Вступление
Резервное питание является важной частью современного автономного или полуавтономного жилища или производственного здания. По тем или иным причинам электричество может быть отключено: плановые или внеплановые ремонтные работы, авария на линии и т.д. Чаще всего отключение электричества незапланированное и деятельность в здании замирает без этого жизненно важного ресурса. Именно в таких ситуациях на помощь приходит резервное питание, которое обеспечивает автономность работы на продолжительное время. Из всех автономных источников электроэнергии наиболее доступный по распространенности – бензиновый генератор. Топливо легко достать и запасти в больших количествах, что позволяет обеспечить долгосрочную автономную работу на период отсутствия электричества.
Однако наравне с резервным источником, для питания от основной линии, на современных объектах и в современных домах присутствует и другой не менее важный элемент – стабилизатор напряжения. Поскольку качество электросетей зачастую неудовлетворительное, а проблемы в сети в виде выбросов и скачков напряжения могут привести к повреждению нагрузки, стабилизатор напряжения – необходимость. Качественный стабилизатор напряжения обеспечит не только стабилизацию напряжения, но и защиту от коммутационных перегрузок, скачков и других неприятностей из сети.
Таким образом, имея и стабилизатор напряжения, и резервный источник питания, можно обеспечить себя электропитанием 24/7 независимо от ситуации. Однако это – не совсем так, поскольку стабилизатор и генератор имеют особенности, которые не позволяют работать им вместе. Именно этот аспект будет освящен в этой статье – интеграция стабилизатора напряжения с генератором.
Корень проблемы
Для того, чтобы понять, почему именно генератор не работает напрямую со стабилизатором, следует обратиться к принципам функционирования и генератора, и современного стабилизатора напряжения.
Начнем с генератора. Как известно, бензиновый генератор имеет два ключевых узла:
- Двигатель внутреннего сгорания, он же – ДВС, который сжигает топливо, развивая необходимые обороты для генерации электроэнергии.
- Сам генератор, который представляет из себя ротор – чаще всего с магнитами на нем, и статор, который представляет из себя обмотки из медного провода.
Принцип работы бензинового генератора заключается в вращении двигателем вала, на котором закреплен ротор генератора с магнитами. Когда магниты ротора проходят рядом с обмотками статора, в них возбуждается электрический ток, который, через преобразующую схему превращается в необходимое переменное напряжение 220 вольт 50 герц.
Чем сильнее будет нагружен генератор, тем больше усилия потребуется, что бы провернуть ротор. Таким образом, предельная мощность генератора будет зависеть от того, насколько большой ток может пропустить обмотка и насколько мощный ДВС задействован для вращения ротора.
Если генератор будет перегружен и станет не способен вращать мотор, есть несколько вариантов развития событий:
- При одноразовой перегрузке, генератор просто заглохнет. Двигатель не сможет провернуть вал с ротором и остановиться, сбив свой цикл работы и прекратив работу.
- При многократной перегрузке может повредиться двигатель, который постоянно останавливается. Это создает нагрузку на части двигателя, что приводит к их ускоренному износу, и в итоге к повреждению и, в долгосрочной перспективе, к заклиниванию.
- При многократной перегрузки, также создается нагрузка и на генерирующую часть – статор может сгореть или схема обвязки генератора – повредиться.
- Таким образом, перегрузка для генератора означает потенциальную неисправность или полный выход из строя.
Рассмотрим принципы работы стабилизаторы, которые относятся напрямую к проблеме. Современный стабилизатор напряжения, такой как Quant, способен обеспечивать кратковременную двукратную перегрузку по току, таким образом он позволяет запускать нагрузку, которая в момент старта создает КЗ на линии: моторы, компрессоры, насосы. Этого запаса по перегрузке хватает, чтобы запустить, к примеру, водяной насос в колодце или мощный станок. Таким образом, на входе стабилизатору напряжения необходимо иметь возможность потребить ток, превышающий номинальный.
В случае потребления от основной питающей линии, даже при превышении номинального тока и пропускной способности линии, максимум, что грозит потребителю – отключение по нижнему порогу напряжения. В большинстве случаев, стабилизатор лишь кратковременно просадит входящее напряжение и обеспечит нагрузку необходимым пусковым током. Совершенно по иному обстоят дела при работе от генератора.
