Бесперебойное питание вашей электроники.

Ни одно электронное устройство не может быть застраховано от внезапного пропадания питания. Особенно, если речь идёт о сетевом напряжении 220 В и дело происходит в сельской местности. Для повышения надёжности стараются предусмотреть запасной источник энергии. В идеальном случае он должен при аварии автоматически включаться в работу, причём самостоятельно, без участия человека.

Для резервирования обычно используют сменные батареи и аккумуляторы. При батарейном питании желательно применять «алкалиновые» гальванические элементы (Alkaline). Они имеют большую ёмкость, низкий саморазряд, правда, и по цене дороже. Отличить, что есть что, можно по маркировке на корпусе, например, «R6» (обычная батарея типоразмера АА) и «LR6» (то же самое, но Alkaline).

Специфика современных МК заключается в том, что они могут программно переходить в энергосберегающий ждущий режим SLEEP с очень малым потреблением тока. Это позволяет вместо батарей/аккумуляторов использовать электролитические конденсаторы большой ёмкости или, ещё лучше, ионисторы.

Первые ионисторы были разработаны в 1966 г. фирмой Standard Oil Company. Они представляют собой специальные накопительные конденсаторы с органическим электролитом. Типовая ёмкость достигает 0.1...50 фарад при рабочем напряжении 2... 10 В. Для справки, ёмкость Земли (шара размером с Землю, как уединённого проводника) составляет всего лишь 0.0007 фарад.

Ионисторы известны в зарубежной технической литературе как конденсаторы с двойным электрическим слоем (Double-Layer capacitors), суперконденсаторы (SuperCaps), резервные конденсаторы (Backup capacitors). Встречаются и фирменные названия: UltraCap (EPCOS), Gold Capacitors (Panasonic), DynaCap (ELNA), BOOSTCAP (Maxwell Technologies). В странах СНГ используется устойчивый термин «ионистор», отражающий другую особенность этих приборов — участие ионов в формировании заряда.

Современные ионисторы условно делятся на три группы в зависимости от рекомендуемого в даташите длительного тока нагрузки:

• Low current (низкий ток, меньше 1.5 мкА);
• Medium current (средний ток, от 1.5 мкАдо 10 мА);
• High current (большой ток, от 10 мА до 1 А).

Рабочее напряжение ионисторов подчиняется ряду: 2.5; 3.3; 5.5; 6.3 В.

На Рис. 6.16, а...т показаны схемы организации бесперебойного питания.

Рис. 6.16. Схемы организации бесперебойного питания (начало):

а) диоды VDI, VD2 служат для развязки каналов, чтобы ток из основного источника не перетекал в резервный, и наоборот. Если два источника питания разные по величине, то основным будет канал с более высоким напряжением. При абсолютном равенстве питающих напряжений диод Шоттки в резервном канале следует заменить обычным кремниевым диодом 1N4004.

б) развязывающие диоды VDI, VD2 включаются до (а не после) стабилизатора напряжения DA 1. Основное питание поступает через обычный диод VD1 (чтобы на нём рассеивалось побольше мощности), а резервное батарейное — через диод Шоттки VD2 (чтобы напряжение на входе стабилизатора DA I было как можно выше);

в) диоды VD2...VD4 включаются после (а не до) стабилизатора DA 1;

г) диод VD2 позволяет организовать дополнительный источник отрицательного напряжения -0.7 В, который, однако, перестаёт функционировать с переходом на резервное питание от батареи GB1. Диод Шоттки VD1 можно заменить обычным кремниевым диодом КД102А;

д) ионистор С J позволяет «на ходу» производить замену истощившихся батарей GBl, GB2, не прерывая питание МК достаточно длительное время. Если напряжение на ионисторе снижается медленно, то М К не требует рестарта. Резистор RI ограничивает ток заряда ионистора;

Рис. 6.16. Схемы организации бесперебойного питания (продолжение):

е) стабилизатор DAI ограничивает начальный ток заряда резервного ионистора СЗ на уровне не более 100 мА. Для справки, большой ток, начиная примерно с 250 мА, может повредить иони-стор. Диод VDI снижает выходное напряжение на 0.2 В. Кроме того, при отключении основного питания он не даёт разряжаться ионистору СЗ через выходные цепи внутри стабилизатора DA1

ж) транзистор VT1 выполняет функцию развязывающего диода наравне с «настоящим» диодом VD1, но имеет меньшее падение напряжения «коллектор — эмиттер» в открытом состоянии (0.1...0.15 В вместо 0.2 В). Основное питание +5 В(1), резервное питание +5 В(2);

з) аналогично Рис. 6.16, ж, но на полевом транзисторе VT1, при этом падение напряжения на открытом переходе «сток — исток» будет меньше, чем у биполярного транзистора при прочих равных условиях;

и) накопительный конденсатор C1 поддерживает некоторое время работоспособность МК при отключении батареи GB1. Длительность аварийного функционирования зависит от ёмкости и тока утечки конденсатора C1, а также от тактовой частоты МК и его способности устойчиво работать при пониженном питании;

к) благодаря диодному мосту VDI... VD4, входное напряжение 9... 12 В может быть как постоянным (DC), так и переменным (АС);

Рис. 6.16. Схемы организации бесперебойного питания (продолжение): л) резервный ионистор С2 некоторое время поддерживает напряжение в цепи +4.8 В (к которой подключается МК) при снятии основного питания +11 В от сетевого источника. Транзисторы VTI, VT2 не дают разряжаться ионистору через внутреннее сопротивление микросхемы DAI и нагрузку в цепи +5 В;

м) светодиод HL1 индицирует питание только в том случае, когда работает резервная батарея GB1. Резистором R1 устанавливается требуемая яркость свечения. При замыкании контактов переключателя SAI питание поступает от основного источника +5 В, при этом диод VD1 и транзистор VT1 закрываются и светодиод HL1 гаснет;

