Блок бесперебойного питания для котла отопления: принцип работы + особенности выбора устройств

Место установки

Размещать ИБП лучше возле существующих розеток. Если он не габаритный, то вовсе не обязательно его вешать на стену, достаточно размесить на ближайшей полке. Главное не закрывать вентиляционные отверстия.

При этом не забывайте о соблюдении правил ПУЭ. Минимальные расстояния от газовых труб до розеток, в том числе и до ИБП, должно быть не менее 0,5м.

По поводу размещения аккумуляторов. Модные AGM модели боятся повышенных температур более 30 градусов. А возле котла температура явно не будет комнатной.

Поэтому размещайте АКБ как можно дальше от труб отопления и горячего котельного оборудования.

Какое зарядное устройство предпочесть?

Зарядное устройство (ЗУ) заряжает АКБ, а потому от того, как ЗУ это делает, зависит срок службы батареи

Хорошее зарядное устройство бесперебойника продлит срок службы аккумулятора, что важно, если взять в расчёт его стоимость. Стоит предпочесть многоуровневые зарядные устройства, а ещё лучше те, у которых есть возможность изменения не только тока и напряжения заряда, но и глубины разряда, что понадобится для подстройки параметров ЗУ ИБП к любому типу аккумуляторов, какой бы вы не купили

Дело в том, что обслуживаемые АКБ сейчас редко встретишь в продаже, а герметичные AGM батареи требуют строгого соблюдения параметров заряда, в то время как гелевые АКБ ещё более требовательны. Зарядные устройства с изменяемыми параметрами заряда позволяют выбрать тот заряд, который необходим для вашей АКБ. Большинство бесперебойников выпускается с универсальным зарядными устройствами, поэтому стоит удостовериться в том, что параметры заряда подходят для вашего аккумулятора.

Для того чтобы сохранить батарею заряженной, требуется поддерживающий заряд. При поддерживающем заряде ток заряда большинства ЗУ падает и достигает уровня 1А. Казалось бы, немного, но выкипание электролита всё же происходит, хотя и на малом уровне. В идеале ток поддерживающего заряда должен равняться току саморазряда АКБ. В таком случае аккумулятор сохраняет своё заряженное состояние и не разряжается, в таком случае он консервируется на неограниченное время.

Ток разряда АКБ есть всегда, и он постоянно меняется, поэтому требуется измерять его постоянно, чтобы компенсировать его встречным током заряда. Инженерам ECOVOLT удалось сделать невозможное! Ток саморазряда измеряется 1000 раз в секунду и формируется встречный ток равный по величине току саморазряда. Такой режим работы ЗУ позволяет увеличить ресурс аккумуляторов в отличие от ИБП других производителей.

Какие типы источников бывают

Условно источники бесперебойного питания можно разделить на 3 категории:

Off-Line, в которых установлена аккумуляторная батарея малой ёмкости и преобразователь напряжения.
Line-Interactive, которые с технической стороны аналогичны Off-Line, но ещё имеют интегрированный простой стабилизатор напряжения.
On-Line, в которых есть полноценный двойной преобразователь с системой стабилизации исходящего напряжения.

Фото 1. Сравнение трех типов ИБП: Offline (слева), Line-interactive (по центру) и Online (справа).

Прибор типа «Off-Line» включаются только в том случае, если входящее напряжение падает ниже отметки 170—175 В или поднимается выше 240—250 В. В этой ситуации устройство отключается от сети и питает к себе подключённый котёл с помощью интегрированного аккумулятора. Как правило, такие устройства сейчас уже редкость. Их главный недостаток — уязвимость к скачкам напряжения.

Прибор типа «Line-Interactive» самые распространённые. Помимо аварийного обеспечения питания, они незначительно стабилизируют выходное напряжение. Данный тип бесперебойников условно разделяется на 2 подвида:

с не правильной (апроксимированной) синусоидой;
с правильной синусоидой.

Второй подвид является предпочтительным, так как прибор «выдаёт» более стабильное напряжение. Но, как правило, выпускается под применение внешнего аккумуляторного блока. Кстати, нередко такие устройства ещё называют «стабилизатором с функцией ИБП». По сути — это одно и то же.

Самый современный вариант источника бесперебойного питания — устройство «On-Line»-типа.

