Более подробное рассмотрение системы «умного дома» начнём с его электроснабжения, поскольку без питания ни одно устройство работать не будет, насколько бы «умным» оно не было бы. Всю систему электроснабжения условно разделим на три уровня – первичного, вторичного и резервного электропитания.
К уровню первичного электропитания отнесем 1-фазных (230В) и 3-х фазных (400В) потребителей. Сразу сделаю небольшое уточнение. Возможно, многие посчитают, что я здесь допустил ошибку, обозначив номинальные напряжения 1 и 3-х фазных потребителей соответственно 230В и 400В, ведь все привыкли к тому, что эти напряжения имеют значение 220В и 380В. Тем не менее, здесь никакой ошибки нет, я руководствуюсь ГОСТ 29322-92 принятый в Республике Беларусь и соответствующий международному стандарту МЭК 38-83.
К уровню вторичного электропитания относятся потребители, питающиеся от постоянного напряжения 12-24В. Для получения этого напряжения применен мощный блок питания с достаточным выходным током. Мощности блока питания должно хватать для всех периферийных модулей, управляющего контроллера, модуля GSMи т.д. Как уже говорилось в первой части обзора, это напряжение подается к устройствам по тому же сетевому кабелю, который применен для сети RS-485. Поскольку в таком кабеле только одна пара задействована для интерфейса RS-485, то оставшиеся три пары можно соединить параллельно. Есть взять площадь поперечного сечения одной жилы в сетевом кабеле примерно 0,2 мм2 , то при соединенных параллельно трёх жилах можно свободно обеспечить ток 5А, что для наших целей более, чем достаточно. Использование свободных пар сетевого кабеля интерфейса RS-485 позволит избежать прокладки отдельной линии питания для «низковольтных» устройств. Но нужно не забывать один момент – о возможном взаимном самовозбуждении устройств по общим цепям питания. Поэтому, на входе каждого устройства в цепи питания нужно использовать RCили LC-фильтры.
Уровень резервного электропитания должен обеспечить работу уровней первичного и вторичного электропитания в случае пропадая питающего напряжение в сети. Как правило, из «высоковольтных» потребителей требуется резервировать не все, а только те, которые являются «приоритетными». К ним можно отнести питание автоматики отопительного котла, циркуляционного насоса, холодильника, дежурное освещение и некоторые другие.
В качестве устройств резервного питания можно применить генератор (как с ручным, так и автоматическим запуском) или источник бесперебойного питания, имеющим на выходе синусоидальную форму напряжения (так называемый инвертор). Простые «компьютерные» бесперебойники тут явно не подойдут, т.к они выдают аппроксимируемое синусоидальное напряжение. Другими словами у них на выходе синусоида имеет не плавный переход (рис.1, в), а ступенчатый (рис.1, б)
Рис. 1
Форма выходного напряжения имеет очень большое значение. Если для различных устройств, имеющих в своем составе импульсный блок питания форма питающего напряжения не играет большой роли, то для трансформаторных блоков питания и электродвигателей оно должно быть максимально приближено к синусоидальному. В противном случае эти устройства просто могут выйти из строя. А чем, например, может обернуться выход из строя двигателя насоса системы отопления, думаю, пояснять не нужно.
Резервирование уровня вторичного («низковольтного») питания можно обеспечить, подключив общий блок питания к устройству первичного резервирования (генератору или инвертору). Во избежание возможных сбоев в работе оборудования в момент переключения на резервный источник необходимо зарезервировать блок питания аккумулятором, включенным в буферном режиме. Особенно это актуально, если в качестве источника резервного питания используется генератор, которому требуется определенное время на запуск независимо от того, в каком режиме этот запуск осуществляется – ручном или автоматическом. Буферный режим предполагает, что аккумулятор постоянно подключен к выходу блока питания. В таком режиме могут работать все современные герметичные кислотные аккумуляторы, как например, применяемые в блоках охранной сигнализации или источниках бесперебойного питания (рис. 2).
