Проблемы использования генератора для питания котла отопления

Описаны проблемы, возникающие при питании отопительного оборудования от резервного генератора, и способы их решения на основе применения ИБП с двойным преобразованием

В этой статье мы обсудим проблемы использования электрических генераторов для обеспечения электропитания приборов системы отопления. Вопрос об использовании генераторов для питания котла отопления и насосов отопления очень актуален для тех районов, где стационарное электрическое питание отсутствует или качество электропитания в сети плохое и наблюдаются постоянные отключения энергии.

Если электропитание в сети неудовлетворительное, но отключения энергии происходят на период не более суток, то для решения проблемы бесперебойного электрического питания отопительного оборудования предпочтительнее использовать специализированные ИБП для котлов отопления. Подробнее о выборе и использовании ИБП для котлов отопления читайте в статье «ИБП для газового котла отопления».

Информацию о способах расчёта времени резервирования систем бесперебойного питания вы найдёте в статье «Расчёт времени резерва питания нагрузки от ИБП».

Однако, если перебои с подачей энергии имеют длительность более суток и происходят часто, то без использования электрического генератора не обойтись.

Хочу сразу оговориться, что не все электрические генераторы не подходят для питания котлов отопления. Современные дорогие электрогенераторы со встроенными инверторами и эффективными электронными системами управления могут обеспечить качественное электропитание отопительного оборудования. Но стоимость таких генераторов значительна. В статье пойдет речь об использовании обычных недорогих электрических генераторов. Как правило, именно такие генераторы приобретаются для использования в случаях аварийного отключения электроэнергии.

Все генераторы можно разделить на две большие группы: классические и инверторные. В классических электрогенераторах сразу происходит выработка переменного тока напряжением 220 Вольт.

Причины ухудшения работы отопительного оборудования при питании от электрогенераторов классического типа

Первая причина, приводящая к проблемам в работе систем отопления, — это нарушение синусоидальности напряжения при питании от электрического генератора. График напряжения тока, выработанного классическим электрогенератором, как правило, имеет форму аппроксимированной синусоиды или «пилообразный график». Однако, для правильного питания отопительного оборудования требуется чистый синусоидальный график напряжения. Отклонения от «чистого синуса» приводит к быстрому износу электродвигателей насосов системы отопления. При таком питании возникает биение подвижных частей насосов и дополнительный нагрев данных элементов.

Вторая проблема электропитания от классического генератора состоит в отклонении значения частоты тока. Котлы отопления и насосы отопления требуют электропитания с фиксированной частотой 50 Гц. Но значение частоты тока, вырабатываемого бензиновым или газовым электрическим генератором, существенно зависит от скорости вращения вала генератора, то есть от количества оборотов вала в минуту. Так как скорость вращения вала генератора не постоянная, а зависит от многих факторов: качества топлива, температуры горения топлива, качества составления горючей смеси, правильности работы системы воспламенения, то и частота тока на выходе такого генератора существенно отличается от номинального значения 50 Гц. Существует и зависимость работы двигателя генератора от электрической нагрузки на генератор. В случае резкого увеличения электрической нагрузки на генератор, к примеру при пуске электродвигателя насоса или холодильника, происходит снижение оборотов работы двигателя самого генератора по причине наведения дополнительного электромагнитного поля в обмотках генератора. Как следствие, возникает изменение значения напряжения вырабатываемого тока.

Третья проблема питания отопительного оборудования от электрогенераторов — это отсутствие четкой фазировки и надежного заземления. Такие нарушения могут приводить к остановке котлов отопления по причине некорректной работы электронных управляющих систем. Кроме того, многие котлы отопления являются фазозависимыми, так как направление движения тока в системе розжига котла строго регламентировано. Многие современные котлы отопления имеют защитные электронные системы. Как правило, они используют информацию о наличии электрического потенциала на корпусе изделия или нулевого проводника. В случае отсутствия правильного заземления защитные системы котла дают команду на отключение устройства.

