Мини-электростанции (бензиновые генераторы и дизельные электростанции)

Мини-электростанции

(бензиновые генераторы и дизельные электростанции)

Если у владельца загородного дома, коттеджа или дачного участка спросить, какое оборудование он хотел бы иметь у себя на «фазенде», в ответ можно услышать перечень, в котором наверняка будут фигурировать котёл, насос и мини-электростанция. Все эти устройства, в той или иной мере, решают одну задачу - сделать человека независимым от внешних условий, обеспечив его теплом, водой и электричеством «собственного» производства. О последнем мы и поговорим более подробно.
Мини-электростанция (или агрегат генератор, или генераторная установка) это устройство, двумя главными элементами которого являются топливный двигатель и электрогенератор. Максимально упрощенный принцип действия мини-электростанции состоит в следующем: мотор «превращает» топливо во вращение своего вала, а генератор с ротором, связанным с валом двигателя, по закону Фарадея, преобразует обороты в переменный электрический ток. На самом деле, всё - гораздо сложнее. Вот несколько ярких примеров, на первый взгляд, парадоксальных.
Ситуация 1 . Человек покупает трёхфазную мини-электростанцию с номинальной выходной мощностью (трёхфазной же) 4 кВА. Дома он подключает к ней 2-х киловаттный обогреватель и тот отказывается работать.
Ситуация 2 . Тот же человек пытается подключить к своему агрегату 1 киловаттный погружной насос, и тот отказывается работать.
Ситуация 3 . Другой покупатель приходит в магазин, твёрдо уверенный, что для всех его нужд хватит 3-х киловаттного агрегата. После общения и консультантами, он выясняет, что даже 10-ти киловаттным не обойдётся. 
Давайте попробуем разобраться, почему так происходит. 
Виды нагрузок 
Активные нагрузки. Самые простые нагрузки, у них вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. Примеры - лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, утюги и т. п. Здесь - всё просто, если их суммарная потребляемая мощность составляет 2 кВт, для их питания в точности достаточно 2 кВт. Реактивные нагрузки. Все остальные. Они, в свою очередь, подразделяются на индуктивные и ёмкостные. Простейший пример первых - катушка, вторых - конденсатор. У реактивных потребителей энергия превращается не только в тепло; часть её расходуется на другие цели, например, на образование электромагнитных полей. Мерой реактивности выступает так называемый cosφ (косинус Фи). Например, если он равен 0,8, то 20% энергии преобразуется не в тепло. На приборах обычно указывают их «тепловую» потребляемую мощность и cosφ. Чтобы подсчитать «реальное» потребление, нужно мощность разделить на cosφ.

 Пример: если на дрели написано «500 Вт» и «cosφ="0,6»," это означает, что, на самом деле, инструмент будет «тянуть» из генератора 500/0,6 ="833" Вт. Имейте в виду : каждая бензиновая или дизельная электростанция имеет собственный cosφ, который обязательно нужно учитывать. Например, если он равен 0,8, то для работы вышеназванной дрели от данного агрегата потребуется 833 Вт/0,8 = 1041 ВА. Кстати, именно по этой причине грамотное обозначение выдаваемой электростанцией мощности ВА (вольт амперы), а не Вт (ватты). 
 Высокие пусковые токи . Любой электродвигатель, в момент включения, потребляет энергии в несколько раз больше, чем в штатном режиме. Чтобы не вдаваться в технические подробности, приведём аналогию: представьте себе тяжёлую тележку стоящую на горизонтальной поверхности. Чтобы сдвинуть её с места, требуется гораздо больше усилий, чем для поддержания, в дальнейшем, её скорости. Стартовая перегрузка по времени не превышает долей секунды, поэтому, главное, чтобы мини-электростанция смогла её выдержать (специалисты говорят «проглотить»), не отключаясь и, тем более, не выходя из строя. 
 Совет здесь один: при покупке, обязательно интересуйтесь, какие стартовые перегрузки «по зубам» выбранному вами агрегату. Кстати, с точки зрения пусковых токов, один из самых «страшных» приборов - погружной насос, у которого, в момент старта, потребление может подскочить в 7-9 раз (ситуация 2). Это и понятно; в отличие, скажем, от дрели, у помпы отсутствует холостой ход, ей сразу приходится начинать качать воду. Сварочные аппараты. Вообще-то, для их энергоснабжения рекомендуется использовать специальные генераторные установки. Дело в том, что работа сварочного аппарата, с точки зрения мини электростанции, выглядит как банальное короткое замыкание... Однако, реалии жизни таковы, что большинству из нас не по карману два бензиновых или дизельных генераторов. Приходится применять тот, что есть под рукой. В таком случае, рекомендуется (по крайней мере) «варить» не напрямую, а через сварочный трансформатор. 
