Автономное электроснабжение частного дома своими руками - Андрей Кашкаров

3.1. Аварии в энергоснабжении и методы их устранения

Большинство современных электронных устройств (от радиоприемников и радиотелефонов до стационарных телефонов, телевизоров, радиостанций и персональных компьютеров, исключая ноутбуки) «завязано» на сетевое питание 220 В, и теряет все свои разрекламированные «плюсы» только лишь пропадет «сеть». К сожалению, это до сих пор является бедствием, даже в 15-м году XXI века, когда на несколько дней (!) могут остаться без электричества и света целые регионы с населением в много тысяч жителей. Причем, опасность даже не столько в том, что при отключении электроэнергии людям (особенно зимой) становится банально темно, сколько в том, что из-за зависимости большинства приведенных в пример электронных устройств бытового предназначения от осветительной сети 220 В, нарушается связь, информационный поток прерывается, затрудняется получение важной для жизни и безопасности оперативной информации (к примеру, предупреждений о катастрофа).

У населения в незначительном количестве остались старые стационарные телефоны с дисковым номеронабирателем и телефоны, питающиеся непосредственно от напряжения телефонной сети (при снятии трубки напряжение падает до 5–6 В, этого достаточно для функционирования отдельных моделей и современных телефонных аппаратов), но… если бы речь шла только о телефонной связи.

Совершенно понятно, что в случае масштабной катастрофы как телефонные линии и подземные кабели, радиотрансляция по проводам, так и сотовые операторы и даже Интернет могут быть «заблокированы» форс-мажорными обстоятельствами, либо намерено (в случае масштабных военных действий). В такой ситуации очень важно иметь внешнюю (хотя бы одностороннюю – в качестве потребителя информации) связь с миром.

Благодаря бесперебойному источнику питания и некоторыми дополнительными доработками можно чувствовать себя более безопасно, обеспечив себя, относительно беспечных соседей, средствами связи (получения информации по телевидению, из радиоэфира), электроэнергией для зарядки фонарей, освещения и даже приготовления пищи.

Источник бесперебойного питания (далее – ИБП), это не просто «железо» компьютерной периферии, но и многофункциональное устройство которое можно с успехом применить для обеспечения работы другой электронной специализированной дорогостоящей техники. ИБП обеспечит автономную работу с выходной мощностью до 1000 Вт в течении нескольких десятков минут за счет внутреннего (резервного) аккумулятора, что может сохранить не только оборудование, но и жизнь саму в случае техногенной или мировой катастрофы. Из модельного ряда линейно-интерактивных источников бесперебойного питания можно выделить серию Warrior фирмы Powercom; источники этой серии отличаются неплохими техническими характеристиками при относительно небольшой стоимости (до 3000 руб).

На рис. 3.1 представлен внешний вид ИБП WAR-1000А

Рис. 3.1. Внешний вид ИБП WAR-1000А

Приобрести ИБП сегодня можно в любом магазине компьютерных товаров.

Этот ИБП обладает поистине завидными параметрами при относительно низкой цене: выходная мощность 500 Вт обеспечивается при колебании входного напряжения220 В в диапазоне ±25 %. Обеспечивается автоматическое определение частоты переменного тока (сети) на входе, что позволяет использовать ИБП в сетях с частотой 60 Гц (некоторые страны за границей РФ). Отклонение по частоте допускается ±20 %. Устройство автоматически повышает выходное напряжение на 15 % при уменьшении входного сетевого напряжения в диапазоне 9…25 %. При несанкционированном повышении выходного напряжения ИБП автоматически реагирует: уменьшает выходное напряжение. Таким образом, ИБП работает как полноценный стабилизатор напряжения. Это его второстепенное, хотя и не менее важное предназначение удобно там, где сеть 220 В не стабильна, к примеру, в сельской местности, где ИБП может защитить даже от грозовых разрядов (в части колебаний напряжения в сети из-за грозы). Почему это происходит?

ИБП изначально создавался как быстрореагирующее устройство на колебания и пропадания входного напряжения, и предназначался для возможности продолжения работы на ПК при внезапном отключении сетевого напряжения. В этом случае ИБП полностью себя оправдывает: позволяет сохранить документы (иногда особо важные). Время срабатывания (переключения) в автономный режим всего 4 мс (включая время обнаружения пропадания входного напряжения).

На рис. 3.2. представлен вид ИБП со стороны задней стенки – в месте подсоединения кабелей – сетевого и двух нагрузочных.

