Цель: разработка алгоритма действий для жителей квартир с разделением потребителей электроэнергии по приоритетам использования для ограниченного времени автономности при отключениях от централизованного электроснабжения. Для выбора необходимых параметров оборудования рассмотреть применение эмпирических расчетов для неподготовленного персонала.
Алгоритм:
1.Составление перечня потребителей для гарантированного электропитания.
2.Выбор оборудования для защиты электроприборов квартиры от аварийных режимов в сети, вызванных состоянием энергосистемы.
3.Формирование собственного бюджета для решения задачи. Бюджет может формироваться как в один, так и в несколько этапов.
4. Расчет и выбор оптимального технического решения в соответствии с выделенным бюджетом и этапами его реализации.
5.Выбор оптимального оборудования с учетом бюджета по отзывам пользователей или с привлечением специалиста.
6. Реализация проекта.
1. Составление перечня приборов
1.1 Связь (телефон, интернет(роутер), компьютер).
Эти потребители подключаются к сети 230В через блоки питания, которые выдают постоянный ток. Для обеспечения связи есть следующие возможности решения:
-приобрести один или несколько Power Bank как с зарядкой от внешних, так и встроенных преобразователей напряжения (выбор емкости аккумуляторов как встроенных так и выносных рассмотрим в разделе выбор оборудования)
-для этого есть блоки питания на AliExpress с преобразованием с 12В аккумулятора на ряд напряжений 5-19 В ( к примеру) и зарядное устройство для аккумулятора. Потери на преобразование данной без инверторной схемы будут минимальными (каждый инвертор имеет собственное потребление на преобразование грубо это 10%). Это массово применяется на катерах, трейлерах и т.д. и является типовым решением. Зарядка и установка аккумулятора производится рядом с роутером.
-можно использовать инвертор (для преобразования постоянного напряжения в переменное) - аккумулятор сеть 230 В и подключать через штатные блоки питания устройств. Инверторы можно использовать импульсные, без чистой синусоиды. Зарядка устройств может производиться в удобном месте с применением удлинителей.
-можно использовать ИБП (Power Bank, UPS теоретически мини ИБП) со встроенным или выносным аккумулятором. ИБП могут иметь на выходе как розетку переменного тока 230 В, так и порты постоянного тока (USB как пример) и подключение может быть выполнено как через штатные блоки питания устройств так и USB порты. Зарядка устройств может производиться в удобном месте с применением удлинителей или непосредственно возле ИБП.
2. Электроосвещение
Сегодня как правило используются светодиодные технологии. Эти осветительные приборы работают на постоянном токе или с внешним или с встроенным преобразователем напряжения. Для обеспечения освещением:
-приобрести светильники с встроенными аккумуляторами, аккумулятор должен обеспечивать заряд для непрерывной работы не менее 2 часов и желательно с портом заряда постоянным током (пример USB ). Это минимально затратный вариант, который позволит совместить с задачей обеспечения связью и использовать для зарядки общее устройство. Пример светильников https://delux.ua/kataloh-tovariv/svitylnyky-svitlodiodni-led/svitilniki-led-avarijni
-выделение в существующей схеме освещения квартиры отдельной группы светильников (аварийное освещение), которое подключается к ИБП или инвертору. Такое решение уже требует подготовленного персонала, расчет и установку защит в распределительном щитке на выделенную группу потребителей. Инверторы можно использовать импульсные, без чистой синусоиды Потребление электроэнергии возрастет при данном решении на 10%-15% за счет собственного преобразования в инверторе. Данное решение уже выйдет за рамки мало затратного варианта.
3. Водоснабжение.
- задачу при отсутствии водоснабжения для технических целей можно решить путем приобретения емкости для душа и установки над ванной (https://europlast.ua/emkosti-dlia-dusha/). Так Одесса спасалась от отсутствия воды в ночное время до 1992 года.
