Бесперебойник для отопительного насоса

Работа современных систем отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя напрямую зависит от подачи напряжения в электрическую цепь теплового агрегата.

При аварии в питающей электросети обесточивается насос отопления и котловая автоматика, что приводит к остановке котла ГВС.

Чтобы защитить автономные системы ГВС от внезапных отключений электросети, используются резервные источники питания. Наиболее популярны у владельцев «автономок» источники бесперебойного питания (ИБП).

Преимущества бесперебойников для питания циркуляционных насосов

Нетрудно представить, к каким неприятным последствиям приведет замерзание воды в системе зимой. Одна только замена лопнувших труб и радиаторов обойдется владельцам в «копеечку».

Вывести из строя котельную электронику способны параметрические сбои в электросети. Это падение напряжения до 160–170 В (в однофазных агрегатах) в период пиковых нагрузок энергопотребления, скачки амплитуды и девиации переменного тока частотой 50 Гц.

Конструкция ИБП или UPS (Uninterruptible Power Supply) представляет собой устройство с аккумуляторной батареей и преобразователем типа DC – AC (постоянный ток → переменный ток). Процессом инвертирования бесперебойника управляет микроконтроллер с кварцевым генератором.

От других альтернативных источников ИБП отличает:

• компактность устройств, что позволяет производить изделия в настольном/напольном исполнении;
• простота подключения и эксплуатации, бесшумность работы всей модельной линейки бесперебойников;
• относительная дешевизна большинства товарных позиций;
• базовая защита электродвигателя и электроники автономной системы ГВС;
• отсутствие расходов на техническое обслуживание в процессе использования;
• продолжительный срок эксплуатации (с подзарядкой батарей): от 3–5 лет и более;
• минимальная временная пауза или отсутствие таковой при переключении «резервное питание ↔ сеть»;
• практически синусоидальная форма выходного напряжения с минимальными искажениями;
• возможность изменения частоты и напряжения на подключаемой нагрузке.

Виды ИБП

Источник бесперебойного энергоснабжения, в зависимости от поддерживаемых опций, осуществляет следующие функции:

• автоматическую коммутацию на питание от аккумуляторной батареи (АКБ) в экстренных ситуациях;
• инвертирование постоянного DС напряжения (12 В) в требуемое переменное (220 В) с корректировкой частоты 50Гц;
• сглаживание скачков напряжения и фильтрацию сетевых помех продолжительностью 10–100 мс;
• стабилизацию «транзитного» сетевого напряжения в штатном режиме.

Справка! Переключение питания насоса отопления на аккумулятор, преобразование напряжения и фильтрацию сетевых помех выполняют все ИБП/UPS. Стабилизацию напряжения производят только устройства, оснащенные блоком-стабилизатором.

Существуют три вида источников бесперебойного питания, которые используются и для работы с циркуляционными насосами отопительных систем.

Резервные

Простейшие бюджетные модели обеспечивают только переход на запасное питание. В обычном режиме напряжение сети уходит непосредственно в котел без стабилизации, пройдя один пассивный фильтр защиты от импульсных помех.

Фото 1. Резервный бюджетный бесперебойник может обеспечить только переход на запасное питание.

В случае отключения питания сети, выхода параметров за значения диапазона, коммутатор за 4–12 мс подключает штатную АКБ. Постоянное напряжение батареи сначала поступает на электрический преобразователь, где оно становится переменным, а затем повышается до требуемых 220 В.

Автономная система отопления может быть энергонезависимой при самотечной циркуляции теплоносителя. Но чаще всего магистрали оснащаются циркуляционным насосом, который транспортирует воду до приборов отопления намного быстрее, что ускоряет обогрев дома. Применение нагнетателя требует обеспечения электрическим током, поэтому в домах с перебоями подачи энергии нужен бесперебойник для насоса отопления. Накопитель снижает риск выхода системы из строя при скачках напряжения в сети и может быть разного типа. Рассмотрим источники бесперебойного питания (ИБП) по видам и особенностям.

Конструктивные особенности и принцип работы ИБП

Применяются агрегаты для выполнения ряда работ:

• автоматический переход на питание от аккумуляторов при перебоях подачи электроэнергии;
• фильтрация помех при импульсной подаче питания;
• при подаче постоянного напряжения в 12В преобразовывать ток в переменный в 220 В;
• стабилизировать сетевое напряжение при появлении скачков.

Автоматический переход на питание от накопителей, преобразование и фильтрацию импульсных помех выполняют все приборы, а вот стабилизировать могут только ИБП с нужным блоком автоматики.

