитой, и при перегрузке по мощности (если вы, к примеру, пытаетесь снять 5 кВт со станции мощностью 4 кВт) терморегулятор отключает агрегат.
Специалисты считают, что электростанция должна работать "с запасом", на 80–90 % от установленной номинальной мощности. Это наиболее эффективный режим с точки зрения стабильности, длительности моторесурса и экономической эффективности. Вот только мощность самих станций производители указывают по-разному. В технической документации к европейским агрегатам прописана, как правило, номинальная мощность. В таком случае подключать можно лишь то оборудование, мощность которого в пусковых режимах суммарно не превышает номинальную мощность электростанции. Почти любой японский агрегат имеет две характеристики – номинальную и максимальную мощность. При номинальной станция работает сколь угодно долго, пока не потребуется дозаправка топливом или смена масла. Разница между максимальной, указываемой производителем, и номинальной мощностью составляет запас мощности, требуемый для обеспечения пусковых токов в течение небольшого отрезка времени. В диапазоне от номинала до максимума станция может работать в пределах 5-10, максимум 20–30 минут, после чего срабатывает тепловая защита, отключающая агрегат. Режим длительной нагрузки рассчитан на работу при 80 % от номинальной мощности. В данном случае подключайте столько приборов, чтобы пусковая мощность в сумме не превысила максимальную мощность станции.
Основные типы генераторов
При выборе электростанции следует обратить внимание, каким генератором укомплектована установка – синхронным или асинхронным. Генератор синхронного типа выдает стабильные параметры напряжения и частоты. Станция с таким генератором хороша для стационарного использования, выдерживает высокие пусковые токи, ее можно нагружать на полную мощность, подключая различные электроинструменты, не слишком требовательные к качеству тока, а также бытовые приборы (насосы, холодильники, стиральные машины и т. д.). В последнее время в конструкции электростанций используются бесщеточные генераторы синхронного типа, которые не нуждаются в обслуживании.
Асинхронные генераторы выдают чистейшую синусоиду, а вот перегрузка пусковыми токами в этом случае крайне нежелательна. Лучше всего подключать к станциям с "асинхронником" чувствительную к перепадам напряжения аппаратуру – электронные приборы, компьютеры, магнитофоны, CD-проигрыватели и т. д. В случае использования станции для питания ламп накаливания, электронагревателей или же если мощность подключаемых электромоторов и прочих индуктивных нагрузок в 3–4 раза меньше мощности генератора, лучше также применять "асинхронники".
В электростанциях могут использоваться однофазные или трехфазные генераторы. Первые выдают переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц, вторые рассчитаны и на 220, и на 380 В. Причем если к однофазным генераторам можно подключать только однофазные нагрузки, то трехфазные могут обеспечить энергией приборы, рассчитанные как на 220, так и на 380 В. Если вы собираетесь приобрести электростанцию с однофазным генератором, достаточно без ошибок посчитать необходимых потребителей (учитывая их пусковые токи) и заплатить за агрегат с подходящей выходной мощностью (добавив для запаса 25–30 %).
Что касается трехфазных генераторов, то при подключении к ним однофазных потребителей может возникнуть проблема перекоса фаз: одна из них будет нагружена меньше, другая – больше. Во-первых, перекос фаз (то есть разность в мощности подключенных к ним потребителей) у станции с синхронным генератором не должен превышать 1/3, или 30 %. Если, к примеру, ваш трехфазный агрегат имеет мощность 6 кВт, суммарная мощность однофазных потребителей не должна превышать 2 кВт на одной фазе. Если вы подключите еще и обогреватель, хотя бы на 1,5 кВт, существует вероятность, что генератор сгорит. Во-вторых, даже если в вашем доме имеется трехфазная сеть, резервное электропитание технически можно организовать в однофазном режиме. Вот только придется высчитывать, какая из фаз генератора нагружена больше, а какая – меньше, чтобы избежать перекоса. Ну, а когда в доме есть постоянные трехфазные потребители, например, работает глубинный насос, выбор падает именно на трехфазный асинхронный генератор (установлен, например, на таких моделях, как Geko 6000 Ed-A/HHDA, ESE 204 от ENDRESS или серия станций GE от MOSA). Он выдерживает перекос фаз до 80 %.
Мини-электростанции оснащаются двигателями внутреннего сгорания – либо бензиновыми, либо дизельными. Агрегаты с бензиновым двигателем выпускаются в диапазоне мощностей 0,5-12 кВт, с дизельным – от 2 кВт и выше. Так что проблема, какой двигатель выбрать, возникает, только если вам требуется станция мощностью от 2 до 12 кВт: агрегаты мощнее 12 кВт выпускаются, как правило, с дизелем.
В сравнении с дизелями бензиновые установки, помимо легкости и компактности, менее шумны и менее вибронагружены, а при одинаковых размерах и массе – более мощны. Агрегатами на бензиновом топливе снабжается большинство станций малой (до 6 кВт) и средней (до 12 кВт) мощности, причем применяются практически только четырехтактные двигатели с верхним расположением клапанов. Такая компоновка позволяет уменьшить площадь поверхности камеры сгорания (и, соответственно, снизить нагрев самого узла) и повысить степень сжатия, увеличивая тем самым эффективность сгорания топлива. Подобные агрегаты имеют соответствующую маркировку. Все современные моторы уже в базовой комплектации оборудованы датчиками уровня масла, и если уровень масла в картере оказывается ниже нормы, система принудительно глушит двигатель.