н) основной канал питания — это пальчиковые батареи GBl, GB2, а резервный канал — литиевый аккумулятор GB3. При отключённых батареях GBl и GB2 МК будет получать питание от аккумулятора GB3, находясь в дежурном режиме, поскольку внешние исполнительные устройства (цепь +3.2 В) будут обесточены. Диод VD1 не позволяет разряжаться аккумулятору GB3 через нагрузку, подключённую к цепи +3.2 В;

о) в исходном состоянии питание устройства производится от трёх батарей GB1...GB3, при этом индикатор HL1 светится зелёным цветом. При подаче внешнего питания +5 В срабатывает реле К1, контакты К1.1 замыкаются, батареи отключаются, индикатор HL1 светится красным цветом. Если вместо красного наблюдается жёлтый цвет индикатора, то следует последовательно с выводом «G» светодиода включить диод типа КД522Б катодом к HL1. Резистор R1 уменьшает ток потребления по цепи +5 В, однако, при неустойчивом срабатывании реле этот резистор можно заменить перемычкой; О

Рис. 6.16. Схемы организации бесперебойного питания (окончание): п) резервный аккумулятор GB1 постоянно подзаряжается небольшим током через резистор R1. Стабилитрон VD6 совместно с диодом VD7 ограничивают напряжение на аккумуляторе на уровне +13.7 В. Диоды VD4, VD5 открываются только при снятии основного питания +16 В. Диоды VD3, VD8 небходимы, поскольку ёмкость конденсаторов на выходе стабилизаторов DAI, DA2 больше, чем на входе (сравнить C1 и CJ, СЗ и С4)

р) питание +5 В является основным, а питание от литиевой батареи/аккумулятора GBI — резервным. На выход OUT поступает большее из двух напряжений, подаваемых на входы VCC и ВАТ микросхемы DA1. При снижении напряжения на выводе VCC ниже +4.75 В (подстраивается резистором R2), на выходе PFO формируется НИЗКИЙ уровень. Это система раннего предупреждения о неполадках в питании, чтобы МК мог переключиться на резервный источник. При снижении напряжения на выводе VCC ниже +4.65 В, генерируется импульс сброса RES;

с) аналогично Рис. 6.16, р, но с резервным питанием от ионистора C1. Сигнал сброса RES поступает на вход прерывания INT, поскольку аппаратно сбрасывать МК не обязательно из-за плавного снижения напряжения OUT;

т) ВЫСОКИМ/НИЗКИМ уровнем с выхода МК питание коммутируется или от цепи +5 В, или от резервного аккумулятора GB1, который подзаряжается небольшим током через элементы VDI, R4. При пропадании питания +5 В аккумулятор GB1 включается автоматически, при этом в МК надо произвести сброс, поскольку он может «зависнуть» при резком скачке напряжений.

Источником аварийного питания во многих объектах является аккумуляторная батарея. Для длительного использования батареи ее необходимо регулярно заряжать, сделать это можно с помощью предложенной схемы.

Устройство работает от сетевого напряжения 220В. Во время зарядки аккумулятора тиристор Т1 открыт. При этом напряжение на С1 (R4) ниже порогового напряжения 12-14В стабилитрона Д7, и тиристор Т2 закрыт. Когда напряжение батареи приближается к значению полного заряда, отпирается тиристор Т2, и через делитель напряжения R6-R7 на управляющий электрод Т1 подается запирающее напряжение отрицательной полярности. Т1 закрывается, батарея разряжается и переходит в режим дозарядки малым током, определяемым величиной сопротивления резисторов R1 R2 R3.

Величину зарядного тока можно контролировать амперметром. Повторный заряд батареи начинается автоматически, когда ее напряжение упадет настолько, что тиристор Т2 закроется.

При первом включении схему следует настроить. Это достигается изменением сопротивления R4 до такого значения пока в цепи батареи не появится ток и не откроется тиристор Т1.

В дальнейшем схема в подстройке не нуждается и работает автоматически. Амперметр необходим только для контроля тока подзарядки в момент настройки, после чего его можно заменить на перемычку.

Литература - Бастанов В.Г. 300 практических советов. Москва: Издательство «Московский рабочий», 1982

• Похожие статьи

С необходимостью организации резервного питания сталкивается практически каждый владелец загородной недвижимости. И причин этому несколько: изношенность коммуникаций, интенсивная застройка в микрорайоне, несоответствие характеристик подстанции возросшим потребностям и ряд других. Это вызывает систематические (порой надолго) отключения напряжения, его постоянные броски или перекосы фаз. Проблема, знакомая многим.

В таких условиях не то что говорить о гарантированном сроке эксплуатации различных (и порой весьма дорогостоящих) бытовых приборов; многие из них вообще не получается включить. Например, импортный газовый котел, который довольно популярен у «частников», очень требователен к качеству напряжения. «Заморским изобретателям» и в голову не может прийти, что с электричеством возможны такие недоразумения. И если сработает защита и он «встанет», зимой, при наших морозах, то это самое настоящее ЧП.

С целесообразностью резервирования по энергоснабжению все ясно. Но вот как лучше это сделать и что стоит учесть, мы рассмотрим подробно.

Здесь подразумевается, в течение какого срока необходимо организовать независимое электроснабжение участка. Одни устройства рассчитаны на длительную непрерывную работу ( , бензиновые двигатели с водяным охлаждением), другие требуют систематической остановки (те же бензиновые с охлаждением воздушным).

Кстати, некоторые специализированные фирмы предлагают услуги по подключению непосредственно к ЛЭП (минуя местную подстанцию). Иногда просто невозможно организовать энергоснабжение иным способом. Для этого используется или кабель, уложенный в траншею, или воздушная линия, протянутая к участку. Если у данной организации есть соответствующая лицензия, и она берет на себя все заботы по оформлению разрешительных документов, то это – отличный вариант.

Недостаток – стоимость работ, так как придется устанавливать свою собственную подстанцию. Хотя есть и выход – «скооперироваться» с соседями, которые испытывают те же неудобства в энергоснабжении. Зато есть и ощутимый «плюс» – перебои с напряжением исключены, да и его качество будет соответствовать всем нормативам.

