Параметры выбора генераторной установки

Прежде всего нужно определить, электростанция (генератор) какой мощности нам нужна. Здесь есть два варианта. Первый – экономичный: бесперебойное электропитание резервируется только для тех потребителей, без которых невозможно прожить, когда «вырубается» свет. Перечень этих потребителей определяется индивидуально, но обычно среди них – котельное оборудование, скважинный насос, система сигнализации, автоматические ворота, холодильник, телевизор и несколько осветительных приборов. Как правило, для обеспечения такого «прожиточного минимума» нужен генератор мощностью от 6 до 10 кВА. Точный расчет требуемой потребителям мощности может выполнить только специалист, поэтому отметим лишь некоторые моменты. Прежде всего рассчитывается суммарная нагрузка от электроприборов. Легче всего просуммировать мощность примитивных потребителей с так называемой активной нагрузкой (то есть когда вся потребляемая энергия преобразуется в тепло): лампы накаливания, утюги, обогревательные приборы. Сложнее – электроприборы с реактивной нагрузкой (когда часть потребляемой энергии превращается в тепло, а часть расходуется на другие цели, например создание электромагнитных полей). В этом случае в расчет мощности вносится поправка – cos ? (косинус фи), определяющий меру реактивности. Если в паспорте электроприбора указаны, например, мощность 2 кВт и cos ? = 0,6, то потреблять он будет 2 : 0,6 = 3,33, но уже не киловатта (кВт), а киловольт-ампера (кВА). Другой момент: ряд потребителей в момент запуска потребляет значительно больше энергии, чем во время работы (высокие пусковые токи). Как правило, это электроприборы с асинхронным двигателем (холодильники, кондиционеры, глубинные насосы и др.). Например, скважинный насос, в штатном режиме потребляющий 2,5 кВА, в момент запуска может потреблять 5 кВА. Также стоит учитывать коэффициент одновременности действия: нельзя исключать, что некоторые электроприборы (с присущими им пусковыми токами) включатся одновременно.

Помимо экономичности у первого варианта организации аварийного электроснабжения есть и другие достоинства: генератор меньшей мощности расходует меньше топлива и обладает меньшими размерами, так что он проще в размещении. Однако следует иметь в виду: в случае резервирования отдельных потребителей нередко нужно переделывать существующую электрическую схему дома, а это подчас дорогостоящее и неудобное мероприятие (так как связано со строительными работами).

Второй вариант – финансово затратный, но предполагающий минимальные изменения электрической схемы здания: мы покупаем генератор, мощности которого хватает для обеспечения нужд всех имеющихся в доме электроприборов. При кажущейся простоте это решение может быть связано с определенными сложностями: нужно следить, чтобы в момент работы генератора его нагрузка была не менее 25-30% номинальной мощности установки. Если агрегат в течение нескольких часов эксплуатируется при меньшей нагрузке, то это пагубно отражается на его двигателе: топливо сгорает не полностью, из-за чего появляется черный дым и резкое падает вырабатываемая установкой мощность.

Электрическая проводка бывает однофазной (220 В) и трехфазной (380 В). Соответственно, генераторы тоже бывают одно- и трехфазными. Сегодня в России примерно в 80% коттеджей установлена трехфазная сеть. Означает ли это, что в такой же степени востребованы трехфазные электростанции? Нет. Большинство специалистов едины в своем мнении: если в «трехфазном» доме нет трехфазных потребителей (а это, как правило, мощные насосы), то желательно собрать все резервируемые нагрузки на одной фазе и приобрести однофазный генератор. Почему? Дело в том, что при эксплуатации трехфазного генератора может возникнуть проблема – «перекос фаз»: на одной фазе максимальное потребление мощности, на двух других – минимальное. Для нормальной работы установки разница в нагрузке на фазы не должна превышать 20-25%. «Перекос» чреват прежде всего перегрузкой первой фазы: тогда на ней напряжение падает, а на двух других возрастает. Например, в случае генератора мощностью 6 кВА на каждую фазу приходится 2 кВА. Включив электрический чайник, мы получаем те самые 2 кВА. И если на этой же фазе появляется новый потребитель, то происходит перегрузка. В результате, во-первых, есть вероятность отключения и даже поломки генератора, во-вторых, из-за повышенного напряжения может выйти из строя подключенный к установке электроприбор (стоимость которого подчас выше, чем электростанции). Между тем «местные» электрики часто советуют заказчикам приобретать именно трехфазную установку, поскольку подключать ее к трехфазной сети значительно проще и быстрее, чем однофазную. Однако экономия электриком на трудозатратах может обернуться расходами заказчика на покупку нового оборудования, так что лучше прислушиваться к мнению профессионалов из специализированных фирм. Оговоримся, «перекос фаз» критичен для генераторов малой мощности – до 10 кВА. Для более мощной установки он не столь опасен, но все равно желательно, чтобы нагрузка была выровнена.

