Почему нельзя использовать компьютерный ибп для питания газового котла? / хабр

Что такое источники бесперебойного питания и зачем они нужны

Современные отопительные котлы управляются микроконтроллером, которому необходимо электропитание. Кроме того, требуется постоянное питание двигателя насоса.

Если управляющий модуль может поддерживать функции от небольшого аккумулятора, или вообще временно отключиться, то циркуляция теплоносителя прекратится.

Многие модели котлов самостоятельно управляют насосом: то есть, его установка в трубу с теплоносителем является штатной. С точки зрения ИБП – не имеет значения, как работает система: синхронно, или оборудование включается само по себе.

Его задача – не допустить потери управления котлом и насосом при отключении основного энергоснабжения.

Функции

Функционал бесперебойного блока питания заключается в обеспечении продолжения передвижения жидкости в полости труб, что защитит оборудование от износа и появления поломки. ИБП, предназначенный для работы с насосом отопления, состоит из нескольких компонентов, помогающих поддерживать стабильную работу системы.

В резервный комплект входит:

инвертор;
набор аккумуляторных батарей (АКБ);
устройство для стабилизации напряжения.

Если произошло незапланированное отключение электричества, то система автоматически переходит на работу от инвертора. Он, в свою очередь, быстро трансформирует энергию батареи в стабильный переменный ток. Но переход на энергию от ИБП происходит не сразу, поскольку задумано плавное переключение, что помогает продолжить правильную работу системы отопления. Когда подача электричества восстановлена, происходит автоматическое отключение процесса инвертирования, и ИБП переходит в режим зарядки батарей.

С помощью стабилизатора происходит выравнивание колебаний напряжения, что создает необходимую защиту для целостности агрегата и источника энергии от батареи. Нередко продаются модели вместе с сетевым фильтром. Он считается отличным предохранителем против сигналов электромагнитного либо импульсного характера высокой интенсивности.

Виды ИБП для насосов отопления

С устройством знаком любой владелец классического компьютера с системным блоком. UPS — UninterruptiblePowerSupply — вторичный источник электропитания. ИБП для насоса — тот же UPS. Устройство состоит из преобразователей, переключателей, аккумуляторов.

Бесперебойники для насосов отопления делятся на резервные (Off-Line), интерактивные (Line-Interactive) и двойного преобразования (On-Line).

С чем справляется ИБП:

импульсные помехи (резкий скачок напряжения продолжительностью 10-100 мс);
высокочастотные помехи;
отклонения частоты на 3 Гц и более;
кратковременные/долговременные всплески/подсадки напряжения;
аварийная ситуация (пропало напряжение).

Резервный ИБП

В стандартном режиме насос подключен к сети напрямую — ИБП лишь фильтрует помехи. В случае нарушения норм или прекращения подачи напряжения, нагрузка автоматически подключается к питанию от схемы. Схема получает энергию от аккумуляторов посредством инвертора. Как только напряжение появляется, его параметры приходят в норму, нагрузка вновь подключается к питанию от сети.

Схема резервного ИБП

КПД резервного бесперебойника вызывает пиетет — 99 %. Устройство практически не создает шумового фона. Его тепловыделение минимально, как и цена. Однако достоинства меркнут перед слишком долгим (4–12 мс) переключением на батареи и невозможностью корректировки частоты и напряжения. Кроме того, Off-Line ИБП не выдает синусоиду, работая от аккумулятора. Тем не менее большинство устройств построено именно по такой схеме — в принципе, они пригодны для нетребовательного оборудования начального уровня.

Интерактивный ИБП

Принципиального отличия от схемы резервного ИБП нет, но на входе стоит ступенчатый стабилизатор, основанный на автотрансформаторе, и обеспечивает регулировку выходного напряжения. В стандартном режиме частоту устройство не корректирует — работают пассивные фильтры, устраняющие помехи. Если напряжение пропадает, как и в предыдущей схеме, питание идет от инвертора. Однако инвертор Line-Interactive ИБП способен давать синусоиду.