Он непрерывно накапливает заряд в установленную аккумуляторную батарею и постоянно питает устройство именно с неё, обеспечивая тем самым стойкое и стабильное выходное напряжение для подключённого устройства.

Единственный существенный недостаток таких приборов — использование дорогостоящих аккумуляторных батарей (типа AGM). В тех же «Line-Interactive» питание от аккумулятора включается лишь в том случае, если входящее напряжение либо вовсе отключается, либо становится нестабильным (выходит за пределы допустимого входного вольтажа).

Мощность и время автономной работы

Мощность ИБП указывает на его возможную пиковую нагрузку. Большинство газовых котлов не потребляет более 300 Вт в пиковом режиме (когда включён и насос, и поджиг, и вентилятор камеры сгорания), но эту информацию следует уточнять по техпаспорту. В стандартном режиме работы потребление, в среднем, составляет до 150 Вт. Соответственно, приобретаемый бесперебойник должен иметь показатель мощности выше пикового у котла.

Справка. В некоторых источниках бесперебойного питания мощность указывается в ВА (ватт-часы). Перевести ВА в Вт, можно по формуле: ВА*0,6=Вт.

Время автономной работы прямо зависит от ёмкости установленных в ИБП аккумуляторов, а также от уровня потребления электричества самим котлом (этот показатель лучше всего рассчитывать с помощью ваттметров, подключаемых в розетку).

В самых простых моделях ставят свинцово-кислотные батареи на 7—12 Ah. В более дорогих — до 100 Ah.

Формула для расчёта времени автономной работы: T=U*Ah*N*K/P, где: Т — время автономной работы в часах. U — напряжение установленного аккумулятора (в большинстве ИБП — 12-вольтовые батареи).

Ah — ёмкость аккумулятора. N — количество батарей. K — коэффициент преобразования (можно использовать «универсальный» — 0,75). P — средняя потребляемая мощность котла в ваттах.

АСО с использованием ИБП

Варианты применения ИБП в случае временного обесточивания системы отопления частного дома зависят от длительности периода, в течение которого отсутствует сетевой ток. Принцип работы бесперебойников основывается на изначальном накоплении электроэнергии в АКБ и последующей отдаче энергии в качестве питающего напряжения элементам схемы АСО.

В случае кратковременных отключений сетевого тока ИБП могут обеспечить энергонезависимую работу насосов, теплоаккумулятора и автоматики управления в течение ограниченного временного периода, однако с длительным замещением магистрального энергоснабжения бесперебойники не справятся. Общая концепция построения своими руками резервного питания для энергозависимых автономных систем отопления отводит ИБП роль вспомогательных устройств, считая их вторичными источниками электропитания. В зависимости от длительности вынужденного обесточивания резервное снабжение электрическим переменным напряжением 220 В с участием ИБП подразделяется на три варианта:

Для краткосрочного отсутствия сетевой электроэнергии (до 24 часов) достаточно применения ИБП с несколькими АКБ.

Функциональная схема подключения газового котла к ИБП

Газовому котлу современной конструкции с дистанционным управлением питающая сеть нужна лишь для поддержания работы маломощного насоса и блока автоматики с термостатом и термометром, суммарная мощность которых не превышает 200-300 Вт. Чтобы «продержаться» в энергонезависимом режиме с подключенным теплоаккумулятором 2-3 часа, достаточно бесперебойника на 300-600 В и батареи аккумуляторов емкостью до 50 А*ч.

Периоды отключения света длительностью от одного до трех дней можно перекрыть резервным питанием от ИБП в комплекте с АКБ, но уже с подзарядкой от дизельных или бензиновых генераторов.

Для электрических котлов и теплоаккумуляторов в составе схемы АСО с автоматическим управлением работы в соответствии с показаниями термометра подключение ИБП на длительный срок не используется, поскольку электрические котлы обладают достаточно большой мощностью, для обеспечения которой потребуется много внешних резервных аккумуляторов.

Отсутствие света более трех суток можно компенсировать только с помощью так называемых ИРП (источников резервного питания) жидкотопливных генераторов с инвертором. Между ИРП и автоматикой схемы управления АСО необходимо устанавливать своими руками блок ИБП в качестве стабилизатора напряжения, поскольку дизельные генераторы выдают на выходе пилообразное напряжение.