 Имена 
 Перечислим основные торговые марки мини-электростанций иностранного производства, представленные на российском рынке: Daishin (Япония), Endress (Германия), Energo (Япония), Geko (Германия), Generac (Англия), Honda (Япония), L'Europea (Италия), Mitsubishi (Япония), SDMO (Франция), Sparky (Болгария), Wilson (Англия), Worms (Франция), Yamaha (Япония), Yanmar (Япония) и др. При этом, у некоторых производителей (например, у Yamaha) агрегаты на 100% состоят из комплектующих собственного производства, у других «своим» является только блок электрогенератора (в частности, у Energo) или двигатель (к примеру, у Honda). 
 Остальные фирмы собирают мини электростанции из «чужих» моторов и генераторов. Класс агрегата, как правило, определяется качеством и культурой сборки, а также наличием у производителя инновационных технологий. Замечание: у большинства фирм, выпускающих мини-электростанции на основе своих комплектующих, продукция максимально сбалансирована. 
 Отечественных производителей агрегатов, к сожалению, немного (если говорить о диапазоне сравнительно небольших мощностей). Наиболее известны московская фирма «АМП Комплект», собирающая мини электростанции из импортных двигателей и генераторов, и курское предприятие «Электроагрегат», его продукция на 100% «родная».
 Двигатель 
 Двигатель справедливо считается сердцем установки. Именно его ресурс определяет срок «жизни» мини-электростанции: среднее время наработки на отказ у блока электрогенератора всегда в несколько раз выше, чем у мотора. Марки. Агрегаты оборудуются бензиновыми или дизельными двигателями. Основные мировые производители бензиновых моторов: Briggs&Stratton (США), Honda (Япония), Kubota (Япония), Lombardini (Италия), Mitsubishi (Япония), Robin (Япония), Suzuki (Япония), Tecumseh (Италия), Yamaha (Япония) и др. 
 Отечественные бензиновые движки для агрегатов найти очень сложно, правда, ходят слухи что их ещё выпускают в Перми, Санкт-Петербурге и Владимире. Основные мировые производители дизельных моторов: Acme (Италия), Hatz (Германия), Honda (Япония), Iveco (Италия), Kubota (Япония), Lombardini (Италия), Robin (Япония), Yamaha (Япония), Yanmar (Япония) и др. Отечественные дизели выпускают в Вятке, Туле, Челябинске, Владимире, Рыбинске, Ярославле.
 Профессиональные и бытовые агрегаты 
 В большинстве случаев, класс мини-электростанции определяется используемым двигателем, а точнее - его моторесурсом. В частности, у профессионального бензинового мотора время непрерывной работы до первого вероятного отказа исчисляется, в среднем, 3 тысячами часов, тогда как у любительского - всего лишь cотнями. А вот, дизели на агрегатах, как правило, используются профессиональные. 
 Отличить современный бытовой двигатель от профессионального, по внешним признакам, не всегда просто. Если раньше на любительских миниэлектростанциях широко применялись моторы с боковым расположением клапанов, то теперь сплошь и рядом - верхнеклапанные, производительностью, примерно, на 30% выше. Кроме того, в процессе совершенствования технологии, двигатели, считающиеся в данное время профессиональными, производитель через несколько лет переводит в категорию бытовых. Критерием принадлежности агрегата, выступает наличие у него или, по крайней мере,
 возможность комплектации, топливным баком большой ёмкости. Тем самым, производитель изначально предусматривает длительную непрерывную эксплуатацию генераторной установки.
Другой атрибут «классности» - частота замены масла. У профессиональных моторов этот показатель не ниже 100 часов работы. О многом способны поведать и «внутренности» двигателя. Например, если у него стенки цилиндра не чугунные, а алюминиевые, то перед вами наверняка любительский мотор. Кроме того, обратите внимание на материал, из которого изготовлены фильтры (воздушный, топливный, масляный). У бытовых моделей, как правило, используется бумага, поэтому, фильтры требуют периодической замены. Иногда производители устанавливают на профессиональной и аналогичной ей по мощности бытовой мини-электростанции один и тот же мотор. Если это не маркетинговый ход, то такие агрегаты отличаются внешне: например, любительский может быть оборудован «урезанной» рамой, служащей, в основном, для переноски.
 Электрогенератор 
 Этот блок (его ещё называют альтернатором) собственно, и вырабатывает электрический ток. В зависимости от типа электрогенератора, мини-электростанция лучше справляется с теми или иными задачами. 
