В корзине пусто!
Источники бесперебойного питания «SinPro» для автономного аварийного электроснабжения.
Большая протяженность электрических сетей, значительно изношенное и морально устаревшее оборудование, нехватка квалифицированного персонала и слабая техническая оснащенность аварийных служб - благодаря этому электричество пропадает часто, внезапно и на неопределенный срок. И чем дальше от столицы - тем все более неопределенным этот срок становится. Практически каждый из Вас является тому свидетелем.
В подавляющем большинстве случаев современное отопление загородного дома является энергозависимым. Газовый или твердотопливный котел с циркуляционными насосами, управляющая автоматика - все эти устройства требуют постоянного электрического питания. Т.е. при отключении электроэнергии сразу же прекратится работа системы отопления. И в наших климатических условиях последствия этого будут весьма серьезными - вплоть до самого настоящего капитального ремонта. Но это будет потом. А сейчас - света и отопления уже нет. Вдобавок, если вода в Ваш дом подавалась погружным насосом из колодца или скважины - останетесь еще и без воды.
Практически всегда отключение электроснабжения сопровождается скачком напряжения, вследствие чего могут выйти из строя электронные платы котловой автоматики, чувствительная ко входному напряжению бытовая техника (холодильник, телевизор) и ряд других устройств. Даже при незначительном скачке напряжения автоматика котла переведет его в режим блокировки. К тому же, отключение циркуляционных насосов приведет к повышению температуры в котле и последующей блокировке его аварийным термостатом. В обоих случаях для включения котла при восстановлении электроснабжения необходимо присутствие человека. А если там никого нет?
Нам нужен… генератор?
И да, и нет. Вам нужно обеспечить автономное аварийное электроснабжение дома. Как это сделать? Самое первое, что сразу приходит в голову - поставить генератор. В ряде случаев вполне оправданное решение, но далеко не всегда. В последние несколько лет все более широкое распространение получают источники бесперебойного питания (ИБП). Что это такое?
Вкратце,
- ИБП это устройство включающее в себя инвертор (преобразователь постоянного напряжения в переменное 220В) и зарядное устройство. Источником питания инвертора служат аккумуляторные батареи. При отключении электропитания от внешней сети все приборы, подключенные через инвертор, мгновенно перейдут на питание от аккумуляторных батарей. После возобновления подачи питания, инвертор переведет электроприборы на питание от сети и приступит к автоматической зарядке батарей.
- автономная работа:
Инверторная система не требует ни присутствия человека, ни какого-либо обслуживания. Инвертор автоматически переключается на автономное питание от аккумуляторов и обратно на сеть, соответственно при пропадании и появлении напряжения в основной сети. Время переключения составляет 10 миллисекунд, т.е. практически мгновенно. Инвертор с базовым комплектом - двумя батареями по 100 Ампер-часов - может обеспечить работу среднего отопительного котла в течение суток. При необходимости увеличения времени автономного питания возможна установка дополнительных батарей. При работе как от батарей, так и от сети, инвертор выполняет функции автоматического стабилизатора напряжения.
Дизельный или бензиновый генератор изначально запускается вручную. Возможно дооснащение системой автозапуска, что значительно увеличит стоимость системы. Даже при этом время переключения составит не менее 4-х секунд, и вероятность выхода из строя или блокировки критически важных приборов (например, отопительного котла) останется достаточно высокой. Время работы ограничено количеством топлива в баке. Обычный генератор с воздушным охлаждением непрерывно работает до 10 часов, после чего следует продолжительный период охлаждения. Генераторы с водяным охлаждением работают дольше, но стоимость их возрастает в разы. Функции стабилизации напряжения у генераторов нет.
- простота и стоимость эксплуатации:
С инвертором все просто - Вашего внимания он не требует в принципе.
Генератор необходимо регулярно заправлять, контролировать уровень и качество топлива. Своевременно обслуживать - менять масло, свечи, фильтры, форсунки и выполнять ряд других регламентных работ - а это определенные вложения. Наконец, работу генератора, как и автомобиля, обеспечивает двигатель внутреннего сгорания. И зимой даже самый лучший автомобиль может не завестись - при этом в автомобильном двигателе установлено 4 свечи зажигания, а в генераторном - всего одна…
- побочные эффекты:
Инверторные системы характеризуются отсутствием шумов, выхлопных газов, не требуют для работы взрыво- и пожароопасных веществ.
Любые генераторы характеризуются повышенным уровнем шума, требуют устройства особого помещения и топливохранилища - с соблюдением норм пожарной безопасности и организации системы отвода выхлопных газов. Само топливо и выхлопы генератора издают специфический запах и загрязняют окружающую среду.
