Общее представление об автономных источниках электроэнергии - миниэлектростанции

В крупных городах перебои с подачей электроэнергии происходят редко. А вот при подключении по временной схеме, например на стройке, все гораздо хуже — далеко не всегда есть возможность протянуть кабель. Примерно так же обстоит дело и с загородными объектами. Что делать в таких случаях? Ответ очевиден — нужна своя собственная микроэлектростанция — автономная электрогенераторная установка.

Выбор.
 
При выборе электрогенераторной установки решающими являются два фактора: для каких работ вы собираетесь ее использовать и какова требуемая мощность? Выбор установки какого-либо типа, в том числе выбор двигателя, зависит от того, будет она служить основным источником энергии для объекта, не подключенного к сети, или же резервным на случай аварийного отключения. В первом варианте определяющими факторами являются большой ресурс и экономичность двигателя. Тут предпочтителен дизель, хотя с точки зрения расходов на топливо ему может составить конкуренцию двигатель, работающий на газу. Для резервного аварийного источника питания главное — надежный запуск из холодного состояния и быстрый выход на рабочий режим. А вот с этим у дизелей бывают проблемы, особенно зимой. Впрочем, и здесь стоит сделать оговорку — «зимние проблемы» дизельных моторов часто связаны с выбором неподходящего топлива (летняя солярка вместо зимней). Ошибки в выборе масла тоже влияют на запуск и эксплуатацию, но они одинаково относятся и к «бензинкам», и к дизелям. У бензиновых моторов меньше вес и стоимость, поэтому для передвижных агрегатов до 10 кВт используют именно их. Такие мини электростанции наиболее востребованы на стройках, для автономного электроснабжения торговых точек и других коммерческих применений. Дизели же чаще используют для более мощных стационарных мини электростанций. Отдельный тип — портативные бензогенераторы. Их удобно взять с собой в дорогу, отправляясь в места, куда не добралась цивилизация. Это максимально легкие (10–20 кг) агрегаты мощностью менее 2 кВт, пригодные к транспортировке в легковом автомобиле, общественном транспорте, а то и в рюкзаке геолога или туриста. Агрегаты смонтированы максимально компактно и размещены в закрытом пластиковом корпусе (за характерную форму корпуса такие модели часто называют «чемоданчиками»). В целях экономии веса двигатель у них, разумеется, бензиновый, с воздушным охлаждением, иногда даже двухтактный. Генератор однофазный, зато почти всегда, кроме «бытовой розетки» 220 В, имеется выход 12 В постоянного тока для зарядки аккумуляторов, в том числе автомобильных, и питания электроприборов, рассчитанных на подключение к бортовой сети автомобиля или яхты.

В поисках мощности.

Вопрос о требуемой мощности электрогенераторной установки тоже не так прост, как кажется. Просуммировать паспортную мощность подключаемых потребителей недостаточно. Например, двухкиловаттный генератор может питать либо электрочайник мощностью 2 кВт, либо пылесос на 1 кВт, либо холодильник на 300 Вт. Почему такой разброс? Дело в том, что сопротивление нагрузки — составная величина, она складывается из активного, омического, и реактивного, связанного емкостью и индуктивностью прибора, сдвигающих разность фаз между напряжением и током. Для лампы накаливания, электрочайника и других нагревательных приборов реактивным сопротивлением по сравнению с активным можно пренебречь, а вот обмотки электромотора с их высокой индуктивностью дают значительную разность фаз. В результате приходится применять поправочный коэффициент мощности cos φ, характеризующий потребителя энергии. И это еще не все. При пуске электромотор потребляет ток в несколько раз больший, чем в установившемся режиме работы. Причем если ротору ничего не мешает начать вращаться (пылесос, вентилятор, электродрель), то скачок тока небольшой и непродолжительный. Если же двигатель сразу встречает сопротивление (насос, лебедка), то пусковой ток достигает больших значений и способен превысить номинальный в десятки раз.

Синхронные и асинхронные генераторы.