Рис. 2
Несколько слов о вводе электропитания в дом. По существующим нормативным документам, прибор коммерческого учёта электроэнергии (электросчётчик) в индивидуальном жилом доме должен находиться на границе участка домовладения. Сделано это с целью предотвращения хищения электроэнергии и беспрепятственного доступа представителей Энергосбыта или представителей других контролирующих организаций к электросчётчику вне зависимости от того, есть дома хозяин или нет. Тем не менее, ответственность за сохранность прибора учета несет владелец дома. Насколько это правильно, вопрос довольно спорный, но будем принимать то, что имеем.
Как уже отмечалось в первой части обзора, в общей структуре «умного дома» очень неплохо было бы удаленно контролировать расход потребляемой электроэнергии, тем более, что большинство современных электросчётчиков имеют выход RS-485. Но проблема в том, что никто вам не позволит подключиться к существующему коммерческому прибору учета электроэнергии. Выход здесь только один – установить дополнительно свой электросчётчик (так называемый «технический» учёт электроэнергии), «синхронизировать» его показания с коммерческим учетом и снимать показания с «технического» учета. И не только показания расхода электроэнергии, но и ряд других параметров питающей сети.
На воздушных линиях электропередач (ВЛЭП) довольно часто имеют место обрывы линии. И если пропадание одной фазы ещё не так опасно (разве что для трёхфазных потребителей), то при обрыве нуля из-за возможного «перекоса фаз» напряжение на одной из фаз может превысить допустимое значение, в результате чего однофазные потребители, подключенные к этой фазе, выйдут из строя. Нередки случая попадания в ВЛЭП и молний. Поэтому, при построении системы энергоснабжения дома в обязательном порядке нужно предусмотреть надежное заземление шкафа вводного устройства, грозозащиту, а так же защиту от повышенного (пониженного) напряжений. Кстати, пониженное напряжение тоже может быть опасным для некоторых устройств, например, компрессоров холодильников.
Определившись в общих чертах, какую структуру должна иметь наша система электроснабжения «умного дома», попробуем изобразить её более наглядно. На рис.3 показана структурная схема для варианта резервирования с использованием инвертора. Она будет справедлива как для одно-, так и для трехфазной сети.
Рис. 3
Входное напряжение с коммерческого учета электроэнергии поступает на вводной автомат. Далее установлен блок устройства защиты, представляющее собой связку собственно самого устройства защиты и мощного магнитного пускателя (на схеме показан одним блоком). Для этих целей было использовано 3-х фазное устройство защиты Finderи магнитный пускатель (силовое реле) производства Legrand (рис. 4). Устройство защиты Finderимеет АПВ (автоматическое повторное включение) 5 и 10 минут. Для однофазных сетей можно так же применить показанное на рис.4 устройство защиты РН-111м.
Рис. 4
Показанный на схеме электросчётчик является техническим учетом электроэнергии. О его назначении уже говорилось выше. Далее с общего автомата сетевое напряжение разделяется на два направления – на устройство резервирования (инвертор) и магнитный пускатель (силовое реле) с которых подается соответственно на ШГП (шину гарантированного питания) и ШП (шину питания). Сделано это с целью разделить всех потребителей на приоритетные и неприоритетные. Приоритетные нагрузки должны получать гарантированное бесперебойное питание. Неприоритетные нагрузки не требуют резервирования. Благодаря тому, что неприоритетные нагрузки включены через управляемое силовое реле, уходя из дома их можно одновременно все отключить. Это очень удобно – автоматически обесточиваются все электроприборы в доме, кроме «приоритетных» - сигнализации, холодильника, котла отопления и т.д.Силовое реле управления неприоритетными нагрузками используется точно такое же, как и для блока устройства защиты.
Блок питания вторичного напряжения подключается к шине гарантированного питания. На его выход подключается резервный аккумулятор (рис.5). Вторичное напряжение подается к потребителям по кабелю, используемому для интерфейса RS-485.
Рис. 5
Вариант резервирования с использованием генератора в принципе ничем не отличается от варианта с инвертором (рис.6)
Рис. 6
Для нормального резервирования питания необходимо применить автоматический запуск генератора. Однако это требует довольно дорогостоящей схемы управления автозапуском, которая соизмерима со стоимость самого генератора. Если используется не автоматический, а ручной запуск генератора, то для автоматического переключения режимов генератор – сеть можно применить простые релейные схемы переключения. В качестве примера на рис.7 показан вариант схемы переключения для однофазной системы, на рис.8 – для трехфазной.