Использование ИБП для решения проблем электропитания отопительного оборудования от электрогенераторов классического типа

Для решения проблем, возникающих при организации электрического питания котлов отопления и циркуляционных насосов с помощью простых генераторов тока, можно использовать специализированные источники бесперебойного питания с двойным преобразованием энергии. В этом случае ИБП устанавливается «между» генератором и отопительным оборудованием. Принцип работы выглядит следующим образом. Переменный электрический ток напряжением 220 Вольт (с отклонениями в параметрах тока) попадает в ИБП, где преобразуется на первом этапе в постоянный ток низкого напряжения, и на втором этапе с помощью встроенного инвертора преобразуется в качественный переменный ток напряжением 220 Вольт и частотой 50 Гц. На выходе источника бесперебойного питания сигнал имеет правильную синусоидальную форму. Такое электропитание обеспечивает правильную, безопасную и эффективную работу отопительного оборудования.

Наша компания рекомендует для решения данной проблемы использовать следующие источники бесперебойного питания для котлов отопления с двойным преобразованием энергии: ИБП TEPLOCOM-1000, ИБП SKAT UPS-1000 D.

Выбираем источник бесперебойного питания для циркуляционного насоса отопления

Автономные системы отопления могут работать без циркуляционного насоса, а могут иметь один или более таких устройств. Циркуляционный насос обеспечивает нормальное движение теплоносителя по трубам отопительной системы и препятствует её застаиванию.

При отключении сетевого напряжения в результате аварии или по другой причине, отключение насоса в зимнее время может поставить под угрозу работоспособность всей системы отопления и даже привести к серьёзной аварии. Исходя из этого, источник бесперебойного питания для циркуляционного насоса отопления должен являться обязательной частью системы.

Содержание:

Принцип действия и конструкция ИБП

Источник аварийного энергоснабжения, в зависимости от конструкции, может выполнять следующие функции:

• Автоматическое переключение на питание от аккумулятора;
• Преобразование постоянного напряжения 12В в переменное 220В;
• Фильтрацию сетевых помех;
• Стабилизацию сетевого напряжения.

Переход питания циркуляционного насоса на аккумулятор, инвертирование напряжения и фильтрацию от импульсных помех выполняют все ИБП, а стабилизацию осуществляют только устройства, оборудованные соответствующим блоком.

Отечественные ИБП. Большой ассортимент инверторных источников бесперебойного питания для котлов и насосов отопления представлен отечественной компанией «Энергия», положительные отзывы о продукции которой вы можете без труда найти на просторах интернета. Ознакомиться с продукцией компании вы можете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

В системах электроснабжения могут использоваться следующие модели аварийных источников питания:

Резервные

Аварийные источники в нормальных условиях обеспечивают электропитание потребителя непосредственно от сети, а при её отключении осуществляют автоматический переход на аккумулятор. Постоянное напряжение с аккумулятора сначала поступает на преобразователь напряжения, где оно становится переменным и повышается до 220 вольт. Сетевое напряжение не стабилизируется, а чтобы блокировать сетевые импульсные помехи, в устройстве используется пассивный фильтр.

Линейно-интерактивные

Линейно-интерактивный блок резервного питания имеет одно существенное отличие. В нём для выравнивания напряжения сети используется простой стабилизатор. Он выполнен по схеме с использованием автотрансформатора, где при изменении напряжения на входе электронный коммутатор подключает соответствующие обмотки. Схема стабилизации позволяет получить на выходе напряжение лишь немного отличающееся от номинального. Преобразователь напряжения и фильтр в этом устройстве так же имеются.

Инверторные

Источник питания с использованием двойного инвертирования представляет собой конструкцию принципиально отличающуюся от двух предыдущих. В этом устройстве сетевое напряжение выпрямляется, при этом часть энергии запасается в батарее конденсаторов. Во втором инверторе происходит вторичное преобразование постоянного тока в переменный ток.

Конденсаторы выполняют двойную функцию. Если напряжение слишком велико, то в них хранятся её излишки, а в случае снижения напряжения, нехватка восполняется накопленной энергией.

Всем процессом преобразования управляет микроконтроллер с кварцевым генератором, что обеспечивает высокую точность не только напряжения, но и частоты. Каждый бесперебойник для циркуляционного насоса отопления содержит в своей конструкции зарядное устройство для подзарядки аккумуляторной батареи.