Кроме типа двигателя, в описании мини электростанций обычно указывают тип генератора. Он может быть синхронным и асинхронным. Это означает, что в первом случае частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора, то есть сдвиг фаз между ними постоянный. Во втором случае, в асинхронном генераторе, сдвиг фаз между ротором и статором меняется. В синхронном генераторе ротор выполнен в виде электромагнита. Он создает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. Величину выходного напряжение синхронного генератора контролируют за счет изменения магнитного поля ротора. Обычно это делает блок автоматической регулировки (AVR), благодаря чему обеспечивается высокая стабильность выходного напряжения. Синхронный генератор способен кратковременно выдавать ток в три-четыре раза выше номинального. Такие генераторы оптимальны для подключения оборудования с высокими стартовыми токами: электроинструменты, насосы, компрессоры и прочие электродвигатели, а также сварочные аппараты. Однако при длительном превышении допустимой нагрузки возможен перегрев и выход из строя обмотки ротора. Асинхронный генератор представляет собой асинхронный двигатель, работающий в режиме торможения. Вращающееся магнитное поле, создаваемое вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое, вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора. При этом на ротор ток извне не подводится, благодаря чему генераторы асинхронного типа имеют малую чувствительность к короткому замыканию и высокую степень защиты от внешних воздействий. Но бесплатный сыр, как известно, бывает только в мышеловке: при такой конструкции вращающееся магнитное поле ротора не поддается регулировке, поэтому частота и напряжение на выходе генератора зависят от частоты вращения ротора, а следовательно, от стабильности работы двигателя. Так что асинхронный генератор можно использовать только с приборами, не имеющими высоких стартовых токов и устойчивыми к перепадам напряжения. Иногда говорят, что в данном аппарате применен инверторный генератор. Это не совсем корректное выражение. Правильнее говорить «генератор с инверторным формирователем выходного напряжения». В таких установках ток, полученный от генератора (синхронного или асинхронного типа), подается на электронный модуль (собственно инвертор), который преобразует его в нужную синусоиду со стабильными параметрами. Одно- или трехфазный? 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 трехфазным (380/220 В, 50 Гц) — и те и другие. Зачем вообще нужны три фазы? Трехфазная схема подключения позволяет передавать энергию трех источников всего по трем проводам (в случае однофазной схемы потребовалось бы выделить шесть — по два провода на каждый такой источник). В результате трехфазные генераторы и моторы компактнее, легче и имеют больший КПД. С однофазными генераторами все понятно: главное — правильно «посчитать» всех своих потребителей, учесть возможные проблемы (например, высокие пусковые токи) и выбрать агрегат с соответствующей реальной выходной мощностью. При подключении к трехфазным генераторам трехфазных же нагрузок ситуация аналогичная. А вот при подключении к трехфазным генераторам однофазных потребителей возникает проблема, именуемая перекосом фаз. Во-первых, при подключении нагрузки на одну фазу трехфазного генератора используется только одна обмотка статора. Значит, без перегрузки возможно снять мощность не более чем 33 % от полной. Это верно для синхронных генераторов, асинхронные же «переваривают» больший перекос, порядка 70–80 %. Во-вторых, если нагрузка меньше и обмотки трудятся в треть силы, то неравномерность ее распределения (это и есть так называемый перекос фаз) может составить хоть все 100 %. Однако выходное напряжение на ненагруженных фазах способно достигать недопустимо больших значений. И если на выходе не стоит автоматический регулятор напряжения, то подключенные к нему высокочувствительные приборы могут быть повреждены. Опять же в синхронных генераторах эта проблема стоит острее, чем в асинхронных.

Сварочные генераторы.
 
Это отдельный класс оборудования — генераторы, совмещенные со сварочными аппаратами. Используются в основном для выездных сварочных работ. Собственно сварочный аппарат из такого комбайна, как правило, «средний» — аналогичные характеристики можно встретить даже у бытового «обычного» сварочника. Но и преимущества очевидны: варить можно в любом месте, не приходится решать проблемы совместимости генератора и сварочного аппарата, об этом позаботился производитель. К тому же у сварочного генератора «время развертывания» намного меньше, что порой важно для работы «на выезде»: выкатил, подключил провода с клеммой массы и электрододержателем — и вперед.

Техническое обслуживание генераторов.

