Резервные источники тока — какие бывают?

В некоторых школах при проведении единого государственного экзамена необходимо, чтобы видеонаблюдение транслировалось в режиме реального времени. Если произойдет отключение электроэнергии, то признают недействительной сдачу экзамена в конкретном пункте.

В таких условиях нельзя говорить даже о гарантированном ресурсе разнообразных приборов. Например, некоторые модели газовых котлов или компьютерной техники требовательны к качеству напряжения. Поэтому при критическом снижении блок питания устройства попросту не сможет запуститься, начнет срабатывать защита. В нашей статье мы рассмотрим резервные источники электроснабжения.

Резервное электроснабжение- Обзор

Система резервного энергоснабжения – это совокупность источников электроэнергии, которые могут обеспечивать загородный дом, сельско-хозяйственный или промышленный объект электроэнергией, как от системы центрального электроснабжения, так и от автономной системы, когда при пропадании основной сети электроснабжения автоматически включается автономная. То существует разница в понятиях резервной и автономной системы, при существенной их схожести.

Возобновляемые источники энергии – вариант резервного источника электричества, который стремительно набирает популярность.

Источниками электрического тока выступают ветер, солнце или вода. Недостатком ВИЭ является нестабильность работы, связанная с изменениями климатических условий. В связи с этим, в данных системах практически всегда применяются батареи АКБ. В этом случае, график дневного потребления энергии может выглядеть следующим образом:

Наиболее распространенные системы резервного электроснабжения с помощью возобновляемой энергии — инверторно-аккумуляторные системы. Они применяются и в частных домах, и на промышленных объектах. Работа системы основана на преобразовании параметров возобновляемого электричества к подходящим для зарядки АКБ, и преобразовании постоянного тока АКБ в переменный ток промышленной частоты при отключении основного источника.

Элементы

Солнце

Солнечная энергия при помощи батареи солнечных фотовольтаических элементов преобразуется в электрическую.

Ветер

Энергия ветряного потока через лопасти ветряка передается на вал электрогенератора, который вырабатывает электроэнегрию.

Микро-ГЭС

В этом случае источником электроэнергии становится поток воды, вращающий турбину или колесо микро-ГЭС, энергия вращения передается на вал электрогенератора.

Генераторы

Они работают по следующему принципу: энергия расширения газов, образующихся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию вращения коленвала (двигатель внутреннего сгорания). Приводимый от двигателя ротор электрогенератора, вращаясь, возбуждает электромагнитное поле, создающее индукционный переменный ток в обмотке генератора, частота вращения которого подобрана так (50 Гц), что вырабатываемый ток может быть передан непосредственно потребителю без дополнительного преобразования.

Где ставить генератор

Место установки генератора определяется габаритами источника. Также оно зависит от конструктивных особенностей. Например, дизельные устройства не только генерируют электроэнергию, но и сильно дымят. Поэтому нужно делать качественную вытяжку.

Устройства, на которых нет кожуха, издают очень много шума. Следовательно, их лучше всего размещать в пристройке или в сарае.

При установке резервного источника электроснабжения аккумуляторные батареи монтировать вовсе не обязательно. Поэтому нужно отвести место только под генератор.

В том случае, если установка резервного питания производится на улице, обратите внимание на то, какой у него способ запуска. А запускаться оно может как от аккумуляторной батареи, так и вручную. Правда, существуют устройства с автоматическим запуском при снижении напряжения в сети ниже нормы.

Газовые генераторы

Если в вашем доме имеется сетевой газ, то установка газового генератора является оптимальным вариантом. Топливо для этого устройства наиболее дешевое. Мощность большей части изделий стартует от 7 кВт, а этого более чем достаточно для питания всех электроприборов в загородном доме.

Правда, стоимость газового генератора — 180 тыс. руб. Но нужно учитывать, сколько вы сможете сэкономить на топливе, если сравнивать его с дизельным или бензиновым. А самое главное — это то, что вредных выбросов практически нет.

Бензиновые генераторы

Распространенные варианты устройств для обеспечения дома резервным питанием. Конструкция бензиновых двигателей намного проще, нежели дизельных. Большая часть владельцев загородных домов имеет в своем распоряжении автомобиль. Следовательно, познания о принципах работы двигателя внутреннего сгорания имеются. Ко всему прочему, такие генераторы очень просты в обслуживании.