В продаже представлены несколько видов ИБП для насоса отопления:

1. Резервные. Предназначены для обеспечения насосов электроэнергией при отключении центральной подачи. Приборы оснащены преобразователем напряжения, которое превращает ток в переменный и повышает до 220 вольт. Стабилизатора нет, для устранения помех применяется пассивный фильтр.
2. Линейно-интерактивные. Оснащены стабилизатором, который преобразует напряжение с небольшим отличием от номинального, преобразователем и фильтром.
3. С двойным инвертированием. Это более прогрессивное оборудование, которое может выпрямлять сетевое напряжение с запасанием части энергии в конденсаторе батарей. Второй инвертор преобразует постоянный ток в переменный, таким образом агрегаты выполняют двойную функцию – при поступлении большого напряжения сохраняют излишки, при недостаточности обеспечения, расходуют накопленный резерв. Инверторы управляются микроконтроллером, кварцевый генератор которого обеспечивает точность напряжения и подаваемой частоты.

На заметку! Все ИБП в комплекте имеют зарядные устройства для подзарядки накопителей от аккумуляторных батарей.

Преимущества и недостатки оборудования

Определяясь с выбором бесперебойника, нужно обращать внимание на плюсы и минусы каждого типа прибора:

• Резервные источники обладают высоким КПД, малой шумностью и невысокой стоимостью. Однако занимают много времени при переключении насоса на резервный источник питания, не выпрямляют напряжение на выходе, не дают возможности корректировать амплитуду и частоту.
• Линейно-интерактивные ИБП для циркуляционного насоса отопления стоят дороже, отличаются высоким КПД и малым уровнем шума. К тому же приборы с трансформатором могут стабилизировать подаваемое напряжение, но скорость переключения низкая, как и точность, а форма подаваемого напряжения напоминает трапецию – это минусы. Бюджетные модели могут отклоняться по частоте.
• Инверторные агрегаты с двойным инвертированием стоят дорого, зато имеют широкий ряд плюсов. Это высокоточные стабилизирующие агрегаты, которые работают в большом диапазоне показателей напряжения. Моментальное переключение, точность частоты, отсутствие помех и самая правильная форма напряжения – плюсы. А вот шумная работа – минус. Инверторный агрегат подает сигнал синусоидальной формы, а это важно, так как любые отклонения от идеальной формы на выходе приводят к порче оборудования и быстрому выходу двигателя из строя.

На заметку! Резервные источники питания можно использовать при кратковременных отключениях электричества. В этом случае неправильная форма напряжения при выходе не имеет тяжелых последствий для двигателя насоса.

Правила выбора ИБП

Чтобы подобрать качественный аккумулятор для насоса отопления, нужно изучить некоторые характеристики оборудования:

• мощность;
• объем батареи аккумулятора;
• период работы в автономном режиме;
• возможность применения батарей внешнего типа;
• ширина рабочего входного напряжения;
• параметры точности выходного напряжения;
• период переключения на резервное питание;
• величина искажения сигнала выходного напряжения.

Рассмотрим подробнее, как рассчитать мощность, объем накопителей и другие параметры.

Расчет мощности

Сначала нужно определить мощность насоса и котла отопления – все параметры указываются в техническом паспорте изделий. Если параметры указаны в ваттах, то число разделить на Cos ɸ, который также иногда указывается в техпаспорте. Если мощность P указывается в 90 W, а Cos ɸ 0,6, то нужно P/ Cos ɸ, получается 150 Вт.

Теперь этот показатель умножается на 3, потому что при включении двигателя в работу уровень потребления тока возрастает в три раза. Поэтому применяется формула (P/ Cos ɸ)*3. Для примера в 150 Вт показатель мощности составит 450 ватт. Если же параметр Cos ɸ не прописывается в техническом паспорте прибора, уровень тепловой мощности насоса нужно поделить на коэффициент в 0,7, что для примера составляет 130 ватт, а значит, мощность ИБП должна быть в пределах (130*3) 390 ватт. Таким образом, для насоса подойдет бесперебойник с мощностью 390-450 ватт.

Совет! Все итоговые показатели расчетов округляются в большую сторону. Чтобы гарантировать эффективную работу насосов, оборудование приобретается с запасом в 15-20%.

Объем накопителей

От емкости накопителя зависит продолжительность автономной работы системы. Аккумуляторы ИБП зависят от габаритов самого прибора. При установке бесперебойника в домах с частыми отключениями электропитания, лучше подбирать модели с максимальной емкостью батарей и с возможностью подключения дополнительных аккумуляторов. Цена оборудования выше, но зато это обеспечит поддержание эффективности работы всей системы.