Народная мудрость гласит: «машина любит ласку, чистоту и смазку». Ежедневное и периодическое обслуживание занимает обычно буквально несколько минут, но оно необходимо для обеспечения длительной и безотказной работы генератора и предотвращения его преждевременного выхода из строя. Перед каждым запуском следует проводить общий осмотр установки на предмет потеков топлива и масла, а также проверять уровень масла с помощью щупа. При доливке следует использовать ту же марку, что была залита ранее. Несмотря на то что практически всегда двигатели в генераторах оборудованы системой автоматической остановки в случае снижения уровня масла ниже безопасного, периодический контроль нужен, чтобы избежать неожиданного останова генератора во время работы. К тому же ни один производитель не признает гарантийным случаем поломку мотора из-за отсутствия масла, даже при наличии этой системы. «Сухая» работа оставляет на трущихся поверхностях характерные следы, и обмануть сервисный центр (например, подлив масла после поломки) не получится, будьте уверены. Периодичность остальных видов обслуживания зависит от особенностей и частоты эксплуатации генератора. Обычно после 5–10 первых часов работы масло заменяют, а дальнейшие ТО проводят по формуле: «через n часов работы или через m месяцев, в зависимости от того, что наступит ранее». Для облегчения контроля большинство генераторов оборудованы счетчиком моточасов. Перед проведением работ производители рекомендуют снять колпачок со свечи зажигания или клемму с батареи во избежание случайного пуска. Ресурс двигателя зависит в первую очередь от трех основных составляющих: качества воздуха, масла и топлива. Время от времени необходимо снимать и очищать воздушный фильтр (при работе в запыленных условиях — чаще, чем рекомендовано инструкцией). Если фильтр поролоновый, его достаточно продуть, бумажный фильтр при сильном загрязнении требует замены, хотя и его можно продувать несколько раз. Следующая часто проводимая операция — замена масла. Поскольку масляные фильтры предусматриваются только в самых мощных стационарных моделях, от состояния масла в конечном счете зависит и ресурс мотора. Замену нужно производить на прогретом двигателе, так сливается больше. Что касается выбора масла, то здесь рекомендация однозначная — использовать специальное масло для четырехтактных двигателей воздушного охлаждения, рекомендованное к применению в двигателях садовой техники. Почему именно такое, а не какое-нибудь «автомобильное» моторное? Хотя бы потому, что у ДВС воздушного охлаждения рабочая температура значительно выше, и масло работает в более экстремальных условиях, чем в моторе автомобиля. На масле лучше не экономить — это однозначно. Для генератора мощностью от 2 до 10 кВт на одну замену требуется от 0,6 до 1,5 л масла — при таком количестве затраты даже на дорогую специализированную «синтетику», предназначенную именно для моторов воздушного охлаждения, будут не так уж велики. И напоследок несколько слов о выборе «синтетика/ полусинтетика». Это в какой - то степени «отголосок прошлого». Раньше считалось, что синтетику летом лучше не использовать — «расход большой». Однако у современных двигателей проблема уплотнения решена давно и синтетика не вытекает «из всех щелей». Да и расход на угар у нее меньше, потому что температура вспышки выше. При выборе топлива также надо учитывать особенности работы мотора. Любое топливо при длительном хранении портится, так что «старыми запасами» лучше не пользоваться. Современные бензиновые «4-тактники» работают на бензине с октановым числом 92 и выше, но рекомендуется именно 92-й, в нем меньше присадок. Двухтактные моторы используют смесь бензина и специального масла (для двухтактных двигателей воздушного охлаждения), причем полученную смесь нельзя хранить более трех месяцев. Дизельное топливо бывает «летнее» и «зимнее», продается на АЗС в зависимости от сезона. «Летняя» солярка зимой просто замерзнет, не дойдя до двигателя. К другим, реже выполняемым, но не менее необходимым, операциям относятся проверка, очистка и регулировка зазора свечи зажигания, очистка либо замена топливного фильтра (если он есть), очистка топливного бака, проверка и при необходимости замена топливных шлангов, а также регулировка зазоров в клапанном механизме. Ну и, разумеется, технику нужно содержать в чистоте, периодически очищая ее от пыли и грязи. Для мощных генераторов предусмотрены и другие операции, зависящие от их конструкции, такие как замена масляного фильтра, проверка, доливка и замена антифриза, креплений резьбовых соединений, натяжения ремней и т.д. Полный перечень можно найти в инструкции по эксплуатации или сервисной книжке.

Пара слов о безопасности.

Для длительной и безопасной работы с генератором следует соблюдать еще ряд условий, в зависимости от особенностей эксплуатации. В первую очередь работающая установка должна быть заземлена. Для этого на корпусе предусмотрен отдельный выход, чаще всего шпилька с гайкой. Комплект для заземления к установке не прилагается, но сделать его несложно: при отсутствии штатной системы заземления на ее роль сгодится Г- или Т-образный металлический штырь (лучше медный или латунный), забитый в землю и соединенный с шпилькой медным проводом. Перед началом работы генератору необходимо дать прогреться — поработать несколько минут на холостом ходу. Это продлит ресурс двигателя. Не менее важно, прежде чем глушить двигатель, дать поработать мотору «на холостых» 1-2 минуты после окончания работ. В зимнее время при работе на улице или в неотапливаемом помещении нельзя подолгу эксплуатировать станцию без нагрузки, так как в этом случае двигатель не сможет выйти на штатный тепловой режим и будет работать в «непрогретом» состоянии. Допускается использование балластной нагрузки. При низкой температуре потребуется периодический контроль и очистка корпуса воздушного фильтра ото льда, а также отсоединение трубки вентиляции картера от корпуса воздушного фильтра. При установке генератора в помещении нужно обеспечить вентиляцию либо выброс отработанных газов на улицу. Перед длительным хранением (месяц и более) не забудьте слить топливо из бака, а также карбюратора или топливного насоса.