Схема интерактивного ИБП

Интерактивный бесперебойник быстрее переподключается за счет синхронизации инвертора и входного напряжения, но его КПД ниже. Работая от первичной сети, не фильтрует пики, обеспечивает примитивную стабилизацию (AVR). Для отопительных систем такие ИБП, как правило, не используют, поскольку они не в состоянии питать приборы с асинхронными двигателями (почти вся бытовая техника на таких, в том числе отопительная).

Проблема в том, что работая от аккумулятора, устройства (не все, но многие) дают на нагрузку частоту, значительно превышающую 50 Гц; осциллограмма переменного тока далека от синусоиды. Виной тому — крупный трансформатор: для питания от аккумулятора через него приходится пропускать большую мощность, увеличивающуюся лишь путем повышения частоты. Выходит, питать котлы отопления — нельзя.

ИБП с двойным преобразованием

Бесперебойники, работающие в режиме двойного преобразования, предназначены для оборудования с повышенными требованиями к качеству питания. Устройство преобразует переменный ток в постоянный, а затем опять в переменный посредством обратного преобразователя. Когда пропадает напряжение, переключение на аккумуляторы попросту не нужно, поскольку они постоянно включены в цепь. Маркетологи пишут на устройствах о времени переключения, равном нулю, но это некорректно. Однако времени действительно не тратится — нет переключения.

Двойное преобразование (конвертер — преобразователь)

Бесперебойник с двойным преобразованием корректирует и напряжение, и частоту. Выдают идеальную синусоиду. К сожалению, красота требует жертв, даже если это красота ИБП — устройства создают неслабый шумовой фон, активно выделяют тепло, дороги. Зато оборудование довольно питанием.

Полезные советы

Схема системы отопления на основе теплового насоса.

Для котла на газовом топливе подходит ИБП онлайн-типа. Стоимость их в рублях примерно следующая:

CPS 600 E – 8000.
CPS 1000 EI – 8000.
CPS 2000 EI – 14000.
CPS 1000 E – 15000.
CPS 1500 PIE – 25500.
CPS 3500 PRO – 39000.
CPS 5000 PRO – 58000.
CPS 7500 PRO – 80000.

Цены могут варьироваться в зависимости от количества и емкости аккумуляторных батарей, входящих в комплект поставки.

Прибор должен обладать высокой степенью надежности, качеством изготовления, экономным расходованием электроэнергии, так как работать он будет на протяжении нескольких часов без перерыва.

Цена устройства при его выборе не должна играть роль основного критерия, так как приобретается ИБП на много лет.

Для обеспечения длительного времени автономной работы приборов будьте готовы к затратам на приобретение дополнительных аккумуляторов.

Недопустимо подключение к ИБП холодильника, глубинного насоса и другого оборудования.

Устройства бесперебойного питания могут крепиться на стене и на полу. Напольные модели имеют большую мощность и немалые габариты. В домашних условиях используются не очень часто.

Устанавливать такое оборудование рекомендуется в полуподвальных и подвальных помещениях. Там они не загромождают жилое пространство. Для защиты от влажности размещают ИБП и аккумуляторные батареи в специальном герметично закрывающемся шкафу.

Источник бесперебойного питания при желании и определенных электротехнических навыках можно собрать своими руками. За основу берется инвертор, имеющий на выходе меандр. К нему добавляется специальный фильтр для получения чистой синусоиды. Можно преобразовать меандр в чистую синусоиду с использованием импульсного преобразователя. Но сделать это может только человек со специальной профессиональной подготовкой.

Автомобильные аккумуляторы для комплектования приборов бесперебойного питания не рекомендованы. Для этих целей предназначены аккумуляторы Fiamm, CSB, Leoch, Ventura. Оптимальная емкость батарей должна составлять 100 А/ч.