Бензиновые станции мощностью 6–7 кВт чаще всего комплектуются одноцилиндровым четырехтактным двигателем с воздушным охлаждением и имеют открытую рамную конструкцию.
Чтобы запустить холодный бензиновый мотор, необходимо прикрывать воздушную заслонку и, по мере прогрева двигателя, открывать ее. Конечно, облегчить ручной запуск можно. Так, на моторах от HONDA используется система, которая в момент дерганья шнурка приоткрывает клапаны для облегчения усилия. Но как быть, если на момент отключения сети в доме присутствуют только пожилые люди и маленькие дети? В этом случае имеет смысл дооснастить станцию электростартером или приобрести еще и выносной ручной пульт дистанционного управления. Только уточните у продавца, допускает ли выбранная вами модель установку электростартера и дистанционный запуск с помощью пульта, соединенного со станцией кабелем.
Станцию с бензиновым двигателем стоит приобрести, если ее не требуется включать слишком часто и на продолжительное время и вам нужны сравнительно небольшие мощности (5–6 кВт). Это хороший вариант компактного "аварийного" или сезонного (скажем, для дачного дома) источника питания или, в случае, если у вас не бывает света максимум две недели в году. Коль скоро вы рассчитываете на то, что станция будет эксплуатироваться достаточно часто или служить постоянным источником электроэнергии, или, наконец, требуется большая (свыше 10 кВт) мощность, выбор в пользу дизеля очевиден. Дизельные установки экономичнее бензиновых. В первую очередь, имеется в виду низкий расход топлива, а значит, меньшие затраты на приобретение солярки. Оттого, собственно, станции мощнее 12 кВт и представлены только дизельными моделями. Кроме того, верхний предел их мощности неограничен, а мощность бензиновых агрегатов не превышает 9-12 кВт. И еще: в сравнении с бензином, дизельное горючее менее пожароопасно и может оказаться более удобным в использовании. Но нужно не забыть вовремя перейти на зимние сорта горючего: при температуре около -15 °C насыщенное различными примесями летнее топливо кристаллизуется, становясь более вязким. Еще один важный аргумент в пользу дизелей – больший ресурс работы (если сравнивать с бензиновыми модификациями). В среднем он составляет порядка 8 тысяч моточасов.
Дизельные электростанции различаются по способу охлаждения: воздушные охлаждаются притоком воздуха, а жидкостные в качестве хладагента применяют тосол. Дизельные двигатели жидкостного охлаждения используются в основном в стационарных электростанциях, например в агрегатах семейства ESE от ENDRESS, в моделях EXT 12D от HONDA, Energo SHT 15 D от SAWAFUJI, GL 6500 S от KUBOTA и др. Как правило, радиатор в них устанавливается в шумозащитном кожухе, где нельзя обеспечить достаточно эффективное воздушное охлаждение. На портативных и переносных станциях (например, Typ 15000 от GEKO, EDA 5000 TE от YAMAHA, вся линейка ROBIN) дизель имеет воздушное охлаждение, что значительно снижает стоимость оборудования.
Запуск дизельных двигателей может производиться и при -25 °C. Для облегчения запуска возможен подогрев воздуха – впускной коллектор оснащается электронагревателем (эта опция предлагается за отдельную плату). Но при резких перепадах температур пары влаги конденсируются, что может отрицательно сказаться на электронных компонентах дизельной электростанции (пульт электрического запуска, управляющие цепи, генератор). Поэтому паспортная температура работы электростанций (например, французской SDMO) -5 °C. Так что вам предстоит подумать и об обеспечении обогрева помещения, где оборудуется станция.
Автоматика
Итак, вы определились, какие электроприборы нужно будет запитывать от резервного источника энергии. К каждому из них необходимо протянуть от электростанции отдельную проводку (без последовательных соединений). Так вы и получите резервируемую сеть. И вам не придется, когда вырубят свет, бегать по комнатам, отключая электроприборы один за другим, прежде чем запустить мини-электростанцию. Ведь достаточно один раз забыть выключить плиту или холодильник, и генератор (если он не рассчитан на подобные дополнительные нагрузки) сгорит. Обустройство отдельной электроцепи лучше всего предусмотреть еще на стадии проектирования и строительства. Если же вы покупаете станцию в готовый дом, провода можно развести по кабель-каналам.
Но каким образом скоммутировать между собой обычную домашнюю и резервную сети? Для этого можно использовать специальные ручные или автоматические устройства.
В первом случае следует установить в доме так называемый перекидной рубильник, имеющий два независимых положения: "от сети" и "от станции" с механической блокировкой, препятствующей одновременному, встречному включению обоих источников энергии.
