Текст книги "Современный дачный электрик"

Все электрогенераторы имеют определенные наименования, в которых зашифрована определенная информация об изделии. Например, расшифровка наименования электроагрегата марки «Вепрь» приведена на рис. 2.9 [8].

Рис. 2.9. Расшифровка наименования электроагрегата марки «Вепрь»

Информацию об электрогенераторе можно почерпнуть и из шильдика, укрепленного на его корпусе. На рис. 2.10 представлен шильдик с корпуса электрогенератора компании Endress. Табличка содержит все его основные технические характеристики и условия работы, при которых они гарантируются (табл. 2.3). В данном случае речь идет о генераторе мощностью 2000 ВА [9].

Рис. 2.10. Шильдик электрогенератора компании Endress

Таблица 2.3. Расшифровка обозначений с шильдика электрогенератора компании Endress

2.4. Коммутация централизованной электрической сети и автономной системы электроснабжения дома

Если по какой-либо причине происходит сбой в централизованной системе электроснабжения, то для бесперебойного функционирования электрооборудования необходимо переключаться на подачу электроэнергии от бытовой электростанции. Осуществить эту операцию можно реверсивным рубильником ABB. Рассмотрим электрическую схему подключения такой электростанции в общую сеть дома для однофазного электрогенератора [10].

Примечание

Следует учесть, что трехфазные электродвигатели запитывать от однофазного генератора нельзя.

Коммутация цепей электроснабжения, по которым происходит подача электроэнергии от централизованной системы и от бытовой электростанции к потребителям, осуществляется с помощью реверсивного рубильника, подключаемого к выходным зажимам однофазного или, как в нашем случае, трехфазного электрического счетчика (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Внешний вид реверсивного рубильника ABB и принципиальная схема коммутации автономной системы электроснабжения дома

Это обеспечивает поступление электроэнергии от генератора в общую сеть дома, минуя счетчик. В левом положении переключателя рубильника питание электроприемников осуществляется от сети 380 В, в среднем – питание электроприемников отключено, в правом – электроприемники запитываются от генератора. В качестве коммутирующего устройства могут быть использованы реверсивные рубильники ABB компании «Стэлмаркет» г. Москва, http://www.stelmarket.ru/katalog/abb_rub.htm (табл. 2.4).

Таблица 2.4. Реверсивные рубильники ABB

Примечание. Приведены цены компании «Стэлмаркет» в г. Москве на 1.10.2010 г.

2.5. Установка бензогенератора или дизель-генератора

Прочно установите бензогенератор на плоскую горизонтальную поверхность. Убедитесь, что вокруг агрегата достаточно пространства для свободной циркуляции воздуха, необходимой для охлаждения установки. Не устанавливайте бензиновый генератор в замкнутом объеме, выхлопная труба должна быть выведена наружу [11].

Убедитесь, что к выходным разъемам генератора не подключено электродвигателей. Необходимо предусмотреть отвод выхлопных газов, при этом длина металлорукава не должна превышать трех метров (из соображений потерь мощности двигателя). В помещении, где работает бензиновый генератор, нужно быть предельно осторожным: воздерживаться от курения, не проливать топливо, масло и другие горючие жидкости.

Бензогенератор во время работы следует заземлить через стержневой заземлитель, который должен быть выполнен из токопроводящего материала длиной не менее 1 м, диаметром 12–15 мм. Глубина забивания в грунт 500–600 мм. Соединение стержня с клеммой "Земля" на раме агрегата производить с помощью гибкого медного провода сечением не менее 4 мм² с надежным закреплением. Запрещается использовать для заземления водопроводные, газовые, отопительные трубы и металлоконструкции.

Залейте масло с индексом вязкости по SAE 10W-30 (смена масла каждые 50 ч для бензиновых двигателей, 100 ч для дизельных двигателей).

Заполните топливный бак. Убедитесь, что кнопка останова не в положении "Stop".

Внимание!

Перед запуском дизель-генератора выполните все предписания по технике безопасности. Топливо, электрооборудование, выхлопные газы и вращающиеся детали представляют опасность.