 Основные производители альтернаторов : Generac (Англия), Leroy Sorner (Франция), Месс Alte (Италия), Metallwarenfabrik Gemmingen (Германия), Sawafuji (Япония), Sincro (Италия), Soga (Италия), Stanford (Англия), Yamaha (Япония) и др. 
 Одно- или трёхфазные генераторы. 
 Их название вытекает из назначения питать соответствующих потребителей. При этом, к однофазным генераторам, вырабатывающим переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц, можно подключать только однофазные нагрузки тогда как к трёхфазным (380/220 В 50 Гц) - и те и другие (на приборной панели имеются соответствующие розетки, количество которых у агрегатов разных производителей различное). С однофазными альтернаторами всё, более или менее ясно, главное правильно - посчитать всех своих потребителей, учесть возможные проблемы (например, высокие пусковые токи) и выбрать агрегат с соответствующей реальной выходной мощностью. 
 При подключении к трёхфазным генераторам трёхфазных же нагрузок, ситуация аналогичная. А вот, при подключении к трёхфазникам однофазных потребителей, возникает проблема, именуемая перекосом фаз (помните, ситуация 1). Не углубляясь в технические подробности, сформируем два правила. 
 1) Потребляемая мощность однофазной нагрузки не должна превышать 1/3 от номинальной трёхфазной выходной мощности агрегата. Иными словами, 9-ти киловаттной трехфазной генераторной 
 установкой можно накормить не более чем 3-х киловаттный однофазный обогреватель! 
 2) При наличии нескольких однофазных нагрузок, разница в их потребляемой мощности не должна превышать 1/3 от перекоса фаз (перекос фаз - та самая 1/3, из правила 1). Кстати, это - идеальная величина реализуемая для высококлассных мини-электростанций. У агрегатов попроще, данный параметр меньше.
 Синхронные и асинхронные генераторы.
 Если говорить популярно, то синхронный альтернатор конструктивно сложнее, например, у него на роторе находятся катушки индуктивности. Асинхронный генератор устроен гораздо проще - его ротор напоминает обычный маховик. Как следствие, среднестатистический асинхронник лучше защищён от попадания влаги и грязи (говорят, что он имеет закрытую конструкцию) и тут самое время
 вспомнить о классе защиты. Он обозначается двумя буквами (IP) и двумя цифрами. 
 Первая цифра означает: 
 - «2» защита от касания пальцами и от проникновения твёрдых посторонних частиц, диаметром более 12 мм; 
 - «4» защита от касания инструментом, пальцами или проволокой, диаметром более 1 мм, защита от проникновения твёрдых посторонних частиц, диаметром более 1 мм; 
 - «5» полная защита от касания вспомогательными средствами любого типа и от проникновения пыли. 
 Вторая цифра: 
 - «3» защита от струй воды падающих под углом до 60 градусов от вертикали; 
 - «4» защита от струй воды падающих под любым углом. 
 Синхронные генераторы, как правило, соответствуют классу IP 23, тогда как асинхронные - IP 54. Впрочем, в последнее время, практически у всех ведущих производителей появились инновационные
 синхронные агрегаты удовлетворяющие IP 54. Кроме защищённости, синхронные и асинхронные генераторы отличаются своими возможностями. Мнения опрошенных специалистов тут расходятся (каждый, естественно, хвалит своё оборудование), но в среднем, всё выглядит, примерно, следующим образом: 
 - синхронные альтернаторы легче переносят пусковые перегрузки и вырабатывают более чистый ток; 
 - в силу простоты конструкции, асинхронные альтернаторы более устойчивы к короткому замыканию, поэтому, лучше подходят для питания сварочных аппаратов. 
 Впрочем, в настоящее время, существует множество способов улучшить выходные параметры мини-электростанций.
 В частности, асинхронник, оборудованный стартовым усилителем, способен справиться с пусковыми перегрузками, а качество выдаваемого электричества может быть повышено подключением AVR (автоматического регулятора напряжения). Кстати, на стабильность напряжения оказывает влияние и класс двигателя, а именно - его способность поддерживать постоянные обороты (как правило, 3000), при изменениях нагрузки. Синхронные генераторы обеспечивают поддержание напряжения в сети с высокой точностью (колебания в пределах 5%), поэтому, позволяют подключать к ним аппаратуру чувствительную к перепадам напряжения, например, компьютеры, телевизоры и другие электронные устройства). 