Отечественные ИБП. Большой ассортимент инверторных источников бесперебойного питания для котлов и насосов отопления представлен отечественной компанией «Энергия», положительные отзывы о продукции которой вы можете без труда найти на просторах интернета. Ознакомиться с продукцией компании вы можете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

Преимущества и недостатки различных типов ИБП

Идеального источника аварийного питания не существует, и каждая модель обладает своими достоинствами.

У резервного источника они следующие:

• Высокий КПД;
• Малый уровень шума и тепловыделения;
• Самая низкая стоимость.

Недостатки резервного источника питания:

• Большое время переключения;
• Искажённая форма напряжения на выходе;
• Отсутствует возможность коррекции амплитуды и частоты.

Параметры линейно-интерактивного источника несколько лучше:

• Высокий КПД;
• Отсутствие шумов;
• Стабилизация напряжения с использованием автотрансформатора.

Минусы:

• Длительное время переключения;
• Низкая точность;
• Форма напряжения приближена к трапеции;
• У низкобюджетных моделей наблюдается отклонение по частоте.

Предлагаем вам посмотреть хороший видеоролик о видах и критериях выбора ИБП для котлов отопления и циркуляционных насосов:

Инверторные ИБП. Система аварийного электропитания с двойным инвертированием обладает целым рядом несомненных достоинств, которые ставят эту конструкцию на лидирующее место.

• Работа в широком диапазоне сетевого напряжения;
• Высокая точность стабилизации;
• Отсутствие времени на переключение;
• Точное соответствие частоты;
• Отсутствие любых помех на выходе;
• Идеальная форма напряжения.

Минусы:

• Высокая стоимость;
• Постоянный шум от вентилятора.

Бесперебойник для насоса отопления должен обладать одним очень важным параметром – это синусоидальная форма сигнала на выходе. Если сигнал имеет форму меандра, трапеции или ступенчатой синусоиды, электродвигатель насоса будет работать в тяжёлом режиме, что в конечном итоге приведёт к необратимым последствиям и замене двигателя. Чёткую синусоиду выдаёт источник, выполненный по схеме с двойным преобразованием. В некоторых случаях можно использовать ИБП резервного типа. Это допустимо, когда напряжение питания отключается крайне редко и практически постоянно насос системы отопления работает от сети.

Критерии выбора резервного источника питания

Резервные источники питания, предназначенные для работы с насосами системы отопления должны выбираться по нескольким характеристикам:

• Мощность;
• Ёмкость аккумуляторной батареи;
• Время допустимой автономной работы;
• Возможность использования внешних батарей;
• Разброс входного напряжения;
• Точность напряжения на выходе;
• Время перехода на резерв;
• Искажения напряжения на выходе.

Выбирать ИБП для циркуляционного насоса следует по нескольким основным параметрам, определяющим из которых является мощность.

Определение требуемой мощности ИБП

Электродвигатель, являющийся составной частью насоса системы отопления, представляет собой реактивную нагрузку индуктивного типа. Исходя из этого следует рассчитывать мощность ИБП для котла и насоса. В технической документации на насос может быть указана мощность в ваттах, например, 90 W (Вт). В ваттах обычно указывается тепловая мощность. Чтобы узнать полную мощность требуется значение тепловой мощности разделить на Cos ϕ, который так же может быть указан в документации.

Например, мощность насоса (Р) равна 90W, а Cos ϕ 0,6. Полная мощность вычисляется по формуле:

Р/Cos ϕ

Отсюда полная мощность ИБП для нормальной работы насоса должна быть равна 90/0,6=150Вт. Но это ещё не окончательный результат. В момент запуска электродвигателя, его потребляемый ток возрастает примерно в три раза. Поэтому реактивную мощность следует умножить на три.

В итоге мощность ИБП для циркуляционного насоса отопления будет равна:

P/Cos ϕ*3

В приведенном примере мощность блока питания будет равна 450 ватт. Если косинус фи в документации не указан, тепловую мощность в ваттах следует разделить на коэффициент 0,7.