Какие устройства необходимо «запитать»

примерная мощность

От этого будут зависеть и дальнейшие критерии подбора источника энергии. Ориентироваться следует, естественно, на те, которые должны работать постоянно. К примеру, тот же котел, холодильник, морозильная камера. Каждый собственник должен составить список всех изделий, которые должны быть постоянно включены.

Тип напряжения

Большинство бытовых агрегатов потребляют 1-фазное 220 В. Но встречаются и такие, которым необходимо 3 ф. Это нужно учесть, если они также постоянно используются. Но такие изделия встречаются довольно редко.

Мощность источника

По примерным оценкам специалистов, нужно ориентироваться по максимуму на 20 кВт. Для загородного дома (если это не дворец, напичканный различными устройствами) вполне достаточно. Но это для варианта «все включено». Возможно, хватит агрегата и на 4 кВт. Для примера – если одновременно будут работать котел (вместе с насосом), холодильник и телевизор + освещение, то понадобится не более 2 – 2,5 кВт. Если система водоснабжения автономная, то периодически будет включаться насосная станция. Ее мощность также нужно учесть.

Кроме того, необходимо принять во внимание, что некоторые бытовые приборы характеризуются большим пусковым током. Например, у электромясорубки он превышает номинальное значение в 6 – 7 раз. Кроме того, должен быть и расчет на перспективу. Возможно, что-то будет приобретено еще, и также с обязательным постоянным включением. Необходимо сделать и «запас» для самого генератора, так как он не должен работать на пределе. Оптимальная нагруженность – не более 80%.

Подведем итог. Как видим, нюансов довольно много. Поэтому следует определить все «изделия» (включая и приборы освещения на прилегающей территории, автоматику, сигнализацию и тому подобное), которые должны быть в любое время обеспечены бесперебойным питанием и посчитать их совокупную мощность. Полученную величину нужно умножить на 1,5. Вот по такому параметру и подбирать энергоустановку.

Вид топлива

Это может быть газ, дизельное топливо (соляра), бензин. Каждый определяет сам, с чем ему удобнее (и дешевле) работать.

Место установки

Оно определяет как габариты источника питания, так и его конструктивные особенности. Например, дизель больше дымит, поэтому необходима качественная «вытяжка». Агрегаты без кожуха – «шумные», следовательно, они более подходят для размещения в хозпостройках (пристройках).

Если предусмотрена установка резервного агрегата на улице, то нужно обратить внимание на способ его запуска (ручной или автоматический, от АКБ).

Особенности источников резервного питания

Газогенераторы

Если дом газифицирован, то это наиболее оптимальный вариант. Топливо для такого устройства самое дешевое. Мощность большинства таких изделий начинается от 7 кВт, что вполне достаточно для загородного дома с периодическим пропаданием напряжения в сети.

Примерная стоимость – 180 000 рублей. Но если учесть, сколько будет сэкономлено на топливе (по сравнению с бензином или солярой) за весь период эксплуатации, то цена вполне приемлемая. Кроме того, почти отсутствуют вредные выхлопы.

Бензогенераторы

Наиболее распространенный тип устройств для резервного эл/питания. Отчасти это потому, что мы лучше разбираемся именно в таких двигателях, чем в дизельных. Ведь многие собственники загородных домов имеют личный автомобиль, следовательно, хотя бы общее понятие о принципе работы есть. К тому же они проще в обслуживании.

Дизельные агрегаты

Под этим наименованием подразумевается несколько разновидностей подобной «техники» — дизель-генераторы, дизельные станции и так далее. Неоспоримое достоинство – возможность длительной (без остановок) эксплуатации. Кроме того, нет паров бензина, которые требуют принятия особых мер по пожарной безопасности.

Мы привели только наиболее распространенные устройства для организации резервирования. Но есть и ряд других, которые хотя и применяются реже, но тоже достойны внимания. Например, ИБП, солнечные батареи, системы на инверторах.

Вывод

Практика показывает, что независимо от способа решения проблемы резервирования системы электроснабжения, необходимо все-таки иметь запасной генератор. По отзывам большинства собственников загородных домов, более удобными как с точки зрения эксплуатации, так и ремонта являются агрегаты бензиновые. Например, их всегда можно дозаправить прямо из бака автомобиля.

Решая вопрос организации резервного электроснабжения, не стоит руководствоваться чьим-то мнением, ориентироваться на друзей или соседей. Главный «подсказчик» – собственный дом и находящееся в нем имущество (в первую очередь, технические устройства и расположение осветительных приборов). Они и определяют целесообразность приобретения того или иного агрегата.

Нужно учесть, что ИБП, солнечные батареи имеют ограниченное применение как по времени, так и по подключаемым устройствам (схемам). В их комплект входят АКБ, а они требуют постоянного внимания (контроль состояния, подзарядка). Кроме того, современные батареи (в отличие от «старых» моделей, в которых можно было заменять отдельные банки) ремонту не подлежат.

При наличии средств целесообразно смонтировать более сложную, но надежную комбинированную схему резервирования. Например, включение аварийного питания от ИБП с последующим автоматическим запуском дизеля. Это более затратно, зато перебои в электроснабжении исключены.

Жизнь современного человека невозможна без применения различных устройств. Каждый дом наполнен электронной и бытовой техникой, инструментами и осветительными приборами. Но, к сожалению, снова стали обыденностью проблемы с электроснабжением.

Электричество могут отключить по графику или безо всякого предупреждения, случаются и простые аварии на сетях. А любые скачки напряжения и перерывы в поступлении "света" не только нарушают привычное течение жизни, но и повышают риск выхода оборудования из строя.

Устройство системы резервного питания (СРП) на основе аккумуляторной батареи (АБ) позволяет решить эту проблему раз и на долгое время. Важно сделать это обоснованно, вдумчиво и с должным подходом к качеству выполнения монтажных работ.

Что подключать?

