Текст книги "Домашний электрик"

Электроснабжение дома

За последнее десятилетие требуемая мощность электроснабжения увеличилась почти в 10 раз, в основном в связи с повышением требований к комфорту и появлением нового оборудования. Это печи саун, насосы артезианских скважин, стиральные и посудомоечные машины и т. д. Следствием стало усложнение принципиальной схемы электроснабжения дома. В перечень установочных изделий, наряду с розеткой, выключателем, защитным автоматом и счетчиком, вошли различные управляющие, распределительные, коммутационные, защитные и контролирующие устройства. Повысилось качество изделий, изменились правила, технологии и способы их монтажа.

Электроустановка дома

Из каких компонентов состоит современная электроустановка дома? В нее входит все, что так или иначе связано с электрооборудованием и целенаправленно проводит электричество. Границей между электроустановкой дома и линией передачи является узел ввода электричества в здание – воздушный (от крюков с изоляторами на стене) или кабельный (от проходной уплотнительной муфты в фундаменте). В электроустановку входят все включенные в цепь приборы – от лампочек до бритвы. Расходуемая ими энергия учитывается единым счетчиком. Когда мы говорим «мощность электроустановки 30 кВт», имеется в виду суммарная мощность приборов, используемых в доме. Проектируется электроустановка в зависимости от задач, которые ставит перед специалистами ее пользователь, с учетом особенностей инженерной конструкции здания и материалов, из которых оно построено.

Чем различные электроустановки отличаются друг от друга? В первую очередь мощностью, разнообразием составляющих и степенью защиты от воздействия природных, техногенных и человеческих факторов. По месту монтажа они разделяются на открытые (наружные) и закрытые (внутренние). Снаружи дома тоже находится масса приборов и устройств, относящихся к его электроустановке. Это настенный или садовый щит электропитания, насосы (скважины, фонтаны, системы бассейна и полива газона), приводы ворот и защитных жалюзи, сервоприводы видеокамер, электрические замки, системы кабельного обогрева кровли и лестниц, ландшафтные светильники. Также частью наружной электроустановки в момент использования являются электрические газонокосилки, триммеры, садовые пылесосы, грили, разного рода электроинструменты и прочая техника с питанием от электросети здания.

Элементами открытой электроустановки являются система заземления дома и оборудование молниезащиты. Если металлическая кровля заземлена (а по правилам это необходимо делать!), она также входит в состав наружной электроустановки. Правильно рассчитанные и смонтированные системы заземления и молниезащиты предохраняют людей от последствий прямого попадания в здание молнии и разрядов атмосферного электричества, от токов утечки и блуждающих токов, спасают от порчи внутреннюю электроустановку со всеми включенными в нее приборами.

Кстати, многие страховые компании существенно снижают суммы рисков, если речь идет о доме, в котором не установлена молниезащита, соединенная с заземлением здания и взаимодействующая с системой выравнивания потенциалов. В традиционном исполнении это металлическая конструкция из токопроводящих элементов, предохраняющая всю постройку в случае прямого попадания молнии. В систему входят молниеприемная часть, молниевые токоотводы, заземляющее устройство, грозоразрядник и устройства защиты внутренних электрических цепей от импульсных (волновых) перенапряжений. В нетрадиционном исполнении в систему включается активная антенна-молниеотвод, обладающая свойством заблаговременно принимать на себя и проводить на землю грозовые разряда: до достижения ими критических значений.

Невозможно представить себе жизнь современного человека без разнообразных электробытовых устройств, которые окружают его буквально на каждом шагу. Однако за очевидные удобства, дарованные прогрессом, приходится расплачиваться все большей зависимостью от систем централизованного распределения электроэнергии.