Меры предосторожности при эксплуатации двигателя:

• Запрещается заправлять топливный бак при работающем двигателе.

• Вдыхание выхлопных газов представляет опасность для здоровья.

• Ежедневно проверяйте уровень масла.

• Запрещается снимать крышку маслоналивной горловины при работающем двигателе.

• Контролируйте состояние и очищайте воздушный фильтр настолько часто, насколько необходимо.

• Очищайте ребра охлаждения для обеспечения циркуляции охлаждающего воздуха.

Меры предосторожности при эксплуатации генератора:

• Заземлите генераторную установку при помощи барашковой гайки, расположенной на раме установки.

• Используйте розетки и проводники с заземлением.

• Запрещается подвергать генераторную установку воздействию дождя или повышенной влажности воздуха.

• Будьте внимательны: поражение электрическим током может иметь смертельный исход.

• Рекомендуется для личной безопасности и сохранности оборудования на случай повреждения изоляции предусматривать устройство дифференциальной защиты между установкой и потребителями.

Потребители подключаются напрямую к выходным разъемам или клеммам электрогенератора либо через устройство, отключающее промышленную сеть – систему автозапуска. В зависимости от мощности и удаленности нагрузки следует правильно подбирать необходимое сечение проводов.

Приблизительное сечение проводов приведено в табл. 2.5. Например, для прожектора мощностью 2 кВт (8,7 А), удаленного от дизельного генератора на 100 м, необходимое сечение кабеля равно 6 мм².

Подключение потребителей к электроагрегату могут выполнить специалисты сервисного центра либо необходимо воспользоваться услугами квалифицированного электрика.

Предупреждение!

Перед остановкой двигателя необходимо отключить все потребители во избежание выхода из строя генератора.

Таблица 2.5. Рекомендуемое сечение проводов в зависимости от мощности и удаленности нагрузки от электрогенератора

2.6. Ветрогенераторы

Современные ветроэнергетические установки (ВЭУ) – это надежные машины, которые весьма эффективно преобразуют энергию ветра в электрическую энергию. Для того чтобы применить ВЭУ в хозяйстве загородного дома, необходимо ответить на вопрос: «Достаточно ли высоки скорости ветра в выбранном месте?» Установить те регионы страны, где имеются достаточные ветроэнергетические ресурсы, можно с помощью ветровых атласов (см. прил. П2.3). Узнав среднегодовую скорость ветра в регионе, можно приближенно определить объем электрической энергии, которую может выработать ВЭУ в течение года. Более точные методы расчета требуют значительного объема дополнительной информации и должны производиться специалистами [12].

Если ветроэнергетические ресурсы в вашем регионе невелики, вполне возможно, что эффективными окажутся другие виды ВИЭ. В перспективных для применения ВЭУ регионах среднегодовая скорость ветра должна быть 4–6 м/с и более. Россия располагает значительными ресурсами ветровой энергии, они сосредоточены главным образом в тех регионах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Такая ситуация характерна для всего Арктического побережья от Кольского полуострова до Чукотки, а также для побережья и островных территорий Берингова и Охотского морей.

В России энергия ветра может быть эффективно использована в следующих регионах:

• области: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская, Краснодарский край, Приморский край, Хабаровский край;

• республики и АО: Дагестан, Калмыкия, Карелия, Коми, Ненецкий автономный округ, Таймырский автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.

Перспективны и другие отдельные районы многих краев, областей и республик РФ. Например, в Ленинградской области очень многие территории подходят для установок ветрогенераторов, которые будут эффективно вырабатывать энергию практически круглогодично.

Если выясняется, что на интересующей территории нет достаточных ветроэнергетических ресурсов, применять ВЭУ в этом месте не имеет никакого смысла.

