О заземлении
Прежде чем что-либо делать с электричеством, нужно позаботиться о наличии хорошего заземления в вашем доме. Просто так взять и подключить обычный бытовой бензиновый/дизельный/газовый генератор к электросети дома не получится. Нужно соблюдать меры предосторожности. Первая из них – ваш генератор должен быть хорошо заземлен. Тогда у вас есть хорошие шансы не получить удар током, когда статика от вашего любимого свитера пробъёт изоляцию обмотки генератора. Вообще, к работающему генератору не стоит без нужды прикасаться.
Стоит помнить, что в сети не всегда 220В. Коммутация на линиях, грозовые разряды вдалеке, статические разряды дают такие наводки, что в сети нередки короткие импульсы в несколько киловольт. С этим борются установкой разрядников и УЗИП на вводе в дом, но это очень редкая практика в РФ. Так что пусть искра в землю уходит, и не через вас – сделайте по всему дому хорошее заземление. Без этого делать что-либо дальше просто нельзя!
Быстрое подключение
Запустить генератор бензиновый при отключении света не должно вызывать больших сложностей, существует простой способ с обычным подключением в розетку. Желательно, чтобы розетка была установлена на счетчике после основного вводного автомата с отдельным трехклавишным переключателем.
Для подачи энергии используется кабель с двумя вилками. Отключается основной автомат. Делается это для того, чтобы при восстановлении электроподачи от основной сети генератор не вышел из строя.
Надо проверить щупом, в норме ли уровень масла, убедится в наличии топлива, повернуть рычаг на воздушном фильтре и клапан на подачу бензина в положение on. Произвести запуск стартера и вернуть рычаг воздушного фильтра в обратное положение, включить питание на розетку с помощью трехклавишного переключателя.
Такой способ подходит при редких отключениях света. При частых перебоях собирается система, благодаря которой происходит автоматический запуск генератора при отключении электричества.
О генераторах
К слову, у многих бытовых бензиновых генераторов обмотки никак не соединены с землёй. И это вполне нормально, когда вы питаете от генератора один электроинструмент. Но когда вам надо подключить генератор к дому, нужно сделать нулевой провод (N) и провод фазы (L). Для этого один из выводов генератора заземляется и из этой точки заземления уже независимо нужно вести в дом два провода – один будет нейтралью N, а второй – защитным заземлением (PE). При выборе генератора нужно обратить внимание, можно ли заземлять его выход, порой это запрещено в инструкции к генератору, тогда такой генератор вам не подойдёт.
Часто в Сети можно увидеть схемы подключения генератора без заземления и разделения линий N и PE. Не делайте так, дольше проживёте. Такие схемы хорошо работают до первого неудачного стечения обстоятельств. В типичных блоках питания современных электронных приборов стоят конденсаторы с линий L, N на землю. Если N не заземлить у генератора, то за счёт этих конденсаторов на линии N будет, если повезёт, 110 вольт относительно земли. Кстати, многие газовые котлы в таком режиме вообще перестают работать. Про влияние статики без присутствия заземления я уже писал выше.
Принцип работы автоматического ввода резерва
Основой работы АВР является контроль напряжения в цепи. Контроль может осуществляться как при помощи любых реле, так и при помощи микропроцессорных блоков управления.
Справка! Реле контроля напряжения (также называют вольт контроллер) отслеживает состояние электрического потенциала. В случае перенапряжения в сети вольт контроллер мгновенно обесточит сеть.
Контактная группа, контролирующая наличие электроэнергии, играет основную роль в системе АВР. В нашем случае это реле. Когда напряжение пропадает, управляющий механизм получает сигнал и переключается на питание генератора. Когда основная сеть начинает работать штатно, этот же механизм переключает питание обратно.
О схемах АВР
Есть несколько разных схем реализации АВР. Дальше я буду писать о наиболее безопасной с моей точки зрения схеме однофазного АВР. Я не советую экономно делать АВР на одном контакторе или же с коммутацией только одного фазного провода. Только вместе с нейтралью.