Разброс входного напряжения

Стандартное напряжение сети в 220 вольт имеет допустимые отклонения не более 10% в сторону +/-. То есть самое низкое напряжение 198 вольт, высокое 242 вольт. Все приборы на территории РФ работают в пределах показателей без сбоев, но если отклонения и скачки превышают указанные параметры, оборудование может выйти из строя.

Снизить риск нарушения работы поможет ИБП. Сначала нужно замерить скачки напряжения в сети в течение суток – замеры делать несколько раз, а потом по показателям определить пределы допустимых отклонений или ширину диапазона входящего напряжения ИБП. Этот параметр указывается в техпаспорте прибора. Если скачки напряжения достигают уровня 150-280 вольт, значит, ИБП нужно смотреть с такими же параметрами входного напряжения, прибор будет обеспечивать выравнивание показателей на выходе.

Форма и уровень напряжения на выходе

При отклонениях напряжения на выходе не более 10%, устройство вполне пригодно к эксплуатации, что касается времени переключения на источник резерва, то оно также не отличается величиной, редко составляет более десятка микросекунд. Форма напряжения на выходе имеет большое значение – чем более гладкая синусоида на выходе, тем лучше и дольше проработает насос. Самую гладкую синусоиду показывает ИБП двойного преобразования (on-line), также прибор дает чистую частоту и точную величину напряжения.

Правила установки и эксплуатации бесперебойников просты:

1. Температурный режим без минусовых показателей. Оптимальные величины указывают в паспорте приборов.
2. Из помещения убрать едкие химикаты и реагенты, а также горючие жидкости.
3. Обязательно заземлить контур по правилам применения электрических установок. Это снизит риск замыкания сети электротока.

Обзор моделей

Список бесперебойников с хорошими отзывами не так велик:

• Энергия ПН-1000. Мощный источник со встроенным фильтром от сетевых помех, стабилизатором, который поддерживает нормальный уровень напряжения на выходе при входном в 120-275 вольт. Выходной сигнал в форме гладкой синусоиды подходит для насосов любого типа. Дополнение в виде аккумулятора на 100 А/ч дает возможность автономной работы приборам мощности на 150 Вт в течение восьми часов. Вся информация о работе агрегата отражается на внешнем дисплее.
• Теплоком 222/500. Прибор небольших размеров, который применяется для автономной работы насосов в газовых системах. Простой агрегат с однофазным стабилизатором релейного вида не работает с нагрузкой более 230 Вт.
• Скат ST 1515. Амплитуда колебаний входного напряжения 145-260 Вт, частота 50 Гц +/- 1%. При превышении параметров нагрузка отключается в автоматическом режиме.

Будет удобно, если ИБП поддерживает запас мощности в пределах 20%, быстро переключается на резервный источник питания с формой выходного напряжения в виде гладкой синусоиды, автоматически отключает нагрузки, работает в широком диапазоне температур. Также автономной работе системы поможет оснащение устройства индикатором режимов и физических величин.

Автономные системы отопления могут работать без циркуляционного насоса, а могут иметь один или более таких устройств. Циркуляционный насос обеспечивает нормальное движение теплоносителя по трубам отопительной системы и препятствует её застаиванию.

При отключении сетевого напряжения в результате аварии или по другой причине, отключение насоса в зимнее время может поставить под угрозу работоспособность всей системы отопления и даже привести к серьёзной аварии. Исходя из этого, источник бесперебойного питания для циркуляционного насоса отопления должен являться обязательной частью системы.

Содержание:

Принцип действия и конструкция ИБП

Источник аварийного энергоснабжения, в зависимости от конструкции, может выполнять следующие функции:

• Автоматическое переключение на питание от аккумулятора;
• Преобразование постоянного напряжения 12В в переменное 220В;
• Фильтрацию сетевых помех;
• Стабилизацию сетевого напряжения.

Переход питания циркуляционного насоса на аккумулятор, инвертирование напряжения и фильтрацию от импульсных помех выполняют все ИБП, а стабилизацию осуществляют только устройства, оборудованные соответствующим блоком.

В системах электроснабжения могут использоваться следующие модели аварийных источников питания:

Резервные

Аварийные источники в нормальных условиях обеспечивают электропитание потребителя непосредственно от сети, а при её отключении осуществляют автоматический переход на аккумулятор. Постоянное напряжение с аккумулятора сначала поступает на преобразователь напряжения, где оно становится переменным и повышается до 220 вольт. Сетевое напряжение не стабилизируется, а чтобы блокировать сетевые импульсные помехи, в устройстве используется пассивный фильтр.

