Автономне електропостачання, або як вибрати генератор?

З настанням весни починається дачний сезон – час приводити в порядок будинок і ділянку після зими. Багато хто знає (але не всі пам'ятають), що одночасно стартує і будівельний сезон – сотні сусідських бетономішалок, зварювальних апаратів та перфораторів накинуться на вашу лінію електропередач. Це означає, що приїхавши на дачу відпочити і зайнятися чим-небудь корисним на ділянці, ви можете виявити, що електрики в будинку або немає, або є, але напруга скаче так, що неможливо включити навіть мікрохвильовку.

Погодьтеся, неприємно виявити, що неможливо накачати електронасосом воду для поливу, закип'ятити електричний чайник або навіть просто всією сім'єю подивитися ввечері телевізор, поки неквапливі бригади ремонтників їдуть на черговий виклик. Додамо до цього сильні пориви весняного вітру, які обривають дроти або просто замикають їх, викликаючи спрацьовування автоматичного захисту на підстанції селищної або вуличної лінії.

Найбільш простим і бюджетним рішенням таких проблем стане покупка автономної електростанції-генератора. Існує величезна безліч різних конструкцій генераторів автономного електропостачання, що відрізняються в залежності від виконуваних ними завдань. Розглянемо найбільш корисні з них з точки зору приватного користувача.

Вибір потужності генератора

Для того щоб правильно вибрати потужність генератора, потрібно визначитися, які ви перед ним будете ставити завдання. Потужність генератора виробник насправді вказує не в кіловатах (кВт), а в вольт-амперах (VA). Яка між ними різниця? Вольт-ампер вважається простим множенням видається сили струму генератора (вказується в амперах, напр. – 21 А) на вихідну напругу. Таким чином, якщо на генераторі написано 21А, 220В, то він видає 4620 ВА, або 4,6 кВА. Як співвіднести цю цифру із звичними нам кіловатами? Справа в тому, що в кВА вказується повна потужність активного навантаження, а в кВт фактично споживана.

Всі використовувані нами побутові електроприлади можна розділити на 2 типу – з активної та реактивної навантаженням. Перші, по суті, перетворюють електроенергію в тепло, в той час як у других електроенергія, крім нагрівання, витрачається на створення електромагнітних полів.

Активні і реактивні навантаження

Прикладом активного навантаження є лампа розжарювання, праска, чайник, обігрівач. Якщо праски для роботи потрібно 1000 Вт, то його повна навантаження буде 1 кВА або 1 кВт.

Реактивна потужність обчислюється за допомогою коефіцієнта потужності (позначається як cos ф), який вказується на приладах з реактивним навантаженням. Це всі прилади з електродвигуном, мікрохвильові печі і т. п. Для кожного такого приладу в інструкції або на сайті виробника вказується свій cos ф.

Наприклад, на пилососі зазначено, що він споживає 1200 Вт (1,2 кВт) та його cos ф = 0,8. Для того, щоб дізнатися реально спожиту ним потужність, потрібно розділити вказану потужність на cos ф. Таким чином, пилососу для роботи від генератора потрібно 1200:0,8=1500 ВА. Слід пам'ятати, що в залежності від типу застосовуваного генератора, електростанція має свій власний cos ф. Якщо він дорівнює 0,85 то, отримані 1500 ВА знову ділимо на 0,85 і отримуємо для нашого пилососа 1764 ВА=1764 Вт або 1,75 кВт. Це і буде реальною його споживаної потужністю при роботі від генератора.

Розглянемо приклад вибору потужності для забезпечення резервного живлення невеликого заміського будинку.

Наші головні споживачі електрики:

• освітлення: лампи розжарювання 10*60Вт=600 Вт;

• водопостачання: насосна станція 450Вт:0,75=600 Вт;

• опалення: циркуляційні насоси 2*120:0,8=300 Вт; котел – 300 Вт;

• кухня – холодильник: 360 Вт:0,75=480 Вт; разова навантаження – чайник: 1800 Вт;

• «розваги» - телевізор, комп'ютер, радіо – 800 Вт.

Всього отримуємо 600+600+300+300+480+800=3080 Вт. Якщо хочемо користуватися електрочайником, то +1800 Вт і отримуємо 4880Вт = 5 кВт. Додаємо до цього 10% «про запас» і купуємо електростанцію номінальною потужністю 5.5 кВА за умови, що її cos ф = 1. Така електростанція швидше всього буде мати максимальну потужність близько 6 кВА – вона буде зазначена в паспорті.