При помощи СРП имеет смысл обеспечивать бесперебойное питание лишь основных потребителей , отличающихся либо малой мощностью, либо периодической работой в течение непродолжительного времени. Это, в частности, могут быть:
- газовое или твердотопливное отопление (автоматика управления, циркуляционные насосы);
- водоснабжение (насос);
- дежурное освещение (3-5 электроламп на строение);
- 2-4 дополнительные розетки для техники (холодильник, компьютер, интернет-роутер).

Резервировать продолжительные нагрузки от работы мощных устройств (электрического котла, бойлера, кондиционера или электрического духового шкафа) не стоит. Ведь это повлечет за собой необходимость использования нескольких аккумуляторов большой емкости, да и сопутствующая им техника также нуждается в усилении. Таким образом, для обустройства системы придется понести очень большие и неоправданные финансовые затраты.

Оптимальный вариант - следовать принципу разумной достаточности, то есть установить СРП нужной производительности и использовать только ту технику, которая действительно необходима в данный момент. Это даст возможность сэкономить на начальном этапе и продлить время автономной работы техники.

Накопители энергии

Аккумуляторы - важнейший элемент СРП, поскольку обеспечивают работоспособность техники при возникновении неполадок или отключений в сети. Эти приборы применяют для многоразового накопления и дальнейшей раздачи электроэнергии.

Наиболее распространенными долгое время являлись кислотные (кислотно-свинцовые) аккумуляторы , принцип действия которых основан на погружении двух или более пластин из свинца в раствор серной кислоты (электролита). Возникающая между ними химическая реакция и вызывает накопление электроэнергии. Данные приборы также носят название тяговых или стартерных, поскольку способны обеспечить повышенные значения пускового (начального) тока. В связи с этим их широко применяют в автомобилях. А вот для создания домашней автономной системы использовать тяговые устройства не советуют. Дело в том, что жидкий кислотный электролит при больших токах может закипать, поэтому корпус аккумулятора делают негерметичным. А это, в свою очередь, приводит к появлению риска возгораний и даже взрывов в помещении.

В отличие от них гелевые аккумуляторы используют кислоту, находящуюся в состоянии тиксотропного геля (похожего по своей консистенции на воск). Корпус приборов делают цельным, но даже в случае его повреждения гель не сможет разлиться. Отсутствует какая-либо опасность или вред для окружающей среды. По этой причине гелевый аккумулятор можно устанавливать в любом помещении.

А наиболее современными являются AGM-аккумуляторы (Absorbed Glass Mat). Электролит в них связан при помощи специального стекловолокна. У этих устройств те же преимущества, что и у гелевых. Да и стоимость примерно равна (и в 2-з раза выше, чем у кислотных). К тому же AGM-аккумуляторы практически не нагреваются, поскольку внутреннее сопротивление в них незначительно.

Существенная деталь: во время зарядки кислотных аккумуляторов до 20 % энергии переходит в тепловое состояние, у гелевых данный показатель составляет порядка 10-15 %, а у AGM-моделей он равен лишь 3-4 %. То есть последние практически не нагреваются, а это - положительная характеристика с точки зрения безопасности и меньший расход электроэнергии. Кроме того, гелевые и AGM-приборы эффективнее в случае длительного простоя: они теряют не более 1-3 % энергии в месяц, а кислотные - до 1 % в день.

Таким образом, для применения в домашних СРП можно рекомендовать гелевые и AGM-аккумуляторы. Тем более что они не требуют периодического добавления электролита и вообще какого-либо обслуживания в процессе работы.

Чтобы увеличить возможности СРП, приобретают несколько АБ и устанавливают их в виде соединенной параллельно цепи для увеличения отдачи электроэнергии.

Аккумуляторы разных типов внешне очень схожи, поэтому важно покупать оборудование у профильных компаний или в строительных гипермаркетах

Обеспечивать автономным питанием нужно только самую необходимую технику: насосы отопления и водоснабжения, осветительные приборы. Нецелесообразно подключать к аккумуляторам мощные приборы, без которых некоторое время можно легко обойтись - кондиционеры, электрические духовки

Важные характеристики

АБ выбирают с учетом нескольких параметров. Масса важна для определения места расположения батареи. Современные аккумуляторы весят порядка 10-20 кг. Относительная тяжесть связана с особенностями конструкции приборов, в частности использованием электролита в вязкой консистенции. Поэтому легкие полки для установки АБ не подойдут - нужна более основательная опора, например стеллаж из металлических уголков. Выходное напряжение у большинства современных моделей составляет 12 В. Есть также модификации на 24 и 48 В. Для бытового применения специалисты рекомендуют выбирать АБ, которые выдают постоянный ток с напряжением В 12 В.

Максимальная величина пускового тока показывает, сможет ли аккумулятор выработать ток, необходимый для запуска двигателей. Дело в том, что практически все электроустройства в момент включения требуют значительно больше энергии, чем в рабочем режиме. Эту величину измеряют в амперах (А). В домашних условиях достаточно АБ с пусковым током в 200-400 А. Этого хватит, чтобы включить, например, насос для скважины или бытовые модели электроинструмента.

Емкость батарей - это величина заряда, который аккумулятор способен накопить, а потом отдать в ходе своей работы. Измерение емкости происходит в ампер-часах (А х ч), и чем она больше, тем дольше проработают подключенные к АБ устройства.

Чтобы выяснить, какая именно практическая отдача у аккумулятора, надо выполнить простой арифметический расчет. Например, АКБ емкостью 200 А х ч и напряжением 12 В накапливает 12 х 200 = 2400 Вт х ч = 2,4 кВт х ч. Однако в силу того, что производители рекомендуют разряжать АБ не ниже уровня 20-25 % заряда, реально доступная мощность составляет в данном случае не более 75-80 % от номинальной, то есть порядка 2 кВт х ч. На практике это означает возможность обеспечить освещение от четырех ламп по 50 Вт каждая в течение ю часов или работу электроплиты мощностью 2 кВт на 1 час. Расчет требуемой емкости аккумулятора ведут в увязке с подбором других устройств СРП, поэтому их нужно рассмотреть отдельно.

