Поговорим про резервное энергоснабжение дома концептуально, но с практическими выводами
- В этой теме 10 участников и 23 ответа.
-
В отличии от квартиры, дом значительно сильнее зависим от наличия электроэнергии, ведь при ее отсутствии автоматически лишаемся практически всех систем — освещения, отопления, вентиляции, горячей воды и часто вообще водоснабжения, если используется насосная станция. Поэтому в рамках комфорта умного дома необходимо предусмотреть резервное энергоснабжение. Самое простое решение — это использование автономного генератора. Но его нужно еще правильно подключить, чтобы при возобновлении подачи энергии ничего не сгорело, выбрать его мощность, чтобы не перегрузить и определиться с его запуском. Конечно, можно установить электростанцию, мощностью от 10 кВт, с автоматическим запуском и со схемами согласования с электросетью, но цена ее непомерно высока. Да и установить ее не так и просто. Ну и остается вопрос, когда его запускать — сразу при отключении электричества, через полчаса или вручную. Ведь хождение с фонариком в ожидании запуска как-то не очень комфортно, а мгновенный запуск часто неудобен, особенно в ночное время или при 15-ти минутном отключении.
Так что самый простой вариант получается дорогой и не очень удобный. Это привело к поиску более рационального решения.
Опишу коротко основную идею. Состоит она из нескольких решений:
- Питание всего освещения дома через ИБП. Это позволит всегда иметь освещение на протяжении нескольких часов, в зависимости от аккумулятора, времени суток, количества и типа включенных ламп.
- Наличие дополнительной разводки под розетки с резервным питанием. Это позволит обеспечить резервным питанием критические системы генератором минимальной мощности. Без необходимости отключать всех потребителей от розеток, чтобы не перегрузить генератор. Розетки желательно сделать другим цветом, чтобы их можно было легко идентифицировать.
- Наличие схемы, автоматически подключающей генератор к сети, в случае ее отсутствия и отключающей генератор от сети при возобновления подачи электроэнергии.
- Запуск генератора. Это можно решить на выбор — автоматически, по таймеру, вручную. Я предпочитаю ручной запуск.
- Автоматическое глушение генератора.
Детали реализации
Все таки, отключение электроэнергии — это внештатная ситуация, нет смысла тратиться на полностью автономную систему. Поэтому разобьем потребителей на группы. Это освещение, критичные системы (котел, насос), некритичные системы (холодильник, вентиляция, телевизор).
Что доставляет наибольший дискомфорт при отключении питания? Обычно — это отсутствие освещения. Без освещения сложно обойтись, ну и потребляет оно немного. Поэтому его резервируем в первую очередь, с помощью ИБП. Конкретную модель нужно подбирать исходя из нескольких условий — количество и тип ламп, тип и емкость аккумулятора. В большинстве случаев достаточно обычного компьютерного UPS, стоимостью $200. Подключается он в щитке, в разрыв линии освещения. Время работы от аккумулятора должно составлять не менее 30 минут, чтобы покрыть кратковременные отключения и дать время запустить генератор, в случае необходимости. Звуковую сигнализацию желательно отключить, чтобы не будить дом ночью.
Следующий вопрос — выбор мощности генератора. Обычно 2500 Вт более, чем достаточно. А это обычная потребительская модель, стоимостью около $400. Этого хватит, чтобы обеспечить питанием насосы котла и скважины, освещение, холодильник и компьютер. Питание всего от аккумуляторов, по аналогии с освещением, крайне невыгодно. Во первых — нужна большая выходная мощность инвертора, во вторых — большая емкость аккумуляторов и высокая цена их замены, в третьих — инвертор должен выдавать правильную синусоиду, так как к ее форме чувствительны некоторые двигатели и модулируемые горелки котла. Генератор же выдает чистую синусоиду, автономен не менее 15 часов на одной заправке, дешев. Также, он чаще всего комплектуется стартером и собственным аккумулятором, что позволяет при желании реализовать автозапуск.
Далее — разводка питания с резервированием от генератора. К ней подключаются насосы и котел. Необходимо обеспечить минимум по одной розетке в каждую комнату. Это позволит подключать по желанию остальную бытовую технику.
Ну и последнее — подключение.
Схема подключения систем резервного питания.
На схеме:
EL1 — освещение в доме,
Кл1 — клемма подключения к не зарезервированным розеткам
Кл2 — клемма подключения к зарезервированным розеткам
Кл3 — клемма, включенная в разрыв зажигания генератора.