Любые перерывы в энергоснабжении нарушают привычный ход жизни населения и воспринимаются как ЧП. Люди оказываются буквально отрезанными от всех благ цивилизации: не работают телевизор, телефон, «глобальное потепление» в холодильнике губительно действует на хранящиеся там продукты… Даже краткосрочные энергосбои способны привести к неприятным последствиям. Особенно это касается компьютеров и других устройств, которые могут пострадать от внезапного прекращения энергоснабжения. Известны случаи, когда из-за отключений электричества выходили из строя процессоры стиральных и посудомоечных машин. Вообще, чем сложнее и дороже техника, тем больше шансов, что из-за капризов энергоснабжения она окажется безнадежно испорчена.

Другая проблема, с которой особенно часто сталкиваются владельцы автомобилей, гаражей и загородных участков, заключается в том, что возможность подсоединения к магистральным сетям энергоснабжения существует далеко не везде. Между тем иногда возникает необходимость подключить электроприборы в «полевых» условиях. Как быть в подобной ситуации?

Самый простой вариант, который поможет раз и навсегда решить проблему энергоснабжения, – продублировать работу энергосистемы персональными источниками питания. Эти устройства выручат хозяев, когда потребуется организовать работу электроприборов в местах, где отсутствуют электросети. А наиболее совершенные источники бесперебойного питания (ИБП) позволят обезопасить компьютеры и бытовую технику при аварийном отключении электричества. Другими достоинствами таких устройств (по сравнению, например, с бензо– и дизель-генераторами) являются малые размеры, экологическая безопасность и удобство в эксплуатации. ИБП не загрязняют воздух выхлопами и работают бесшумно.

Для всех источников питания используются аккумуляторные батареи, характеризующиеся величиной выходного напряжения, емкостью и другими параметрами (о них речь пойдет дальше). Помимо аккумуляторных батарей в состав устройств могут входить электронный блок управления, позволяющий прибору работать как ИБП в автоматическом режиме, стабилизатор выходного напряжения, автоматическое зарядное устройство.

Выбирая источник энергоснабжения, четко определите круг задач, которые вы собираетесь решать с его помощью. Если он нужен для подключения электроинструментов на садовом участке, а также как источник питания для аварийного освещения и запуска двигателей автомобилей или снегоуборочных комбайнов, то подойдет переносной ИБП, например серий MP, EFOY (SFC, Германия). Эти модели отличаются друг от друга емкостью батареи, максимальной величиной пускового тока, напряжением вырабатываемого тока, массой и временем полной зарядки.

Емкость батарей – это величина заряда, который аккумулятор может отдать в процессе работы. Измеряется в ампер-часах (Ахч). Чем больше емкость, тем дольше смогут работать подключенные к аккумулятору устройства. Особенно важна большая емкость при подключении мощных приборов, которым требуется много энергии для длительного действия. Это относится, например, к циркулярной пиле, электросварке и т. п. Если же устройство используется для предохранения компьютеров и аналогичной техники от энергосбоев, емкость батарей обычно не слишком важна.

Максимальная величина пускового тока измеряется в амперах (А). Учитывается в том случае, если вы собираетесь использовать устройство для запуска двигателей автомобилей. Переносные источники питания способны вырабатывать пусковой ток 200-1400 А. И если ток в 200 А годится для запуска двигателей садовой техники, мотоциклов и малолитражных легковых автомобилей, то ток в 1400 А подходит для двигателей грузовых автомобилей, в том числе дизельных.

Масса – важный показатель для переносных устройств, особенно если учесть, что некоторые из них весят 15–20 кг. Такая тяжесть объясняется конструкцией аккумуляторных батарей, предназначенных для использования в помещениях. В подобных случаях применяются кислотно-свинцовые батареи с герметичным корпусом и гелевым электролитом. Их стоимость выше, чем щелочных аккумуляторов с кислотным электролитом, но у них есть много преимуществ. Во-первых (и это самое главное), такие батареи в процессе работы не выделяют вредный газ. Поэтому их можно без риска для здоровья размещать внутри жилого помещения. Эти аккумуляторы удобны тем, что могут работать в любом положении (не только будучи установлены вертикально), устойчивы к низким температурам, не требуют доливки электролита и просты в обслуживании. Но за безопасность приходится расплачиваться увеличением массы прибора. Поэтому, если устройство предполагается использовать «понемногу, но часто» и в разных местах сада, возможно, имеет смысл подобрать модель с небольшой массой (4–5 кг).

