Міні-електростанції і джерела безперебійного електроживлення

Кожен, хто використовує в побуті електроенергію, хоч би раз стикався з її раптовим відключенням. Чи дивимося ми телевізор, чи перемо білизну, чи працюємо на комп'ютері або готуємо їжу, відсутність електрики може серйозно перешкодити нашим планам.

Жителі крупних міст, де краще налагоджена робота відповідних служб, ще можуть сподіватися на оперативне усунення причин, що викликали позапланове відключення енергопостачання. Хоча якщо аварія серйозна, у них є всі шанси залишитися без електрики і на триваліший період. Що ж говорити про сільську місцевість? Оперативність місцевих служб і організацій, в чиєму веденні знаходиться ремонт систем енергопостачання, істотно нижче. Це пояснюється рядом цілком об'єктивних чинників: велика територія обслуговування, дефіцит кваліфікованих кадрів, проблеми з транспортом, а іноді і з під'їздом до об'єктів, що потребують ремонту, погане матеріально-технічне забезпечення. На надійність електропостачання в сільській місцевості може впливати і людський чинник. Наприклад, скористається домовитий пейзанін відсутністю сторонніх очей і зріже десяток метрів дроту, безглуздо, на його думку, що йде в ліс. Інший, дізнавшись, що трансформаторне масло перешкоджає гниттю деревини, візьме та і залишить без такого трансформаторну підстанцію, що самотньо стоїть. В результаті два-три садові товариства житимуть без електрики місяці два. Так, ці історії здаються неправдоподібними, проте вони абсолютні реальні.

Виходить, що постачальник електроенергії просто не в змозі забезпечити безперебійне електропостачання. Але що робити, якщо від живлення будуть відключені такі важливі об'єкти, як лікарні, оперативні служби, підприємства безперервного циклу? Що діють сьогодні Правила пристрою електроустановок (ПУЕ) класифікують споживачів електроенергії по трьом категоріям надійності електропостачання. Електроприймачі першої і другої категорій забезпечуються електрикою за допомогою двох незалежних джерел живлення, а особлива група споживачів першої категорії — навіть за допомогою трьох. Перша категорія перемикається на резервне джерело автоматично, друга переводиться уручну. Згідно ПУЕ, при дотриманні встановлених вимог перша група споживачів буде застрахована від виникнення таких ситуацій, коли перерва електропостачання може спричинити небезпеку для життя людей, загрозу для безпеки держави, значний матеріальний збиток, розлад складного технологічного процесу, порушення функціонування особливо важливих елементів комунального господарства, об'єктів зв'язку і телебачення. Відключення ж від електрики споживачів другої категорії в цьому випадку приведе лише до масового недоотпуську продукції, масовим простоям робочих, механізмів і промислового транспорту, порушенню нормальної діяльності значної кількості міських і сільських жителів. Іншими словами, глобальна катастрофа нам не загрожує, але що робити простому споживачеві? Тільки подумайте — житлові будинки відносяться до третьої групи електроприймачів, перерва в електропостачанні яких, згідно ПУЕ, може затягнутися на добу! Відповідь проста і неоригінальна. Щоб захистити себе від неприємностей, пов'язаних з раптовим відключенням електрики, потрібно встановити резервне джерело живлення. Він, до речі, забезпечить додаткові кіловати потужності, вірогідність отримання яких зведена практично до нуля.