Примерный бюджет

Один гелевый аккумулятор емкостью 150-200 А х ч стоит порядка 200-250 у. е. За подходящий ИБП надо будет заплатить 400-700 у. е., а дополнительное оборудование "потянет" еще на 30-50 у. е. Таким образом, общая стоимость СРП составит порядка 2500-2700 у. е. В то же время можно ограничиться покупкой простого ИБП мощностью 1 кВт и аккумулятора емкостью 150 Ач. Общие затраты в таком случае составят примерно 300-400 у. е., а система позволит сохранить работоспособность холодильника, компьютера и пары электроламп на 2-3 часа. Правда, отопление от такой СРП работать не сможет.

Маломощные ИБП в одном корпусе объединяют аккумулятор, инвертор, автоматику. Потребители подключаются к ним напрямую - через вилку. Таких систем хватает на очень короткое время (до часа) и только на компьютер, зарядное устройство, светильник.

Для обеспечения большого количества потребителей используют отдельные наборные системы, подключаемые не в розетку, а к щитку электропитания.

Компоненты системы

Помимо аккумуляторов в состав СРП входят еще несколько очень важных устройств. Источник бесперебойного питания (ИБП, или UPS) - вспомогательное устройство, которое работает в паре с АБ. Его применяют для компенсации пиковых нагрузок и кратковременного электроснабжения бытовой техники в случае резких скачков и падений напряжения в сети. Этот прибор постоянно подключен к розетке, а все остальные запитывают уже после него.

Выделяют два конструктивных вида ИБП в зависимости от электронной схемы управления - offline и online. Первые - проще и дешевле, но обеспечат энергоснабжение от АБ лишь при отключении или резком падении напряжения в сети. Кроме того, время срабатывания у них составляет порядка 30-40 мс. Вторые - дороже, но "выпрямляют" даже небольшие скачки. Таким образом, они обеспечивают наилучшую защиту подключенных к ним устройств, что особенно важно не только для компьютеров, но и другой современной высокоточной техники (например холодильников, стиральных машин, телевизоров с электронными блоками управления). Время срабатывания редко превышает 2 мс. Конечно, лучше и надежнее ИБП online-типа, хотя по времени срабатывания вполне достаточно и offline-ИБП.

Инвертор - это преобразователь тока. В нормальном режиме он потребляет минимальное количество электроэнергии и обеспечивает зарядку аккумулятора. При возникновении же аварийной ситуации инвертор автоматически переходит в режим компенсации. Необходимость в нем связана с тем, что АБ выдают постоянный ток с напряжением 12, 24 или 48 В, а большинству электроприборов требуется переменный с напряжением 220 В. Выделяют модифицированные (с модифицированной синусоидой) и синусоидальные приборы. Первые хороши лишь для видео- и аудиотехники, а для бытовых устройств необходимы вторые. Они стоят дороже, но и выдают, говоря простым языком, ток более высокого качества.

Кроме того, СРП оснащают дополнительными устройствами - контроллерами заряда, а также электронными приборами автоматического управления, регулирования и защиты. В последнее время, как правило, все они размещены в корпусе инвертора.

Подбор общих параметров

При расчете параметров СРП нужно определить требуемую мощность оборудования и емкость АБ. Но прежде чем заняться подсчетами, следует уточнить разницу между двумя схожими терминами. В общем случае мощность электрооборудования определяется в Ваттах (Вт). Но выходную мощность ИБП составляет произведение значений тока и напряжения, данный параметр указывают в вольт-амперах (ВА). Часть этой энергии уходит на работу самого прибора, но львиная доля приносит пользу. Вот эту полезную мощность обычно дополнительно заносят в техпаспорт (измеряется в Вт).

Для калькуляции требуемых значений сначала подсчитывают статическую потребляемую мощность оборудования, которое работает постоянно или регулярно (компьютер, холодильник, циркуляционный насос котла, электролампы), с учетом его количества и среднего времени работы в течение суток. К результату добавляют краткосрочные запросы силовых потребителей (например, насоса водоснабжения, привода ворот, электрочайника).

Правда, одновременное включение всех этих приборов маловероятно, поэтому к первой цифре добавляют мощность только самого сильного (в приведенном примере - насос). Наконец, обязательно следует учесть динамическую (пусковую) мощность питаемого оборудования. Она достигается в момент запуска устройств и может превышать статические значения в 3-4 раза. Опять-таки складывать все пусковые показатели надобности нет, вероятность их совместного (до долей секунды) включения ничтожно мала. Так что достаточно ориентироваться на наибольший показатель. В итоге выбирают конкретные инвертор и ИБП.

Однако производить точный расчет вовсе необязательно. Если нет цели обеспечить резервное питание абсолютно всех приборов, а только наиболее важных устройств, то для частного дома площадью 150-300 м2 достаточно моделей общей мощностью 3-6 кВА, выдерживающих пусковую мощность до 9-12 кВА.

Рассчитать необходимую емкость аккумулятора довольно просто. Для этого объем потребления делят на напряжение АБ с учетом коэффициента неполного разряжения устройства. Например, для гарантирования расхода электроэнергии в объеме 4,5 кВт х ч требуется 500 А х ч (4500 Вт / 0,75х12 В). Таким образом, чтобы техника в доме проработала 4 часа, необходим аккумулятор емкостью 2000 А х ч (4 х 500 А х ч). При этом учитывают тот факт, что рост емкости АБ автоматически ведет к увеличению стоимости и повышению массы прибора, поэтому лучше установить несколько аккумуляторов меньшей емкости.

Кроме того, при отключении внешнего энергоснабжения практически никто не использует всю технику одновременно. Так что на деле указанные выше значения будут достаточны для обеспечения комфортного пребывания в доме в течение 8-ю часов.

В общем случае специалисты рекомендуют приобрести для такого здания восемь аккумуляторов напряжением 12 В на 200 А х ч каждый или десять аккумуляторов на 150 A x ч. А при желании сэкономить достаточно будет и четырех таких АБ - они "продержат" все здание 1-1,5 часа и обеспечат работу необходимого минимума устройств на 3-4 часа. Если перебои с подачей электричества более затяжные и могут длиться 1-2 дня, первым делом нужно просчитать, на работе какой техники можно сэкономить, и только потом планировать наращивание батарейных секций.