В регионах с частыми длительными перебоями с электрическим сетевым питанием владельцы частных домов предусмотрительно держат наготове дизельные генераторы с инвертором, но основным «подстраховочным» комплектом считается ИБП с аккумуляторными батареями.

Как выбрать ИБП для газового котла?

Расчет мощности

Мощность, которую потребляет газовый котел, складывается из потребляемой мощности блока электроники, мощности насоса и вентилятора охлаждения (если таковой имеется). При этом в паспорте агрегата может указываться только тепловая мощность в ваттах.

Мощность ИБП для котлов рассчитывается по формуле: A=B/C*D, где:

A – мощность резервного источника питания;
B – паспортная мощность оборудования в ваттах;
C – коэффициент 0,7 для реактивной нагрузки;
D – трехкратный запас для пускового тока.

Выбор аккумуляторов для ИБП

Для устройств резервного питания предусмотрены аккумуляторы различной емкости. На некоторых аппаратах, как уже упоминалось выше, можно подключить внешнюю батарею, что позволяет дольше работать в аварийном режиме. Чем больше емкость аккумулятора, тем больше времени газовый котел сможет работать без электричества. Соответственно, с увеличением емкости растет и цена прибора.

Если к ИБП можно подключить внешний аккумулятор, важно знать предельно высокий ток заряда, указанный в документации. Умножаем этот показатель на 10 – и получаем емкость аккумулятора, который может быть заряжен от данного устройства. Время работы ИБП можно рассчитать по простой формуле

Умножаем емкость аккумуляторной батареи на ее напряжение, а полученный результат делим на полную мощность нагрузки. Например, если в устройстве применен аккумулятор на 12В емкостью 75 А/час, а полная мощность всего оборудования — 200 Вт, то время работы в автономном режиме будет равно 4,5 часов: 75*12/200 = 4,5

Время работы ИБП можно рассчитать по простой формуле. Умножаем емкость аккумуляторной батареи на ее напряжение, а полученный результат делим на полную мощность нагрузки. Например, если в устройстве применен аккумулятор на 12В емкостью 75 А/час, а полная мощность всего оборудования — 200 Вт, то время работы в автономном режиме будет равно 4,5 часов: 75*12/200 = 4,5.

Включать аккумуляторы можно как последовательно, так и параллельно. В первом случае емкость прибора не меняется, а напряжение складывается. Во втором случае – все наоборот.

Если вы надумали использовать вместе с ИБП автомобильные аккумуляторы ради экономии, сразу откажитесь от этой идеи. В случае неправильного подключения источник бесперебойного питания выйдет из строя, а по гарантии (даже если еще действует) вам никто его не поменяет.

Не секрет, что аккумуляторные батареи греются при работе. Поэтому не стоит их дополнительно греть друг об друга. При подключении нескольких таких приборов позаботьтесь, чтобы между ними был воздушный зазор. Также не стоит держать аккумуляторы около источников тепла (вроде обогревателей) или при сильно низких температурах – это приведет к их быстрой разрядке.

Место установки

Бесперебойники для газовых котлов должны устанавливаться в помещении рядом с системой отопления. Как и аккумуляторы, сами ИБП не любят сильную жару или холод, поэтому в помещении нужно создать оптимальные условия (комнатную температуру) для его работы.

Устройство лучше размещать около розеток. Если прибор небольшой, можно не вешать его на стену, а просто положить на полку. При этом вентиляционные отверстия должны оставаться открытыми.

Минимальные расстояния от газовых труб до розеток, в том числе и до ИБП, должно быть не менее 0,5 метра.

Нужен ли стабилизатор, если есть ИБП

Источник бесперебойного питания – полезное и функциональное устройство, но оно не станет спасением от всех бед, если в доме наблюдается низкое качество входного напряжения. Далеко не все модели ИБП способны «вытянуть» низкое напряжение (менее 170-180 В).

Если в вашем жилище действительно есть серьезные и постоянные проблемы с входным напряжением (оно менее 200 В), вам все же придется на вход установить нормальный инверторный стабилизатор. В противном случае питание газового котла будет осуществляться только от аккумуляторов, что отнимет у них значительную часть эксплуатационного срока.