Выходное напряжение. Большинство моделей дают на выходе постоянный ток напряжением 12 В. Для питания электроники и бытовых приборов требуется переменный ток 220 В. Чтобы иметь возможность их подключить, нужны дополнительные устройства – инверторы, или преобразователи тока. Их главная характеристика – номинальная выходная мощность (от десятков ватт до нескольких киловатт).

Безопасность сети. Источники с функцией бесперебойного питания применяются при нестабильной подаче электроэнергии. Такое устройство остается постоянно подключенным к сети, а к нему, в свою очередь, подсоединяются чувствительные к энергосбоям приборы. При нормальном напряжении в сети инвертор работает на подзарядку аккумулятора или «в фоновом режиме» (в этом случае потребляемая им энергия минимальна и составляет для большинства моделей 20–50 Вт). Но как только подаваемое напряжение опускается ниже критического уровня, инвертор автоматически начинает компенсировать нехватку питания за счет ресурсов аккумуляторной батареи.

Источники бесперебойного питания используются и для компенсации пиковых нагрузок при потреблении электроэнергии. Если, например, внутридомовая система рассчитана на потребление 2,5 кВт, одновременное подключение нескольких мощных устройств может привести к отключению предохранителей (пробок). ИБП отслеживает такие скачки потребления и при необходимости компенсирует нехватку электроэнергии за счет запаса, накопленного в аккумуляторных батареях.

В зависимости от конструкции электронной схемы управления можно выделить два типа ИБП: Offline и Online. Простые по конструкции приборы типа Offline переходят на энергоснабжение от аккумуляторных батарей лишь при отключении или резком падении напряжения в сети. Устройства типа Online обеспечивают выход переменного тока с оптимальными характеристиками по частоте и форме синусоиды. Подобная техника обеспечивает наилучшую защиту подключенных к ней приборов, но и стоит не дешево.

Источники бесперебойного питания для загородных домов часто выполняются в стационарном варианте, а потому занимают немало места. Батареи в них имеют большую емкость, которая позволяет поддерживать подачу электроэнергии в течение многих часов.

Немаловажным параметром для ИБП является время, которое требуется для автоматического переключения питания с сети на аккумуляторы. Бытовые устройства типа Offline обеспечивают переключение в среднем за 30–40 мс (миллисекунд), а ИБП типа Online сокращают этот промежуток до 2 мс. Персональный компьютер обычно в состоянии выдержать «паузу» до 50-100 мс, так что обеспечить его работоспособность может большинство ИБП.

Для автономной подачи электроэнергии в течение долгого времени часто применяют комбинированную систему, состоящую из ИБП и бензогенератора. При отключении напряжения в сети ИБП начинает расходовать ресурс аккумулятора. Если же в течение заданного времени подача электроэнергии не восстанавливается, ИБП автоматически производит запуск генератора. Такие автономные системы способны работать, пока не закончится горючее в баке. Стоимость комплекса – от $ 4000 (половину суммы составит стоимость генератора). При необходимости можно нарастить емкость комплекса, добавив дополнительные батареи.

Существуют и другие, более перспективные варианты автономных источников питания. Например, комплект из стационарного ИБП и автономного источника электроэнергии (солнечной батареи, ветрогенератора и т. п.). Заплатив однажды за комплект автономного оборудования, владелец дома избавляет себя от регулярного общения с поставщиком магистрального электричества, неуклонного роста его стоимости, перебоев и скачков напряжения. Подобные проекты уже реализованы и вполне успешно работают.