На приведенной схеме питание от сети и от генератора подаётся через вводы 1 и 2. Они защищены спаренными автоматами. Через дополнительные автоматы питаются схемы коммутации и индикации. Видно, что катушки реле взаимно блокируются электрически. За включение того или иного ввода отвечает для упрощения не показанный на схеме микроконтроллер, который замыкает цепи в точке коммутации ТК1 или ТК2.
Принципиальным моментом является наличие в АВР 2х схем блокировок – взаимной механической блокировки коммутирующих вводы контакторов и взаимной электрической блокировки контакторов. Самодельщики ради экономии, бывает, в своих конструкциях пренебрегают этими блокировками, а зря. Схема без блокировок может проработать некоторое время, но в какой-то момент контакты пригорят, возвратные пружины ослабнут и случится КЗ между вводами. Во-первых, это грозит большим бабахом, если обе линии окажутся под напряжением, но это не самая большая проблема. Гораздо важнее, что ваш генератор неожиданно для ремонтирующих проводку электриков может выдать в общую сеть напряжение – при неблагоприятном стечении обстоятельств ремонтирующие линию электрики могут погибнуть. Для вас это уже уголовная статья.
Система автозапуска
На данный момент появилось много устройств уже с установленной системой в корпусе генератора, дополнительных манипуляций, для того чтобы произошел автозапуск бензогенератора производить не приходится. Но необходимо учитывать, подобная электростанция стоит дороже. Выходом может стать собранная автоматика для генератора своими руками. Для этого необходимо иметь в наличии блок управления (блок автоматического запуска генератора).
Если рассмотреть принцип управления при правильной настройке системы, бензогенератор с автоматическим запуском при отключении электроэнергии, не потребует вмешательства человека. Для этого используется схема с подключением устройства автоматики. На прибор необходимо подключить питание в 12 вольт, от аккумулятора, само устройство устанавливается после счетчика, для этого необходимо будет установить два двух клавишных автомата, один для устройства автоматики, второй это сеть дома. Как правило, на панели АВР расположено 4 индикатора и кнопка для переключения режимов.
К устройству подключается кабель основного питания от городской сети, в нижней части устройства располагается разъем для соединения с генератором, он и будет запускать стартер при отключении питания в 220 вольт от основного источника. При коротких отключениях и потерях сети прибор автоматики срабатывать не будет, что предотвратит холостой запуск генератора. Если в устройстве не предусмотрено подключение от АВР, тогда потребуется аккумулятор для запуска стартера генератора с реле переключения режима работы, а также контролер дроссельной заслонки.
О контакторах
Таким образом, использование обычных реле для нас отпадает, подойдут только специализированные контакторы. Для больших мощностей есть ещё вариант с моторизованными приводами, но это дорого и для типичного домашнего применения избыточно.
Чтобы сделать механическую блокировку, нужно выбрать контакторы, которые могут работать в паре. Обычно взаимная блокировка достигается установкой одинаковых контакторов рядом друг с другом и установкой дополнительной опции – механического блокиратора. Он продаётся отдельно от контакторов и стоит копейки.
Взаимная электрическая блокировка возможна, если на контакторе есть дополнительные сигнальные контакты, работающие на размыкание. Иногда они сразу встроены в контактор, иногда их можно докупить и установить как опцию.
Ведущие производители контакторов имеют в своих линейках такое оборудование. Так что найти и купить комплект не представляет особого труда. Правда цены на брендовые контакторы на порядок выше наших/китайских. Поскольку количество циклов коммутации не ожидается большим, то выбор китайских контакторов вполне оправдан. К недостаткам можно отнести только то, что катушки контактора во время работы довольно сильно гудят.
Еще по поводу коммутируемой мощности. Контакты контактора должны выдерживать максимальную мощность, которую вам разрешено потреблять в доме. У меня это 10 кВт, поэтому контакторы я выбирал на допустимый ток через один контакт примерно в 50 ампер. Стоит отметить, что по какой-то причине коммутируемая мощность для типичного трехфазного контактора указывается в паспорте суммарная для всех трёх фаз, поэтому надо внимательно смотреть, какой допустимый ток именно через один контакт.
