Что такое бесперебойные системы энергоснабжения?

Многие вещи в нашей повседневной жизни представляются нам настолько обыденными и само собой разумеющимися, что нам сложно себе представить даже мимолетное их отсутствие. К таким вещам, например, относится электричество. Его мы не можем увидеть и пощупать, оно неприметно и беззвучно, а его присутствие мы можем определить только по косвенным признакам, таким, как работа электроприборов, наличие света, воды и тепла в нашем доме.

Цивилизация современного города обязана своему существованию по большей части электричеству, но при этом мы очень редко задумываемся, откуда это электричество берется. Для того чтобы в  электрических розетках наших домов появилась такая жизненно необходимая разница потенциалов в 220 вольт, где-то в других местах, порой довольно далеких, крутятся огромные турбины гидроэлектростанций и сжигаются тысячи и тысячи тонн полезных ископаемых.

Прежде чем попасть к нам в дом, ток проходит сотни или тысячи километров через бескрайние просторы нашей державы, прыгая через бесчисленные множества мачт линий электропередач, протискиваясь сквозь подстанции и трансформаторы.

Теперь представим на миг, что какое-то звено в этой огромной цепи дает сбой, и в нашем доме отключается свет. Практически все блага, которые секунду назад баловали нас, исчезают. Наступает темнота, тишина, тоска и безисходность.

Можно ли защититься от этого? Пока специалисты энергосетей будут разбираться с наведением порядка, что само по себе может затянуться на многие часы, мы можем обезопасить себя в нашем конкретном, отдельно взятом, доме или на производстве.

Существует несколько способов обезопасить свой дом от перебоев с электричеством. Все они связаны с построением внутри дома некоей автономной системы, способной поддерживать жизнедеятельность при отсутствии (кратковременном или длительном) внешнего источника электричества.

Первый способ всем нам уже хорошо известен - это генераторная электростанция. Двигатель внутреннего сгорания на бензине или дизельном топливе, вырабатывающий электричество, от которого питается весь наш дом. Однако необходима дорогостоящая система, запускающая и останавливающая (при автономном режиме) генератор. Работу этой системы обязательно сопровождает шум, выхлоп отработанных газов. Кроме того, необходимо постоянно  следить за тем, чтобы в топливном баке было горючее,  время от времени производить сервис, менять масло и т.д.

Конечно в некоторых ситуациях, при полном отсутствии штатного энергоснабжения, этого не избежать.Вместе с тем, в настоящее время в нашей стране мало кто догадывается, что существуют еще более удобные системы, получившее большое распространение в Европе и США, - это полностью электрические системы бесперебойного питания. Весь наш дом можно снабдить резервным электричеством от аккумуляторов, также как это делается в автомобиле. Когда есть свет, батареи заряжаются, а когда отсутствует штатное энергоснабжение - весь дом получает электричество из собственного резерва, который можно сделать каким угодно большим. Такая система имеет ряд преимуществ перед генератором: она саморегулируется ,  работая  полностью бесшумно  в автоматическом незаметном режиме, за ней не надо следить, заливать горючее, она не огнеопасна и срок службы ее очень высок - порядка 10 лет и выше.

Такие системы называются инверторными (или аккумуляторными) системами бесперебойного питания. Основа системы - инвертор, прибор, преобразующий постоянный ток аккумуляторов в переменный ток 220 вольт домашней сети. Как правило, инвертор также имеет встроенное зарядное устройство, которое позволяет быстро заряжать и контролировать состояние батарей. Обычно, при имеющемся в доме подводе трех фаз, одна из фаз подключается через инвертор, становясь так называемой  "резервной фазой". На нее коммутируются все нагрузки внутри дома, которые должны работать в бесперебойном режиме. Это могут быть, к примеру, свет, насос, холодильник ,электроника отопительного котла, телевизор, системы безопасности, электрические ворота и так далее. То есть все то, без чего у нас могут быть неудобства, или даже откровенные проблемы, в случае отключения  внешнего электричества.

Если говорить о  Европе, то во многих странах  уже давно поняли, что, несмотря на технологический прогресс и высокую степень развития общества, никто не застрахован от случайностей, будь то поваленное дерево или ураган с наводнением, который затапливает города. Полностью обезопасить комфорт своей жизни можно только рассчитывая на собственные силы. Поэтому каждый раз после катаклизмов и глобальных аварий электросетей спрос на оборудование бесперебойного питания возрастает.

Инверторная система - это элегантная альтернатива шумному генератору, хотя нам нужно хорошо понимать, что и тот, и другой вариант имеет свои плюсы и минусы. Если говорить о выборе - генератор или инвертор, то, прежде всего, имеют значение 2 фактора: необходимая мощность нагрузок и длительность автономной работы. Если перебои бывают длительностью более суток, то, скорее всего, без генератора нам не обойтись. Чем дольше должна работать система, тем больше требуется батарей, а хорошая батарея - это довольно дорогой компонент системы.

Также не обойтись без генератора в местах, где совсем нет или еще не подведено электричество. Если мы построили загородный дом в месте, где еще нет электросети, то можно установить и генератор, и инверторную систему, которые будут эффективно сочетаться друг с другом. В таком случае, чтобы не гонять генератор все время, он может автоматически включаться инвертором для зарядки аккумуляторных батарей по необходимости или в заданное время, после чего можно использовать энергию от батарей через инвертор. При этом заметно повышается срок службы генератора, не говоря уже, о том, что мы можем хоть какое-то время пожить в тишине, не жертвуя электричеством… Без мощного генератора не обойтись, если надо запитывать нагрузки свыше 10 кВт, хотя   существуют более мощные 3-фазные системы резервирования, которые  ориентированы на промышленные предприятия малого бизнеса.

Как мы уже упомянули, аккумуляторы для бесперебойных систем стоят дорого. Не всякая батарея подойдет. Дешевые автомобильные батареи называются стартерными и не предназначены для длительных циклов разряда-заряда. Ничто не мешает, конечно, использовать и их, но, скорее всего, они быстро выйдут из строя, так как рассчитаны только на режим короткого импульса (старт автомобиля). Из тех батарей, которые могут быть использованы для домашних систем питания, существуют несколько типов: жидкостные, AGM и сухие (гелевые). Жидкостные батареи лучше не покупать, так как для них нужно помещение с принудительной вентиляцией, и они требуют обслуживания. Другие два типа - герметичные и необслуживаемые. Сухие (гелевые) аккумуляторы, патент на которые имеет немецкая компания Sonnenschein, - самые дорогие, но наиболее "долгоиграющие" - срок их службы составляет около 15 лет. Батареи типа AGM служат в среднем до 10-ти лет и стоят процентов на тридцать дешевле. Стоимость одной батареи 12 В, 100 Ач, производства Sonnenschein составляет около 400 долларов,  кислотной Sun  Light около 300 долларов.  При установке домашней системы бесперебойного питания на базе инвертора,  у которого входное постоянное напряжение 48 Вольт, потребуется 4 или 8 таких батарей. Если инвертор имеет входное напряжение 24 В, то можно обойтись двумя 12-вольтовыми батареями, подключенными последовательно .

Инверторы бывают тоже разными. Более дешевые инверторы выдают ступенчатую (квази) синусоиду на выходе переменного тока. Более дорогие имеют более совершенный преобразователь, который выдает ток "чистого синуса" - ток с минимальными гармоническими искажениями - такой же, что и в обычной сети 220 вольт. Чистый синус лучше для требовательных электронных приборов (плазменные панели, дорогая аудиотехника и лабораторные приборы т.п.). Также чистый синус лучше подходит для функционирования электроники импортных котлов отопления.

На квази-синусе будут работать практически все домашние бытовые приборы, за исключением  СВЧ-печей мощностью более 1000 ватт, лазерных принтеров, некоторых зарядных устройств для сотовых телефонов. Кроме этого, могут наблюдаться такие неудобства, как шум ламп дневного освещения. Все инверторы  имеют достаточную электромагнитную защиту и не дают помехи при работе телевизора или радио. Также стоит заметить, что время переключения при сбоях сети составляет примерно 15-20 мс, что достаточно для того, чтобы компьютер не перегружался.

Для примера цен можно назвать инвертор Xantrex SW3048E (3,3 кВт, 48 VDC) со встроенным мощным зарядным устройством, который стоит около четырех с половиной тысяч долларов. В сочетании с банком батарей на 4х200 Ач этот инвертор может обеспечить бесперебойное питание дома  до 12 часов. Домашнюю систему бесперебойного питания следует также снабдить стабилизатором напряжения, так как сам инвертор не решает проблему стабилизации при скачках или при слабом напряжении внешней сети. Практически любой коттедж  в настоящее время только выиграет от использования стабилизатора на входе 220 вольт, так как стабильность наших сетей оставляет желать лучшего.

Инверторные системы идеально сочетаются с источниками тока на солнечных батареях, являясь аккумулирующим звеном для энергии, поступающей от солнечных панелей. Хотя солнечные панели и остаются крайне дорогим удовольствием, при цене примерно 5-6 долларов за ватт, они могут быть эффективным подспорьем для автономного питания коттеджей в более солнечных южных районах. Интересны варианты комплектации дополнительно ветротурбиной,  в местах с хорошей ветровой нагрузкой(при номинальном ветре не менее 8м/с).

Несмотря на то, что описанные системы бесперебойного питания стоят несколько дороже, чем аналогичные по мощности генераторные установки на жидком топливе,  они во-первых быстро окупаются, во-вторых являются решениями для двух разных ситуаций. При коротких перебоях удобства инверторной системы неоспоримы. При длительных перебоях - без генератора не обойтись, но опять же,  если генератор дополнить ветротурбиной,  солнечными батареями и  инверторной системой, то получится сочетание, достойное современных технологий умного дома.