Представим себе, что у вас включено все освещение, телевизор, электроплита, аудиоаппаратура и работает погружной насос. И вдруг централизованная подача энергии прекращается. Вы спускаетесь в подвал, заводите электростанцию и подключаете к зарезервированной домашней сети. Через некоторое время снова дают свет, и если вы на радостях останавливаете электроагрегат, но не отключаете станцию от сети, генератор попросту сгорает. Этого не случится, если в доме будет установлен перекидной переключатель.
Но есть устройства, позволяющие станции включаться автоматически, без вашего участия. Электроника отслеживает состояние основной сети электроснабжения и самостоятельно запускает станцию в случае пропадания или просадки напряжения хотя бы в одной из фаз. При восстановлении стационарного питания нагрузка переключается обратно, сама же станция переходит в режим ожидания. Минимальное время отсутствия напряжения между потерей напряжения в основной сети и возобновлением питания нагрузки от генератора составляет у разных производителей от 20 до 50 секунд.
Итак, если вы решили сделать свой дом территорией, независимой от капризов местной электросети, ваша мечта вполне может стать реальностью. И ужинать при свечах не придется. По крайней мере, вынужденно.
Экономичность домашней электростанции
В паспорте электростанции приводится значение расхода топлива при загрузке на 50 % номинальной мощности, поэтому при более высокой загрузке потребление топлива вырастет, причем непропорционально увеличению потребляемой мощности.
При необходимости стабилизации выходного напряжения (например, при пользовании компьютером), особенно в моменты подключения или отключения электростанции, следует использовать бытовой стабилизатор напряжения.
Параметры электростанции
Электростанции различаются значениями рабочих параметров (мощности, ресурса, экономичности и рядом других), размерами и удобством управления. Мощность их может быть от 0,35 кВт, но при домашнем применении она обычно не превышает 5-20 кВт. Нужно заметить, что бензиновые электростанции имеют мощность от 0,35 до 11 кВт, в то время как дизельные – от 2,5 кВт и выше.
Другой немаловажный параметр – ресурс гарантируемой безотказной работы до первого капитального ремонта электростанции, измеряемый в моточасах. По нему электростанции можно условно разделить на три группы – сезонные (с ресурсом от 500 до 1000 моточасов), робусты – только для питания бытовых электроприборов и электроинструмента (с ресурсом от 1500 до 2500 моточасов) и долговременного пользования (с ресурсом 3000 моточасов и более). Стоимость электростанции, как бензиновой, так и дизельной, растет пропорционально ее ресурсу.
Третий рабочий параметр – расход топлива, выражаемый в литрах расходуемого топлива за 1 час непрерывной работы двигателя или сокращенно – л/ч. Имея эти данные, можно подсчитать экономичность электростанции, которую оценивают стоимостью 1 часа ее работы. При водяном охлаждении электростанция может работать без перерыва довольно долго, а при воздушном – необходимы ее периодические остановки после использования каждого бака топлива.
Последовательность установки электростанции
Провод заземления рамы должен быть подсоединен к клемме "земля" щитка управления электростанцией, а нулевой провод генератора – к клемме "N".
Для установки и подключения электростанции следует воспользоваться услугами специалиста. Тот, кто имеет опыт обслуживания мотоцикла или автомобиля, обычно с помощью прилагаемого к паспорту описания пытается установить электростанцию самостоятельно. Не поощряя такие попытки, тем не менее, опишем последовательность ее монтажа.
Электростанция должна быть установлена на ровной поверхности, в защищенном от влаги помещении, расположенном вдали от легковоспламеняющихся материалов и имеющем хороший воздухообмен. Для стационарной установки в доме рекомендуется сварить металлическую раму, чтобы поднять электростанцию на 300–500 мм над полом для удобства ее обслуживания. Раму необходимо заземлить, но "нулевой провод" генератора заземлять ни в коем случае нельзя. Желательно предусмотреть отвод выхлопных газов, при этом длина трубы не должна превышать 3 метра. Не рекомендуется увлекаться и дополнительными глушителями. В помещении, где работает электростанция, нужно быть предельно осторожным: нельзя курить, проливать топливо, масло и другие жидкости.
Перед вводом в строй электростанции нужно отключить кнопку автозапуска, затем централизованную электросеть, чтобы не вывести из строя генератор, все потребители электроэнергии и только после этого можно включать электростанцию. Правила обслуживания домашней электростанции приведены в описании, прилагаемом к паспорту. Там перечислено все необходимое для поддержания ее работоспособности в пределах ресурса.
Монтаж контактных соединений
Различные элементы электрической цепи соединяются между собой и присоединяются к источникам или потребителям электроэнергии с помощью электрических контактных соединений. Электрическим контактом является соприкосновение тел, обеспечивающее непрерывность электрической цепи. Контактное соединение – необходимый конструктивный узел, образующий неразмыкаемый контакт.
Возросшая сложность электроустановок, многообразие условий их работы и требований, предъявляемых к ним, привели к появлению ряда разновидностей контактных соединений.
Электрический контакт между проводниками осуществляется присоединением одного токоведущего элемента к другому при помощи болтов, винтов, сжимов, специальных пружин, заклепок, совместной деформации (опрессовки, скрутки), а также сваркой, пайкой или адгезионным сцеплением – склеиванием.