Главные элементы мини-электростанции – двигатель внутреннего сгорания и электрогенератор (альтернатор). Что касается альтернаторов, то они бывают синхронными и асинхронными. Функциональные различия между ними довольно специфичны, и вряд ли стоит подробно останавливаться на них, поскольку подавляющее большинство производителей выпускает установки с синхронными альтернаторами. Более существенное отличие – в типе двигателя: бензиновый или дизельный. Каковы достоинства бензиновых электростанций? Прежде всего невысокая стоимость: например, установка мощностью 10 кВА обойдется в 2500-3000 евро, что как минимум в 2-2,5 раза дешевле качественных дизельных аналогов. Кроме того, бензиновые генераторы малошумные, а также компактные и легкие, благодаря чему их без особого труда можно перемещать с места на место. В сравнении с дизельными они проще в подключении и лучше запускаются при минусовой температуре. Вместе с тем бензиновые генераторы – менее мощные: обычно до 10 кВА, некоторые модели – до 15 кВА. К их недостаткам можно отнести высокую пожарную опасность, непродолжительное время работы (10-15 часов), относительно небольшой срок службы – примерно 4000-5000 моточасов до капитального ремонта, наконец, нестабильное качество «выдаваемого» напряжения (нормативная частота тока – 50 Гц, а бензогенератор в момент запуска может производить ток частотой 54-55 Гц). В связи с последним свойством не рекомендуется подключать к установке потребители, для которых очень важно качество напряжения (плазменные панели, автоматику котельного оборудования, глубинные насосы и пр.).

Топливо для таких генераторов – обычный автомобильный бензин марок АИ-92 или АИ-95. Добавим, что бензин со временем разлагается на фракции, отчего может появиться осадок в карбюраторе, поэтому если электростанция в течение года бездействовала, то в нужный момент может не завестись. Так что топливо (и масло) нужно периодически менять.

Установка с бензиновым двигателем может запускаться тремя способами: вручную (для этого надо потянуть за шнур или провернуть рукоятку), электростартером (поворотом ключа или нажатием на кнопку), автоматикой (без участия человека). Некоторые специалисты считают, что бензогенераторы с автоматикой достаточно ненадежные, поэтому не рекомендуют их заказчикам, которых подолгу не бывает дома.

Обобщим сказанное: бензиновая установка подойдет в том случае, когда необходим аварийный источник электроэнергии небольшой мощности, работающий редко и непродолжительно.

Дизельные генераторы ощутимо дороже бензиновых, но при этом обладают массой преимуществ. Начнем с того, что их мощность практически неограниченна. Минимальный показатель – 2 кВА. Кроме того, в сравнении с бензиновым агрегатом дизельный той же мощности потребляет значительно меньше топлива (это особенно касается генераторов мощностью 10 кВА и выше), а значит дешевле в эксплуатации. Еще один плюс: по сравнению с бензином дизельное топливо менее пожароопасно. Наконец, дизельные электростанции, оснащенные автоматикой, более надежны, чем аналогичные бензиновые.

Для заказчиков удобно и то, что модельный ряд «дизелей» очень широк. Самые простые генераторы (с воздушным охлаждением) рассчитаны на непродолжительное время работы и имеют моторесурс, сравнимый с бензиновыми установками. Однако основная часть «дизелей» обладает колоссальной долговечностью и может «питать» дом электричеством круглые сутки без перерыва в течение нескольких лет. Например, электростанции с моторесурсом в 20 000 часов хватит приблизительно на 2,5 года непрерывной работы.

Принципиальные различия между дизельными установками – в способе охлаждения двигателя (воздушный или жидкостный) и в количестве его оборотов (высокооборотный – 3000 об/мин, низкооборотный – 1500 об/мин). Самые экономичные – генераторы с двигателем, который охлаждается притоком воздуха. Обычно они высокооборотные. На этих установках стоит остановить выбор в том случае, если речь идет исключительно об автономном энергоснабжении дома и если предположительный срок их эксплуатации не более 500 моточасов в год. На практике только в отдельных коттеджах генератор «набирает» столько часов. Вместе с тем по надежности и по возможности непрерывной работы дизельные электростанции с воздушным охлаждением почти не отличаются от бензиновых. Всего 10-15 часов в сутки – и двигатель перегревается. Однако в сравнении с бензиновыми агрегатами они дороже и, как правило, значительно более шумные, правда, их максимальная мощность – не выше 20-30 кВА в зависимости от производителя.