Емкость батарей

Ёмкость аккумуляторной батареи определяет время, в течение которого насос системы отопления будет работать при отсутствии сети. Встроенные в ИБП аккумуляторы обычно имеют небольшую ёмкость, определяемую, прежде всего, размерами устройства. Если источник резервного питания будет работать в условиях частых и длительных перебоев в электроснабжении, следует выбирать модели допускающие возможность подключения дополнительных внешних аккумуляторов.

Очень познавательный ролик о личном опыте человека, который столкнулся с приобретением инвертора для котла и насоса отопления, смотрите:

Входное напряжение

Стандарт сетевого напряжения 220 вольт предполагает допустимые отклонения ± 10%, то есть от 198 до 242 вольт. Это означает, что все устройства, используемые на территории Российской Федерации должны корректно работать в этих пределах. На самом деле в различных регионах, а особенно в сельской местности, отклонения и скачки напряжения могут значительно превышать эти величины. Перед приобретением ИБП для насоса отопления очень полезно будет выполнить замеры напряжения сети неоднократно, в течение суток. В паспорте на источник резервного питания указываются допустимые пределы напряжения на входе, при которых устройство обеспечивает напряжение на выходе близкое к номиналу.

Напряжение на выходе и его форма

Если параметры напряжения на выходе бесперебойника укладываются в допустимые 10 процентов, то для питания насоса системы отопления это устройство вполне подойдёт. Время, которое требуется плате управления, чтобы переключиться на питание от аккумулятора обычно не превышает десятков микросекунд. Для электродвигателя этот параметр не критичен.

Очень важным параметром ИБП, необходимым для корректной работы насоса системы отопления, является форма выходного сигнала. Электродвигатель насоса требует гладкой синусоиды, которую из всех моделей источников резервного питания может обеспечить только устройство двойного преобразования или on-line ИБП. Кроме идеальной синусоиды на выходе, данный источник так же выдаёт точную величину напряжения и частоты.

При установке ИБП для насоса отопления следует руководствоваться некоторыми правилами:

• Температура в помещении должна соответствовать величинам, указанным в документации;
• В помещении не должно быть паров едких реагентов и горючих жидкостей;
• Контур заземления должен быть выполнен в соответствии с правилами эксплуатации электроустановок.

Модели ИБП

Энергия ПН-1000 представляет собой мощный источник резервного питания. Благодаря встроенному стабилизатору, устройство обеспечивает номинальное напряжение на выходе при изменениях сетевого напряжения в пределах 120-275 вольт. Форма сигнала в виде гладкой синусоиды прекрасно подходит для питания реактивной индуктивной нагрузки, какой является электродвигатель насоса отопительной системы. Энергия ПН-1000 вместе с аккумулятором Delta DTM 12100L на 100А/ч обеспечивает бесперебойное питание для насоса отопления мощностью 150Вт в течение 8 часов. Устройство имеет встроенный фильтр сетевых помех, информационный дисплей и интерфейс RS-232.

Этот и другие стабилизаторы напряжения для отопительной системы от компании Энергия вы можете найти на сайте официального представителя компании ВольтМаркет.ру.

Компактный источник аварийного питания Теплоком 222/500 предназначен для применения в отопительных газовых системах. Это простое устройство с однофазным стабилизатором релейного типа обеспечивает работу с нагрузкой, не превышающей 230 Вт.

Универсальный стабилизатор Скат ST 1515 обеспечивает напряжение 220 В при колебаниях сети от 145 до 260 В и значении частоты 50 Гц ± 1 %. Если величина напряжения превышает указанные параметры, нагрузка будет отключена автоматически.

Подводим итоги

На основании эксплуатационных требований к электродвигателям насосов систем отопления ИБП должен обеспечивать следующие параметры:

• Форма напряжения – гладкая синусоида;
• Запас по мощности – не менее 20%;
• Автоматическое отключение нагрузки;
• Минимальное время переключения на резерв.

Кроме того, устройство должно работать в определённом диапазоне температур, иметь устройство индикации режимов и физических величин.