Рис. 3.2. Вид ИБП со стороны задней стенки – в месте подсоединения кабелей: сетевого и 2-х нагрузочных

Нижнее (по рис. 3.2) гнездо предназначено для подключения сетевого кабеля 220 В. Два гнезда справа – идентичные – для подключения устройств нагрузки с максимальной мощностью до 1000 Вт.

Модели WAP-400A, – 500A, – 600A, – 1000A, – 100AP имеют соответственно разную выходную мощность. Буквы АР в конце обозначения ИБП WAP-1000AP указывают на то, что в этой модели доступно подключение к порту USB 2.0, а также с помощью разъемов RJ11/RJ45 осуществляется защита компьютерного оборудования от телефонной линии и сети Интернет (при несанкционированных бросках напряжения от телефонной сети).

Интерфейс USB создает возможность реагировать на изменения сетевого напряжения еще быстрее, а значит, более эффективно защищать ПК и его периферию. Кроме того, ИБП является очень эффективным сетевым фильтром, благодаря своим преобразователям напряжения, он отсекает сетевые помехи на по низкой (помехи от включения мощных потребителей – электрочайников, утюгов, тепловентиляторов), так и по высокой (импульсные помехи других источников питания) частоте.

Для удобства пользования системой с ИБП рекомендую с других концов на обоих кабелях (UPS outs) поддержки нагрузки установить «евророзетки» – для подключения различных унифицированных потребителей (чтобы не «перекраивать» провода).

Защита ИБП

Кроме плавкого предохранителя (замена через переднюю панель), защищающего источник от перепадов входного напряжения, имеется встроенная автоматическая электронная защита. ИБП автоматически отключится при превышении максимальной мощности по выходу на 105 % в течении 60 сек и в течении 3 сек – при превышении мощности на 130 %. Выход ИБП также защищен от короткого замыкания (что очень важно).

3.1.1. Все об источниках бесперебойного питания

Внутренности ИБП

Электрический источник бесперебойного питания (ИБП) представляет собой двойной преобразователь. Во-первых, преобразователь переменного тока в постоянный – для зарядки внутреннего резервного герметичного необслуживаемого аккумулятора (далее – АКБ) типа FP-1250 с энергоемкостью 5 А/ч и мощностью 60 Вт (номинальное напряжение АКБ – 12 В). Эта свинцово – кислотная батарея заряжается до 90 % емкости в течение 6 часов. Электроника ИБП имеет встроенную защиту: чтобы защитить АКБ от глубокого разряда (что чревато заметным уменьшением емкости) устройство отключится при критически низком напряжении АКБ.

Во-вторых, при отключении сети 220 В, внутренняя схема питается от АКБ, включается обратный модулятор преобразователь, который обеспечивает преобразование постоянного напряжения 12 В (напряжение АКБ) в 220 В с возможным отклонением ±5 %. Форма выходного сигнала – прямоугольный импульс с соответствующим действующим значением напряжения.

На рис. 3.3. представлен ИБП со снятой крышкой корпуса.

Рис. 3.3. ИБП со снятой крышкой корпуса

Если ИБП долго не используется по назначению, рекомендую его отключать для сохранения емкости батарей.

3.1.2. Полезные рекомендации по доработке ИБП

На моей практике данный ИБП тестировался на длительность обеспечения резервной энергией. При отключении осветительной сети 220 В автономная работа при активной нагрузке 600 Вт (в качестве который был плазменный телевизор, профессиональный трансивер (радиостанция КВ) Icon IC-718 в режиме «прием», радиотелефон, и энергосберегающая осветительная лампа 200 Вт) продолжается в течение 31 минуты. К слову, этого времени вполне достаточно, чтобы при необходимости получить свежую оперативную информацию из эфира и организовать бесперебойное обеспечение электроэнергией с помощью бензинового (дизельного) генератора – как источника автономного энергообеспечения (о нем ниже).

Однако, время автономной работы ИБП прямо зависит от емкости резервной АКБ. Если установить совместно со штатной – параллельно 10 аналогичных АКБ FP-1250, время автономной работы устройства возрастет пропорционально его повысившейся (в 10 раз) энергоемкости. Энергоемкость сравнимая с емкостью автомобильной АКБ (55 А/ч против 50 А/ч описанной разработки) позволит снабжать нагрузку электроэнергией почти в 10 раз больше по времени. При этом время полного заряда совмещенной батарей, состоящей из 10 аналогичных АКБ также возрастет в разы. К сожалению, в этой части нельзя сказать, что выходная мощность увеличится; этого не произойдет, поскольку электронный преобразователь напряжения АКБ в сетевое – остается прежним. Хранить объединенную батарею можно в специальном «аварийном» чемодане (см. рис. 3.4); с такими ходят врачи скорой помощи – на вызовы.