После уточнения местной розы ветров можно планировать потребление электроэнергии. Ветряки можно устанавливать индивидуально. Специалисты подсчитали, что для обеспечения так называемого "интеллектуального быта" жильцов (семьи из 3–4 человек) пригородного дома, расположенного в регионе со средней скоростью ветра 1,8–4,5 м/с, вполне хватит одного ветряка мощностью 5 кВт. Он будет вырабатывать энергию, достаточную не только для освещения здания, но и для работы привычного ассортимента бытовой техники: телевизора, холодильника, компьютера и т. п. [13].

Для справки

Ветер скоростью до 3 м/с человек практически не ощущает, полотно из легкой ткани на таком ветру очень слабо колышется.

Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

• механический шум – от работы механических и электрических компонентов; в современных ветроустановках практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старых моделей;

• аэродинамический шум – от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки, который усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки.

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчетными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не дает информации о шумности ветроустановки, т. к. эффективно отделить шум ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно. Приведем сравнительные значения уровня шума (в дБ) для различных ситуаций:

• болевой порог человеческого слуха – 120;

• шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м – 105;

• шум от отбойного молотка на расстоянии 7 м – 95;

• шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении 100 м – 65;

• шумовой фон в офисе – 60;

• шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч – 55;

• шум от ветрогенератора на удалении 350 м – 35–45;

• шумовой фон ночью в деревне – 20–40.

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов – 300 м.

Несмотря на известные преимущества, у ветрогенераторов есть и трудноустранимые недостатки, с которыми приходится считаться.

• Недостаточная мощность средних, " бытовых" ветряков для отопления домов в холодные сезоны. Для решения проблемы можно установить несколько ветрогенераторов или один очень мощный, что дорого и нерационально с точки зрения использования площадей.

• Для установки ветрогенератора требуется много места. Устанавливать его рекомендуется не ближе чем в 20 м от жилого строения, в противном случае электромагнитные поля, возникающие при работе генератора, могут стать не только источником помех при работе электронной техники, но и причиной заболеваний владельца дома.

• Высокая цена. Средний ветродизельный комплекс, в зависимости от комплектации, стоит 250–400 тыс. руб., а его окупаемость может растянуться на 3–5 лет. Правда, сегодня это не очень смущает.

Средние и крупные ветрогенераторы единичной мощностью от 50 кВт до 5 МВт часто объединяют в группы (ветропарки) и устанавливают на специально подобранных площадках с постоянно дующим свежим ветром при скорости 8-15 м/с. Подобные ветрогенераторы обычно стоят на берегах водоемов, склонах холмов, гор, на равнинах. Стоимость таких ветрогенераторов, в зависимости от производителя и мощности ветряка, составляет 40–60 тыс. руб. за 1 кВт установленной мощности. На рынке имеется много б/у реставрированных ветрогенераторов, стоимость которых вполовину меньше новых моделей [14].

Ветрогенератор может работать в полностью автономном режиме без сети, как правило, это небольшие и средние ветрогенераторы от 0,5 до 30 кВт. Такие ветрогенераторы предназначены для энергоснабжения индивидуальных домовладений и объектов, удаленных от централизованного энергоснабжения (рис. 2.12). Автономные ветряки могут эффективно "обслуживать" небольшие дачи в режиме проживания "по выходным": в течение недели ветряк накапливает электроэнергию в аккумуляторные батареи, которой хватает на выходные дни.

Рис. 2.12. Небольшой автономный ветрогенератор на крыше загородного дома

Планируя приобрести ветрогенератор для загородного дома, необходимо учитывать также стоимость дополнительного оборудования (аккумуляторных батарей и т. п.). Стоимость всей системы ветроэлектрической установки «под ключ» мощностью 2 кВт в условиях Подмосковья составляет около 200 тыс. руб.