Поэтому такие резервные источники электроснабжения в школах используются наряду с ИБП. Последние дают оборудованию работать в течение 15-30 минут. За это время производится запуск бензинового генератора и переход на резервное оборудование. Все оборудование обязательно должно испытываться и иметь соответствующую документацию. К таковой относится акт проверки резервного источника электроснабжения.

Дизельные генераторы

Стоит отметить, что под этим названием можно подразумевать сразу несколько разновидностей этой техники. Сюда входят и дизельные подстанции, и дизель-генераторы.

Достоинства таких агрегатов в том, что они могут работать без остановок в течение долгого промежутка времени.

Если сравнивать с бензиновыми генераторами, то от этих агрегатов не образуются пары, которые необходимо отводить в целях обеспечения пожарной безопасности.

Конечно, дым от прибора интенсивно выделяется, и по этой причине необходимо делать качественную вентиляцию в помещении, в котором производится установка оборудования.

В принципе, можно выхлопную трубу сделать максимально герметичной, при помощи гибкой гофры удлинить ее и вывести на улицу.

В этом случае все выхлопные газы будут уходить в атмосферу.

При обеспечении резервными источниками электроснабжения здания необходимо, чтобы все вредные выхлопы из помещения отводились в атмосферу.

Если судить по отзывам владельцев загородных домов, наиболее удобными при эксплуатации и ремонте являются бензиновые генераторы. Стоит отметить, что их всегда можно дозаправить непосредственно из бензобака автомобиля.

Другими словами, топливо для этого генератора всегда можно найти, чего не скажешь про газовые генераторы. Если необходимо, то заполняется акт испытаний резервного источника электроснабжения.

Контроллер заряда

Предназначается для адаптации нестабильного электричества от возобновляемого источника к годному для заряда АКБ.

Он так же выполняет функцию запорной арматуры и не допускает «переполнения» энергией аккумуляторной батареи.

Он позволяет осуществлять зарядку АКБ по заданному режиму, препятствуя возникновению перенапряжения.

Для разных источников ВИЭ, контроллеры заряда имеют свои особенности.

Для солнечных панелей, наиболее современные контроллеры заряда — MPPT контроллеры. MPPT расшифровывается как Maximum Power Point Tracking (отслеживание точки максимальной мощности). Его задачей является максимальное использование вырабатываемой солнечной энергии в нагрузке.

Банк АКБ

Аккумулятор предназначен для накопления и последующей отдачи энергии в сеть, поскольку эффективность работы источников энергии, использующих солнечный свет или ветер, зависит от интенсивности последних.

В резервных источниках электроснабжения используются аккумуляторы двух типов:

• AGM
• Гелевый.

AGM представляет собой абсорбирующие стеклянные маты, расположенные между положительными и отрицательными свинцовыми пластинами. В них в связанном состоянии находится электролит.

В гелевых аккумуляторах в качестве сепаратора применяется силикагель, которым заливается пространство между пластинами в процессе производства. После застывания он представляет собой твердое вещество с огромным количеством пор, в которых удерживается электролит.

Благодаря тому, что силикагель полностью занимает всё пространство, в гелевых аккумуляторных батареях практически невозможно осыпание свинцовых пластин и как следствие, закорачивание и выход из строя.

При соединении аккумуляторов в батареи следует учитывать, что при последовательном соединении аккумуляторных батарей, ёмкость не меняется, а напряжение складывается, при параллельном – складывается ёмкость, а напряжение остаётся неизменным.

Важной характеристикой системы является максимальная глубина разряда банка аккумуляторов, которая задается при настройке системы. Чем больше глубина разряда, тем меньше циклов выдержит АКБ.

Инвертор с системой управления вводом резерва

Инвертор – это устройство, служащее для преобразования постоянного тока в переменный. Различные типы инверторов на разные напряжения и мощности широко применяются в быту, например, устройство, применяемое для инвертирования напряжения с АКБ автомобиля в 220В, для подогрева чая в походе тоже будет называться «инвертор».

Если распространить приведенную аналогию, то и инверторные системы для ВИЭ от различных производителей могут различаться очень сильно, хотя заявленные характеристики будут похожи.