Классификация по типам
В первую очередь необходимо знать, какой объект будет питаться от альтернативного источника, в таком случаи выделяют два типа устройств:
А также данное устройство можно разделить на типы потребляемого топлива для работы:
Существуют также твердотопливные типы устройств, но они менее распространены. Если рассматривать выше приведенные, у каждого существуют свои достоинства и недостатки.
Дизельный резервный источник питания, как правило, дороже своих аналогов, работающих на других типах топлива, не очень хорошо себя проявляет в морозную погоду, что вынуждает устанавливать его в отдельные закрытые помещения, к тому же двигатель его работает более шумно. Плюсом этого устройства является, его более долгий срок службы, двигатель меньше подвержен износу, а также у устройств этого типа довольно экономичный расход топлива.
Газовый электрогенератор, является самым экономичным, если смотреть на уровень потребления топлива в сравнении со своими конкурентами, менее шумный и имеет длительный ресурс работы при верной эксплуатации. Главным недостатком, является опасность работы с газом и более сложная заправка топливом.
Бензогенератор, самый распространенный и простой в эксплуатации, представлен самым большим количеством моделей на рынке, в самых разных ценовых категориях, что и является его главным преимуществом. Минусы такого устройства: большой расход топлива, маленький ресурс работы, но при этом именно его чаще всего приобретают для бытовых целей и подготавливают под автоматическое включение генератора при отключении электричества.
О схеме управления
Когда я занимался созданием АВР у меня было несколько особых требований к его работе:
- У меня не так часто отключают электричество, поэтому я решил, что мне не нужен автозапуск генератора, а вот от автоматической остановки генератора я решил не отказываться: когда сеть восстанавливается, генератор сам затихает и сразу понятно, что теперь с питанием всё хорошо, да и бензин экономится
- После старта генератора ему надо дать время прогреться и только после прогрева давать ему нагрузку. Т.е. мне нужен был таймер включения АВР после подачи напряжения от генератора
- После восстановления напряжения в сети часто происходили повторные отключения через короткий промежуток времени, поэтому мне нужен был таймер, который бы выждал перед переходом с генератора на сеть некоторое время и не глушил сразу генератор
- Генератору, говорят, полезно перед выключением немного поработать без нагрузки. И для этого мне тоже нужен был таймер
Таким образом вырисовывалась картина, что мне нужен контроллер с несколькими таймерами. В те времена я увлекался кодингом на AVR, поэтому решил сделать такой контроллер на Atmega 8a.
Хорошо бы, чтоб контроллер работал долго и надёжно. Кроме того, чтобы сделать полную гальваническую развязку и снабдить контроллер сторожевым таймером я ничего более не придумал. Ну и сделать схему и программу максимально простыми. Поскольку делалось всё для себя, то все настройки и калибровки решил оставить в коде — весь UI свелся к одному светодиоду )
Основная задача контроллера – мониторить напряжение на вводах и, при необходимости, переключать вводы. При этом приоритетным является ввод от деревенской сети.
Тут стоит отметить, что качество сети таково, что колебания от 150 в до 250 в вполне обычное явление. Поэтому понятие что есть хорошее питание от сети очень размыто. Через какое-то время я решил эту проблему, когда поставил на весь дом один мощный тиристорный стаблизатор напряжения на 11 кВт. Но, важно, стабилизатор можно ставить только до АВР, а не после! Включать стабилизатор для генератора категорически не рекомендуется. Есть опасность, что при определенной комбинации нагрузок, особенно всяких мощных насосов, система из генератора и стабилизатора станет неустойчивой и войдет в автоколебания.
После некоторых раздумий нарисовал такую схему в Eagle.
В схеме есть два идентичных трансформаторных источника питания, при наличии напряжения на любом из вводов схема обеспечена питанием. Между вводами возможно напряжение в 600в, поэтому изоляция трансформаторов должна быть хорошей. Питание берется после пакетников QF3 и QF4 соответственно.