Поскольку бензиновый генератор – это система, в которой двигатель напрямую связан с генератором, как только стабилизатор потребит ток, превышающий номинальный ток генератора, произойдет остановка двигателя. Ввиду того, что стабилизатор потребляет этот ток резко, а не постепенно – это также приведет к резкому удару по движущимся частям ДВС. Таким образом, пока стабилизатор будет пытаться поддерживать 220В на выходе, двигатель будет работать скачкообразно, поскольку в разные моменты стабилизатору требуется разное количество тока, а если стабилизатор войдет в перегрузку – то двигатель будет резко остановлен.
Помимо того, что такое скачкообразное потребление тока приводит к опасным режимам работы генератора, как только стабилизатор начнет просаживать входное напряжение в попытке взять необходимый ток, генератору будет всё сложнее поддерживать частоту и напряжение, что также создает перегрузку в генераторе.
Всё это приведет к повреждению либо генератора, либо стабилизатора напряжения. Однако данную проблему можно решить за счет особой коммутации стабилизатора и резервного питания.
Принцип решения проблемы
Стабилизатор напряжения и генератор не совместимы в одной линии. Решением данной проблемы является исключение стабилизатора из цепи питания нагрузки, когда включается генератор и включением его назад, когда генератор выключен. Простейшим исполнением такого решения будет наличие трех автоматических выключателей, два из которых связаны и выключают стабилизатор напряжения из цепи, а один замыкает линию в обход. Однако подобное решение имеет один существенный недостаток – человеческий фактор. Стоит забыть переключить кучу рубильников в нужное положение и стабилизатор и/или генератор может быть поврежден. Кроме того, такое решение применимо только при ручном исполнении коммутации блока генератора. Если запуском генератора заведует автоматический ввод резерва, он же АВР, то в таком случае ручное исполнение не подходит, поскольку АВР запустит генератор раньше, чем человек успеет переключить рубильники.
Таким образом целесообразнее использовать автоматическое исполнения принципа создания обходной линии в виде блока интеграции с генератором.
Блок интеграции с генератором
Основные составляющие блока интеграции – это магнитные контакторы, которые, при правильной коммутации, будут отключаться и включаться в нужном порядке, пуская питающую линию либо через стабилизатор – если генератор заглушен, либо в обход стабилизатор – если генератор запущен. Существует два вида блока интеграции с генератором: ручная и автоматическая, для работы с АВР.
Ручная версия блока интеграции с генератором оснащена пакетным рубильником, который позволяет вручную выбрать источник питания: основную линию или же генератор. Независимо от выбора пользователя, ручной блок интеграции включит обходную линию, если на линии генератора появляется напряжение, защищая стабилизатор и генератор от поломки. В качестве ввода у него присутствует четыре провода – фаза и ноль для основной питающей линии и фаза и ноль для генератора. Кроме того, такой блок одновременно заменяет и точку коммутации, в которую сводятся генератор и основная линии.
Автоматическая версия блока интеграции с генератором подразумевает работу с АВР. В качестве ввода у неё всего два провода – фаза и ноль для ввода питания после АВР. Вместо второй пары вводных проводов у автоматической версии присутствует два сигнальных провода. Один сигнальный провод цепляется на фазу от генератора, а второй сигнальный провод цепляется на фазу вводной линии. Как только АВР запустит генератор, автоматический блок интеграции переведет питание в обходной режим, а как только АВР остановит генератор и перейдет на основной источник питания – блок интеграции также вернет стабилизатор в цепь.
Таким образом, блок интеграции обеспечивает гарантированное безопасное подключение стабилизатора и после генератора, что убережет и стабилизатор, и генератор от повреждения.
Резюме
Блок интеграции с генератором позволяет безопасно совместить между собой бензиновый генератор и стабилизатор напряжения. Это особенно актуально, если генератор и АВР уже установлены и стабилизатор необходимо правильно подключить после АВР. Кроме того, блок интеграции ручной версии обеспечивает безопасную точку коммутации для стабилизатора в связке с генератором, если автоматический ввод резерва не планируется и всё равно необходим рубильник для выбора источника питания. Таким образом обеспечивается безопасная схема, в которой одновременное включение стабилизатора и генератора в питающую цепь невозможно.