Расчет времени резервного питания

Продолжительность автономной работы котла напрямую зависит от ёмкости аккумуляторных батарей. Как правило, в сопроводительной документации к АКБ, указывается, сколько времени она сможет поддерживать работу приборов при разной нагрузке.

Для того чтобы рассчитать время самостоятельно, нужно знать три величины:

Рабочее напряжение батареи (например, 12 Вольт).
Ёмкость батареи (указывается в Ампер-часах в документации).
Общую мощность всех приборов, которые будут к ней подключены.

Формула расчёта времени:

T = E × U ÷ P

Т – Время независимой работы.
E – Ёмкость АКБ.
U– Напряжение батареи.
P– Полная мощность в ВА (Вольт Амперах), а не Вт. Суммарную мощность приборов в Вт нужно разделить на 0,7 чтобы получить значение в ВА.

Результаты будут приблизительными (на практике время будет чуть меньше), поскольку нужно учитывать коэффициенты полезного действия, разряда аккумулятора и т.д.

Примерный расчёт к АКБ на 100 Ач показывает, что при нагрузке в 0,5 кВт, его работы хватит на 2 часа. Тот же аккумулятор при 300 Вт поддержит работу в течение почти 3,5 часов.

Важно помнить, что со временем ёмкость батарей падает. Хороший уход – это содержание в чистоте, температурный режим и проветривание

Особенно быстро батареи «садятся», при длительных простоях, без заряда-разряда.

Советуют раз в три – четыре месяца «тренировать» АКБ. Имитировать отключения электроэнергии, чтобы дать ей поработать.

Расчет мощности и времени автономной работы

Какой мощности следует выбрать ИБП для котельной? Расчет здесь не замысловатый.

Просто сложите мощности всех электроприборов, которые будут подключаться через него, и умножьте на два. Если есть глубинный насос, то на три — с учетом его пусковых токов.

Данные можно взять из паспорта или инструкции по эксплуатации, либо посмотреть непосредственно на корпусах изделий.

Например, для котельной где установлено 3 насоса по 90Вт и сам котел в 135Вт подойдет инвертор от 0,8 до 1,0кВт. При меньшей мощности будут перегреваться полевые ключи (транзисторы).

Если сумма всех электроприборов превышает мощность выбранной вами модели, вдруг вы захотите запитать какие либо бытовые приборы, лампочки, то изначально учитывайте и их, а не только котельное оборудование.

Здесь уже мощность может варьироваться от 1 до 5кВт.

А как долго будет работать выбранный ИБП в автономном режиме? Здесь все зависит от аккумуляторов. Вот таблица с характеристиками емкости батарей и подключаемой нагрузки:

Из нее наглядно видно в часах и минутах, насколько времени хватит вашего бесперебойника, для независимой работы от сети.

Зачем он нужен?

В систему отопления входят работающие от электрической сети:

Циркуляционный насос.
Управляющий блок котлов.

Розжиг.
Принудительная вентиляция.

Многие владельцы частных домов в последнее время стали устанавливать в них обогревательные котлы, управляемые на расстоянии. При отключении электроэнергии все эти приборы отключаются. Отапливаемое помещение начинает быстро охлаждаться. Причиной отключения котлов и выхода их из строя часто становится перепад напряжения сети.

ИБП обеспечивают котлам резервное питание на определённый период времени. При длительном отключении электроэнергии и отключении котла, вся система отопления может выйти из строя. В энергозависимых твёрдотопливных котлах, при отсутствии электропитания, выходит из строя циркуляционный насос. В котлах с естественной циркуляцией воды она может закипеть, что приведёт к взрыву системы. ИБП позволяет избежать этих неприятных последствий.

Виды ИБП и принцип их работы

Источники аварийного электроснабжения, используемые в отопительных системах, могут быть следующих типов:

Резервные блоки;
Линейно-интерактивные устройства;
Приборы с двойным преобразованием напряжения.

Каждый из них имеет определённые достоинства и недостатки. Кроме того, они отличаются по некоторым электрическим параметрам.

Любой источник резервного питания должен обеспечивать следующие функции:

Автоматическое переключение на аккумулятор;
Выдачу нормального напряжения на выходе;
Фильтрацию сетевых помех.

В случае отключения напряжения сети автоматика должна в самое короткое время подключить аккумуляторные батареи для питания системы отопления. При появлении сетевого напряжения осуществляется обратное переключение.