Основные элементы автономной ветроэнергетической установки: ветроколесо, генератор, мачта, регулятор, контроллер, инвертор и аккумуляторная батарея (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Структура автономной ветроэнергетической установки и устройство ветрогенератора: 1 – лопасти турбины; 2 – ротор; 3 – направление вращения лопастей; 4 – демпфер; 5 – ведущая ось; 6 – механизм вращения лопастей; 7 – электрогенератор; 8 – контроллер вращения; 9 – анемоскоп и датчик ветра; 10 – хвостовик анемоскопа; 11 – гондола; 12 – ось электрогенератора; 13 – механизм вращения турбины; 14 – двигатель вращения; 15 – мачта

У классических ветровых установок ветроколесо имеет три лопасти, закрепленные на роторе. Вращаясь, ротор генератора создает трехфазный переменный ток, который передается на контроллер, далее преобразуется в постоянное напряжение и подается на аккумуляторную батарею [15].

В устройстве автономной энергетической установки ротор, мачта и генератор – основные элементы, но далеко не единственные. Один из важных компонентов – электрический регулятор, который прерывает ток, текущий на батарею, если она полностью заряжена. Без регулятора произойдет закипание электролита. В более сложные схемы ветроэнергетических установок входит контроллер, управляющий многими процессами ветроустановки (поворотом лопастей, зарядом аккумуляторов, защитными функциями и др.). Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.

Накопителем тока служит как минимум одна батарея. Для таких установок требуются специальные батареи (автомобильные не походят!), которые аккумулируют малейшие токи и потому надежны в плане инерционной и глубокой зарядки (12 В/125 А-ч).

Обычно от батарей могут питаться только 12– или 24-вольтовые потребители. Но при подключении инвертора (преобразователя тока) можно включать приборы на 220 В.

При полном штиле ток, естественно, не вырабатывается, а если подключены пользователи длительного действия (на 12 или 24 В), батареи быстро разрядятся. Если батареи часто подвергаются полной разрядке, то срок их эксплуатации значительно сокращается. Средство профилактики – дополнительное защитное устройство, препятствующее полной разрядке аккумуляторов.

Конструкция ветряных генераторов предусматривает защиту от ураганных ветров. Высокая мачта должна быть надежно закреплена на прочных растяжках (тросами). Все токоподводящие части тщательно изолируют.

В загородном доме электрическая сеть может питаться только от ветроэнергетической установки, в схему которой включены аккумуляторные батареи (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Автономная ветроэнергетическая установка

Для того чтобы ветроустановка надежно и бесперебойно обеспечивала электричеством загородный дом, в его сеть желательно включить дизель-генератор и солнечную батарею. Это особенно целесообразно в регионе с нестабильными ветрами. При исчерпании запаса энергии, накопленной ветрогенератором, мгновенно и незаметно для пользователя происходит включение дизельного генератора.

Наличие в загородном доме централизованной электрической сети позволяет построить переключение питания дома при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть (рис. 2.15). Переключение производится устройством автоматического включения резерва (АВР), которые специально предназначены для автоматического переключения электропитания с первого питающего ввода на второй в случае пропадания напряжения на первом вводе. Переключение с одного ввода на другой происходит за время от 0,1 до 30 с, при этом временная уставка может регулироваться.

Рис. 2.15. Автономная ветроэнергетическая установка с переключением на центральную электрическую сеть

Схема, приведенная на рис. 2.15, может задействовать ветрогенератор в качестве резервного источника питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потере питания от электросети.

Различают две основные конструктивные разновидности ветрогенераторов: вертикальные и горизонтальные (рис. 2.16). У горизонтальных ось вращения ветроколеса расположена горизонтально относительно поверхности земли, у вертикальных, соответственно, вертикально [16].

Рис. 2.16. Автономные горизонтальный (а) и вертикальный (б) ветрогенераторы

Особого различия в работе или производительности обоих видов ветрогенераторов нет. Работают они практически одинаково. Только вертикальные ветрогенераторы дороже горизонтальных почти два раза, вероятно из-за сложности узла вращения лопастей. Некоторые специалисты рекомендуют устанавливать вертикальные ветрогенераторы в местах с высокой турбулентностью и постоянно меняющейся скоростью ветра, а горизонтальные ветряки – во всех остальных случаях [17].