В двигателях с жидкостным охлаждением в качестве хладагента применяют тосол или антифриз. Генераторы с таким двигателем в 1,5-2 раза дороже моделей предыдущего типа той же мощности. Например, электростанция в базовой комплектации с воздушным охлаждением и мощностью 8-10 кВА стоит около 3500-4000 евро, а аналогичная с жидкостным охлаждением не менее 6000 евро, а если прибавить сюда автоматику (1500 евро), защитный кожух (2000 евро), то цена установки возрастет примерно до 10 000 евро. Но при этом «жидкостные» модели универсальные – уверенно обеспечивают не только резервное, но и основное электроснабжение дома в течение длительного времени. Кроме того, они бывают как высокооборотными, так и низкооборотными. Модели с 1500 об/мин дороже, но менее шумные, более надежные и долговечные (это понятно: на установках с 3000 об/мин с того же «движка» за счет увеличения числа оборотов «снимают», например, не 5, а 10 кВА, но притом ресурс его, естественно, уменьшается). К тому же низкооборотные двигатели потребляют меньше топлива: генератору мощностью 20 кВА с 1500 об/мин нужно около 3 литров дизеля в час, а такому же, но с 3000 об/мин – около 5 литров в час.

Несколько слов о топливном баке генератора. Бывает, что стандартный топливный бак не отвечает запросам заказчика: скажем, рассчитан на 6-8 часов работы электростанции, а в нашем районе могут на сутки отключать свет. В отличие от бензиновых установок многие дизельные можно комплектовать увеличенными топливными баками, а в случае необходимости можно установить внешнюю емкость, из которой топливо в автоматическом режиме будет подкачиваться в штатный бак генератора. Если здание отапливается с помощью жидкотопливного котла, то возможно «питать» из одного топливного резервуара и котел, и электростанцию. Вместе с тем стоит иметь в виду, что солярка со временем расслаивается (появляется фракция воды), и если она долго не использовалась, то при включении генератора может выйти из строя его топливный насос (безусловно, есть фильтры для очистки солярки от воды, но они не гарантируют стопроцентного результата). А когда электростанция установлена на улице, надо следить, чтобы зимой ее «питала» именно зимняя солярка, иначе опять вероятны проблемы с топливным фильтром.

«Серьезные» электростанции оснащают системой автоматического запуска. Как уже говорилось, она предполагает включение генератора без участия человека в тот момент, когда напряжение в сети пропадает или опускается ниже определенного уровня. Выбор в пользу автоматики особенно оправдан тогда, когда в доме постоянно работает отопление, а люди в нем постоянно не живут. Или если регулярно «вырубают» свет и не хочется каждый раз бегать к генератору, чтобы вручную включать его. Что входит в состав блока автоматики? Как правило, силовая плата, переключающая питание потребителей с сети на электростанцию и обратно, микропроцессорная плата, контролирующая параметры напряжения и выдающая команду на пуск/остановку агрегата и включение/отключение потребителей. Для замыкания и размыкания электрической цепи, идущей от установки, предусмотрен особый контактор.

Алгоритм действия автоматики следующий. Когда пропадает свет, контактор, коммутирующий потребители и основную сеть, размыкается. Одновременно включается контактор, «ведущий» цепь к генератору, и поступает команда на запуск установки. Время ее запуска от 20-30 секунд до нескольких минут в зависимости от настроек агрегата. Если генератор не завелся с первого раза, он предпринимает новую попытку (обычно он делает не более пяти попыток). При появлении тока в основной сети электростанция отключается, но 1-2 минуты еще работает на холостом ходу и глушится только тогда, когда становится ясно, что электричество дали «навсегда». Время запуска установки, количество попыток пуска, продолжительность работы на холостом ходу, время переключения контакторов – эти и другие параметры устанавливаются индивидуально на блоке автоматики.