КЛАСИФІКАЦІЯ

Автономні джерела енергії можна розділити на дві великі групи. У першу входять агрегати, які перетворять інші види енергії в електричну, при цьому їх робота не залежить від основної системи електропостачання. Вони повністю автономні і при дотриманні ряду умов можуть використовуватися довготривало або навіть як основне джерело електропостачання. До другої групи слід віднести пристрої, які накопичують електрику (заряджають) в той час, коли основне джерело справно поставляє енергію споживачеві. Їх автономність ограніченна, хоча період часу, протягом якого вони здатні забезпечувати електроенергією, може виявитися досить тривалим. (Згідно ПУЕ, агрегати обох груп вважаються за незалежні, оскільки зберігають напругу в регламентованих межах при його зникненні на основному джерелі живлення.) У свою чергу пристрої, що відносяться до першої групи, діляться на тих, що перетворять який-небудь вид енергії (генератори на базі двигунів внутрішнього згорання, гидро- і ветрогенератори), і ті, що перетворюють на електрику випромінювання того або іншого спектру (сонячні батареї, термоелементи). Електрогенератори на основі двигунів внутрішнього згорання менше інших залежать від таких чинників, як кількість сонячних днів в році, сила вітру, гидро- і терморесурси, які необхідні для ефективного і економічно доцільного застосування сонячних батарей, ветро- і гідрогенераторів, термоелементів. Більш того, у відповідного виконання вони можуть застосовуватися практично в будь-яких природно-кліматичних умовах. Найістотнішими обмеженнями для їх використання є необхідність паливно-мастильних матеріалів і кваліфікованого обслуговування, а також відносно нетривалий термін безперервної роботи (він заданий конструктивно або визначений регламентом ремонтних робіт).

Справедливості ради згадаємо і про існування електрогенераторів, побудованих на основі двигунів зовнішнього згорання: парової машини, двигуна Стірлінга, різних типів парових і газових турбін. Парова машина і двигун Стірлінга відрізняються невисоким коефіцієнтом корисної дії, і застосовувати їх як джерело електроенергії недоцільно. Турбіна ж, не дивлячись на простоту, що здається, мало підходить для щодо малопотужних електрогенераторів із-за своєї дорожнечі. Звичайно, приведена класифікація далеко не повна: ми опустили хімічні і ряд інших джерел електроенергії. Практику застосування пристроїв безперебійного живлення, що проте склалася, вона відображає.

Нижче, розповідаючи про незалежні джерела, ми зупинимося тільки на генераторах, побудованих на базі різних двигунів внутрішнього згорання, оскільки саме вони набули найбільшого поширення. Скорочено назвемо їх електрогенераторами або міні-електростанціями, а незалежні джерела живлення, в основі роботи яких лежить здатність накопичувати електроенергію, — акумуляторними батареями, або акумуляторами.

МІНІ-ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ

Укрупнено міні-електростанція є агрегатом, що складається з двигуна внутрішнього згорання, вал якого приводить в рух (обертання) рухому обмотку генератора, систем забезпечення живлення двигуна, управління і перетворення енергії, що виробляється, в електроенергію із стандартизованими споживчими параметрами: три фази (380 В) або одна фаза (220 В, 50 Гц).

Міні-електростанції можуть будуватися на основі двигунів внутрішнього згорання, що працюють на різних типах вуглеводневого палива. Найбільшого поширення на даний момент набули дизельні і бензинові агрегати, непогані перспективи і у газових пристроїв. Сьогодні вони досить міцно влаштувалися в сегменті стаціонарних міні-електростанцій великої потужності.

За винятком типу двигуна, ці агрегати не мають принципових технічних відмінностей — вуглеводневе паливо згорає в циліндрах, обертає коленвал, який, у свою чергу, крутить вал електрогенератора. Останній перетворить обертальний рух коленвала в електроенергію. Проте такого короткого опису явно недостатньо для того, щоб вибрати найбільш відповідний пристрій. Тому поговоримо про критерії відбору. Насамперед варто оцінити потужність міні-електростанції. Для цього потрібно підрахувати сумарну потужність електричних пристроїв, які будуть підключені до установки. (Існує спеціальна методика, що враховує коефіцієнти включення електроприладів. Вона аналогічна тій, що застосовується при розрахунку системи електропостачання від централізованого джерела електроенергії.) При цьому слід врахувати: для міні-електростанції краще, якщо її потужність на 20% перевищує розрахункову сумарну. (Приведена схема відображає можливості різних побутових електроприладів і інструментів, дозволяючи оцінити потрібну потужність електрогенераторів.)