К1 — реле управляющее контактной группой К1.2, К1.3, К1.4
G — генератор
UPS — источник бесперебойного питания
Когда есть напряжение в сети, обмотка реле находится под напряжением и питание подается напрямую в сеть. В случае отключения напряжения, контакты перейдут в исходное положение, обозначенное на схеме, и подключат к сети генератор. Освещение будет продолжать питаться некоторое время от аккумулятора UPS. В случае необходимости, генератор можно запустить, что обеспечит питанием освещение и резервные розетки, подключенные к клемме Кл2. Когда внешнее питание будет восстановлено, реле К1 сработает, отключив генератор от сети и разорвав цепь зажигания генератора, тем самым заглушив его. Система вернется в исходное состояние. Схема подключения является лишь демонстрацией идеи, а не принципиальной схемой.
В итоге стоимость всей системы составляет около $600 + работа по прокладке проводов. Но в некоторых случаях, можно использовать уже существующую проводку, если она грамотно выведена на щиток.
Послесловие
Это базовая схема. Ее при желании можно и нужно улучшать. Особенно, когда появится возможность интеграции с удаленным управлением, мониторингом и прочим. Как минимум, в будущем можно добавить оповещение про отключение электроэнергии, удаленный запуск и отключение генератора, прочее. Также, вместе с освещением можно обеспечить резервным питанием через ИБП сигнализацию, роутер и сервера, но обычно этого не требуется. Так как они чаще всего комплектуются собственными резервными источниками питания. Достаточно включить их в розетку, подключенную к линии питания от генератора.
Также, я не рассматривал подключение солнечных панелей и ветрогенераторов. Это дорого и плохо подходит именно для резервного питания. Они выдают малую мощность на протяжении всего срока службы, а для резервного питания нужна относительно большая мощность на короткий период — несколько десятков часов в год.
Данную задачу можно решить массой способов. Мне данное решение кажется наиболее сбалансированным. Дальнейшее увеличение комфорта сопровождается значительным ростом стоимости, что приемлемо не всегда.
https://geektimes.ru/company/masterkit/blog/271266/
У большинства из нас есть дачи, а кто-то вообще круглогодично проживает в частном доме или коттедже. Проблема перебоев с электроэнергией на периферии знакома не понаслышке. Самый простой выход из ситуации – зажечь свечку и смиренно ждать лучшего, но в наше время это не всегда приемлемо. Более продвинутые дачники обзавелись генераторами, вот только их запуск и остановку нужно производить вручную. В темноте и в холодное время года это делать некомфортно. А бывают ситуации, когда хозяев вообще нет дома, однако прекращение подачи энергии может привести к останову систем управления обогревом дома и другим критическим ситуациям. В таких случаях просто необходимо автоматизировать процессы перехода с основного питания на резервное, и наоборот. В первой части мы рассмотрим пример работы модуля MP8036multi в режиме контроллера (смешанный режим, пример 1), управляющего автономным питанием загородного дома. А также приведем схему подключения и пример рабочей отлаженной программы.
Задача эта не так проста, как кажется. Во-первых, нужно отслеживать наличие напряжения в сети, причём отличать кратковременные колебания напряжения от действительно случаев прекращения поставки энергии. Во-вторых, недостаточно просто подать напряжение на запуск генератора – надо также через некоторое время проверить, запустился ли он и как стабильно работает, и только после этого переключать сеть питания на резервную линию. В-третьих, на протяжении всего времени работы генератора желательно отслеживать его состояние: давление масла, уровень топлива и т.п. Также необходимо контролировать наличие и стабильность напряжения в сети, и после возобновления поставки электроэнергии плавно остановить генератор, дав ему поработать на холостом ходу, и только после этого переключить потребителей на основную линию.
Соответственно, контроллер управления должен поддерживать работу с датчиками температуры, иметь как минимум два входа АЦП, восемь независимых выхода для управления пускателями и реле, выход для сигнализации и индикации – и при этом обладать возможностями гибкой конфигурации. Всем этим требованиям удовлетворяет новинка Мастер Кит – многофункциональный контроллер MP8036multi.
В общем приближении, система автоматического управления будет иметь следующие основные органы управления и сигнализации:
– датчик MP220V №1 (контроль ввода);
– датчик MP220V №2 (контроль генератора);
– MP220op №1 (ВКЛ/ОТКЛ ввода, задержка);
– MP220op №2 (ВКЛ/ОТКЛ генератора задержка);
– NK146 №1 (ВКЛ/ОТКЛ аварийное освещение);
– MP2211 №1 (привод заслонки открытия);
– MP2211 №2 (привод заслонки закрытия);
– зажигание/топливный клапан;
– пуск стартера (выход РЕЛЕ 1);
– контроль давления масла;
– контроль температуры инвертора;
– NK146 №2 охлаждение инвертора;
– контроль заряда АКБ;
– индикатор аварии / исправность датчика температуры;
– индикатор переключения линии ввода.