Важно отметить, что автоматика контролирует все вопросы, касающиеся безопасности эксплуатации генератора. Отслеживаются давление масла, уровень топлива, температура двигателя, напряжение на «выходе» из установки и пр. Если эти параметры отклоняются от допустимых значений, то агрегат отключается. Во избежание аварии предусмотрены электронная и механическая защиты от одновременной коммутации обоих контакторов: от основной сети и от генератора.

Приобретая стационарный генератор, нужно предусмотреть место, где он будет размещен. Есть три варианта: в доме (подвал, пристройка), в отдельно стоящем строении и на улице. Последний вариант позволяет избежать серьезной проблемы: двигатель и генератор переменного тока являются мощными источниками тепла (на каждый киловатт электроэнергии вырабатывается около 2500 ватт тепла), которое нужно куда-то отводить, а на улице это происходит само собой. Вместе с тем электростанции, расположенные под открытым небом, должны быть защищены от пыли, дождя, снега, воды при весенних наводнениях и паводках, а также от прямых солнечных лучей, способных нагреть агрегат выше допустимой температуры. Поэтому генератор желательно «спрятать» под специальный всепогодный кожух (некоторые кожухи позволяют эксплуатировать агрегат при –30?С). Также выпускаются кожухи, которые не только защищают от внешних воздействий, но и выполняют функцию шумоизоляции. Бывают кожухи в антивандальном исполнении.

Одно из новшеств последних лет – термоизолированные контейнеры для размещения генератора на улице. Они оснащены всем необходимым для «полноценной» жизни агрегата: системами подачи топлива, вентиляции, выпуска отработанных газов, коммутации (для автоматизированных агрегатов), внутреннего обогрева, освещения, пожаро-охранной сигнализации и пожаротушения. Двигатель расположенного в них генератора гарантированно запустится, даже когда на улице -40?С и ниже. Более того, если температура опустилась ниже определенного уровня, автоматически начнется обогрев контейнера, так что в любую погоду генератор будет готов незамедлительно принять на себя нагрузку. Многие контейнеры изготавливаются по индивидуальным проектам, учитывающим особенности выбранного агрегата, а также архитектурного облика дома. Зачастую вопрос о необходимости генератора встает уже после того, как дом построен. И если не хочется возводить новую пристройку, долбить имеющиеся стены, подготавливать фундамент, термоизолированный контейнер – хороший выход из положения. Правда, его стоимость – от 4000 евро и выше.

Если же необходимо разместить генератор в помещении, то придется соблюсти несколько условий. Во-первых, надо установить систему приточно-вытяжной вентиляции во избежание повышения температуры в помещении, из-за чего агрегат может выйти из строя. Кроме того, как и любому двигателю внутреннего сгорания, генератору необходима подача достаточного количества воздуха для сгорания топлива. Если воздуха будет мало, то двигатель не разовьет номинальную мощность. Еще один момент – при воздушном охлаждении двигателя вентилятор должен прогонять через радиатор большое количество воздуха. А при жидкостном охлаждении нужна разница в температуре между водой и воздухом. Так что необходимость вентиляции очевидна.

Бывают случаи, когда заказчики не хотят устраивать вентиляцию или отводят под генератор маленькое помещение, рассчитывая, что, если произойдет перегрев, сработает система защиты (по температуре двигателя и т.д.). Иногда, напротив, считают: достаточно установить генератор в помещении большого объема, а вентиляция – это лишние расходы. В таких ситуациях фирма-поставщик указывает в документах на агрегат, что любые неисправности, связанные с перегревом (а они в этих случаях весьма вероятны), не являются гарантийными.

Второе условие – нужна продуманная система удаления выхлопных газов. Важно конструировать ее таким образом, чтобы не создавалось излишнее обратное давление в трубопроводе, которое приводит к повышению расходов топлива, потере мощности, перегреву турбины двигателя и вызывает другие последствия, сокращающие срок службы агрегата.

Добавим, что генератор с автоматической системой управления (без всепогодного кожуха) обязательно нужно устанавливать в помещении, отапливаемом в холодное время года. Температура воздуха в нем не должна опускаться ниже +5°С.

Обратите внимание: даже маломощная электростанция, размещенная в подвале монолитного здания, во время работы сильно вибрирует, и эта вибрация будет ощущаться во всем доме. Если же генератор мощный, то от вибрации полностью не спасет даже дорогой шумоизолирующий кожух.

Безусловно, выбор конкретного генератора и места для его размещения можно делать только после консультаций со специалистами из профессиональных фирм. Однако принципиальные моменты, позволяющие составить представление о мини-электростанциях, мы рассмотрели.