Итак, сравнение показывает, что инверторные системы на сегодняшний день являются оптимальным решением проблемы автономного аварийного электроснабжения. А что же генератор? Если он не может в полной мере обеспечить поставленные задачи, зачем их выпускают в принципе? Ответ довольно прост: генератор для этого не предназначен. Генератор нужен для обеспечения электроснабжения там, где:
- электрическая сеть отсутствует в принципе;
- электричество проведут еще не скоро, а жить и/или работать нужно уже сейчас.
Поскольку нашу задачу применение генератора решает далеко не в полном объеме, инженеры-энергетики стали искать другие пути решения. В результате появились инверторные системы. Они обеспечат бесперебойное питание Вашего оборудования при любых авариях в электросети. Для полного же решения задачи автономного электроснабжения в местах, где электричество отсутствует как таковое, Вам понадобится комплексная система, состоящая из генератора с системой автоматического запуска и инвертора с необходимым количеством аккумуляторных батарей.
Почему именно CyberPower?
Все отопительные котлы, электроприборы с асинхронными двигателями (циркуляционные насосы, погружные насосы водоснабжения, канализационные насосы, холодильники, стиральные машины, компрессоры) и другая бытовая техника требуют напряжения питания в виде чистой синусоиды (как в обычной электросети). Есть более дешевые инверторы, которые выдают напряжение в виде так называемой "модифицированной синусоиды" (или квази-синуса). Подобные продукты предназначены для питания совершенно других электроприборов и использовать их для решения нашей задачи - все равно что заливать 76-й бензин в новую иномарку. Работать если и будет, то недолго и с похожими последствиями.
Но даже среди инверторов с чистым синусом есть несколько более дешевые аналоги. Здесь важно обратить внимание на величину входного напряжения. У инверторов CyberPower она составляет 24 В, т.е. для работы системы нужно использовать две 12-В батареи. А сопоставимые по цене инверторы конкурирующих производителей требуют 96 В входного напряжения, т.е. необходима установка восьми 12-В батарей. При достаточно высокой стоимости батарей итоговая цена аналогичных систем получится гораздо выше, чем с инвертором CyberPower.
Проблемы электропитания
Потребители электроэнергии наиболее часто сталкиваются с различными типами электрических помех:
Всплески и электрический шум (обычный или нормальный режим)
Повышенное и пониженное напряжение
Отклонение частоты
Гармонические искажения напряжения
Кратковременные перебои и полное пропадание электропитания
Искажения напряжения при переходных процессах
Причины, требующие использования источников бесперебойного питания:
Обеспечение питанием нагрузки при пропадании основной сети – это классическая функция ИБП.
Обеспечение высокого качества электропитания (фильтрованного и стабилизированного) от основного источника или генератора
Обеспечение независимого управления электропитанием. При пропадании и нестабильности сети ИБП автоматически защищает подключенную нагрузку и обеспечивает удаленное отображение состояния, включая сигналы неисправности
Улучшение надежности питающей системы при использовании параллельных систем и систем резервирования, которые могут продолжать обеспечивать высококачественное электропитание даже в случае неисправности в самой системе
Типы ИБП
Off-line – схема построения ИБП, характерная тем, что преобразователь (инвертор), формирует выходное напряжение только при работе от аккумуляторов. В нормальном режиме работы нагрузка питается от входной сети.
Особенность схемы Off-line – наличие автоматического переключателя, коммутирующего питание нагрузки. Достоинство схемы – простота и экономичность; недостаток – нет стабилизации входного напряжения при работе в нормальном режиме и относительно большое время переключения на АБ в аварийном режиме работы.
Line – interactive – схема построения ИБП аналогичная схеме Off – line. Отличие в том, что на входе устройства имеется ступенчатый стабилизатор(бустер) на основе автотрансформатора. Вследствие этого ИБП способен выдерживать длительные понижения или повышения входного сетевого напряжения без перехода на АКБ.
On – line (VFI – Voltage Frequency Independence) - схема построения ИБП, характерная наличием двойного преобразования энергии и постоянно работающего инвертора. В нормальном режиме работы входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. При переходе на работу от АКБ и обратно отсутствуют перерывы и искажения напряжения на выходе устройства. ИБП построенные по схеме On – Line, как правило, оснащены на входе стабилизатором напряжения с широким диапазоном стабилизации.Это позволяет ИБП реже переходить в режим питания от АКБ, что продляет их срок службы. Недостатки схемы On – Line: относительная сложность, более высокая стоимость и несколько сниженный по сравнению с другими схемами КПД. Достоинства: самое высокое качество выходного электропитания, высокая помехоустойчивость, отсутствие перерыва в выходном напряжении при переходе работы от батарей.
Инвертор - полупроводниковый преобразователь электрической энергии, предназначенный для преобразования постоянного тока в переменный.