Резервные источники питания

Источники питания такого типа считаются самыми простыми. Они состоят из следующих частей:

Сетевой фильтр;
Плата управления;
Аккумулятор;
Преобразователь.

При наличии сетевого напряжения, нагрузка напрямую подключена к сети. В тот момент, когда внешнее напряжение отключается по технически причинам, плата управления подключает аккумулятор. Напряжение 12 или 24 вольта поступает на преобразователь, где оно конвертируется в переменное напряжение 220 В.

Основным достоинством такого устройства является его низкая стоимость, зато все остальные параметры намного хуже, чем у других источников аварийного электропитания:

Малый диапазон напряжения на входе;
Искажённая форма сигнала;
Большой промежуток времени при переходе на резерв;
Небольшое время автономной работы.

Бесперебойник для газового котла резервного типа имеет в своей конструкции простейший преобразователь постоянного напряжения в переменное, поэтому на выходе блока получается ступенчатая или аппроксимированная синусоида, которая вызывает перегрев электромоторов и их полный отказ.

Некоторые системы управления газовым отопительным оборудованием очень чувствительны к пропаданию напряжения питания. Если время превысит определённый предел, газовый котёл перейдёт в режим «Ошибка» и прекратит свою работу. Перезапустить его самостоятельно неспециалисту не представляется возможным и потребуется вызов мастера из сервисной службы.

Линейно-интерактивные устройства

Работа линейно-интерактивного блока аварийного питания базируется на том же принципе, что и резервного источника, но с одним важным дополнением. В схеме этого устройства предусмотрен стабилизатор напряжения. Напряжение сети поступает на пассивный фильтр, где происходит подавление импульсных помех и высоковольтных коротких выбросов, которые могут повредить электронике, подключенной к выходу устройства.

После фильтра напряжение подаётся на стабилизатор, поэтому потребитель получает более качественное напряжение. Оно, благодаря стабилизатору, выдерживается в жёстких пределах, а время переключения на аккумулятор намного меньше, чем у резервных источников.

Бюджетный источник бесперебойного питания для котла отопления, выполненный по линейно-интерактивной схеме, работает с простым инвертором, поэтому форма сигнала на выходе может сильно отличаться от идеальной синусоиды.

Более дорогие устройства имеют в своём составе схему формирователя, который обеспечивает напряжение на выходе вполне подходящее для питания циркуляционных насосов, вентиляторов и других приборов, использующих асинхронные двигатели.

Инверторные источники аварийного электропитания

Принцип работы этих устройств использует двойное преобразование напряжения. При работе от сети, напряжение фильтруется и поступает на выпрямитель с корректором мощности. Часть напряжения через зарядное устройство поступает на аккумуляторы.

Сама батарея постоянно подключена ко входу второго инвертора, который преобразует постоянное напряжение в переменное с очень высокими характеристиками. Такие приборы так же называются «On-line», поскольку никакого времени на переключение на резервное питание им не требуется. Бесперебойник для газового котла, работающий по принципу двойного преобразования, можно считать самым оптимальным вариантом.

Такой ИБП обладает прекрасными техническими характеристиками:

Идеальная синусоида на выходе;
Нулевое время перехода на резерв;
Большой диапазон напряжения на входе;
Коррекция напряжения и частоты.

Из-за высокой стоимости бесперебойников двойного преобразования, их широкое применение в частном секторе пока ограничено.

Как выбрать ИБП для газового котла?

Расчет мощности

Мощность ИБП для котлов рассчитывается по формуле: A=B/C*D, где:

A – мощность резервного источника питания;
B – паспортная мощность оборудования в ваттах;
C – коэффициент 0,7 для реактивной нагрузки;
D – трехкратный запас для пускового тока.

Выбор аккумуляторов для ИБП

Место установки

Минимальные расстояния от газовых труб до розеток, в том числе и до ИБП, должно быть не менее 0,5 метра.