У рекламних цілях виробник часто вказує максимальну потужність, в той час як номінальна на 10%-15% нижче. На максимальній потужності генератор здатний пропрацювати від кількох десятків секунд до декількох хвилин, не слід перевантажувати його.

Є ще один момент – такі споживачі, як насос водопостачання або компресор холодильника, в момент старту споживають в 4-6 разів більший струм, ніж під час роботи. Для цього наша електростанція повинна мати можливість витримувати короткочасні стрибки споживання. Це залежить від типу застосовуваного в ній електрогенератора.

Синхронні і асинхронні генератори (альтернаторы)

Не вдаючись у технічні подробиці, просто скажемо, що перші більш складні конструктивно, а другі більш надійні і, звичайно, дешевше.

З точки зору побутового споживача синхронний генератор краще, т. к. видає правильну синусоїду напруги, дозволяючи живити комп'ютер, сучасну побутову техніку і складні прилади, обладнані імпульсними блоками живлення.

Також, перепади напруги у синхронного генератора менше, воно практично не «скаче». Однак, це також залежить від якості двигуна, який повинен підтримувати постійні обороти при будь навантаження на генератор.

Синхронний генератор WEIMA 3200

Синхронні генератори в силу конструктивних особливостей легше переносять високі пускові струми. До речі, у насоса або компресора пусковий струм буде набагато вище, ніж у пилососа або дрилі – адже у них немає холостого ходу і двигун відразу повинен споживати повну навантаження.

Асинхронні генератори спрощено представляють собою маховик в закритому корпусі, знайомий нам по генератору з шкільного кабінету фізики. Такі генератори стійкі до короткого замикання. Перепади напруги тут, як правило, компенсуються пристроєм автоматичного регулювання напруги – AVR (automatic voltage regulator). Це не відноситься до генераторів з інверторної технології – вони мають найвищу стабільність напруги, коливання не перевищують 1-2%.

Асинхронний генератор HONDA

Такі генератори краще використовувати для електрозварювання (яка для генератора виглядає як...коротке замикання!) і харчування активних навантажень.

Однофазні і трифазні електростанції

Призначені вони для живлення однофазних або трифазних споживачів відповідно. Однофазні – це всі прилади, для роботи яких необхідний змінний струм напругою 220В, а трифазні вимагають 380В. До однофазних генераторів можна підключати тільки однофазні навантаження, а до трифазним – будь-які з двох.

Генератор з однофазним виходом WEIMA

Потужність однофазного генератора відповідає кількості однофазних споживачів, яких він здатний «нагодувати». З трифазними при живленні трифазних споживачів ситуація аналогічна. Однак, при підключенні до трифазного генератору однофазних навантажень все набагато складніше.

Сумарна потужність трифазного генератора вказана для всіх трьох фаз одночасно, в той час як максимальне навантаження на одну фазу не повинна перевищувати 1/3 від цієї потужності! Це означає, що якщо ви купили трифазний генератор на 9 кВА і підключили до однофазного висновку обігрівач 4 кВт, то генератор його не потягне – просто спрацює аварійний запобіжник (якщо він є).

Генератор з трифазним виходом GENUS

Щоб цього уникнути, необхідно рівномірно розподіляти навантаження по фазах, різниця в однофазному навантаженні в ідеалі не повинна перевищувати 1/3 від навантаження на кожній фазі. Якщо в будинок заведений кабель трьохфазний, то ваші розетки і лампи освітлення можуть бути підключені до різних фаз – для правильного користування трифазним генератором доведеться з'ясувати, де яка фаза, щоб випадково не перевантажити його.

Який двигун вибрати - бензиновий, дизельний або газовий?

Будь автономний генератор принципово складається з двох частин: безпосередньо генератора і двигуна. Двигун спалює паливо (газ, бензин або дизельне паливо) і обертає привід генератора, завдяки чому останній і виробляє струм. Нас у даному випадку цікавить тип двигуна – бензиновий, дизельний або газовий.

