Автономное электроснабжение, или как выбрать генератор?
Для того чтобы правильно выбрать мощность генератора, нужно определиться, какие вы перед ним будете ставить задачи. Мощность генератора производитель на самом деле указывает не в киловаттах (кВт), а в вольт-амперах (VA). Какая между ними разница? Вольт-ампер считается простым умножением выдаваемой силы тока генератора (указывается в амперах, напр. – 21 А) на выходное напряжение. Таким образом, если на генераторе написано 21А, 220В, то он выдает 4620 ВА, или 4,6 кВА. Как соотнести эту цифру с привычными нам киловаттами? Дело в том, что в кВА указывается полная мощность активной нагрузки, а в кВт фактически потребляемая. Все используемые нами бытовые электроприборы можно разделить на 2 типа – с активной и реактивной нагрузкой. Первые, по сути, преобразуют электричество в тепло, в то время как во вторых электроэнергия, помимо нагрева, тратится на создание электромагнитных полей. Активные и реактивные нагрузки Примером активной нагрузки является лампа накаливания, утюг, чайник, обогреватель. Если утюгу для работы нужно 1000 Вт, то его полная нагрузка будет 1 кВА или 1 кВт. Реактивная мощность вычисляется при помощи коэффициента мощности (обозначается как cos ф), который указывается на приборах с реактивной нагрузкой. Это все приборы с электродвигателем, микроволновые печи и т.п. Для каждого такого прибора в инструкции или на сайте производителя указывается свой cos ф. Например, на пылесосе указано, что он потребляет 1200 Вт (1,2 кВт) и его cos ф = 0,8. Для того, чтобы узнать реально потребляемую им мощность, нужно разделить указанную мощность на cos ф. Таким образом, пылесосу для работы от генератора потребуется 1200:0,8=1500 ВА. Следует помнить, что в зависимости от типа применяемого генератора, электростанция имеет свой собственный cos ф. Если он равен 0,85 то, полученные 1500 ВА снова делим на 0,85 и получаем для нашего пылесоса 1764 ВА=1764 Вт или 1,75 кВт. Это и будет реальной его потребляемой мощностью при работе от генератора. Рассмотрим пример выбора мощности для обеспечения резервного питания небольшого загородного дома. Наши главные потребители электричества: • освещение: лампочки накаливания 10*60Вт=600 Вт; • водоснабжение: насосная станция 450Вт:0,75=600 Вт; • отопление: циркуляционные насосы 2*120:0,8=300 Вт; котел – 300 Вт; • кухня – холодильник: 360 Вт:0,75=480 Вт; разовая нагрузка – чайник: 1800 Вт; • «развлечения» - телевизор, компьютер, радио – 800 Вт. Всего получаем 600+600+300+300+480+800=3080 Вт. Если хотим пользоваться электрочайником, то +1800 Вт и получаем 4880Вт = 5 кВт. Добавляем к этому 10% «про запас» и покупаем электростанцию номинальной мощностью 5.5 кВА при условии, что ее cos ф = 1. Такая электростанция скорее всего будет иметь максимальную мощность около 6 кВА – она будет указана в паспорте. В рекламных целях производитель часто указывает максимальную мощность, в то время как номинальная на 10%-15% ниже. На максимальной мощности генератор способен проработать от нескольких десятков секунд до нескольких минут, не следует его перегружать. Есть еще один момент – такие потребители, как насос водоснабжения или компрессор холодильника, в момент старта потребляют в 4-6 раз больший ток, чем во время работы. Для этого наша электростанция должна иметь возможность выдерживать кратковременные скачки потребления. Это зависит от типа применяемого в ней электрогенератора. Синхронные и асинхронные генераторы (альтернаторы) Не вдаваясь в технические подробности, просто скажем, что первые более сложны конструктивно, а вторые более надежны и, обычно, дешевле. С точки зрения бытового потребителя синхронный генератор лучше, т.