По принципу работы различают автономные ветрогенераторы (off-grid) и подключенные к внешней сети электроснабжения (on-grid). Системы on-grid при нехватке энергоресурса ветрогенератора берут недостающую энергию во внешней сети. Если ветрогенератор вырабатывает энергии больше, чем потребляет подключенный к нему объект, излишки энергии также поступают в сеть.

Ветрогенераторы делятся на промышленные и бытовые. Промышленные ветрогенераторы обладают мощностью до 5–6 МВт. Бытовые ветрогенераторы предназначены для использования частными лицами и обладают мощностью до 10–15 кВт.

Ветрогенераторы большей мощности обычно называют ветряными электростанциями или ВЭС. Такие станции могут обеспечить электроэнергией поселок или небольшой город, но они занимают значительную площадь. Ветрогенераторы, установленные вдоль морского побережья, постоянно поставляют электроэнергию потребителям.

Специалисты рекомендуют перед выбором ветрогенератора оценить следующие основные факторы: пиковую нагрузку на объекте, среднее месячное потребление электроэнергии, среднюю скорость ветра и площадь, отводимую под установку ветрогенератора.

Чем больше высота мачты, тем больше скорость ветра, который крутит "вертушку". Однако с увеличением высоты мачты растет стоимость оборудования и его монтажа. Оптимальным, по мнению специалистов, считается ветрогенератор, поднятый на 10 метров над самым высоким деревом или строением в радиусе 100 метров.

Среднее месячное потребление электроэнергии в вашем коттедже можно посчитать самостоятельно. Для этого достаточно выписать в табличку все электроприборы, указать их мощность, умноженную на время работы, и сложить полученные показатели.

В зависимости от места установки выбирают тип мачты. Если есть свободное пространство, то мачту устанавливают на растяжках. Более компактные варианты – конические или гидравлические мачты и ажурные мачты-фермы. Чем выше мачта, тем больше будет КПД ветрогенератора.

Определить мощность, необходимую для обеспечения загородного дома электроэнергией, можно из следующих соображений [18].

Сначала разделим среднемесячное потребление энергии на 720. Допустим, энергопотребление дома составляет в среднем 800 кВт в месяц, тогда получаем мощность электроэнергии, потребляемой домом, 1112 Вт.

Так как ветер изменчив и непостоянен, то берем генератор с запасом. Чтобы определить необходимый запас обратимся к анемометру: начальная скорость работы многих ветрогенераторов 2 м/с, а номинальная скорость, при которой генератор выдает максимальную мощность, 9-10 м/с. Сделав соответствующие замеры, желательно, в течение месяца, определим процент запаса. Обычно считают, что генератор в среднем работает на 50 % своей мощности. Тогда для расчета берем полученную мощность и умножаем на 2 и по полученному результату 2224 Вт выбираем ветрогенератор.

Для подбора инвертора необходимо найти максимальную потребляемую мощность, т. е. мощность нагрузки. При подключении всех электроприборов к сети мы получаем максимально потребляемую мощность. Например, напряжение, которое вырабатывает генератор EuroWind, составляет 2-120 В, а диапазон мощностей инверторов для данной модели от 1600 до 10 000 Вт.

Для небольшого загородного дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно ветроустановки мощностью около 500 Вт для покрытия базовых потребностей в электроэнергии (освещение, телевизор, связь, радио, другая маломощная нагрузка) и от 1,5 до 5 кВт – для электроснабжения почти полностью потребителей в типовом загородном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т. п. В периоды сильного и продолжительного ветра излишки вырабатываемой электроэнергии могут использоваться для отопления помещений.

В настоящее время на рынке России предлагаются следующие ветроэлектрические установки:

• маломощные 200–600 Вт для дачных участков;

• мощностью 1000-10000 Вт для коттеджей, частных домов;

• мощностью 10-100 кВт для промышленного использования;

• гибридные установки, состоящие из ветрогенератора и солнечных батарей.

Если планируется подключение нагрузки переменного тока, то в состав выбранной системы энергообеспечения включают еще аккумуляторные батареи и инверторы.