Основні показники, на які слід звертати увагу при виборі двигуна внутрішнього згоряння генератора (далі ДВС):

• потужність генератора: у газових і бензинових ДВЗ вона, як правило, нижче, ніж у дизельних;

• загальний ресурс, тобто скільки годин роботи двигуна без поломок обіцяє виробник, це впливає на довговічність всього пристрою (двигун майже завжди виходить з ладу швидше, ніж сам генератор);

• час безперервної роботи від однієї заправки;

• споживання палива за 1 годину роботи на різних режимах завантаження (вимірюється в грамах палива або кубометрах газу);

• періодичність роботи генератора, тобто як часто він буде запускатися і скільки буде працювати в тиждень, місяць, рік;

• розташування генератора: в приміщенні або на вулиці, від цього залежить допустимий рівень шуму, особливості вихлопної системи і процедура монтажу

Найбільш доступними і поширеними є генератори з бензиновим двигуном. Вони забезпечують легкий і швидкий запуск практично в будь-яку погоду, не вимогливі до якості обслуговування, а паливо для них завжди є в наявності на будь-якій автозаправці. Правда, бензинові двигуни мають і найбільшою кількістю недоліків. Термін служби мотора і його ККД завжди нижче, ніж у дизельного двигуна, витрата палива на 1 годину роботи вищий на 10-30%, вартість бензину вище, ніж інших видів палива.

Серед наявних у продажу генераторів з бензиновим ДВЗ слід розрізняти генератори з двотактним і з чотиритактним двигуном. Не будемо вдаватися в конструктивні особливості, а зупинимося на їх споживчі властивості.

Генератори, оснащені двотактними ДВС, як правило, розраховані на невеликий період безперервної роботи, а часто – і на невеликий термін служби пристрою в цілому. Це пов'язано з конструктивними особливостями двигуна, від якого вимагається лише простота, потужність і мала вага.

Недорогий двотактний генератор BULAT BT1100

Основні споживчі властивості таких двигунів у контексті застосування на переносних електростанціях:

• конструктивна простота і малу вагу, що забезпечує мобільність самої електростанції;

• низька ціна;

• у двигуні відсутня система змащення, а значить, спеціальне «двотактне» олія треба купувати і додавати безпосередньо в бензин (перед заправкою, тобто попередньо готувати паливо, або в спеціальний резервуар);

• більш високий витрата палива і щодо шкідливий голуб вихлоп з характерним запахом, т. к. в ньому присутні частинки незгорілого разом з паливом масла, та й саме паливо згорає не повністю;

• підвищений рівень шуму;

• короткий час безперервної роботи від однієї заправки (не більше 10 годин), що пов'язане з розмірами ДВС і малою ємністю бака для палива (не більше 5 літрів);

• низький моторесурс (не більше 600 годин роботи за весь термін служби), т. к. двотактні ДВС швидко зношуються.

Такі двигуни, як правило, ставлять на невеликі переносні електростанції з номінальною потужністю не вище 2 кВт. Мета таких електростанцій – забезпечити харчування одного або декількох малопотужних електроприладів на вулиці. Це може бути дриль або перфоратор на будівництві, або холодильна вітрина з морозивом і прохолодними напоями в парку.

Мала вага і габарити дозволяють взяти мініелектростанцію на природу: на риболовлю, полювання або просто тривалий пікнік – живити освітлення, телевізор або музичну систему (заглушаючи звук роботи!), зарядки для телефону або ноутбука. З їх допомогою можна заряджати автомобільні або човнові акумулятори або навіть кип'ятити воду кип'ятильником. Ціни на електростанції з двотактними двигунами починаються від 900 грн.

Такі електростанції знаходяться в захисному кожусі (для захисту від вологи і пилу і для зниження шуму), однак, практично не мають виступаючої частини вихлопної труби. У зв'язку з цим застосування даних пристроїв у закритих приміщеннях неприпустимо.

Для цілей автономного електропостачання будинку такі генератори, як правило, не підходять, оскільки мають малу потужність і термін служби, короткий час автономної роботи, а так само можуть бути встановлені тільки на вулиці. Втім, якщо живити тільки освітлення і телевізор в невеликому літньому будиночку, то і такий генератор краще, ніж сидіти в темряві і тиші.

Бензинові електрогенератори, оснащені чотиритактним ДВС, є найбільш поширеними товарами такого роду для приватного використання. Це пов'язано з тим, що такі генератори забезпечують тривалий термін служби, прийнятний витрата палива і практично будь-яку вихідну потужність пристрою при порівняно невисокій ціні.