Рис. 7
Рис. 8
Несколько комментариев по приведенным схемам. В схеме на рис 7 реле РН1 контролирует напряжение сети. Если оно присутствует, то через контакты РН1.1 и РН2.1 включен магнитный пускатель ПМ1, который подает напряжение сети на шину гарантированного питания. Когда напряжение пропадает, контакты РН1.1 размыкаются, пускатель ПМ1 отпускает. Если теперь завести генератор, то сработает реле РН3, которое своими контактами РН3.1 включит магнитный пускатель ПМ2. В этом случае напряжение на шины гарантированного питания подается от генератора. Если появится сетевое напряжение, оно не сможет пойти «навстречу» напряжению с генератора, т.к. цепь питания катушки ПМ1 разорвана контактами реле РН2. После остановки генератора реле РН3 отпускает, контакты РН3.1 разрывают цепь питания ПМ2 и РН2, они отключаются, реле РН2 своими нормально – замкнутыми контактами РН2.1 создает цепь включения ПМ1 и напряжение на шины гарантированного питания подается снова от сети.
Трёхфазная схема на рис.8 работает аналогично, разница лишь в том, что контролируется каждая из трёх фаз.
В рассмотренной нами структурной схеме электроснабжения «умного дома» были выделены только основные моменты. Мы не касались вопросов управления освещением, принципиальных схем включения автоматических выключателей, УЗО, диффавтоматов и т.д. Эти вопросы будут рассмотрены в последующих статьях авторского блога. Кстати, по вопросам управления освещением рекомендую почитать ещё одну мою статью – Схемы управления освещением.
А кто говорит что он должен отключиться? Читаем внимательно:
"Если теперь завести генератор, то сработает реле РН3, которое своими контактами РН3.1 включит магнитный пускатель ПМ2. В этом случае напряжение на шины гарантированного питания подается от генератора. Если появится сетевое напряжение, оно не сможет «пойти навстречу» напряжению с генератора, т.к. цепь питания катушки ПМ1 разорвана контактами реле РН2"
Т.е. это схема для РУЧНОГО запуска/останова генератора и её назначение - предотвратить попадание напряжения из питающей сети на генератор и наоборот. Или Вы хотели такой простой схемой полное автоматическое управление генератором организовать?
Спасибо за ответ! Честно говоря действительно 5 минут для АПВ это многовато, при условии, что напряжение часто "прыгает". Думаю остановиться все же на РН-111М. Вы писали, что у Вас они есть в наличии? И судя по форуму на этом сайте, я так понимаю, Вы находитесь в Беларуси? Можно как-то с Вами встретится?
Я использовал реле Finder 71.31.8.400.1010. РН-111М на практике не применял, хотя оно и есть у меня в наличии. У РН-111М действительно больше возможностей в плане регулировок уровней напряжения и АПВ. У Finder немного напрягает всего два значения АПВ - 5 и 10 минут. Всё-таки для автоматического повторного включения даже 5 минут многовато. И напряжение в верхнюю и нижнюю стороны устанавливаюся "симметрично" - по 5, 10, 15, 20 процентов одновременно в каждую сторону. Что тоже не совсем хорошо, лучше что бы можно было устанавливать их раздельно
С другой стороны Finder меня вполне устраивает, напряжение в доме относительно стабильное, а за все время была только одна сработка. Выводы из вышесказанного делайте сами. Кстати, если кому нужны подобные устройства защиты, а так же пускатели, автоматы, УЗО и т.д - обращайтесь в личку, есть несколько лишних экземпляров.
Уважаемый админ, хотелось бы услышать Ваши комментарии по работе устройств защиты от перенапряжения. Недавно столкнулся с очень неприятной ситуацией - из-за превышения напряжения на даче сгорел телевизор. Поэтому хочу сделать защиту. Посмотрел цены, Finder (однофазный 71.31.8.230.1010) в два раза дороже, чем РН-111М хотя у РН-111М больше возможностей в плане установки значений, плюс цифровой индикатор. Я так понимаю, вы применяли оба устройства, что можете порекомендовать?