Алгоритм работы модуля
При включении питания модуль проверяет наличие сетевого напряжения 220В, используя датчик MP220V (вход 4). Если сетевое напряжение отсутствует, модуль с помощью оптореле MP220op (Выход 1) отключает линию питания от счетчика и запускает алгоритм старта генератора или инвертора (Реле 1) и (Реле 2).
После осуществления запуска модуль ожидает 15 секунд – за это время генератор должен выйти в рабочий режим. После этого с помощью реле MP220op (Выход 2) происходит подключение линии питания дома к высоковольтной розетке генератора. Контроль запуска генератора происходит с помощью датчика сетевого напряжения MP220V, подключенного к Входу 3 модуля.
При работе от генератора модуль постоянно контролирует наличие сетевого напряжения 220В на вводе (Вход 4). Как только на домашнем электросчётчике появится 220В, контроллер произведёт отключение линии питания дома от генератора (Выход 2). Для охлаждения генератор проработает 30 секунд в холостом режиме, после чего будет остановлен.
Через 35 секунд стабильной подачи напряжения 220В, на вводе счетчика, модуль подключает линию питания дома (Выход 1). В это время, несмотря на отсутствие напряжения в розетках, автоматически включается аварийное освещение (Выход ШИМ3).
При использовании DC/AC инвертора предусмотрен двухпороговый контроль температуры. При превышении температуры 60С, включается вентилятор охлаждения инвертора (Выход 3). Если температура продолжает расти, то при 90С произойдет отключение линии питания дома (Выход 2). Затем модуль будет ожидать охлаждения инвертора до 60С, после чего снова возобновит питание (Выход 2).
При всех положениях, когда отсутствует напряжение в линии питания дома, с помощью выхода ШИМ3 включается аварийное освещение. Так как аварийное освещение запитано от аккумулятора, в целях энергосбережения лучше использовать светодиодные светильники или ленты.
С помощью входа АЦП3 модуль может контролировать давления масла в картере генератора, и при аварийно низком давлении будет произведена остановка генератора.
С помощью входа АЦП4 при работе с генератором модуль может контролировать уровень топлива в баке, а при работе с DC/AC инвертором – заряд аккумуляторных батарей, защищая их от глубокого разряда.
На выходе ШИМ4 реализована индикация переключения линии питания дома ВВОД/РЕЗЕРВ.
На выходах ШИМ1 реализована аварийная сигнализация:
– низкое давление масла в картере (Вход АЦП3);
– низкий заряд аккумулятора (Вход АЦП4);
– перегрев DC/AC инвертора (Вход Data).
Для бензиновых генераторов предусмотрено управления заслонкой генератора, осуществляемое с помощью выходов реле 3 и реле 4. При использовании дизельного генератора на выход реле 4 можно подключить свечу накала, для подогрева поступающего воздуха в морозы. При использовании DC/AC инвертора выходы реле 3, реле 4 и Реле 2 не используются.
Программа модуля написана таким образом, что позволяет управлять любым типом генератора: как бензиновым, так и дизельным. При необходимости можно использовать DC/AC инвертор необходимой мощности. При работе с инвертором код программы менять не потребуется.
Схема подключения и текст программы приведены ниже:
Все используемые каналы ШИМ переведены в режим дискретных выходов. Но при необходимости их всегда можно задействовать по назначению.
При практической проверке программы не забудьте добавить термодатчики ДТ1 согласно инструкции по конфигурации. Обратите внимание, при добавлении двух и более датчиков, необходимо подключать их по очереди. Временные интервалы и диапазон температуры корректируются по месту.
При каждой загрузке программы в память модуля программу-конфигуратор необходимо запускать заново.
На первый взгляд может показаться, что все очень сложно. Но на деле, просто необходимо понять алгоритм, как на любом другом устройстве. Берёте за основу один из входов и просто начинаете описывать условия. В данном случае за основу был взят Вход 4.
При необходимости вы всегда можете поправить алгоритм для той или иной задачи.
При суммарной мощности потребления электроприборов до 7 кВт вместо связки MP220op+Пускатель можно использовать силовой модуль MP146:
Продолжение следует …
Авторы решения: Е.А. Сапунов, В.А. Рублев (UA4LOU)
ИБП — г. Новосибирск.
Цена 12 т.р.
На мой взгляд должно быть хорошее и надёжное.
Вот фотки и описание.
Когда получу аккумуляторы, постараюсь выложить осциллограммы под разными нагрузками.
- Для ответа в этой теме необходимо авторизоваться.