Серьезную проблему для многих владельцев стационарных ИБП представляют масса и габариты этих устройств. Достаточно сказать, что в некоторых случаях общая масса ИБП достигает нескольких тонн! Возможно, для их размещения потребуется изготовление отдельного фундамента, как, например, для каминной печи. Для хранения аккумуляторов лучше всего использовать помещение с постоянной положительной температурой и небольшой влажностью (допустим, теплый и хорошо вентилируемый подвал). Иногда их размещают в отдельном подсобном строении. Большинство современных моделей аккумуляторов неплохо переносят охлаждение до -20 °C, хуже – сырость, особенно конденсат влаги, который приводит к утечкам тока и быстрой разрядке аккумулятора. Для их хранения чаще всего применяют специально изготовленные металлические стойки, способные выдержать необходимую нагрузку.

Мы беспрестанно напоминаем нашим читателям, что любая электроустановка должна быть безопасной для человека и включенных в нее приборов. Основное правило защиты от поражения током гласит: «Опасные токоведущие части не должны быть доступными, а доступные проводящие части не должны быть опасными». Среди мер защиты различных устройств важное место занимает так называемая двойная изоляция. При этом техническом решении безопасность обеспечивается усиленной изоляцией токоведущих частей, которая для большей надежности еще и дублирована. Двойную изоляцию имеют современные провода и кабели, а также оборудование, которое по способу защиты от поражения электрическим током делится на классы от нулевого до третьего. Выбор класса зависит от типа помещения (влажное, сухое, жаркое, пыльное) и назначения прибора. Самая простая защита (нулевого класса) применяется в электрооборудовании, рассчитанном на эксплуатацию в неопасных с точки зрения потенциальной возможности поражения током местах (например, в жилых комнатах, где по умолчанию должно быть сухо). Самую сложную защиту, третьего класса, используют там, где опасность поражения электричеством наиболее вероятна (в санузлах, в сырых подвалах).

Какими бы серьезными ни были технические меры защиты, никакая электроустановка не может нормально функционировать без устройств автоматического отключения источников питания. Потому что действительно эффективная защита человека от поражения током может быть реализована только методом отключения источника питания! Производится эта операция при помощи защитных автоматов и устройств защитного отключения (УЗО). Первые реагируют на короткое замыкание в электроцепи, вторые – на ненормативные токи утечки, являющиеся следствием прямого или косвенного касания человеком токоведущих частей, нарушения целостности или возгорания проводки. При помощи защитных автоматов обеспечиваются сохранность и работоспособность проводки и электроприборов. УЗО в первую очередь спасает человеку жизнь, а также защищает оборудование от возгорания.

Еще одно правило техники безопасности предписывает «заземлять и занулять все, что можно, уравнивать и выравнивать любые потенциалы». Делается это для того, чтобы исключить в доме возможность возникновения напряжений, опасных для жизни людей и нарушающих нормальную работу приборов. Большое значение для обеспечения условий безопасности в электроустановке имеет правильное выполнение системы уравнивания потенциалов. Чтобы не перегружать читателя специальной информацией по этому вопросу, поясним лишь, что суть системы в объединении с помощью заземленной шины всех частей инженерных коммуникаций, способных проводить ток. Единой цепью связываются все защитные проводники, металлические трубы коммуникаций зданий и трубы между зданиями, металлические части строительных конструкций и молниезащиты, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, газоснабжения, металлические корпуса электроаппаратов и элементы устройства заземления.

Очевидно, что любые электромонтажные работы на участке должны начинаться с устройства заземления. Его классическая схема для грунтов с невысоким удельным сопротивлением в 150–200 Ом (не каменистых), которые характерны для нашей местности, представляет собой заглубленную в землю конструкцию, в которую входят три электрода длиной 2,5–3 м в виде отрезков арматуры диаметром не менее 20 мм или уголка с шириной полки 50 мм. Они забиваются в землю на всю длину в углах равностороннего треугольника со стороной 3 м. Электроды соединяются стальной полосой сечением около 120 мм² (например, 30x4 мм) посредством электросварки. Полосу от контура заземления заводят в дом.