Основні споживчі властивості чотиритактних бензинових ДВС в контексті застосування на автономних електростанціях:

• порівняно висока вихідна потужність, від 1.5 до 30 кВт, можуть бути однофазними і трифазними;

• менший витрата палива в порівнянні з двотактним ДВС аналогічної потужності;

• легко заводяться в холодну погоду;

• більший моторесурс (до 5-6 тисяч годин) і тривалий час безперервної роботи від однієї заправки (до двох діб), безпосередньо пов'язане з об'ємом бака (до 40 літрів);

• більш складна конструкція (є своя система змащення та охолодження), більший загальний вага установки;

• в більшості випадків – низька мобільність, такі двигуни, як правило, стаціонарні;

• більш чистий вихлоп і рівень шуму, однак вихлопні гази дуже отруйні;

• можливість як ручного запуску, так і за допомогою електростартера або автоматики управління.

В цілому, головне правило при виборі електростанції з таким двигуном, крім необхідної потужності (про неї пізніше) – це час безперервної роботи від однієї заправки. Тут слід одне цікаве уточнення, прямо пов'язане з якістю двигуна. Справа в тому, що виробники випускають на ринок так звані «аматорські» і «професійні» електростанції.

Перші, володіючи всіма необхідними користувачеві якостями, комплектуються двигунами, не розраховані на тривалу експлуатацію – їх ресурс становить не більше 600 мотогодин, а термін служби всього пару років. Другі ж, навпаки, розраховані на тривалі періоди роботи і зроблені на порядок якісніше. Зовні, без розбирання двигуна і огляду його компонентів відрізнити їх складно, тому, тут діє просте правило - чим більше ємність паливного бака (або хоча б є можливість підключення зовнішнього бака), що йде з таким двигуном, тим він краще.

Пояснення просте – якщо виробник комплектує двигун баком на 20-30 літрів, значить, він передбачає тривалу безперервну роботу такого двигуна і закладає в конструкцію відповідний моторесурс. І навпаки, якщо перед вами установка на 3-6 кВт, яка має бак ємністю в 4-6 літрів, слід задуматися (якщо це не спеціалізований потужний будівельний генератор). Втім, ціна таких генераторів теж значно нижче.

Ще один спосіб виявити надійний двигун – подивитися в інструкції інтервали заміни оливи. У хороших двигунів масло змінюється після кожних 50-100 годин роботи, у поганих – після 15-25 годин. Олія використовується точно таке ж, як і в автомобілі, в інструкції вказані в'язкість і необхідний обсяг: 1-2 літра для установок вихідною потужністю до 10 кВт. Заміна масла проводиться або за пробігом (напрацюванням годин), або за графіком – наприклад, раз в рік.

Другими за популярністю є генератори з дизельною силовою установкою. Дизельний двигун економічніший, надійніше і довговічніше, спочатку розрахований на тривалу безперервну роботу, однак має і свої недоліки, головний з яких – ціна. Розглянемо, ніж на цікаві дизельні електростанції:

• висока вихідна потужність, аж до мегават, можуть бути однофазними і трифазними;

• найменший витрата палива з усіх можливих ДВС, дизельне паливо дешевше бензину, проте дорожче газу;

• максимальний моторесурс і час безперервної роботи від однієї заправки, баки бувають самої різної ємності, до 200 літрів;

• низька мобільність і велика вага установки, в 80% випадків – стаціонарні;

• вихлопні гази практично не отруйні, саме паливо не таке небезпечне, як бензин або газ;

• високий рівень шуму і вібрації, часто знаходяться в захисному кожусі, що впливає на ціну;

• можливість як ручного запуску, так і за допомогою електростартера або автоматики керування;

• високі вимоги до якості палива (особливо критично потрапляння вологи), необхідна своєчасна зміна фільтрів, дотримання всіх регламентів технічного обслуговування;

• труднощі з пуском в мороз (якщо стоїть на вулиці під навісом або в не опалювальному приміщенні);

• висока вартість самої електростанції, а також ремонту мотора в разі поломки;

• погано переносить часті старти-зупинки.

Дизельна електростанція

Слід сказати, що якщо бензинові електростанції – це скоріше резервне джерело живлення на випадок НП, то дизельні більше призначені саме для автономного забезпечення електроенергією. Тобто, є головним і часто єдиним її джерелом. Іншими словами, якщо ви збираєтеся рідко використовувати генератор (не більше 20 годин на тиждень), вам більше підійде бензиновий або газовий ДВС, якщо частіше – є сенс платити за дизель.

У зв'язку із зростанням популярності газобалонного обладнання, обумовленою низькою вартістю газу, стали з'являтися у продажу і власні генератори, двигун і паливна система яких спочатку створені для роботи на природному газі. Такі установки можуть працювати як від свого власного балона, який можна від'єднати і заправити на автомобільній газовій заправці, так і безпосередньо від домашнього газопроводу.