При выборе оборудования бесперебойного питания следует обратить внимание на следующие моменты:

Лучше приобрести бесперебойник типа online. Такое устройство способно увеличивать срок службы аккумуляторов.
При частых и затяжных по времени перебоях с электропитанием рекомендуется приобретать устройства, относящиеся к классу long time. Они могут иметь обозначение LT. К ним можно подключать батареи аккумуляторов любой емкости. Встроенное интеллектуальное зарядное устройство обеспечивает их быстрый и качественный заряд.
Аппаратура для бесперебойного питания со встроенными аккумуляторами должна иметь как можно большую емкость.

Длительные перебои требуют использования автономной электростанции или генератора. В таком случае оптимальный режим работы такой: ночью насосы системы отопления работают от ИБП, днем – от генератора, который дополнительно еще и зарядит аккумуляторы ИБП.

Для увеличения продолжительности автономной работы к ИБП подключают несколько аккумуляторов одной емкости и одного уровня заряда. Последовательное соединение дает увеличение напряжения при неизменной емкости, параллельное соединение увеличивает емкость и не меняет напряжение. При подключении нескольких аккумуляторов между ними нужно оставлять воздушный зазор. Нельзя ставить аккумуляторы рядом с источниками тепла и на морозе. Оптимальный вариант – разместить аккумуляторы в условиях комнатной температуры.

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.

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.

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, аCosϕ 0,6. Полная мощность вычисляется по формуле:

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:

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.

2 Параметры в использовании

Отопительные системы в своем большинстве работают на природном газе. Для того, чтобы все оборудование работало эффективно и без сбоев, в такие системы необходимо интегрировать стабильный источник питания.

В случае неожиданного отключения электроэнергии, система без такого оборудования отключится и начнет остывать, что может привести ее к выходу из строя.

ИБП для резервирования насосов газового котла

При постоянно возникающих скачках напряжения (довольно частое явление во всех электросетях), стабильное напряжение на выходе можно также получать при помощи ИБП. В этом случае такое устройство будет одновременно являться и стабилизатором и аккумулятором.

Для создания резервного источника питания для насоса и автоматики отопительной системы потребуется аккумулятор, инвертор и зарядное устройство.

Выбирая какой-либо бесперебойник, следует обратить внимание на параметры выходного напряжения. В прилагаемой к устройству инструкции должно быть четко обозначено — чистый синус

Квази-синус, апроксимированный синус, квазисинусоидальная форма — не подходят, так как при их применении довольно часто отказывает автоматика управления системой, что приводит к перегреву и поломке, как насоса, так и автоматических нагревательных горелок.

2.1 Советы специалиста

При покупке и установке следует обратить внимание на следующие моменты:

устройство должно быть надежным, качественным и экономным при расходе энергии, так как в экстренных ситуациях ему придется работать в течение нескольких часов;
цена оборудования не должна влиять на выбор, потому что его эксплуатация продлится на протяжении многих лет;
для увеличения срока автономной работы потребуются дополнительные (запасные) аккумуляторы);
если ИБП включен в систему отопления, то к нему не допускается подключение других устройств, таких как холодильник, глубинный насос или подобного рода приборы или устройства;
расположение (крепление) может быть напольным и настенным. При больших габаритах устройства и высокой мощности его лучше устанавливать на полу;
помещением для установки может быть подвал или полуподвал, в котором предварительно установлен герметически закрывающийся шкаф, который обеспечивает гидроизоляцию (отсутствие влаги) на аккумуляторных батареях и самом устройстве.

Пример смонтированного байпаса с насосом в системе отопления

2.2 Самодельный бесперебойник

Сделать своими руками такое нужное устройство для специалистов не является неразрешимой задачей.

В качестве основы необходимо использовать инвертор, который на выходе оснащен меандром. Для получения чистой синусоиды обязательно следует добавить специальный фильтр. Один из способов преобразования меандра в чистую синусоиду является включение импульсного преобразователя.

Естественно, что точные параметры оборудования, сделанного своими руками, может получить только человек хорошо знающий принципы электротехники.

Решая задачу — как сделать источник бесперебойного питания своими руками правильно, сразу следует учесть, что автомобильные аккумуляторы для использования в этих целях не рекомендуются. Кроме того, минимальная емкость заряженных батарей должна составлять не менее 100 А/ч.