Якщо споживач не має наміру обмежувати витрату електроенергії в період експлуатації автономного джерела і планує користуватися всіма благами цивілізації, завдання спрощується — як відправна крапка для розрахунку береться електрична потужність, виділена централізованим постачальником енергії на електроустановку. У випадку з трифазною схемою електропроводки і, відповідно, з трифазною міні-електростанцією важливо дотримати зразкову рівність електричних потужностей споживачів на різних фазах (різниця не повинна перевищувати 20-25%), щоб уникнути перекосу фаз.

Асортимент генераторних установок, представлених на російському ринку, дуже широкий, і споживач вольний вибирати з практично необмеженого діапазону потужностей — від десятих доль Кв-а до одиниць МВ-А. Таким чином, можна задовольнити будь-який запит, незалежно від масштабів енергоспоживання заміського будинку.

Інший важливий критерій — тип силового агрегату. На користь бензинового двигуна свідчить його низька вартість. Проте вибір бензогенераторной установки виправданий тільки в тому випадку, якщо перебої в централізованому електропостачанні короткочасні і рідкісні. У ситуаціях, коли електроенергія відключається надовго, або міні-електростанція використовуватиметься як основне джерело, або ж необхідна потужність достатньо велика, перевагу варто віддати дизельному електроагрегату. Не дивлячись на високу вартість, він характеризується нижчими експлуатаційними витратами, великим ресурсом і тривалою безперервною роботою. При невисокій інтенсивності експлуатації (до 500 моточасов/год) можна придбати відносно дешеву високооборотну (3 000 об/мін) установку, для роботи в активнішому режимі — нізкооборотную (1 500 об/мін).

Важлива складова автономного енергопостачання — система управління. У простому випадку, коли генератор використовується як аварійне джерело енергії, його потужність невелика, і до експлуатаційних характеристик пред'являються мінімальні вимоги. Все зводиться до установки перекидного рубильника, який виключає одноразову подачу енергії від основної мережі живлення і від електростанції. У одному положенні він замикає основний ланцюг живлення, в іншому — аварійну. І тоді процес введення джерела резервного живлення виглядає таким чином: при припиненні подачі енергії по основній мережі користувач уручну або за допомогою електростартера запускає двигун генераторної установки і після її виходу на нормальний режим роботи переводить рубильник з положення Живлення від мережі в положення Живлення від автономного джерела.

Міні-електростанції, оснащені системою автоматичного пуску, починають працювати без нагадування — розрахунковий проміжок часу після відключення основного джерела складає від 30 секунд до хвилини. Ця ж система відключає електростанцію при відновленні подачі електроенергії.

На жаль, обидві системи не здатні миттєво активувати резервний агрегат. Як же поступити, якщо користувач, наприклад, працює на комп'ютері і в самий невідповідний момент вся незбережена інформація, введенню якої він присвятив не одну годину, просто злітає? Допомогти можуть автономні джерела живлення — акумулятори. В цьому випадку уникнути втрати інформації дозволить навіть одиночний пристрій — у користувача буде близько десяти хвилин, щоб або завершити роботу в неаварійному режимі, або подати живлення від резервного джерела.

В систему електропостачання будинку включають і блок акумуляторних батарей. В принципі, це те ж джерело безперебійного живлення, тільки великих розмірів, потужності і енергоємності. Можливе застосування як спеціалізованих пристроїв, які по перевазі використовуються в офісах, так і тих, що зібрані на основі акумуляторів (у тому числі і автомобільних) і систем перетворення напруги. З комбінації різних апаратів виходять автономні джерела досить значної енергоємності, що дозволяють не тільки завершити роботу, аварійне переривання якої пов'язане з неприємними наслідками, але і пережити короткочасне в

Схожі статті: