Автономное электроснабжение, или как выбрать генератор ?

         С наступлением весны начинается дачный сезон – время приводить в порядок дом и участок после зимы. Многие знают (но не все помнят), что одновременно стартует и сезон строительный – сотни соседских бетономешалок, сварочных аппаратов и перфораторов набросятся на вашу линию электропередач. Это значит, что приехав на дачу отдохнуть и заняться чем-нибудь полезным на участке, вы можете обнаружить, что электричества в доме либо нет, либо есть, но напряжение скачет так, что невозможно включить даже микроволновку.

         Согласитесь, неприятно обнаружить, что невозможно накачать электронасосом воду для полива, вскипятить электрический чайник или даже просто всей семьей посмотреть вечером телевизор, пока неторопливые бригады ремонтников едут на очередной вызов. Добавим к этому сильные порывы весеннего ветра, которые обрывают провода или просто замыкают их, вызывая срабатывание автоматической защиты на подстанции поселковой или уличной линии.

         Наиболее простым и бюджетным решением таких проблем станет покупка автономной электростанции-генератора. Существует огромное множество различных конструкций генераторов автономного электроснабжения, отличающихся в зависимости от выполняемых ими задач. Рассмотрим наиболее полезные из них с точки зрения частного пользователя.

Выбор мощности генератора

         Для того чтобы правильно выбрать мощность генератора, нужно определиться, какие вы перед ним будете ставить задачи. Мощность генератора производитель на самом деле указывает не в киловаттах (кВт), а в вольт-амперах, ВА (VA). Какая между ними разница? Вольт-ампер считается простым умножением выдаваемой силы тока генератора (указывается в амперах, напр. 21 А) на выходное напряжение. Таким образом, если на генераторе написано 21А, 220В, то он выдает 4620 ВА, или 4,6 кВА. Как соотнести эту цифру с привычными нам киловаттами? Дело в том, что в кВА указывается полная мощность активной нагрузки, а в кВт фактически потребляемая.

         Все используемые нами бытовые электроприборы можно разделить на 2 типа – с активной и реактивной нагрузкой. Первые, по сути, преобразуют электричество в тепло, в то время как во вторых электроэнергия, помимо нагрева, тратится на создание электромагнитных полей.

Активные и реактивные нагрузки

         Примером активной нагрузки является лампа накаливания, утюг, чайник, обогреватель. Если утюгу для работы нужно 1000 Вт, то его полная нагрузка будет 1 кВА или 1 кВт.

        Реактивная мощность вычисляется при помощи коэффициента мощности (обозначается как cos ф), который указывается на приборах с реактивной нагрузкой. Это все приборы с электродвигателем, пылесосы, вентиляторы микроволновые печи и т.п. Для каждого такого прибора в инструкции или на сайте производителя указывается свой cos ф.

        Например, на пылесосе указано, что он потребляет 1200 Вт (1,2 кВт) и его cos ф = 0,8. Для того, чтобы узнать реально потребляемую им мощность, нужно разделить указанную мощность на cos ф. Таким образом, пылесосу для работы от генератора потребуется 1200:0,8=1500 ВА. Следует помнить, что в зависимости от типа применяемого генератора, электростанция имеет свой собственный cos ф. Если он равен 0,85 то, полученные 1500 ВА снова делим на 0,85 и получаем для нашего пылесоса 1764 ВА=1764 Вт или 1,75 кВт. Это и будет реальной его потребляемой мощностью при работе от генератора.

Рассмотрим пример выбора мощности для обеспечения резервного питания небольшого загородного дома.

Наши главные потребители электричества:

     - освещение: лампочки накаливания 10 * 60 Вт = 600 Вт

     - водоснабжение: насосная станция 450 Вт : 0,75 = 600 Вт

     - отопление: циркуляционные насосы 2 * 120 : 0,8 = 300 Вт; котёл – 300 Вт

     - кухня – холодильник: 360 Вт : 0,75 = 480 Вт

     - разовая нагрузка – чайник: 1800 Вт

     - «развлечения» - телевизор, компьютер, радио – 800 Вт

         Всего получаем 600 + 600 + 300 + 300 + 480 + 800= 3080 Вт. Если хотим пользоваться электрочайником, то +1800 Вт и получаем 4880 Вт = 5 кВт. Добавляем к этому 10% «про запас» и покупаем электростанцию номинальной мощностью 5.5 кВА при условии, что ее cos ф = 1. Такая электростанция скорее всего будет иметь максимальную мощность около 6 кВА – она будет указана в паспорте.

         В рекламных целях производитель часто указывает максимальную мощность, в то время как номинальная на 10%-15% ниже. На максимальной мощности генератор способен проработать от нескольких десятков секунд до нескольких минут, не следует его перегружать.

         Есть ещё один момент – такие потребители, как насос водоснабжения или компрессор холодильника, в момент старта потребляют в 4-6 раз больший ток, чем во время работы. Для этого наша электростанция должна иметь возможность выдерживать кратковременные скачки потребления. Это зависит от типа применяемого в ней электрогенератора.

Синхронные и асинхронные генераторы

Не вдаваясь в технические подробности, просто скажем, что первые более сложны конструктивно, а вторые более надёжны и, обычно, дешевле.

         С точки зрения бытового потребителя синхронный генератор лучше, т.к. выдает правильную синусоиду напряжения, позволяя питать компьютер, современную бытовую технику и сложные приборы, оборудованные импульсными блоками питания.

         Также, перепады напряжения у синхронного генератора меньше, оно практически не «скачет». Однако, это также зависит от качества двигателя, который должен поддерживать постоянные обороты при любой нагрузке на генератор.

         Синхронные генераторы в силу конструктивных особенностей легче переносят высокие пусковые токи. Кстати, у насоса или компрессора пусковой ток будет гораздо выше, чем у пылесоса или дрели – ведь у них нет холостого хода и двигатель сразу должен потреблять полную нагрузку.

         Асинхронные генераторы упрощённо представляют собой маховик в закрытом корпусе, знакомый нам по генератору из школьного кабинета физики. Такие генераторы устойчивы к коротким замыканиям. Перепады напряжения здесь, как правило, компенсируются устройством автоматической регулировки напряжения – AVR (automatic voltage regulator). Это не относится к генераторам с инверторной технологией – они имеют самую высокую стабильность напряжения, колебания не превышают 1-2%.

         Такие генераторы предпочтительней использовать для электросварки (которая для генератора выглядит как короткое замыкание) и питания активных нагрузок.

Однофазные и трехфазные электростанции

         Предназначены они для питания однофазных или трёхфазных потребителей соответственно. Однофазные – это все приборы, для работы которых необходим переменный ток напряжением 220В, а трёхфазные требуют 380В. К однофазным генераторам можно подключать только однофазные нагрузки, а к трёхфазным – любые из двух.

         Мощность однофазного генератора соответствует тому количеству однофазных потребителей, которых он способен «накормить». С трёхфазными при питании трёхфазных потребителей ситуация аналогичная. Однако, при подключении к трёхфазному генератору однофазных нагрузок все гораздо сложней.

         Суммарная мощность трёхфазного генератора указана для всех трёх фаз одновременно, в то время как максимальная нагрузка на одну фазу не должна превышать 1/3 от этой мощности! Это значит, что если вы купили трёхфазный генератор на 9 кВА и подключили к однофазному выводу обогреватель 4 кВт, то генератор его не потянет – просто сработает аварийный предохранитель (если он есть).

         Чтобы этого избежать, необходимо равномерно распределять нагрузку по фазам, разница в однофазной нагрузке в идеале не должна превышать 1/3 от нагрузки на каждой фазе. Если в дом заведён трехфазный кабель, то ваши розетки и лампы освещения могут быть подключены к разным фазам – для правильного пользования трехфазным генератором придется выяснить, где какая фаза, чтобы случайно не перегрузить его.

Какой двигатель выбрать - бензиновый, дизельный или газовый ?

        Любой автономный генератор принципиально состоит из двух частей: непосредственно генератора и двигателя. Двигатель сжигает топливо (газ, бензин или дизельное топливо) и вращает привод генератора, благодаря чему последний и вырабатывает ток. Нас в данном случае интересует тип двигателя – бензиновый, дизельный или газовый.

Основные показатели, на которые следует обращать внимание при выборе двигателя внутреннего сгорания генератора (далее ДВС):

     - мощность генератора: у газовых и бензиновых ДВС она, как правило, ниже, чем у дизельных

     - общий ресурс, т.е. сколько часов работы двигателя без поломок обещает производитель, это влияет на долговечность всего устройства (двигатель почти всегда выходит из строя быстрее, чем сам генератор)

     - время непрерывной работы от одной заправки

     - потребление топлива за 1 час работы на разных режимах загрузки (измеряется в граммах топлива либо кубометрах газа)

     - периодичность работы генератора, т.е. как часто он будет запускаться и сколько будет работать в неделю, месяц, год

     - расположение генератора: в помещении или на улице, от этого зависит допустимый уровень шума, особенности выхлопной системы и процедура монтажа

Бензиновые двигатели

         Наиболее доступными и распространёнными являются генераторы с бензиновым двигателем. Они обеспечивают легкий и быстрый запуск практически в любую погоду, не требовательны к качеству обслуживания, а топливо для них всегда есть в наличии на любой автозаправке. Правда, бензиновые двигатели обладают и наибольшим количеством недостатков. Срок службы мотора и его КПД всегда ниже, чем у дизельного двигателя, расход топлива на 1 час работы выше на 10-30%, стоимость бензина выше, чем других видов топлива.

         Среди имеющихся в продаже генераторов с бензиновым ДВС следует различать генераторы с двухтактным и с четырёхтактным двигателем. Не будем вдаваться в конструктивные особенности, а остановимся на их потребительских свойствах.

         Генераторы, оснащенные двухтактными ДВС, как правило, рассчитаны на небольшой период непрерывной работы, а часто – и на небольшой срок службы устройства в целом. Это связано с конструктивными особенностями двигателя, от которого требуется только простота, мощность и малый вес.

Основные потребительские свойства таких двигателей в контексте применения на переносных электростанциях:

     - конструктивная простота и малый вес, что обеспечивает мобильность самой электростанции

     - низкая цена

     - в двигателе отсутствует система смазки, а значит, специальное «двухтактное» масло нужно покупать и добавлять непосредственно в бензин (перед заправкой, т.е. предварительно «готовить» топливо, либо в специальный резервуар)

     - более высокий расход топлива и относительно вредный сизоватый выхлоп с характерным запахом, т.к. в нём присутствуют частицы сгоревшего вместе с топливом масла, да и само топливо сгорает не полностью

     - повышенный уровень шума

     - короткое время непрерывной работы от одной заправки (не более 10 часов), что связано с размерами ДВС и малой ёмкостью бака для топлива (не более 5 литров)

    - низкий моторесурс (не более 600 часов работы за весь срок службы), т.к. двухтактные ДВС быстро изнашиваются.

         Такие двигатели, как правило, ставят на небольшие переносные электростанции с номинальной мощностью не выше 2 кВт. Цель таких электростанций – обеспечить питание одного или нескольких маломощных электроприборов на улице. Это может быть электродрель или перфоратор на стройке, или холодильная витрина с мороженым и прохладительными напитками в парке.

         Малый вес и габариты позволяют взять миниэлектростанцию на природу: на рыбалку, охоту или просто длительный пикник – питать освещение, телевизор или музыкальную систему, зарядки для телефона или ноутбука. С их помощью можно заряжать автомобильные или лодочные аккумуляторы или даже кипятить воду кипятильником. Цены на электростанции с двухтактными двигателями начинаются от 900 грн.

         Такие электростанции находятся в защитном кожухе (для защиты от влаги и пыли и для снижения шума), однако, практически не имеют выступающей части выхлопной трубы. В связи с этим, применение данных устройств в закрытых помещениях недопустимо.

         Для целей автономного электроснабжения дома такие генераторы, как правило, не подходят, т.к. имеют малую мощность и срок службы, короткое время автономной работы, а так же могут быть установлены только на улице. Впрочем, если питать только освещение и телевизор в небольшом летнем домике, то и такой генератор лучше, чем сидеть в темноте и тишине.

         Бензиновые электрогенераторы, оснащённые четырехтактным ДВС, являются наиболее распространенными товарами такого рода для частного использования. Это связано с тем, что такие генераторы обеспечивают длительный срок службы, приемлемый расход топлива и практически любую выходную мощность устройства при сравнительно невысокой цене.

Основные потребительские свойства четырёхтактных бензиновых ДВС в контексте применения на автономных электростанциях:

     - сравнительно высокая выходная мощность, от 1.5 до 30 кВт, могут быть однофазными и трёхфазными

     - меньший расход топлива, по сравнению с двухтактным ДВС аналогичной мощности

     - легко заводятся в холодную погоду

     - больший моторесурс (до 5-6 тысяч часов) и длительное время непрерывной работы от одной заправки (до двух суток), напрямую связанное с объёмом бака (до 40 литров)

     - более сложная конструкция (имеется своя система смазки и охлаждения), больший общий вес установки

     - в большинстве случаев – низкая мобильность, такие двигатели, как правило, стационарны

     - более «чистый» выхлоп и уровень шума, однако выхлопные газы очень ядовиты

     - возможность как ручного запуска, так и при помощи электростартера или автоматики управления

         В целом, главное правило при выборе электростанции с таким двигателем, помимо требуемой мощности (о ней позже) – это время непрерывной работы от одной заправки. Здесь следует одно интересное уточнение, прямо связанное с качеством двигателя. Дело в том, что производители выпускают на рынок так называемые «любительские» и «профессиональные» электростанции.

         Первые, обладая всеми необходимыми пользователю качествами, комплектуются двигателями, не рассчитанными на длительную эксплуатацию – их ресурс составляет не более 600 моточасов, а срок службы всего пару лет. Вторые же, наоборот, рассчитаны на длительные периоды работы и сделаны на порядок качественней. Внешне, без разборки двигателя и осмотра его компонентов отличить их сложно, по этому, здесь действует простое правило - чем больше ёмкость топливного бака (или хотя бы есть возможность подключения внешнего бака), идущего с таким двигателем, тем он лучше.

         Объяснение простое – если производитель комплектует двигатель баком на 20-30 литров, значит, он предусматривает длительную непрерывную работу такого двигателя и закладывает в конструкцию соответственный моторесурс. И наоборот, если перед вами установка на 3-6 кВт, которая имеет бак ёмкостью в 4-6 литров, следует задуматься (если это не специализированный мощный строительный генератор). Впрочем, цена таких генераторов тоже значительно ниже.

         Ещё один способ выявить надёжный двигатель – посмотреть в инструкции интервалы смены масла. У хороших двигателей масло меняется после каждых 50-100 часов работы, у плохих – после 15-25 часов. Масло используется точно такое же, как и в автомобиле, в инструкции указаны вязкость и требуемый объём: 1-2 литра для установок выходной мощностью до 10 кВт. Смена масла производится либо по пробегу (наработке часов), либо по графику – например, раз в год.

Дизельные двигатели

         Вторыми по популярности являются генераторы с дизельной силовой установкой. Дизельный мотор экономичней, надёжней и долговечней, изначально рассчитан на непрерывную длительную работу, однако имеет и свои недостатки, самый главный из которых – цена.

Рассмотрим, чем интересны дизельные электростанции:

     - высокая выходная мощность, вплоть до мегаватт, могут быть однофазными и трёхфазными

     - наименьший расход топлива из всех возможных ДВС, дизельное топливо дешевле бензина, однако дороже газа

     - максимальный моторесурс и время непрерывной работы от одной заправки, баки бывают самой разной ёмкости, до 200 литров

     - низкая мобильность и большой вес установки, в 80% случаев – стационарны

     - выхлопные газы практически не ядовиты, само топливо не такое опасное как бензин или газ

     - высокий уровень шума и вибрации, часто находятся в защитном кожухе, что влияет на цену

     - возможность как ручного запуска, так и при помощи электростартера или автоматики управления

     - высокие требования к качеству топлива (особенно критично попадание влаги), необходима своевременная смена фильтров, соблюдение всех регламентов технического обслуживания

     - трудности с пуском в мороз (если стоит на улице под навесом или в не отапливаемом помещении)

     - высокая стоимость самой электростанции, а также ремонта мотора в случае поломки

     - плохо переносит частые старты-остановки

         Следует сказать, что если бензиновые электростанции – это скорее резервный источник питания на случай ЧП, то дизельные больше предназначены именно для автономного обеспечения электроэнергией. То есть, являются главным и часто – единственным её источником. Другими словами, если вы собираетесь редко использовать генератор (не более 20 часов в неделю), вам больше подойдет бензиновый или газовый ДВС, если чаще – есть смысл платить за дизель.

Газовые двигатели

         В связи с ростом популярности газобаллонного оборудования, обусловленной низкой стоимостью газа, стали появляться в продаже и «пользовательские» генераторы, двигатель и топливная система которых изначально созданы для работы на природном газе. Такие установки могут работать как от своего собственного баллона, который можно отсоединить и заправить на автомобильной газовой заправке, так и непосредственно от домашнего газопровода.

         Последнее свойство способно обеспечить вас действительно автономным электричеством. Платить за это приходится более высокой, чем у бензиновых ДВС, ценой и более частым ТО. Главные особенности таких генераторов:

     - ограниченный диапазон «доступных» мощностей, цены на установки от 8 кВт можно сравнивать с ценами на новые автомобили

     - длительное время работы от одной заправки

     - самая низкая стоимость топлива

     - легко заводится в мороз, переносит частые запуски и непродолжительные периоды работы

     - высокая цена электростанции, сравнимая с дизельной (а часто – выше)

     - необходимость согласования подключения с газовой службой в случае подключения к газопроводу

     - при работе с газовыми баллонам следует соблюдать меры предосторожности

     - шумность сравнима с дизельным ДВС, особенно если отсутствует защитный кожух

         Данные генераторы составляют ощутимую конкуренцию как бензиновым, в качестве резервных, так и дизельным, в качестве автономных. Однако, высокая начальная стоимость газовой электростанции, а также традиционное «недоверие» к газу в двигателях внутреннего сгорания пока мешают их широкому распространению в частном применении. Это, впрочем, абсолютно не относится к профессиональному использованию, где мощные установки на десятки киловатт прочно заняли свою нишу.

Монтаж

         Самый главный сюрприз, который будет вас ожидать после покупки генератора – к нему в комплекте не идёт выхлопная труба! Придётся либо ставить его на улице либо подбирать соответствующую трубу по диаметру выхлопного патрубка.

         Сразу хотим предостеречь от использования вентиляционных «термостойких» алюминиевых труб – такие применяются в воздуховодах. Даже если вы сумеете закрепить такую трубу на выхлопном патрубке, вибрации и высокая температура выхлопных газов порвут её за несколько минут! Если планируете устанавливать генератор в закрытом помещении – сразу продумайте вопрос вентиляции и удаления выхлопных газов. Сотни людей ежегодно гибнут от отравления угарным газом из-за неправильного монтажа выхлопной системы. Заранее приобретайте специальные выхлопные патрубки, предназначенные для отвода горячих выхлопных газов двигателя.

         Не лишним будет установить датчик превышения концентрации угарного газа в помещении, где стоит генератор. Стоят такие датчики недорого, а работают напрямую от сети 220В.

         Также тщательно следует продумать схему подключения генератора – приобрести переключатель (или автомат) ввода резерва, монтажный шкаф, провода соответствующей толщины, пакетные выключатели, предохранитель, в идеале – УЗО (устройство защиты от короткого замыкания).

         Главное правило монтажа – ни при каких условия нельзя допускать того, чтобы во время работы генератора в сети появилось напряжение от внезапно «ожившей» уличной лини. Как и нельзя допускать, чтобы ток, вырабатываемый вашим генератором, передавался на уличную линию. Для исключения таких случаев при подключении используется двух- или трёхпозиционный переключатель, который в одном положении подаёт ток от генератора, а в другом – от уличной линии, физически исключая возможность их совмещения.

         Необходимо также организовать контур заземления генератора. Без заземления работать все будет очень плохо (не относится к переносным генераторам). Дело в том, что у однофазного генератора нет разделения на нулевой и фазный выводы – оба вывода будут показывать наличие фазы. Грубо говоря, какой вывод вы подключите к нулю на вводе в дом, тот этим нулем и станет.

Заключение

         Подводя итоги, остановимся коротко на главном – при выборе генератора определитесь с его задачами. Правильно посчитайте мощность всех потребителей. Определитесь с характером и частотой использования, а также местом для установки. Заранее продумайте все вопросы, связанные с безопасностью и монтажом, а также хранением топлива. Поинтересуйтесь, что делать в случае поломки? Покупка продукции именитых брендов хотя и уменьшает вероятность столкнуться с такими проблемами, однако не исключает её. Двигатель – это сложный механизм, который требует своевременного ухода и сервисного обслуживания. Руководствуясь данными соображениями, вы можете быть уверенны, что не ошибетесь при выборе.

         Обобщая всё написанное выше, можно сделать следующие выводы. Хотите взять электростанцию с собой на рыбалку или в поход – бензиновый «двухтактник» с ручкой для переноски в защитном кожухе идеально подойдет для этих целей. Выбираете резервный источник питания для загородного дома? Стационарная бензиновая или газовая электростанция – ваш выбор. Рассматриваете автономную электростанцию в качестве дополнения к солнечным батареям и ветряку, а центрального электроснабжения нет и не предвидится? Выбирайте дизель с самым большим топливным баком! В любом случае, к выбору автономной электростанции нужно подходить осознанно, и тогда он действительно принесёт вам пользу, а эксплуатация не доставит проблем.