к. выдает правильную синусоиду напряжения, позволяя питать компьютер, современную бытовую технику и сложные приборы, оборудованные импульсными блоками питания. Также, перепады напряжения у синхронного генератора меньше, оно практически не «скачет». Однако, это также зависит от качества двигателя, который должен поддерживать постоянные обороты при любой нагрузке на генератор. Синхронные генераторы в силу конструктивных особенностей легче переносят высокие пусковые токи. Кстати, у насоса или компрессора пусковой ток будет гораздо выше, чем у пылесоса или дрели – ведь у них нет холостого хода и двигатель сразу должен потреблять полную нагрузку. Асинхронные генераторы упрощенно представляют собой маховик в закрытом корпусе, знакомый нам по генератору из школьного кабинета физики. Такие генераторы устойчивы к коротким замыканиям. Перепады напряжения здесь, как правило, компенсируются устройством автоматической регулировки напряжения – AVR (automatic voltage regulator). Это не относится к генераторам с инверторной технологией – они имеют самую высокую стабильность напряжения, колебания не превышают 1-2%. Асинхронный генератор Honda Такие генераторы предпочтительней использовать для электросварки (которая для генератора выглядит как…короткое замыкание!) и питания активных нагрузок. Однофазные и трехфазные электростанции Предназначены они для питания однофазных или трехфазных потребителей соответственно. Однофазные – это все приборы, для работы которых необходим переменный ток напряжением 220В, а трехфазные требуют 380В. К однофазным генераторам можно подключать только однофазные нагрузки, а к трехфазным – любые из двух. Генератор с однофазным выходом Мощность однофазного генератора соответствует тому количеству однофазных потребителей, которых он способен «накормить». С трехфазными при питании трехфазных потребителей ситуация аналогичная. Однако, при подключении к трехфазному генератору однофазных нагрузок все гораздо сложней. Суммарная мощность трехфазного генератора указана для всех трех фаз одновременно, в то время как максимальная нагрузка на одну фазу не должна превышать 1/3 от этой мощности! Это значит, что если вы купили трехфазный генератор на 9 кВА и подключили к однофазному выводу обогреватель 4 кВт, то генератор его не потянет – просто сработает аварийный предохранитель (если он есть). Генератор с трехфазным выходом Чтобы этого избежать, необходимо равномерно распределять нагрузку по фазам, разница в однофазной нагрузке в идеале не должна превышать 1/3 от нагрузки на каждой фазе. Если в дом заведен трехфазный кабель, то ваши розетки и лампы освещения могут быть подключены к разным фазам – для правильного пользования трехфазным генератором придется выяснить, где какая фаза, чтобы случайно не перегрузить его. Бензиновые двигатели Наиболее доступными и распространенными являются генераторы с бензиновым двигателем. Они обеспечивают легкий и быстрый запуск практически в любую погоду, не требовательны к качеству обслуживания, а топливо для них всегда есть в наличии на любой автозаправке. Правда, бензиновые двигатели обладают и наибольшим количеством недостатков. Срок службы мотора и его КПД всегда ниже, чем у дизельного двигателя, расход топлива на 1 час работы выше на 10-30%, стоимость бензина выше, чем других видов топлива. Среди имеющихся в продаже генераторов с бензиновым ДВС следует различать генераторы с двухтактным и с четырехтактным двигателем. Не будем вдаваться в конструктивные особенности, а остановимся на их потребительских свойствах. Генераторы, оснащенные двухтактными ДВС, как правило, рассчитаны на небольшой период непрерывной работы, а часто – и на небольшой срок службы устройства в целом. Это связано с конструктивными особенностями двигателя, от которого требуется только простота, мощность и малый вес. Недорогой двухтактный генератор Основные потребительские свойства таких двигателей в контексте применения на переносных электростанциях: • конструктивная простота и малый вес, что обеспечивает мобильность самой электростанции; • низкая цена; • в двигателе отсутствует система смазки, а значит, специальное «двухтактное» масло нужно покупать и добавлять непосредственно в бензин (перед заправкой, т.е. предварительно «готовить» топливо, либо в специальный резервуар); • более высокий расход топлива и относительно вредный сизоватый выхлоп с характерным запахом, т.к. в нем присутствуют частицы сгоревшего вместе с топливом масла, да и само топливо сгорает не полностью; • повышенный уровень шума; • короткое время непрерывной работы от одной заправки (не более 10 часов), что связано с размерами ДВС и малой емкостью бака для топлива (не более 5 литров); • низкий моторесурс (не более 600 часов работы за весь срок службы), т.