Для эффективного заземления даже в грунтах с высоким удельным сопротивлением рекомендуется использовать естественные заземлители: металлические обсадные трубы артезианских скважин, трубы водоснабжения, свинцовые оболочки кабелей и арматуру железобетонных конструкций здания, заглубленных в землю (к примеру, фундамента). Напомним, что использование в качестве естественных заземлителей труб системы центрального отопления и газопровода категорически запрещено!

Электроустановка начинается с ввода электричества в дом. Более подробно остановимся на кабельном варианте. Его выполняют в трубах. Используются отрезки асбестоцементных или полимерных (ПВХ, ПЭ) труб, которые называются гильзами. При наличии цокольного этажа или подвала гильзу закладывают, как правило, при устройстве фундамента на глубине 0,8 м от поверхности земли. Если выполнить ввод на меньшей глубине, повысится вероятность повреждения кабеля. При отсутствии помещений, расположенных ниже уровня земли, можно выбрать любое другое удобное место. Кабель при этом прокладывают по наружной стене здания (вне зависимости от ее материала) и обязательно защищают от повреждения стальным уголком или швеллером подходящего сечения. Впоследствии этот неэстетичный элемент фасада можно задекорировать. Ввод в деревянную стену производится через трубу из несгораемого материала (сталь, чугун, асбест).

Подземные вводы в здания (впрочем, как и воздушные), а особенно если есть подвал или цокольный этаж, следует герметизировать во избежание попадания в помещения влаги из земли и особенно газов – таких, как метан, радон (сильнейший канцероген!) и др. Выбор герметизирующего материала следует производить, исходя из двух условий.

Во-первых, герметизирующий материал не должен мешать проведению работ при ремонте и замене кабеля.

Во-вторых, поскольку из-за подвижек грунта и периодических циклов нагревания и охлаждения (под нагрузкой токопроводящие жилы нагреваются, а при отключении остывают, всякий раз меняя длину) кабель перемещается в гильзе, герметизирующие материалы должны быть пластичными.

Наряду с традиционным способом заделки канала кабельного ввода легкоудаляемой пробкой из смеси перлита и строительного гипса (вариант: глины, цемента и песка), которая не обеспечивает стопроцентную герметичность стены, поскольку легко трескается при подвижках кабеля, существуют и более совершенные запатентованные технологии. Они разработаны компаниями RAYCHEM и 3М. По технологии RAYCHEM кабельный проход уплотняется одним из двух способов: либо при помощи самоусаживаемых герметичных уплотнителей из полимерного материала (одним концом они закрепляются на трубе проходки, а другим плотно усаживаются на самом кабеле), либо путем герметизации канала изнутри расширяющимися уплотнителями. При необходимости ремонта или замены кабеля эти элементы легко удаляются, а потом восстанавливаются.

Технология RAYCHEM особенно удобна в случае, когда проход выполняется с помощью замурованной в стену трубы. Но если отверстие в стене имеет неправильную форму (а такое нередко бывает, когда его пробивают перфоратором уже после возведения фундамента для кабельного ввода в новом месте), больше подойдет технология герметизации проходов саморасширяющимся компаундом от 3М. Герметизировать можно проходы, выполненные одним или несколькими кабелями (трубами) как в подземной, так и в наземной частях здания. Предварительно обработанный специальным составом кабель обматывается объемной армирующей сеткой, которая помещается в очищенный для большей адгезии герметизируемый канал. Для подачи компаунда в полость канала вводятся две пластмассовые трубки. Снаружи и изнутри отверстие заглушается поролоновой лентой. Компаунд через трубки выдавливается из пакета в полость канала, где расширяется, проникая в самые малые поры и трещины. Полимеризация материала длится не менее часа, после чего проход готов к эксплуатации. При необходимости уплотнение можно легко разгерметизировать, удалив компаунд из канала отверткой.