Инверторные преобразователи напряжения обычно делят на две основные группы –
по форме выходного напряжения:
1. Синусоидальной формой напряжения (чистый синус),
2. Модифицированная форма напряжения (инверторы с модифицированным синусом).
Синусоидальная форма напряжения получается благодаря использованию принципа широтно-импульсной модуляции. Что же дают синусоидальные инверторы в процессе их эксплуатации и стоит ли переплачивать в 2 раза (а то и больше), по сравнению с меандровыми инверторами? Для этого нужно разобраться, какие приборы мы планируем подключать к этим инверторам. Если это, допустим, будут осветительные приборы, или бытовые приборы, имеющие свой импульсный блок питания, то вполне вероятно, что покупка инвертора с чистым синусом формы напряжения будет не обязательна. Но если же вы планируете получать переменное напряжение от инвертора к электроприборам, которые чувствительны к форме напряжения (это может быть котельное оборудование, стиральные машины, холодильники т.е. там где имеются электродвигателя или использование других электромагнитных устройств), то нужно иметь инвертор синусоидального типа.
Дело в том, что при резкой смене полярности (меандр), часто случаются довольно неприятные
эффекты в подключенных электроприборах, которые сокращают срок их службы и могут привести к преждевременному выходу из строя. Поэтому, в данном случае экономия на инверторах будет не оправдана, так как впоследствии придется или покупать новую электротехнику, или нести ее в ремонт раньше срока.
VRLA (Valve Regulated Lead Acid batteries) - батареи с регулируемыми клапанами, или SLA (Sealed Lead Acid batteries) – герметизированные свинцово-кислотные батареи, являются технически индентичными. В англоязычных ресурсах имеется некоторая путаница с применением данных аббревиатур, однако использование аббревиатур SLA и VRLA для необслуживаемых свинцово-кислотных батарей отличаются в них только областью применения и емкостью (SLA – для батарей емкостью до 30А*ч, VRLA – для более емких батарей).
Всвязи с повышенным требованием к точности соблюдения параметров заряда для необслуживаемых батарей необходимо правильно выбирать зарядное устройство. Допустимая пульсация зарядного тока ограничена, обычно в пределах до 2,5% от номинального напряжения (измеряется при нагрузке зарядного устройства максимальным током для данного зарядного при отключенном аккумуляторе). Это означает, что необслуживаемые аккумуляторы необходимо использовать совместно с импульсными зарядными устройствами, работающими на частоте в десятки килогерц и обеспечивающими постоянное напряжение (не пульсирующее в такт с напряжением в сети 220В 50Гц). Производитель может требовать более жестких параметров зарядного устройства.
СВИНЦОВО— КИСЛОТНЫЕ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ
КЛАПАННО— РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ (VRLA)
Аккумуляторы этой группы часто обозначают сокращенно VRLA (Valve Regulated Lead Acid, в переводе с англ. Клапанно-Регулируемые Свинцово-Кислотные).
Особенность VRLA — отсутствие необходимости долива воды в течение всего срока службы и практически полное отсутствие выделения газов (водорода и кислорода) — продуктов электролиза воды, входящей в состав электролита. Поэтому их нередко называют герметизированными необслуживаемыми. Незначительное обслуживание тем не менее необходимо (прежде всего, визуальный осмотр, протирание от пыли, подтяжка
соединений и контроль напряжений).
Благодаря особенностям конструкции и составу материалов пластин, сепараторов и электролита продукты электролиза воды — молекулы водорода и кислорода — в аккумуляторах данного типа рекомбинируют, превращаясь в молекулы воды и возвращаясь в состав электролита.
Коэффициент рекомбинации про нормальных условиях эксплуатации достаточно высок и
может достигать >99%. Поэтому лишь очень незначительная часть
непрорекомбинировавших газов накапливается внутри корпуса аккумулятора и затем при превышении заданного уровня давления стравливается в атмосферу через клапаны.
Поэтому в большинстве случаев аккумуляторы VRLA могут эксплуатироваться в составе электропитающего и пр. оборудования в помещениях без принудительной вентиляции (достаточно естественной). Тем не менее существуют нормативы размещения аккумуляторов в шкафах и помещениях, расчитываемые по формулам производителей.
Электролит в аккумуляторах VRLA находится в связанном состоянии.