Линейно-интерактивные

Линейно-интерактивный блок резервного питания имеет одно существенное отличие. В нём для выравнивания напряжения сети используется простой стабилизатор. Он выполнен по схеме с использованием автотрансформатора, где при изменении напряжения на входе электронный коммутатор подключает соответствующие обмотки. Схема стабилизации позволяет получить на выходе напряжение лишь немного отличающееся от номинального. Преобразователь напряжения и фильтр в этом устройстве так же имеются.

Инверторные

Источник питания с использованием двойного инвертирования представляет собой конструкцию принципиально отличающуюся от двух предыдущих. В этом устройстве сетевое напряжение выпрямляется, при этом часть энергии запасается в батарее конденсаторов. Во втором инверторе происходит вторичное преобразование постоянного тока в переменный ток.

Конденсаторы выполняют двойную функцию. Если напряжение слишком велико, то в них хранятся её излишки, а в случае снижения напряжения, нехватка восполняется накопленной энергией.

Всем процессом преобразования управляет микроконтроллер с кварцевым генератором, что обеспечивает высокую точность не только напряжения, но и частоты. Каждый бесперебойник для циркуляционного насоса отопления содержит в своей конструкции зарядное устройство для подзарядки аккумуляторной батареи.

Отечественные ИБП. Большой ассортимент инверторных источников бесперебойного питания для котлов и насосов отопления представлен отечественной компанией «Энергия», положительные отзывы о продукции которой вы можете без труда найти на просторах интернета. Ознакомиться с продукцией компании вы можете на сайте официального представителя Voltmarket.ru.

Преимущества и недостатки различных типов ИБП

Идеального источника аварийного питания не существует, и каждая модель обладает своими достоинствами.

У резервного источника они следующие:

• Высокий КПД;
• Малый уровень шума и тепловыделения;
• Самая низкая стоимость.

Недостатки резервного источника питания:

• Большое время переключения;
• Искажённая форма напряжения на выходе;
• Отсутствует возможность коррекции амплитуды и частоты.

Параметры линейно-интерактивного источника несколько лучше:

• Высокий КПД;
• Отсутствие шумов;
• Стабилизация напряжения с использованием автотрансформатора.

Минусы:

• Длительное время переключения;
• Низкая точность;
• Форма напряжения приближена к трапеции;
• У низкобюджетных моделей наблюдается отклонение по частоте.

Предлагаем вам посмотреть хороший видеоролик о видах и критериях выбора ИБП для котлов отопления и циркуляционных насосов:

Инверторные ИБП. Система аварийного электропитания с двойным инвертированием обладает целым рядом несомненных достоинств, которые ставят эту конструкцию на лидирующее место.

• Работа в широком диапазоне сетевого напряжения;
• Высокая точность стабилизации;
• Отсутствие времени на переключение;
• Точное соответствие частоты;
• Отсутствие любых помех на выходе;
• Идеальная форма напряжения.

Минусы:

• Высокая стоимость;
• Постоянный шум от вентилятора.

Бесперебойник для насоса отопления должен обладать одним очень важным параметром – это синусоидальная форма сигнала на выходе. Если сигнал имеет форму меандра, трапеции или ступенчатой синусоиды, электродвигатель насоса будет работать в тяжёлом режиме, что в конечном итоге приведёт к необратимым последствиям и замене двигателя. Чёткую синусоиду выдаёт источник, выполненный по схеме с двойным преобразованием. В некоторых случаях можно использовать ИБП резервного типа. Это допустимо, когда напряжение питания отключается крайне редко и практически постоянно насос системы отопления работает от сети.

Критерии выбора резервного источника питания

Резервные источники питания, предназначенные для работы с насосами системы отопления должны выбираться по нескольким характеристикам:

• Мощность;
• Ёмкость аккумуляторной батареи;
• Время допустимой автономной работы;
• Возможность использования внешних батарей;
• Разброс входного напряжения;
• Точность напряжения на выходе;
• Время перехода на резерв;
• Искажения напряжения на выходе.

Выбирать ИБП для циркуляционного насоса следует по нескольким основным параметрам, определяющим из которых является мощность.

Определение требуемой мощности ИБП

Электродвигатель, являющийся составной частью насоса системы отопления, представляет собой реактивную нагрузку индуктивного типа. Исходя из этого следует рассчитывать мощность ИБП для котла и насоса. В технической документации на насос может быть указана мощность в ваттах, например, 90 W (Вт). В ваттах обычно указывается тепловая мощность. Чтобы узнать полную мощность требуется значение тепловой мощности разделить на Cos ϕ, который так же может быть указан в документации.