 Кроме того, такие генераторы без проблем справляются с энергоснабжением электроинструментов и электродвигателей с реактивной нагрузкой до 65% от своего номинала. Асинхронные генераторы менее точны: они поддерживают напряжение постоянным с точностью 10%, поэтому, их нельзя применять для питания высокоточной аппаратуры (Hi-Fi техники и пр.). Подобные генераторы позволяют подключать к ним электроинструменты и электродвигатели с реактивной мощностью до 30% от номинала. Наконец, в качестве конструктивного исполнения, более предпочтительны альтернаторы не оборудованные щетками (так называемые, brushless - бесщёточные), так как они не требуют обслуживания и не создают помех.
 Выходная мощность 
 Это один из самых главных параметров. Именно на него, прежде всего, обращает внимание покупатель. Здесь есть два подводных камня (они могут быть причиной возникновения ситуации 3): 
 - многие производители в каталогах приводят, так называемую, максимальную выходную мощность. Имейте в виду: этот параметр предусматривает кратковременную работу агрегата (в зависимости от фирмы, интервал колеблется от нескольких секунд до нескольких минут). Реальная номинальная мощность, обычно, на несколько (иногда, на десятки) процентов ниже; 
 -мини-электростанция, как и любой другой прибор, обладает собственным cosφ. Одни производители, при указании выходной мощности, его учитывают, а другие - нет. Во втором случае, пользователю придётся самому подсчитать реальную номинальную мощность, умножая приведённую в каталоге, на cosφ. 
 Дополнительные особенности 
 Уровень шума. Как и любой агрегат с двигателем, мини электростанция создаёт шум. И чем он больше, тем менее комфортно чувствует себя пользователь (в особенности, это касается применения её на тихом дачном участке). Для решения проблемы выпускаются мини-электростанции в шумопоглощающих кожухах. Однако, это значительно увеличивает цену агрегата. Для сравнения шумовых характеристик различных моделей, следует иметь в виду, что разные производители приводят данные по шуму на различном расстоянии (наиболее распространено - 7 метров), а также, для различной загрузки мини-электростанции (обычно, речь идёт о номинальной мощности).
 Время непрерывной работы без дозаправки . Данный параметр определяется объёмом топливного бака и расходом топлива. При сравнении этих характеристик у разных моделей, важно, чтобы они были приведены к «общему знаменателю» потребляемой мощности. Дело в том, что расход на 1/1 3/4 и 1/2 номинальной мощности как говорят в Одессе, - «две большие разницы». 
 Запуск агрегата. Мини-электростанция может быть запущена двумя способами: вручную (для чего необходимо потянуть за шнур или провернуть рукоятку) или электростартером (конечно, если модель его имеет), то есть, поворотом ключа или нажатием на кнопку. Кроме того, ряд агрегатов оснащённых электростартером, допускают дистанционный запуск при помощи пульта, соединённого со станцией кабелем. 
 Наличие электростартера является необходимым условием для превращения мини-электростанции в полноценную систему резервного энергоснабжения, которая будет автоматически функционировать (в том числе - включаться или выключаться) без какого-либо участия со стороны человека. 
 Альтернативный вариант 
 Одна из самых распространённых альтернативных схем - источник бесперебойного энергоснабжения на основе инвертора и аккумуляторов. Принцип работы такой. При нормальном состоянии сети общего пользования, инвертор работает, как зарядное устройство аккумуляторов. Если же происходит сбой с подачей электричества, система почти мгновенно переключает потребителей на питание от аккумуляторов, преобразуя их постоянный ток в переменный до нормализации состояния сети. Бесперебойное питание жизненно необходимо в зимний период для отопительных систем коттеджей на основе газовых котлов. Для электроподжига и циркуляционного насоса достаточна мощность порядка 150-500 Вт. 
Но, в случае длительного исчезновения электроэнергии, возможно полное вымерзание дома, что может привести к весьма печальным последствиям (вплоть до трещин в стенах, вызванных подвижкой фундамента неглубоко заложения). Бесперебойное питание может быть обеспечено и на основе дизель-генератора, обладающего возможностью стартерного автоматического запуска, при исчезновении напряжения в сети. К достоинству этой системы можно отнести неограниченное время работы (при условии, достаточного количества топлива), к основным недостаткам - очень высокую цену и генератора, и топлива к нему; шум и выхлопные газы; задержку при его включении и др. В общем случае, при мощностях системы бесперебойного питания до 10 кВт и если от системы требуется относительно небольшое время автономной работы, аккумуляторная батарея с инвертором (например, с МАП «Энергия») оказывается дешевле дизельного электрогенератора. Если мощность и (или) время автономной работы велики, то ёмкость и стоимость батареи и инвертора становится очень большой и оказывается выгоднее применять дизельный генератор.