-задачу горячей технической воды (при наличии давления во внутридомовых сетях) решают установкой бойлера. Бойлер имеет нагревательные ТЭН не критичные к качеству напряжения и могут быть запитаны от импульсного инвертора и даже питаться постоянным током. (например https://youtube.com/@igornesadim?si=VGC9h0VmOqIV_Zpi
-задачу подачи воды при отключении электроэнергии условно на 7 этаж и выше (зависит от давления воды в городском водопроводе) можно решить только на уровне ОСМД.
- задачу приготовления питьевой воды при наличии обратного осмоса необходимо решать только при наличии компрессора в установке для очистки питьевой воды. Данная система является не энергоемкой, но как правило критична к качеству электроэнергии (чистая синусоида).
4. Отопление
-Задача для собственников квартир с централизованным отоплением и крышными котельными решается на уровне ОСМД путем установки резервного электроснабжения для теплового пункта, котельной (пример ДЭС). Данное решение уже требует подготовленный персонал, расчет и установку защит в распределительном щите и станции управления в ручном или автоматическом режиме.
-Задача решается автономно только собственниками квартир или частных домов оборудованных индивидуальными газовыми котлами
Газовые напольные котлы работают как правило без электроэнергии (за исключением чугунных котлов большой мощности 30 кВТ и более) и не имеют циркуляционных насосов. При наличии циркуляционных насосов или котла большой мощности необходима установка ИБП, инвертора (чистая синусоида).
Газовые котлы с принудительной циркуляцией теплоносителя оборудованы системой автоматики и работают от ИБП, инвертора (чистая синусоида)
5. Приготовление пищи
-задача решается только для квартир, оборудованных электроплитами
-приобретение переносной плиты до 1 кВт на напряжение 230 В (мультиварки 600-800 Вт) с подключением через инвертор или ИБП. Качество электроэнергии (чистая синусоида) критично только для приборов использующих электродвигатели (духовка, электрогриль).
-подключение существующей плиты необходимо выполнять с консультацией специалиста, так как в щите может быть выполнено подключение на 380 В, но нагревательные элементы плит работают как правило на 230 В, поэтому для использования одного нагревательного элемента может потребоваться индивидуальное подключение. (Последнее касается квартиры имеющей трехфазное подключение).
6. Хранение продуктов, кондиционирование, стирка белья. Данные потребители имеют ряд требований к как к качеству электроэнергии, так и к интервалам отсутствия электроэнергии. Отключения во время работы компрессора (привода стиральной машины) при повторных частых пусках (даже не отключение электроэнергии, а оперативные переключения до 10 мин) могут привести к выходу из строя оборудования и это не будет относиться к гарантийному случаю. .
- задача решается подключением холодильника (стиральной машины, кондиционера) через ИБП, инвертор (чистая синусоида). При использовании ИБП, инвертора время переключения на АКБ должно быть не более 15 ms (инвертор с байпасным выходом). Наилучшим вариантом является использование ИБП (инвертора) с полным циклом преобразования (выпрямление-преобразование). Минус таких ИБП - потери до 20% электроэнергии, плюс-сохранение техники в исправном состоянии. Есть премиум марки бытовой техники, которая работает от однофазной сети 230В и имеет свой инвертор с полным циклом преобразования (т.н. инверторные холодильники, кондиционеры, стиральные машины)..
Стиральные машины с механическим переключателем режимов стирки при отключении электроэнергии необходимо оставить в том же положении переключателя. Машина продолжит стирку с режима остановки после подачи напряжения, а перевод переключателя в другой режим приведет к выходу из строя управления режимов стирки.
2. Выбор приборов для защиты от аварийных режимов.
(это нужно понимать так как дозвониться на горячую линию оператора сложно и скорее бесполезно т.к. там сидят телефонисты без технической подготовки)
1.Условно, все квартиры подключены к сети 0.4/0.23 кВ (глухо заземлённая неитраль (с заземленным нулем). 230 В в квартире получается при подключении L(фаза) и N( ноль) .