У каждого источника есть резистивный делитель напряжения, защищенный от перенапряжения стабилитроном – с него производится путём нехитрых расчётов измерение напряжение сети с помощью АЦП микроконтроллера.
Для коммутации катушек контакторов применяется стандартная схема из даташита для управления семисторами. 2 штуки ). Катушки — это индуктивная нагрузка, поэтому цепи снаббера на выходе из резистора и конденсатора обязательны.
У меня был релейный модуль с али, который используется для останова генератора. На схеме он просто прямоугольник с тремя выводами.
Из особенностей еще в качестве генератора опорного напряжения использован TL431. В остальном всё включено стандартно для Atmega 8. Есть светодиоды для индикации наличия напряжения питания на вводах и один светодиод статуса устройства. Тактируется схема с помощью внешнего кварца на 16 МГц.
Eagle мне породил вот такую печатную плату. Никаких SMD, симисторы и стабилизатор с легкими радиаторами.
Два тороидальных трансформатора установлены прямо на плате. Плату изготовил традиционным радиолюбительским способом с помощью фоторезиста. После монтажа покрыл тремя слоями акрилового лака. Надеюсь не пробьет его высокое напряжение.
Требования к оборудованию резервного питания
Необходимость перехода на резервный источник, как правило, вызвана либо аварийной, либо нештатной ситуацией. В связи с этим нередко все переключения осуществляются неквалифицированным персоналом и зачастую в сложных условиях — в темноте, тесноте, под открытым небом. Именно поэтому требования к резервирующему оборудованию достаточно жесткие:
- Безопасность для оператора. Все резервное электрооборудование не должно иметь открытых токоведущих и движущихся частей (за исключением приводных ручек), а его металлические шасси и кожухи нужно заземлить. Отправляя даже неподготовленного человека на переключение, вы должны быть уверены, что он не попадет под напряжение и не повредит руки какими-нибудь фиксаторами или тягами, даже работая при плохом освещении.
- Безопасность для электрооборудования. Схема коммутации должна быть такой, чтобы даже при не полностью или не в той последовательности выполненном переключении оператор не смог создать аварийной ситуации — подать встречное напряжение, переключить не все фазы, вызвать короткое замыкание и пр. Все это обеспечит сохранность основных и резервных цепей даже при неумелых или ошибочных действиях человека.
- Оперативность. Переход на резервный генератор должен требовать минимум манипуляций и производиться по возможности быстро. Сами устройства коммутации должны быть максимально доступны, чтобы к ним не нужно было взбираться по стремянкам или лазить по люкам. Это особенно важно для ответственных объектов и специального электрооборудования (холодильные установки, системы микроклимата, котлы, печи и пр.).
- Наглядность и простота. Конструкция переключателей и рубильников должна быть максимально простой, а схема переключения — наглядной и интуитивно понятной. Это существенно сокращает вероятность ошибки человека и выхода из строя оборудования. Такие схемы проще обслуживать, а ремонт при их поломке будет стоить дешевле.
Стоит отметить, что каким бы методом переключения на резервное питание вы ни пользовались, ручным или автоматическим, все условия должны быть по возможности максимально соблюдены. Ведь именно от этого будет зависеть не только обеспечение бесперебойного питания объекта, но и безопасность людей.
ГОСТы и нормы
Реле-регулятор напряжения генератора: схема, принцип действия
ГОСТ Р 51732-2001 — Устройства вводно-распределительные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия. https://docs.cntd.ru/document/1200008445.
ГОСТ Р 53471-2009 Генераторы трехфазные синхронные мощностью свыше 100 кВт. Общие технические условия. https://docs.cntd.ru/document/1200080206.
ГОСТ 5616-89 Генераторы и генераторы-двигатели электрические гидротурбинные. Общие технические условия. https://allgosts.ru/29/160/gost_5616-89.
ГОСТ 304-82 Генераторы сварочные. Общие технические условия. https://allgosts.ru/29/160/gost_304-82.
ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) Напряжения стандартные. https://docs.cntd.ru/document/1200115397.
ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. https://docs.cntd.ru/document/1200006034.