Монтаж

При кажущейся сложности СРП объем требуемых для ее подключения электромонтажных работ практически минимален. Ведь все домашние "нагрузки" подводят к щитку электросети. Надо лишь установить поблизости ИБП с АБ и инвертором и подключить последний в сеть между потребителями и щитом.

Для СРП нужно небольшое пространство. Достаточно примерно 0,5-1 м2. Важно правильно выбрать помещение. СРП можно устанавливать в неотапливаемых комнатах, так как большая часть современных моделей аккумуляторов спокойно переносит охлаждение до -20 °С. Однако они хуже воспринимают сырость и конденсацию влаги. Кроме того, при снижении внешней температуры емкость АБ падает на 10-20 %. Увеличивается и время зарядки. Так что лучше расположить СРП в том месте, где обеспечивается постоянное поддержание температуры около 0°С и имеется хорошая вентиляция. Это может быть гараж, правильно выполненный подвал, подсобное помещение.

На стене монтируют инвертор и ИБП, рядом устанавливают аккумуляторы - чаще всего вдоль стенки или же цепочкой на полке или стеллаже. В продаже есть специальные блоки источника резервированного питания с подготовленными местами для размещения оборудования. Также допускается установка СРП в закрытый перфорированный шкаф, где она заодно будет защищена от детей и домашних животных.

В ходе выполнения работ важно обеспечить качественные проводные соединения всех компонентов - тогда СРП прослужит много лет. После монтажа вмешательство в работу системы в течение всего периода эксплуатации не понадобится. Нужно лишь периодически протирать пыль.

Достоинства системы

Фактически мгновенное срабатывание (в течение миллисекунд) в случае отключения электричества. Большинство современных, даже высокоточных электроприборов не "замечает" перехода из стандартного режима питания на автономный,
- Способность выдерживать значительные перегрузки.
- Защита техники от перепадов напряжения, перекоса фаз и других "капризов" сети.
- Возможность выполнения своих обязанностей при малых нагрузках без ущерба для долговечности службы системы.
- Практически бесшумная работа.
- Экологичность, отсутствие вреда для окружающей среды по сравнению с применением дизельных генераторов.

Обеспечение надежности и бесперебойности электроснабжения имеет первостепенное значение. И, естественно, одним из основных средств решения этой задачи есть автоматизация включения резервного электропитания (АВР). Схемы АВР широко применяются в энергосистемах и распределительных электросетях всех напряжений.

Ниже даются описания трех вариантов выполнения АВР в простых электросетях напряжением до 1000 В, из который больше всего часто придется иметь дело электромонтерам.

Схема АВР в двухпроводных сетях напряжением до 220 В (рис.1) рассчитанная на наличие двух линий, одна из которых является рабочей, другая - резервной, и применяется как в однофазных сетях переменного тока, так и в двухпроводных сетях постоянного тока.

Практическое применение системы двух линий из АВР распространяется на ответственные электросети с небольшой подключенной мощностью токоприемников, как, например, аварийное освещение, цепи управления и сигнализации и др. В случаях питания исключительно ламп накаливания при равенстве напряжений рабочей и резервной линий схема может быть использована совместно для переменного и постоянного токов, например с питанием рабочей линии от источника переменного, а резервного - от источника постоянного тока.

Самая простая схема АВР осуществляется с помощью реле контроля наличия напряжения РКН, контакты которого непосредственно включены в линии рабочего и резервного питания. В двухпроводных сетях переменного тока 220 В в качестве реле РКН может быть применено реле типа ЭП -41/33Б. Контакты этого реле рассчитаны на рабочий ток до 20 А, что при 220 В отвечает мощности 4,4 кВт, достаточной для большинства небольших однофазных установок переменного тока. При постоянном току необходимо выбрать соответствующее реле другого типу, имея при этом в виду, что размыкать цепь при постоянном току значительно труднее, чем при переменном. Следовательно, даже при сравнительно небольших токах придется применить не реле, а контактор с дугогасящими камерами.

Действие схемы показано на мал.1. Реле РКН получает питание от рабочей линии и имеет запирающие контакты в той же линии, что и размыкающие линии резервного питания. Поэтому при наличии питания на рабочей линии реле РКН используется и питание нагрузки осуществляется от нее; резервная линия (независимо от того, есть на ней напряжение или нет) от нагрузки отсоединена. При отсутствии напряжения в рабочей линии происходит переключение контактов реле РКН, то есть размыкаются контакты в цепи питания от рабочей линии и защелкивающиеся в цепи питания резервной.

Рис 1. Схема АВР в двухпроводных сетях.

При возобновлении напряжения на рабочей линии происходит обратное переключение.

Схема АВР в трехфазных сетях переменного тока к 380/220В без контроля обрыва фаз (рис. 2). Как и в предыдущем случае, схема рассчитана на наличие двух линий, из которых одна рабочая, другая - резервная.

Вообще говоря, схемы АВР в трехфазных сетях переменного тока с электросиловой или смешанной электросиловой и осветительным нагрузками требуют контроля обрыва фаз. Это объясняется тем, что трехфазные электродвигатели не могут работать под нагрузкой на двух фазах: они остановятся, и их обмотки могут сгореть (предохранители в этом случае вовремя не перегорают). Однако в некоторых, но достаточно распространенных случаях необходимость контроля отпадает. Это имеет место при защите линий автоматическими выключателями, которые отключают все три фазы одновременно при любом повреждении в электросети, которая защищается, без предохранителей, и выполнении линий питания трехжильными или четырехжильными кабелями, в которых обрыв одной фазы маловероятен. Отсутствие контроля обрыва фаз позволяет существенно упростить схему АВР.