При эксплуатации системы отопления в местах, где возможно длительное отключение электричества, следует обзавестись автономной электростанцией или генератором. Это позволит ввести два режима работы — ночной и дневной. Ночью система запитана только от ИБП, а днем она работает от генератора, который одновременно заряжает батареи.

Самодельное бесперебойное устройство

Для того, чтобы увеличить длительность работы источника бесперебойного питания следует подключить несколько батарей одного уровня заряда и одинаковой емкости. Соединение может быть последовательным, для увеличения напряжения при не меняющейся емкости, или параллельное, что увеличит емкость, не меняя напряжение.

Аккумуляторные батареи не должны стоять вплотную друг к другу и при размещении их лучше всего устанавливать в закрытом помещении при комнатной температуре. Наличие близкого источника тепла, так же как и влияние холода, неблагоприятно сказывается на работе батарей, значительно снижая их работоспособность.

Использование источника бесперебойного питания в системе отопления не является обязательным. Но не смотря на дополнительные затраты, позволяет быть уверенным в том, что тратиться на ремонт вышедшего из строя, из-за отключения электроэнергии, оборудования — не придется.

Особенности выбора бесперебойника для насоса в систему отопления

Основные нюансы, по которым выбирают ИБП:

мощность;
емкость аккумуляторных батарей;
время автономной работы без подключения;
возможность присоединения внешних накопителей;
диапазон сетевого напряжения;
точность напряжения и степень искажения на выходе.

Также определяют оперативность перехода работы с основного на запасной аккумулятор. Если есть недорогой ИБП для насоса отопления, с некоторыми подвижками отвечающий заявленным параметрам, смотреть надо показатель мощности, который предварительно рассчитывают.

Правила расчета мощности

Источник бесперебойного питания работает на обеспечение мощности насосного оборудования и котла – это важно при расчетах. В паспорте устройства мощность указана в ваттах, для определения параметра цифры делят на Cosɸ

Показатель также прописан в паспорте и обозначает полную, но не тепловую мощность агрегата.

Например, при производительности насоса (P) равной 90W Cosɸ в пределах 0,6, нужна формула P/ Cosɸ. В итоге выходит 150 Вт – это реактивная мощность. Показатель надо умножить на 3, поскольку при запуске оборудования потребление вырастет в 3 раза, итого подойдет прибор питания в 450 ватт.

Емкость накопительных батарей

От этого показателя зависит время работы сети без централизованного питания. Все ИБП для насосов имеют недостаточную емкость, потому необходимы дополнительные (резервные) аккумуляторы. В техническом паспорте указана возможность подключения устройств, даны рекомендации по присоединению.

Правила выбора входного напряжения

В стандартной сети на 220 вольт допустимы отклонения до 10%. Питание подается с мощностью от 198 W до 242 W. Все приборы с подключением в сеть поддерживают заданный уровень с погрешностями. Если скачки напряжения в сети бывают достаточно часто, пользователю надо замерить показатели в течение 24 часов.

Замеры делают с регулярностью раз в 3 часа, данные записывают. На основании полученных цифр выбирают ИБП с предельно возможными скачками напряжения. Выбор без учета параметров приведет к тому, что бесперебойник не будет работать при низком напряжении или выйдет из строя при превышении максимальных значений.

Форма и показатель напряжения на выходе

Сначала о периоде переключения с основного источника питания на вспомогательный – этот временной промежуток зависит от типа ИБП. Чаще всего переключение занимает не более 10 микросекунд, что достаточно для безостановочной работы насоса. Значение имеет форма напряжения на выходе. Идеальным стандартом считают напряжение в виде гладкой синусоиды, но ее выдает только инверторный ИБП. Все остальные устройства работают с погрешностями.

ИБП для циркуляционного насоса отопления требует определенных условий эксплуатации. Все правила описаны производителем. Основные: контур под бесперебойник заземляют, из помещения убирают горючие материалы, удаляют устройства с открытым огнем.

Список источников