Согласно норм дома подключённые к сети до 2000 года могут иметь нулевую жилу 50% от сечения фазных жил. Так как квартиры даже при 3-х фазном подключении не имеют условно 3-х фазной нагрузки( 3-х фазный котел, плита при подключении на 2 фазы имеют нагревательные элементы 230 В. Таким образом ток через нулевой провод превысит расчетную величину и может произойти «отгорание» нулевого провода. Это приводит к превышению верхнего значения напряжения работы бытовых приборов. Для защиты от такого режима необходимо предусмотреть установку на вводе в квартиру реле напряжения. (Уставка Umax).
2.Переключения для ограничения потребления негативно сказываются на техническом состоянии оборудования самих энергокомпаний, что зачастую приводит к выходу устройств поддерживающих параметры сети. Возможна подача потребителю напряжения 0.47/0.27 кВ, что тоже приводит к выходу из строя бытовых приборов. Для защиты от такого режима необходимо предусмотреть установку на вводе в квартиру реле напряжения. Уставка Umax).
3 При повторной подаче напряжения потребителю будут «посадки напряжения» так как после длительного отсутствия резко возрастает нагрузка. Этот режим критичен для холодильников, стиральных машин, кондиционеров (бытовых приборов использующих электродвигатели). Для защиты от такого режима необходимо предусмотреть установку на вводе в квартиру реле напряжения. (Уставка Umin).
4. Резкое увеличение нагрузки при подаче напряжения (после длительного отключения) приводит к перегоранию одного как правило предохранителя по стороне 10 кВ(6,20 кВ), что приводит к наличию на одной фазе наведенного напряжения в жилом доме. LED лампы начинают мерцать, холодильник не работает, в современных холодильниках мерцает свет. Реле напряжения в данной ситуации может не сработать. Необходимо отключить приборы и звонить в аварийные службы.
5. Современные ИБП, инверторы в основной массе имеют защиты по напряжению, поэтому на выделенной нагрузке приборы останутся запитаны в аварийных режимах от аккумуляторов, поэтому защиту необходимо ставить на вводе, для защиты бытовой техники запитанной только от городской сети. Технические характеристики реле напряжения должны соответствовать номиналу вводного автомата.
Для выбора уставок реле Umin и Umax посмотрите паспорта бытовых приборов (обратить внимание на бытовую технику с электрическими двигателями). В случае отсутствия паспортов рекомендуемые устовки Umin=190 В, Umax=250 В.
3. Формирование бюджета
Все собственники имеют разный доход и сегодня стоит задача выживания каждой семьи в соответствии с семейным доходом. Поэтому необходимо расставить приоритеты для обеспечения жизни семьи.
1. Обеспечение связью и освещением является приоритетом № 1. Это можно выделить в 1 этап финансирования и стоимость при схеме без инвертора составит 1500-3000 грн. При использовании инвертора с внешним аккумулятором или ИБП( UPS) 5000-15000 грн.
2. Защита от аварийных режимов является приоритетом №2. Для 1 фазной сети - 500-1200 грн. Для 3-х фазной сети – 1100-2000 грн.
3. Обеспечение работы холодильника является приоритетом №3, можно выделить во 2-й этап финансирования. Стоимость решения с ИБП, инвертор+ аккумулятор ( чистая синусоида) 18000- 30000 грн Можно объединить в один этап подключение холодильника с обеспечением связью и освещением при наличии средств в размере 20000-30000 грн.
4. Приготовление пищи - приоритет №4. Это можно выделить в 3 этап финансирования. Задача решается подключением дополнительного аккумулятора к ИБП (Инвертор + аккумулятор), а в случае ИБП с встроенным аккумулятором, покупка ИБП. Стоимость 10000-20000 грн.
5. Приоритетом № 5 является подготовка горячей воды. Подключение можно объединить с решением с обеспечением связью и освещением при выборе решения с инвертором. для этого необходимо увеличить емкость аккумулятора на 1 этапе или купить дополнительный аккумулятор. Решение можно объединить с 3 этапом или выделить в отдельный этап финансирования. Дополнительная стоимость составит 6000-10000 грн.