Нужен ли стабилизатор, если есть ИБП

Выводы и полезное видео по теме

Как правильно купить инвертор и подобрать к нему аккумуляторную батарею оптимальной емкости. Как установить оборудование на котел и навсегда забыть про перебои с электрикой:

Подробный обзор устройства, принципов работы и функционала популярной модели инверторного агрегата напряжения с чистой синусоидой:

Как себя ведет в работе инверторный преобразователь напряжения, не имеющий внутри корпуса встроенной аккумуляторной батареи:

Установка инверторного прибора на отопительный котел позволяет греющей системе корректно функционировать в момент интенсивных перепадов напряжения и при общем отключении света. Хозяева не ощущают никаких неудобств в связи с отсутствием электричества и не замерзают, если эта неприятная ситуация случается в холодное время года.

Кроме того, аппарат защищает коммуникационные элементы от возможных поломок, спровоцированных неожиданным отключением света, и помогает оборудованию проработать как можно дольше и с максимальной эффективностью.

Уже есть опыт использования инверторов для отопительных котлов? Пожалуйста, расскажите нашим читателям на каком приборе остановили свой выбор? Чем руководствовались при этом? Довольны ли вы работой устройства? Оставляйте свои комментарии, делитесь опытом, задавайте вопросы в расположенном ниже блоке.

Заключение

В качестве заключения хотелось бы привести результаты замера ёмкости батарей. В новой табличке количество циклов разряда-заряда заменено на время работы от батарей, но ввиду того, что мониторинг параметров ИБП вёлся не 100% времени, в скобках приведено время работы от сети по мнению мониторинга, всё остальное время данные не писались. От первого ИБП были отключены холодильная и морозильная камера, которые при одновременном запуске, пусковым током превышали максимальную мощность ИБП и приводили к его отключению. Ко второму ИБП было подключено два ПК, один из которых работает круглосуточно, потому назван сервером.

ПараметрАКБ №1АКБ №2

Модель	BRAVO 6CT-90VL	Tyumen Batbear 75
Ёмкость, макс. ток	90Ач, 760А	75Ач, 610А
Стоимость на момент покупки (за штуку)	2200 руб	2400 руб
Дата установки	9 ноября 2014	11 ноября 2014
ИБП	APC Smart-UPS 3000VA, 2700Вт, 230В, чистый синус 50Гц
Нагрузка	газовый котёл, насос тёплого пола, насос скважины с водой, освещение	освещение, холодильник, сервер, ПК
Время работы от батарей за год	25 часов (из 238 дней)	120 часов (из 182 дней)
Производилась калибровка	нет	да
Дата контрольного замера	24 сентября 2016	28 сентября 2016
Контрольный разряд	18 часов 30 минут, 42.7Ач	7 часов 30 минут, 58.2Ач
Напряжение после разряда	46.6В под нагрузкой, 48.8В без нагрузки	45.6В под нагрузкой, 46.8В без нагрузки
Контрольный заряд	12 часов, 42.9Ач	14 часов, 54.0Ач
Напряжение после заряда	55.2В плюс-минус 0.05В по АКБ
Уровень электролита	Незначительное уменьшение уровня, по прежнему выше пластин

Измерения производились слегка обновлённой версией китайского ваттметра, который с виду похож на тот же, с помощью которого производились измерения в прошлый раз, но в отличии от него имеет чуть большую точность за счёт применения качественного шунта вместо стопки SMD резисторов. Из-за того, что разрядка АКБ первого ИБП происходила слишком долго, принял решение под конец подключить в качестве дополнительной нагрузки холодильную камеру, но во время её запуска на АКБ резко просело напряжение и ИБП решил что «всё», хотя по напряжению «под» и «без» нагрузки видно, что без мощных потребителей ИБП смог бы ещё работать от батарей, возможно так же сыграло то, что ватт-метр был подключен не шибко толстыми проводами (18 AWG), и из-за падения напряжения на них ИБП «видел» напряжение на батареях ниже, чем оно было на самом деле. Со вторым ИБП так же не обошлось без косяков, правда причина была банальней, не смог дождаться пока ИБП разрядится, потому что сильно хотелось спать, а оставалось не так много ёмкости, и не хотелось, чтобы всю оставшуюся ночь сервер был выключен. В целом можно отметить, что ёмкость не только не уменьшилась, но даже увеличилась в случае с первым ИБП. Отчасти это связано с тем, что в этом году он работал в щадящем режиме, почти всё время был подключен в сеть (в первый год его каждый день отключали от сети), и с него были сняты две мощные нагрузки.