Газова електростанція

Остання властивість здатна забезпечити вас дійсно автономним електрикою. Платити за це доводиться більш високою, ніж у бензинових ДВЗ, ціною і більш частим ТО. Головні особливості таких генераторів:

• обмежений діапазон «доступних» потужностей, ціни на установки від 8 кВт можна порівнювати з цінами на нові автомобілі;

• тривалий час роботи від однієї заправки;

• найнижча вартість палива;

• легко заводиться в мороз, переносить часті запуски і нетривалі періоди роботи;

• висока ціна електростанції, порівнянна з дизельною (а часто – вище);

• необхідність узгодження підключення з газовою службою у разі підключення до газопроводу;

• при роботі з газовими балонів слід дотримуватися запобіжних заходів;

• гучність порівнянна з дизельним ДВС, особливо якщо відсутній захисний кожух.

Дані генератори складають відчутну конкуренцію як бензиновим, в якості резервних, так і дизельним, як автономних. Однак, висока початкова вартість газової електростанції, а також традиційне «недовіра» до газу в двигунах внутрішнього згоряння поки заважають їх широкому поширенню в приватному застосуванні. Це, втім, абсолютно не відноситься до професійного використання, де потужні установки на десятки кіловат міцно зайняли свою нішу.

Монтаж

Найголовніший сюрприз, який буде Вас чекати після покупки генератора – до нього в комплекті не йде вихлопна труба! Доведеться або ставити його на вулиці або підбирати відповідну трубу по діаметру вихлопного патрубка.

Відразу хочемо застерегти від використання вентиляційних «термостійких» алюмінієвих труб – такі застосовуються в повітроводах. Навіть якщо ви зумієте закріпити таку трубу на вихлопному патрубку, вібрації і висока температура вихлопних газів порвуть її за кілька хвилин! Якщо плануєте встановлювати генератор у закритому приміщенні – відразу продумайте питання вентиляції та видалення вихлопних газів. Сотні людей щороку гинуть від отруєння чадним газом через неправильне монтажу вихлопної системи. Заздалегідь придбайте спеціальні вихлопні патрубки, призначені для відводу гарячих вихлопних газів двигуна.

Не зайвим буде встановити датчик перевищення концентрації чадного газу в приміщенні, де стоїть генератор. Коштують такі датчики недорого, а працюють безпосередньо від мережі 220В.

Також ретельно слід продумати схему підключення генератора – придбати перемикач (або автомат введення резерву, монтажний шафа, проводу відповідної товщини, пакетні вимикачі, запобіжник, в ідеалі – УЗО (пристрій захисту від короткого замикання).

Головне правило монтажу – ні за яких умов не можна допускати того, щоб під час роботи генератора в мережі з'явилося напруга від раптово «ожила» вуличної лини. Як і не можна допускати, щоб струм, що виробляється вашим генератором, передавався на вуличну лінію. Для виключення таких випадків при підключенні використовується двох - або трипозиційний перемикач, який в одному положенні подає струм від генератора, а в іншому – від вуличної лінії, фізично виключаючи можливість їх поєднання.

Необхідно також організувати контур заземлення генератора. Без заземлення працювати все буде дуже погано (не відноситься до переносних генераторів). Справа в тому, що у однофазного генератора немає поділу на нульовий і фазний висновки – обидва виводу будуть показувати наявність фази. Грубо кажучи, будь – висновок ви підключите до нуля на вводі в будинок, той цим нулем і стане.

Висновок

Підводячи підсумки, зупинимося коротко на головному – при виборі генератора визначитеся з його завданнями. Правильно порахуйте потужність всіх споживачів. Визначтеся з характером і частотою використання, а також місцем для установки. Заздалегідь продумайте всі питання, пов'язані з безпекою і монтажем, а також зберіганням палива. Поцікавтеся, що робити в разі поломки? Купівля продукції іменитих брендів хоча і зменшує ймовірність зіткнутися з такими проблемами, проте не виключає її. Двигун – це складний механізм, який вимагає своєчасного догляду та сервісного обслуговування. Керуючись цими міркуваннями, ви можете бути впевнені, що не помилитеся при виборі.

Обобщая все 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! У будь-якому випадку, до вибору автономної електростанції потрібно підходити усвідомлено, і тоді він дійсно принесе вам користь, а експлуатація не доставить проблем.

Андрій Справжній, експерт