Применение источников бесперебойного питания в системе электроснабжения индивидуального жилого дома.

   В настоящее время в индивидуальном жилищном строительстве, в подавляющем большинстве случаев, используются автономные системы отопления и водоснабжения. В то же время обеспечение электроэнергией этих систем, как и всего электрооборудования в целом, осуществляется централизованно, используя подключение объектов к сетям местных энергокомпаний. К сожалению именно электроснабжение оказывается самым слабым звеном в системе жизнеобеспечения индивидуального дома. Электрические сети перегружены, оборудование находится в плачевном состоянии и, как следствие, энергетические компании не в состоянии обеспечить потребителя электроэнергией надлежащего качества. В наших сетях, практически повсеместно встречается несоответствие Нормам качества электрической энергии: недопустимые отклонения напряжения и частоты, высокочастотные и импульсные помехи, провалы и полное пропадание напряжения. Это приводит к сбоям в работе электрооборудования, вплоть до его выхода из строя. Отклонение напряжения, в подавляющем большинстве случаев, можно устранить, используя стабилизаторы напряжения, но при полном пропадании напряжения стабилизаторы бессильны.

   В случае отключения электроэнергии во внешней сети, потребитель вынужден использовать резервные источники для поддержания питания электрического оборудования. Наиболее часто в качестве резервных источников используются автономные электростанции или источники бесперебойного питания, либо эти устройства, работающие в паре друг с другом. Альтернативные источники энергии, такие как солнечные батареи и ветрогенераторы не находят широкого применения ввиду их крайне низкой эффективности и нестабильности работы, напрямую зависящей от условий окружающей среды.

   При регулярных и длительных по времени отключениях энергии (несколько суток подряд), либо отсутствии централизованного энергоснабжения как такового, выбор автономного источника очевиден – это электростанция на основе двигателя внутреннего сгорания (обычно дизельного). Однако чаще всего встречаются ситуации, когда напряжение в сети отключается с некоторой регулярностью на относительно небольшое время (от нескольких часов до суток). В этих случаях использование генератора может быть нецелесообразным.

   Суммарная мощность электрооборудования в индивидуальном доме может составлять десятки киловатт, но полностью она используется достаточно редко. Пользование мощным электрооборудованием, таким как стиральная и посудомоечная машина, утюг, электрическая сауна и т. п. можно отложить до восстановления подачи электричества. Когда нагрузка невелика – нерентабельно эксплуатировать относительно мощный генератор, более того минимально допустимая нагрузка, подключенная к дизельному генератору не должна быть менее 30% от его номинальной мощности, в противном случае двигатель довольно быстро может выйти из строя.

   В постоянном электропитании безоговорочно нуждается котельное оборудование (останов котла в зимнее время на несколько часов приведёт к очень серьёзным последствиям). Так же к ответственным потребителям можно отнести холодильник, минимально-необходимое аварийное освещение. Системы безопасности – пожарная и охранная сигнализации комплектуются собственными ИБП постоянного тока. Переход на питание этих ответственных потребителей от автономных систем непременно должен осуществляться в автоматическом режиме.

   В большинстве частных домов система отопления построена на базе газовых или жидкотопливных котлов. Электрическая часть данного котельного оборудования состоит из электронного блока и, как правило, одного-двух циркуляционных насосов малой мощности (50 – 100 Вт). Мощность среднего холодильника 150 Вт, энергосберегающей лампы – 9 Вт (энергосберегающая лампа мощностью 9 Вт соответствует по уровню светового потока лампе накаливания мощностью 45 Вт, пяти ламп может быть достаточно для минимального освещения дома). Аварийное питание вышеперечисленных потребителей в течение нескольких часов и даже суток можно обеспечить, применяя соответствующие источники бесперебойного питания, использующие энергию аккумуляторных батарей. ИБП имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с резервными генераторами:

• значительно более высокий коэффициент надёжности;
• большее время наработки на отказ;
• высокое качество электрической энергии на выходе
• отсутствие необходимости в периодическом обслуживании и замене расходных материалов (кроме АКБ);
• бесшумность работы;
• отсутствие эксплуатационных расходов;
• простота монтажа и подключения.

Для длительного питания оборудования, имеющего в своём составе электродвигатели (система отопления, холодильник) ИБП должен обладать определёнными свойствами:

• форма выходного сигнала – в виде полноценной синусоиды с частотой 50 Гц;
• высокая точность стабилизации напряжения;
• мощное зарядное устройство в составе ИБП для обеспечения заряда аккумуляторных батарей большой ёмкости;
• широкий диапазон напряжений, в котором ИБП не переходит на питание от батарей;
• автоматический переход в режимы заряда / разряда АКБ без перерыва питания;
• защита от глубокого разряда аккумуляторов;
• наличие аварийного режима  “By-Pass” на случай выхода из строя ИБП или его перегрузки.

Всем этим критериям, в отличие от подавляющего большинства инверторов и интерактивных UPS, обладают источники бесперебойного питания с двойным преобразованием энергии серии ДПК-М. Источник выбирается по мощности, учитывая пусковые токи электродвигателей, количество и ёмкость аккумуляторов рассчитывается исходя из требуемого времени автономии.

   В составе ИБП крайне желательно использовать специализированные герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. В отличие от стартерных автомобильных аккумуляторов они обладают иными зарядно-разрядными характеристиками, рассчитаны на меньшую величину зарядного напряжения, не производят выделения газов во внешнюю среду, так как снабжены системой внутренней регенерации газов, обладают большим сроком службы. Ниже приведены некоторые примеры конфигурации оборудования:

Вариант 1

Характеристики нагрузки

Максимальное время автономной работы системы при заданной нагрузке:

Вариант 2

Характеристики нагрузки

Максимальное время автономной работы системы при заданной нагрузке (пусковая мощность холодильника превышает номинальную в 7-15 раз, подключение холодильника к моделям ИБП мощностью менее 2 кВА приведет к отключению ИБП  по перегрузке при автономной работе!!)

Соотношение времени автономии и мощности нагрузки при определённой ёмкости аккумуляторов связанно нелинейной зависимостью, но условно можно считать, что, например, при двукратном увеличении мощности время резерва уменьшится вдвое и наоборот. Кроме того, реальное время резерва существенно зависит от состояния АКБ в данный момент, степени заряда, температуры окружающей среды.

  Далее имеет смысл сравнить экономические показатели двух альтернативных вариантов резервных источников электропитания: ИБП и бензо-генератора с автоматическим запуском.  Рассмотрим пример нагрузки из Варианта 2. Предположим, что средне статистически отключение электроэнергии происходит один раз в неделю на 10 часов. Ниже приведён расчёт расходов за пять лет эксплуатации ИБП (срок службы батарей - 10 лет)  и бензинового генератора с автоматическим запуском.

Итак, учитывая технические и экономические показатели сравниваемого оборудования, однозначно можно сделать вывод, что для обеспечения аварийного питания ответственной нагрузки малой мощности значительно эффективней использовать соответствующие источники бесперебойного питания, а не генераторные установки.