В зависимости от способа иммобилизации электролита акк-ры делятся на две основные группы — AGM и GEL:
AGM (от англ. Absorbed Glass Material) — стекловолоконный пористый материал, из которого выполнен сепаратор, заполняющий пространство между пластинами. Сепаратор напитан (как губка) жидким электролитом (водным раствором серной кислоты). Такой конструкцией сепаратора достигается несколько целей:
— высокое качество изоляции пластин;
— усложняется выход за пределы капиллярной системы сепаратора газов, облегчается их рекомбинация с максимальной эффективностью (свыше 99% при нормальных условиях);
— подвижность ионов в жидком электролите остается высокой, обеспечивая отличные динамические разрядные и зарядные характеристики;
— легко обеспечивается ускоренный заряд величиной до 0,3С10, а кратковременно — до 0,5С10; требования к качеству зарядного напряжения (стабильность, пульсации) — умеренные;
— температурные неоднородности выравниваются благодаря подвижности жидкого электролита внутри стеклокапиллярного материала;
— электролит связан в сепараторе благодаря капиллярным эффектам, не вытекает за пределы сепаратора, аккумуляторы могут эксплуатироваться в любом положении (кроме перевернутого);
— стекловолоконный сепаратор дополнительно фиксирует активный материал пластин, предотвращая их осыпание из-за коррозии в процессе эксплуатации.
GEL (электролит —гелеобразный) получается добавлением к серной кислоте силиконового наполнителя. Особенности такого электролита:
— гелевый электролит заполняет пространство между пластинами, но сепаратор не исключается.
— рекомбинация газов в гелевых аккумуляторах имеет несколько меньшую эффективность (до 97%), чем в AGM— типе.
— в гелевом электролите ионы имеют худшие показатели подвижности (в силу большей плотности среды), что отрицательно сказывается на динамических разрядных и зарядных характеристиках гелевых аккумуляторов (развиваемые толчковые токи на 20-40% ниже, чем у AGM); более того, может наблюдаться временный провал в напряжении при набросе нагрузки, что может приводить к срабатыванию автоматики и защит и неадекватному поведению оборудования в целом; поэтому следует с осторожностью применять гелевые аккумуляторы в системах управления током и т. п устройствах с коммутацией быстроизменяющихся токов;
— зарядка гелевых аккумуляторов ограничивается током не более 0,2 С10, в противном случае возникает опасность «вспучивания «геля избыточными газами из-за меньшей эффективности рекомбинации и ограниченной теплопроводности; гелевые аккумуляторы
предпочтительней питать от зарядных устройств с высоким качеством напряжения (стабильность, минимум пульсаций) во избежание перезаряда и перегрева;
— гель эффективнее фиксирует материал пластин, снижая их износ в режимах глубоких разрядов, поэтому циклический ресурс гелевых аккумуляторов в 2-3 раза выше, чем у АGM; это главное (и, пожалуй, единственное) преимущество гелевых аккумуляторов, поэтому их целесообразно применять в тех случаях, где такое применение (циклический режим с глубоким разрядом) востребовано;
— гелевые аккумуляторы также могут эксплуатироваться в любом положении (кроме перевернутого).
По типу пластин имеется несколько вариаций аккумуляторов VRLA.
Прежде всего, большая часть как АGM, так и GEL аккумуляторов выпускается с плоскими намазными пластинами, которые могут иметь отличия по толщине, структуре и составу активных материалов.
От толщины зависит при прочих равных условиях срок службы (ресурс) аккумулятора (растет с увеличением толщины).
Благодаря особенностям структуры и вариациям толщины пластин (поверхности и решетки) можно достигать улучшения динамических разрядных характеристик и, отчасти, срока службы.
Количество пластин N определяет динамические характеристики аккумуляторов (с увеличением N растет уровень развиваемых аккумулятором токов, особенно кратковременных). У ряда производителей имеются типы аккумуляторов с повышенной отдачей в режимах коротких разрядов с габаритами, как у обычных аккумуляторов 6 (для применения, в частности, в источниках бесперебойного питания).
Состав активных материалов также влияет на срок службы пластин, динамические разрядные характеристики, газовыделение и эффективность рекомбинации (как, например, замещение добавки в свинец сурьмы кальцием значительно снижает разложение воды и повышает коэффициент рекомбинации). Практикуются также добавки олова и селена.
Кроме плоских пластин применяются трубчатые (аналогичные OPzS) в сочетании с
гелевым электролитом (OPzV-тип). Аккумуляторы этого типа применяются в режимах глубоких разрядов средней и большой продолжительности, имеют невысокие динамические характеристики, но высокие показатели цикличности. При их применении следует учитывать все достоинства и недостатки гелевых аккумуляторов и пластин OPzS.
По сроку службы (а также показателям качества и надежности) аккумуляторы делятся на категории в соответствии с классификацией ЕUROBAT (ассоциация европейских производителей аккумуляторов):
— коммерческого назначения со сроком службы до 3-5 лет;
— повышенного качества со сроком службы до 6-7 лет;
— высокого уровня со сроком службы до 10-12 лет;
— длительной эксплуатации со сроком службы свыше 12 лет (Long Life 12 Years+).
Срок службы — расчетный, для режима постоянного (буферного) подзаряда и Т = 20 С.