к. двухтактные ДВС быстро изнашиваются. Такие двигатели, как правило, ставят на небольшие переносные электростанции с номинальной мощностью не выше 2 кВт. Цель таких электростанций – обеспечить питание одного или нескольких маломощных электроприборов на улице. Это может быть электродрель или перфоратор на стройке, или холодильная витрина с мороженым и прохладительными напитками в парке. Малый вес и габариты позволяют взять миниэлектростанцию на природу: на рыбалку, охоту или просто длительный пикник – питать освещение, телевизор или музыкальную систему (заглушая звук работы!), зарядки для телефона или ноутбука. С их помощью можно заряжать автомобильные или лодочные аккумуляторы или даже кипятить воду кипятильником. Цены на электростанции с двухтактными двигателями начинаются от 900 грн. Такие электростанции находятся в защитном кожухе (для защиты от влаги и пыли и для снижения шума), однако, практически не имеют выступающей части выхлопной трубы. В связи этим применение данных устройств в закрытых помещениях недопустимо. Для целей автономного электроснабжения дома такие генераторы, как правило, не подходят, т.к. имеют малую мощность и срок службы, короткое время автономной работы, а так же могут быть установлены только на улице. Впрочем, если питать только освещение и телевизор в небольшом летнем домике, то и такой генератор лучше, чем сидеть в темноте и тишине. Бензиновые электрогенераторы, оснащенные четырехтактным ДВС, являются наиболее распространенными товарами такого рода для частного использования. Это связано с тем, что такие генераторы обеспечивают длительный срок службы, приемлемый расход топлива и практически любую выходную мощность устройства при сравнительно невысокой цене. Основные потребительские свойства четырехтактных бензиновых ДВС в контексте применения на автономных электростанциях: • сравнительно высокая выходная мощность, от 1.5 до 30 кВт, могут быть однофазными и трехфазными; • меньший расход топлива, по сравнению с двухтактным ДВС аналогичной мощности; • легко заводятся в холодную погоду; • больший моторесурс (до 5-6 тысяч часов) и длительное время непрерывной работы от одной заправки (до двух суток), напрямую связанное с объемом бака (до 40 литров); • более сложная конструкция (имеется своя система смазки и охлаждения), больший общий вес установки; • в большинстве случаев – низкая мобильность, такие двигатели, как правило, стационарны; • более «чистый» выхлоп и уровень шума, однако выхлопные газы очень ядовиты; • возможность как ручного запуска, так и при помощи электростартера или автоматики управления. В целом, главное правило при выборе электростанции с таким двигателем, помимо требуемой мощности (о ней позже) – это время непрерывной работы от одной заправки. Здесь следует одно интересное уточнение, прямо связанное с качеством двигателя. Дело в том, что производители выпускают на рынок так называемые «любительские» и «профессиональные» электростанции. Первые, обладая всеми необходимыми пользователю качествами, комплектуются двигателями, не рассчитанными на длительную эксплуатацию – их ресурс составляет не более 600 моточасов, а срок службы всего пару лет. Вторые же, наоборот, рассчитаны на длительные периоды работы и сделаны на порядок качественней. Внешне, без разборки двигателя и осмотра его компонентов отличить их сложно, по этому, здесь действует простое правило - чем больше емкость топливного бака (или хотя бы есть возможность подключения внешнего бака), идущего с таким двигателем, тем он лучше. Объяснение простое – если производитель комплектует двигатель баком на 20-30 литров, значит, он предусматривает длительную непрерывную работу такого двигателя и закладывает в конструкцию соответственный моторесурс. И наоборот, если перед вами установка на 3-6 кВт, которая имеет бак емкостью в 4-6 литров, следует задуматься (если это не специализированный мощный строительный генератор). Впрочем, цена таких генераторов тоже значительно ниже. Еще один способ выявить надежный двигатель – посмотреть в инструкции интервалы смены масла. У хороших двигателей масло меняется после каждых 50-100 часов работы, у плохих – после 15-25 часов. Масло используется точно такое же, как и в автомобиле, в инструкции указаны вязкость и требуемый объем: 1-2 литра для установок выходной мощностью до 10 кВт. Смена масла производится либо по пробегу (наработке часов), либо по графику – например, раз в год.