Функция инверторов для систем резервного питания, не ограничивается преобрадованием постоянного тока в переменный, они так же выполняют зарядку АКБ от основного источника электричества, следят за параметрами сети и обеспечивают автоматический ввод резерва, в разряда АКБ осуществляют пуск дизель-генератора, могут осуществлять передачу излишков энергии в общую сеть, отправлять данные на удаленные или облачные АРМ и прочие функции.

Важная функция инвертора — он не даёт разрядиться батарее ниже критического уровня, что могло бы привести к преждевременному выходу аккумулятора из строя. Например, вместо положенных 10 лет, они прослужат 3 года.

Устройства управления и связи

Как правило, управляющие функции выполняет инвертор, дополнительно подключаются блоки ввода и отображения информация и блоки связи.

Блоки ввода/вывода информации используются в основном для начального программирования системы и для конечного пользователя не так интересны.

Блоки связи позволяют передавать информацию по Ethernet или по другим сетям передачи данных,  пользователь может получать все данные о системе и передавать команды на систему удаленно, например через приложение в смартфоне.

Типовая система резервного электроснабжения для частного дома

Рассмотрим типовую схему резервного электроснабжения загородного дома на основе системы XW+ Xandrex Schneider Electric.

Классический алгоритм работы следующий: Работа инвертора в режиме «grid support» с максимальным использованием энергии ВИЭ. При отключении основной сети, переход на резервный источник, и, при необходимости, использование накопленной энергии АКБ.

В случае, если по каким-то причинам, энергии возобновляемого источника недостаточно, а банк АКБ сильно разряжен, система формирует команду на запуск дизель-генератора. Энергия дизель-генератора расходуется на потребители и на заряд банка АКБ, при зарядке банка АКБ, дизель генератор отключается. Цикл повторяется до включения основного источника.

Любой из вышеперечисленных источников может выступать в качестве основного (кроме АКБ), остальные будут играть роль резервных.

Системы безопасности работают на различных принципах, устроены согласно той или иной архитектуре. Однако нельзя упускать такой момент как электропитание. Относясь к нему халатно и благодушно, сложно рассчитывать, что в итоге получится хороший результат. Электроснабжение охранного оборудования должно быть бесперебойным, и полагаться только на сетевой ток не следует. На выручку приходят системы гарантированного питания.

Но проблема в том, что многие из них попросту не соответствуют необходимым требованиям. Большое количество производителей в условиях отсутствия стандартов качества делает пусть даже неплохие сами по себе, но не полностью удовлетворяющие все потребности устройства. Полагаться на сертификаты не стоит, потому что они только подтверждают соблюдение заявленных параметров. Решается ли основная задача охраны — при сертификации не учитывают.

Что надо знать для грамотного выбора

Начать необходимо с терминологии. Резервное, оно же гарантированное, электропитание, подразумевает стабильную подачу тока из основной сети, с подключением резерва при исчезновении напряжения в ней. Источник бесперебойного питания сочетает в себе обе функции, и при перебоях с электричеством автоматически переключает на аккумулятор.

БИРП или РИП, или БРП – это блок источника резервного питания. Блоками резервного питания пользуются для подачи тока в критических ситуациях для аппаратуры, оснащенной внутренним сетевым преобразователем и вводом под резерв.

Типичное конструктивное исполнение — сетевой зарядный аппарат с защитными элементами. Добавление преобразователя усложняет систем, но зато гарантирует повышенную надежность.

Немного о вариантах РИП и его работе

Когда устройство работает на аккумуляторе, оно может создавать сильный ток, ограничиваемый исключительно цепями защиты. В резервном режиме превышение достигает 2–3 раз по сравнению с режимом бесперебойного электроснабжения. Такие блоки подойдут как основной источник снабжения охранной и пожарной сигнализации, потому что их характеристики идеально соответствуют основным требованиям. Большую часть времени будет расходоваться очень маленький ток, а при срабатывании он резко увеличится.

Схемотехника выделяет 3 группы устройств по исполнению низковольтного стабилизатора:

Первый вариант используется исключительно редко. Его единственными достоинствами будут компактность и легкость, а также приличный КПД — но в большинстве случаев данными нюансами вообще можно пренебречь. При этом надежностью такие системы не блещут, создают много помех, а ремонтировать их крайне трудно.