В противовес описанной выше схеме для двухпроводных сетей, где переключения в цепях рабочей и резервной линий осуществлялись непосредственно контактами реле, в схеме АВР для сетей трехфазного переменного тока как исполнительные органы используются магнитные или пускатели трехполюсные контакторы. Это позволяет существенно расширить область применения схемы, потому что номинальные рабочие токи для магнитных пускателей серии П лежат в пределах от 15 до 135 А, а трехполюсных контакторов (типов КТЭ и КТВ) - от 75 до 600 А.

Режимы работы схемы. В рассмотренной схеме каждое из четырех возможных положений переключателя режимов ПП (пакетный переключатель) определяет один из четырех режимов работы схемы.

Положение АВР-1: линия №1 является рабочей, линия №2 - резервной с автоматическим включением резерва.

Положение АВР-2: линия №2 рабочая, линия №1 резервная с автоматическим включением резерва.

Положение Мест, (местное управление) : переключение линий происходит пакетными выключателями 1В и 2В.

Положение 0 (нуль) : обе линии отключенные от цепи управления контакторами 1К и 2К и лишенные питания.

Прежде чем перейти к подробному рассмотрению схемы, необходимо обратить внимание на то, что в цепи управления обеими линиями введенные контакты того же переключателя Пп. Потому его контакты, которые отвечают потому или другому положению, в цепях катушек 1К и 2К обоих контакторов замкнуты одновременно. Так, например, при замыкании контакта переключателя 1-7 Линии №1 одновременно оказывается замкнутым контакт 11-13 Линии №2, на что указывают черные кружки на пунктирных линиях АВР-1.

Рис. 2. Схема АВР в трехфазных сетях переменного тока напряжением к 380/220В без контроля обрыва фаз.

Но контакты 1-3 и соответственно 11-17, а также контакты 1-5 и 11-15 разомкнуты. Контакты 1-3 и 11-17 замкнутся в положении ЛВР-2, при этом контакты 1-7, 11-13, 1-5 и 11-15 будут разомкнуты. Контакты 1-5 и 11-15 замкнуты в положении Мест и, наконец, в положении 0 все контакты разомкнуты, на что указывает отсутствие черных кружков на пунктирной линии 0.

Автоматическая работа схемы. В положении АВР-1, катушка контактора 1К питательного Линии №1 получает питание по цепи 1-7-0. При этом главные контакты 1К замкнуты и нагрузку питает Линия №1, тем временем катушка контактора 2К Линии №2 (цепь которой разомкнута блоком-контактом 1К) лишена питания. Следовательно, Линия №2 отключена от шин и является резервной.

Допустимо теперь, что Линия №1 осталась без напряжения. В этом случае контактор 1К отпустит, его главные контакты отсоединят Линию №1 от шин, а блок-контакт замкнет цепь катушки 2К (11-13- 17-0). Если на Линии №2 есть напряжение, то контактор 2К включится и питание шин возобновится. Другими словами, состоится АВР, то есть автоматическое включение резерва.

При возобновлении питания по Линии №1 создаются обратные переключения, то есть автоматически включится контактор 1К, а потом отключится контактор 2К, потому что при включении контактора 1К его блок-контакт 13-17 размыкает цепь катушки 2К.

Таким образом, рассмотренная схема относится к категории схем из самовозвратом.

Необходимо подчеркнуть, что такое самовозвратом не всегда допустимая, особенно в сложных сетях высокого напряжения. В этих случаях схема возвращается в исходное положение после ряда предыдущих операций, осуществляемых вручную или с помощью телемеханики.

Если переключатель ПП занимает положение АВР-2, то рабочей является Линия №2, а резервная - Линия №1. Катушка контактора 2К включена по цепи 11-17-0, тем временем как катушка контактора К1 отключена блоком-контактом 2К 3-7. При исчезновении напряжения на Линии №2 автоматически включается Линия №1 аналогично описанному выше.

Работа схемы на местном (ремонтному, «ручному») управлении. В положении переключателя Мест цепи АВР разомкнуты. Контактор 1К руководствуется выключателем 1В по цепи 1-5-7-0, контактор 2К. - выключателем 2В по цепи 11-15-17-0. Этот режим предвиден для испытания и проверок действия всего устройства потом или ремонту налаживания, а также на случай неисправности в цепях автоматического управления.

Наконец, положение переключателя 0 отвечает полному отключению как главных цепей, так и цепей управления, что необходимо при ремонтных работах.

Предупредительная сигнализация. Действие АВР возобновляет питание электроустановки по резервной линии, но вместе с тем свидетельствует о нарушении нормального режима работы и необходимости принять меры к устранению причины, что вызывало действие АВР. Поэтому нужно немедленное оповещение дежурного персонала пункта, в ведении которого находится электроустановка, о переключении. Для оповещения служит предупредительная сигнализация, которая особенно необходима для полностью автоматизированных установок, которые работают без дежурного персонала, где ненормальность в питании, которое вызывало действие АВР, может оставаться незамеченной очень долгое время.

Для предупредительной сигнализации используется третий полюс переключателя режимов ПП, через который включенные блоки-контакты 1К и 2К. Схема работает таким способом. При нормальном питании шин цепь предупредительной сигнализации разомкнута.

При автоматическом переключении введений в положение переключателя ПП АВР-1 Линия №2 включится, блок-контакт 2К замкнется, благодаря чему на дежурный пункт подается предупредительный сигнал. В положении переключателя АВР-2 при включении Линии №1 цепь предупредительной сигнализации защелкивающаяся блоком-контактом 1К.

Аварийная сигнализация. Оповещение о полном отключении установки выполняет аварийная сигнализация. Для аварийной сигнализации, которая действует при отсутствии напряжения на обеих линиях, используется специальная цепь с включенными последовательно блоками-контактами контакторов обеих линий. Если хотя бы одна из линий находится в рабочем состоянии, то цепь аварийной сигнализации прервана соответствующим блоком-контактом 1К или 2К. При исчезновении напряжения на обеих линиях оба блоки-контакта окажутся замкнутыми и по цепи аварийной сигнализации будет поданный сигнал на дежурный пункт.