Например, мощность насоса (Р) равна 90W, а Cos ϕ 0,6. Полная мощность вычисляется по формуле:

Р/Cos ϕ

Отсюда полная мощность ИБП для нормальной работы насоса должна быть равна 90/0,6=150Вт. Но это ещё не окончательный результат. В момент запуска электродвигателя, его потребляемый ток возрастает примерно в три раза. Поэтому реактивную мощность следует умножить на три.

В итоге мощность ИБП для циркуляционного насоса отопления будет равна:

P/Cos ϕ*3

В приведенном примере мощность блока питания будет равна 450 ватт. Если косинус фи в документации не указан, тепловую мощность в ваттах следует разделить на коэффициент 0,7.

Емкость батарей

Ёмкость аккумуляторной батареи определяет время, в течение которого насос системы отопления будет работать при отсутствии сети. Встроенные в ИБП аккумуляторы обычно имеют небольшую ёмкость, определяемую, прежде всего, размерами устройства. Если источник резервного питания будет работать в условиях частых и длительных перебоев в электроснабжении, следует выбирать модели допускающие возможность подключения дополнительных внешних аккумуляторов.

Очень познавательный ролик о личном опыте человека, который столкнулся с приобретением инвертора для котла и насоса отопления, смотрите:

Входное напряжение

Стандарт сетевого напряжения 220 вольт предполагает допустимые отклонения ± 10%, то есть от 198 до 242 вольт. Это означает, что все устройства, используемые на территории Российской Федерации должны корректно работать в этих пределах. На самом деле в различных регионах, а особенно в сельской местности, отклонения и скачки напряжения могут значительно превышать эти величины. Перед приобретением ИБП для насоса отопления очень полезно будет выполнить замеры напряжения сети неоднократно, в течение суток. В паспорте на источник резервного питания указываются допустимые пределы напряжения на входе, при которых устройство обеспечивает напряжение на выходе близкое к номиналу.

Напряжение на выходе и его форма

Если параметры напряжения на выходе бесперебойника укладываются в допустимые 10 процентов, то для питания насоса системы отопления это устройство вполне подойдёт. Время, которое требуется плате управления, чтобы переключиться на питание от аккумулятора обычно не превышает десятков микросекунд. Для электродвигателя этот параметр не критичен.

Очень важным параметром ИБП, необходимым для корректной работы насоса системы отопления, является форма выходного сигнала. Электродвигатель насоса требует гладкой синусоиды, которую из всех моделей источников резервного питания может обеспечить только устройство двойного преобразования или on-line ИБП. Кроме идеальной синусоиды на выходе, данный источник так же выдаёт точную величину напряжения и частоты.

При установке ИБП для насоса отопления следует руководствоваться некоторыми правилами:

• Температура в помещении должна соответствовать величинам, указанным в документации;
• В помещении не должно быть паров едких реагентов и горючих жидкостей;
• Контур заземления должен быть выполнен в соответствии с правилами эксплуатации электроустановок.

Модели ИБП

Энергия ПН-1000 представляет собой мощный источник резервного питания. Благодаря встроенному стабилизатору, устройство обеспечивает номинальное напряжение на выходе при изменениях сетевого напряжения в пределах 120-275 вольт. Форма сигнала в виде гладкой синусоиды прекрасно подходит для питания реактивной индуктивной нагрузки, какой является электродвигатель насоса отопительной системы. Энергия ПН-1000 вместе с аккумулятором Delta DTM 12100L на 100А/ч обеспечивает бесперебойное питание для насоса отопления мощностью 150Вт в течение 8 часов. Устройство имеет встроенный фильтр сетевых помех, информационный дисплей и интерфейс RS-232.

Этот и другие стабилизаторы напряжения для отопительной системы от компании Энергия вы можете найти на сайте официального представителя компании Voltmarket.ru.

Компактный источник аварийного питания Теплоком 222/500 предназначен для применения в отопительных газовых системах. Это простое устройство с однофазным стабилизатором релейного типа обеспечивает работу с нагрузкой, не превышающей 230 Вт.

Универсальный стабилизатор Скат ST 1515 обеспечивает напряжение 220 В при колебаниях сети от 145 до 260 В и значении частоты 50 Гц ± 1 %. Если величина напряжения превышает указанные параметры, нагрузка будет отключена автоматически.

Подводим итоги

На основании эксплуатационных требований к электродвигателям насосов систем отопления ИБП должен обеспечивать следующие параметры:

• Форма напряжения – гладкая синусоида;
• Запас по мощности – не менее 20%;
• Автоматическое отключение нагрузки;
• Минимальное время переключения на резерв.

Кроме того, устройство должно работать в определённом диапазоне температур, иметь устройство индикации режимов и физических величин.