6. Решение задачи по подключению стиральной машины, обратного осмоса, кондиционера является комплексным и желательно с привлечением специалиста. Рекомендовано создавать систему гарантированного питания с использованием генерации (СЭС , инверторный генератор и т.д.). Установка инвертора с АКБ 10-20 кВт\ час я считаю экономически необоснованной. Стоимость инверторного генератора соизмерима со стоимостью батареи 5 кВт\час. Генераторы в основном оснащены шиной 12 В для зарядки аккумулятора, а ИБП воспримет работу такого генератора з\как сеть.
7. В планируемый бюджет рекомендую заложить резерв до 20% от общей суммы.
4. Выбор оборудования
1. Расчет мощности потребителей для решения задачи в соответствии с выделенной суммой на реализацию. Для этого необходимо сложить мощности приборов согласно паспортов (табличек) или воспользоваться калькулятором.
2. Если реализация разбивается на несколько этапов, то и мощности приборов необходимо рассчитать в соответствии с планируемыми этапами. Это важно для оптимизации технического решения по обеспечению жизнедеятельности в целом и позволит скорректировать финансирование с минимизацией затрат. Конечного результата.
3. Ваш бюджет позволяет решить задачи связи, освещения и защиты от аварийных режимов работы и вы не планируете на ближайшее время трат, рекомендуется остановить выбор на схеме зарядное устройство, аккумулятор, блок питания . светильники с встроенными аккумуляторами с портом заряда постоянным током (предпочтительно USB, это позволит пользоваться одним типом кабеля для подключения всех устройств). Можно рассмотреть покупку UPS с встроенным аккумулятором. Аккумулятор при таком техническом решении будет резервным источником к которому постоянно подключены конвертер и роутер, остальные устройства можно подключать по мере разрядки встроенных аккумуляторов. Поэтому старайтесь подключать другие приборы по очереди для подзарядки ( светильники, ноутбук, планшет. Телефон) при этом оптический интернет позволит получить более устойчивую связь через мессенджеры ( Viber и т.д.) по причине отключения оборудования операторов мобильной связи ( «соты») от электросети в вашем районе.
4. Аккумулятор для установки в квартире должен быть необслуживаемый (например гелиевый, LiFePO4), Установка кислотных аккумуляторов возможна в хорошо вентилируемых помещениях, где не находятся люди и животные. Пары кислоты наносят вред для живых организмов.
Выбор емкости аккумулятора осуществляется по соотношению времени автономной работы и времени заряда. Время автономной работы определяется исходя из графиков отключения. Так как графики отключения спрогнозировать невозможно, предлагаю расчет производить исходя из соотношения время разряда/время заряда:
- для гелиевых аккумуляторов рекомендуется соотношение 2\1, применительно по длительности суток 16 час\8 час.
- для LiFePO4 аккумуляторов рекомендуется соотношение 5\1, применительно по длительности суток 20 час\4 час.
Для длительного срока эксплуатации разряжать аккумулятор можно до уровня остаточного заряда по типам:
- для гелиевых(кислотных) аккумуляторов рекомендуется не более 40%,
- для LiFePO4 аккумуляторов рекомендуется не более 20%.
Производим расчет тока разряда аккумулятора. Для приблизительного расчета тока разряда суммируйте мощность конвертора, роутера и самого мощного потребителя (ноутбук как пример), мощность разделите на 12 В ( напряжение аккумулятора согласно паспорта) и получите ток разряда.
(Величину тока разряда) умножаем на 16 часов и умножаем на 2 на 0.65 (коэффициент спроса, корректирующий неодновременность подключения приборов и встроенные аккумуляторы в светильники, телефоны) = расчетная емкость гелиевого аккумулятора.
Для LiFePO4 аккумуляторов. (Величину тока разряда) умножаем на 20 часов и часов и делим на 0.8 умножаем на 0.65 (коэффициент спроса корректирующий неодновременность подключения приборов и встроенные аккумуляторы в светильники, телефоны) = расчетная емкость LiFePO4 аккумулятора.
Юрий Ковтунович
Комментариев нет:
Отправить комментарий