Важное замечание. Рассмотренная схема, так же как рассмотрена ниже схема с контролем обрыва фаз, допускает возможность одновременного питания шин по двум линиям в течение очень короткого времени, необходимого для процесса переключения. Хотя это время вычисляется долями секунды, однако для обеих линий должны быть соблюденные условия рівнобіжної работы (тот же вид тока - постоянный или переменный, равенство напруг, соблюдение фаз).

Схема АВР в трехфазных сетях переменного тока к 380/220В с контролем обрыва фаз (рис. 3) применяется в случаях, когда возможен обрыв одной или двух фаз без отключения всей питательной линии.

Наиболее часто это возникает в электросетях, защищенных плавкими предохранителями, когда короткое замыкание или перегрузка вызывает перегорание предохранителя лишь в одной или двух фазах. Аналогичное явление возможно при обрыве одного или двух проводов в результате ветра, гололеда, неосторожность обслуживающего персонала и тому подобное

Как и в схеме на рис. 2, шины электроустановки получают независимое одно от одного питания по двум трехфазным линиям, одна из которых является рабочей, а вторая резервной. На введениях линий устанавливаются магнитные пускатели или трехполюсные контакторы.

Выбор режима осуществляется с помощью переключателя режимов ПП, что выполняет той же функции, что и в описанной выше схеме.

Реле контроля обрыва фаз. Для контроля обрыва фаз служит специальное реле типа Е-511 Киевского завода реле и автоматики. Оно состоит из двух электромагнитных реле напряжения: основного реле 2ПП для линии №1 (4ПП для линии №1) и вспомогательного реле 1ПП (3ПП), а также содержит конденсаторы C1, С2 и активные опоры R1 и R2. Как видно из схемы, конденсатор C1 и сопротивление R1 соединены последовательно и включены между фазами А1 и В1 линии №1 (А2, В2 линии №2). Конденсатор С2 и сопротивление R2 также соединены последовательно и присоединены между фазами В1 и С1 (У2, С2).

Величины сопротивлений и конденсаторов подобраны таким образом, что при отсутствии обрыва фаз (нормальный режим) между точками X1 и Y1 для реле линии №1 (Х2 и Y2 для реле линии №2) напряжение равняется нулю. Следовательно, реле 1ПП (3ПП, проходит между точками X1 и Y1 (X2 и Y2), отпущенный и его контакт в цепи реле 2ПП (4ПП) замкнут: реле 2ПП (4ПП) притянуто.

При обрыве одной из фаз симметрия напряжений нарушается. Вследствие этого между точками X1 и Y1 (Х2 и Y2) возникает разница потенциалов, достаточная для срабатывания реле 1ПП (3ПП). При срабатывании реле 1ПП (3ПП) его контакт размыкает цепь катушки реле 2ПП (4ПП), реле отпускает, что, как будет объяснено ниже, приводит к действию АВР.

Рис. 3. Схема АВР в трехфазных сетях переменного тока напряжением к 380/220В с контролем обрыва фаз. Пунктирными линиями обведенные элементы, которые входят в состав реле типа Е-511.

При обрыве двух фаз, например А1 и В1, реле 2ПП также отпускает, потому что оно остается присоединенным только к одной фазе С1. При обрыве фаз У1 и С1 реле 2ПП отпускает, потому что остается присоединенным только на одной фазе А1. И, наконец, при обрыве фаз А1 и С1 реле 2ПП полностью избавляется от питания.

Взаимодействие реле обрыва фаз с схемой АВР. Для приведения схемы в рабочее состояние необходимо переключатель режимов ПП установить в положение АВР-1, а потом включить рубильник 1P. При этом реле 2ПП сработает и включит катушку контактора 1К: на шины будет поданное напряжение от линии №1. Потом нужно включить рубильник 2Р. При включении рубильника 2Р контактор 2К не включится, потому что цепь его катушки уже разомкнута блоком-контактом 11-13 включенного ранее контактора 1К, но реле 4ПП сработает и замкнет свой контакт 15-13.

При перегорании предохранителей и обрыве проводов в одной, двух или трех фазах линий № 1 реле 2ПП отпустит и контактом 1-3 отключит контактор 1К, после чего через блок-контакт, который замкнулся, 1К 11-13 включится контактор 2К: питание шин возобновится от линии №2.

При возобновлении нормального питания по линии №1 схема автоматически вернется в первобытное положение: включится контактор 1КО, после чего отключится контактор 2К.

В положении переключателя ПП АВР-2 будут происходить аналогичные переключения.

Необходимо особенно подчеркнуть следующее:

а) В процессе возобновления питания после действия АВР обе линии кратковременно оказываются соединенными через шины.

б) При переключении переключателя ПП из положения АВР-1 (АВР-2) в положение АВР-2 (АВР-1) возможный перерыв питания шин на время, необходимое для включения контактора 2К (1К).

в) Прежде чем переводить схему на местное управление, необходимо включить выключатель 1В или 2В в зависимости от того, какая линия должна будет продолжать питать шины.

Причины применения в схеме реле типа Е-511. Реле типа Е-511, как видно из приведенного выше описания, являет собой сравнительно сложное устройство, и, естественно, возникает вопрос: или нельзя контролировать обрыв фаз более простыми средствами. Ответ дает рис. 4. На нем показано, что в системах трехфазного переменного тока при наличии присоединенных к сети электродвигателей обрыв одной фазы не вызывает полного отсутствия напряжения в этой фазе со стороны нагрузки. Некоторая часть напряжения в оборванной фазе Uост будет поддерживаться через обмотки неотключенного электродвигателя, и она достаточно большая, чтобы удерживать притянутым якорь простого промежуточного реле (какое с целью осуществления контроля за обрывом фазы должно было бы отпустить). Выходит, контроль даже с помощью трех промежуточных реле не достигает цели.

Рис. 4. Недопустимость контроля обрыва фаз тремя промежуточными реле.

а - при соединении обмоток электродвигателя в звезду; бы - при соединении в треугольник.

Надежный контроль обеспечивается или тремя реле минимального напряжения, значительно более чувственными, чем промежуточные реле, или специальным реле, например типа Е-511.