Схема с ШИМ стоит относительно недорого и имеет высокий КПД. Изъяны почти те же, что и в предыдущем случае.

И все же подобная техника становится популярнее, потому что появился целый ряд доступных, относительно стабильных комплектаций. Ниша модулей с ШИМ — работа на токах более 2 А. Также подобные стабилизаторы могут пригодиться для преобразования напряжений или получения токов с вольтажом, отличным от вольтажа батареи.

Трансформатор с линейной стабилизацией наиболее надежен и дает наименьшее число помех. Починить его не составит особенного труда. Да, КПД таких устройств довольно низок, а модели, рассчитанные на большие токи, стоят дорого.

Однако именно стабильность работы охранной и пожарной сигнализации, уровень ее устойчивости к различным воздействиям — главные факторы, которые следует учитывать. Линейная схема, несмотря на усовершенствование двух других вариантов, оказывается наиболее перспективной в обозримом будущем.

Напряжение на выходе

Этот параметр обязательно следует учитывать. Свинцовая АКБ, рассчитанная формально на 12 вольт, может после зарядки иметь на клеммах показатель 14,5В, а после разрядки он иногда снижается менее чем до 10 В.

Но существуют приборы, которые выдают точно заданное или регулируемое в определенных пределах напряжение. Строгая стабилизация характерна для усложненных РИП, имеющих ШИМ-преобразователь. В большинстве случаев напряжение при обычной работе понижается планомерно. Решение надо принимать с учетом требуемого диапазона напряжений, на которых работает обслуживаемая техника.

Типичная видеокамера или датчик от надёжного производителя будет стабильно действовать при токах от 9 до 15 вольт. Однако встречаются ситуации, когда оборудование класса нонейм выходит из строя при незначительном отклонении параметров электропитания.

Руководствоваться следует сопроводительной документацией, которая должна указывать основные диапазоны электрических параметров.

Характеристики сетевого питания

Распространенное сетевое напряжение 220 В, на самом деле, может колебаться в широких пределах. Даже, согласно государственному стандарту, допустим разброс от 187 до 242 вольт. Естественно, резервный источник питания обязан соответствовать тому же критерию.

Выполнить такое требование нелегко, так как важно в любых соотношениях напряжения и силы тока сохранять устойчивость, и исключить поломку при чрезмерно мощном нагреве.

Вместо решения инженерной задачи большинство разработчиков идет по самому простому пути: устанавливает более узкий диапазон характеристик, снимая с себя ответственность за все другие ситуации.

Необходимо знать про такую уловку, и не поддаваться на нее, чтобы приобретать устройства, отвечающие реальным эксплуатационным условиям.

Важные моменты

Есть еще несколько нюансов, о которых следует сказать особо. Так, резервное электропитание должно предотвращать короткое замыкание и превышение нормального выходного напряжения.

Очень важно, чтобы полная готовность к работе достигалась не более чем за 6 секунд.

Государственный стандарт предусматривает обязательную индикацию текущего состояния. Однако ее исполнение нормативами не прописано, и нужно уточнять, каким образом эту индикацию осуществляют изделия конкретного производителя. Очень привлекательны окажутся РИП с хорошо заметной световой индикацией и звуковым оповещением. Такую возможность обеспечивает интерфейс RS 485. Он же позволяет еще измерять фактическую емкость батареи, не пользуясь сторонними инструментами.

Продвинутые устройства имеют опцию термокомпенсации заряда АКБ. Благодаря ей общий срок службы увеличивается на 80–100%.

При выборе РИП для СКУД планка требований гораздо выше, чем для ОПС. Так, чтобы обеспечить непрерывное запирание электромагнитного замка в течение выходных дней (точнее, после окончания работы в пятницу и до прихода сотрудников в понедельник), понадобится аккумулятор на 32 ампер-часа. Менее мощные замки недостаточно надежны.

Обязательно придется считаться с большими импульсными токами и индуктивной нагрузкой. Если аккумулятор подключается в цепь только при пропадании основного электропитания, то он может снабжать током и замок, и контроллер; система с постоянно работающей АКБ должна подключаться либо к замку, либо к управляющему контуру отдельно.