Блок бесперебойного питания для котла отопления: принцип работы + тонкости выбора бесперебойников

Источник бесперебойного питания для котла

ИБП или UPS (источник бесперебойного питания) для газового котла — это специальные устройства, предназначенные для создания непрерывного электрического подключения и защищают котел от перепадов напряжения, а также при необходимости могут заряжать аккумулятор.

Осуществляя выбор источника бесперебойного питания, нужно руководствоваться важным принципом: напряжение, которое он подает должно быть как можно ближе к идеальной синусоиде.

На сегодняшний день, ИБП бывают трех видов:

• off-line;
• on-line;
• line-interactive.

Особенности работы различных видов ИБП

Вид ИБП	Особенности
off-line (резервного типа)	Автоматически переключают питание от батареи при пропадании электричества в сети и автоматически заряжают аккумулятор, когда это необходимо. Т.е. при наличии напряжения в сети устройство никак не задействовано, ток идет через него транзитом и, соответственно, не стабилизируется. Если на входе 180 В, то и на выходе будет 180 В. Самые дешевые бесперебойники для компьютера именно такого типа. Стоит отметить, что импульсные блоки питания компьютеров, телевизоров позволяют нормально работать в широком диапазоне входного напряжения (140-250 В и более широком диапазоне)
on-line (постоянного типа)	Напряжение в ИБП типа on-line стабилизируется с помощью инвертора двойного преобразования: сначала переменное напряжение в 220 В преобразуется в постоянное 12 В или 24 В, затем постоянное напряжение трансформируется в переменное напряжение 220В. Поскольку постоянное напряжение в 12 В или 24 В всегда стабильно, то при преобразовании этого напряжения в переменный ток 220 В также никаких колебаний, проседаний или бросков напряжения не происходит. В результате, ИБП on-line на выходе всегда дают стабильную синусоиду и напряжение. Кроме того, ИБП со встроенным стабилизатором напряжения позволяет обеспечить стабильное напряжение для потребителей без перехода в режим работы от аккумулятора.
line-interactive (линейно-интерактивные)	Свойства и характеристики бесперебойников этого типа не так хороши как у онлайн моделей, но и не настолько плохи, как у агрегатов оффлайн. Имеются все те же аккумуляторные батареи и переключатель, который при понижении напряжения подключает ИБП. Но для стабилизации напряжения имеется специальный блок — автоматический регулятор напряжения. Недостаток линейно-интерактивных источников бесперебойного питания для газового котла — не моментальное переключение при изменении напряжения. Но оно намного меньше чем в аппаратах оффлайн, зато напряжение поддерживается постоянным (в определенных пределах). Это оборудование — оптимальный выбор, так как при относительно небольшой цене гарантирует неплохие результаты.

Желательно, чтобы ИБП был выполнен по технологии «on-line», поскольку его заслуга ещё и в том, что он «выдает чистый синус» на выходе не только в аккумуляторном режиме, но и при работе от входного сетевого напряжения.

Как выбирать ИБП для газового котла

• аппараты типа off line;
• линейно-интерактивные ИБП;
• блоки непрерывного действия типа on line.

Принцип работы офлайн «бесперейбоника» простой – какое напряжение входит в блок, такое и выходит. Если сеть сильно падает, прибор использует энергию батареи. Онлайн-аппарат работает иначе: сначала входной ток выпрямляется, «загоняется» в строгие рамки – 220…230 В, 50 Гц, затем снова преобразуется в переменный и направляется потребителю. Линейно-интерактивный ИБП – это блок off line со встроенным стабилизатором.

ИБП, предназначенный для отопительного оборудования, должен выдавать правильный синусоидальный сигнал на выходе. Онлайн «бесперебойник» фирмы Luxeon соответствует этому требованиюКакой «бесперебойник» лучше выбрать для газового котла:

Для поддержания работы теплогенератора лучше всего подходят ИБП непрерывного действия (онлайн) с возможностью подключения внешних аккумуляторов. Приборы off line не годятся. Если мощность потребления не превышает 0.5 кВт, а продолжительность отключения – 1 час, подойдет линейно-интерактивный блок со встроенной батареей

Резервный источник должен давать на выходе чистую синусоиду, это важно для нормальной работы электродвигателей насосов. ИБП для бытовой техники или компьютеров не подойдут для котлов, поскольку выдают так называемую аппроксимированную синусоиду или квазисинусоиду

Чтобы не покупать отдельный стабилизатор, выбирайте аппарат, способный сгладить перепады напряжения в электросети. Существуют модели, выравнивающие напряжение в широком диапазоне – от 120 до 300 вольт, правда, такие ИБП стоят дороже обычных. При использовании генератора нужно стабилизировать не только напряжение, но и частоту тока. Здесь нужен «бесперебойник» типа онлайн с инвертором, другие использовать бессмысленно. Импортные настенные котлы нередко чувствительны к расположению фазы. Если вставить вилку в розетку неправильно, агрегат уходит в ошибку. Для такого отопителя присматривайте блок питания со сквозным «нулем».

Ступенчатая и аппроксимированная форма выходного сигнала не подходит для отопительной техникиРазъяснение по поводу компьютерных ИБП. Аппроксимированная синусоида на выходе таких аппаратов хорошо воспринимается электроникой, а вот асинхронные двигатели насосов сильно греются, гудят и быстро выходят из строя. Вот почему необходим «бесперебойник» с правильной синусоидой.

Новый блок резервного питания лучше сразу проверить. Подключите аппарат к газовому котлу согласно инструкции и попробуйте запустить агрегат в режим отопления. Если автоматический розжиг не сработает, блок нужно менять на другую модель.

Бытовой ИБП для твердотопливного котла выбирается аналогичным образом – определяется мощность электроустановок и контроллера, качество электроснабжения и длительность автономного режима. Дальше следуйте нашим советам или рекомендациям, озвученным на видео:

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.

Как правильно выбрать прибор?

Выбрать подходящее устройство для отопительной системы – трудоемкий процесс. На рынке представлены сотни моделей с разнообразными параметрами как от лучших производителей, так и от малоизвестных фирм.

Поэтому, чтобы не ошибиться, следует сначала обратить внимание на такие критерии, как:

• Время работы от аккумуляторной батареи. Здесь необходимо посмотреть на емкость;
• Мощность. Следует отдать предпочтение устройствам, где активная мощность в 2 раза выше линейной;
• Какая получается синусоида на выходе. Отличный вариант – когда на выходе человек имеет чистую синусоиду;
• Рабочий диапазон напряжения. Этот параметр наиболее востребован для газовых котлов, которые расположены за чертой города и лучше отдать предпочтение моделям со встроенным стабилизатором;
• Присутствует ли возможность установки запасной батареи.

Как выбрать

Подбор источника бесперебойного питания выполняется в первую очередь по выдаваемой мощности. Все подключение к ИБП оборудование в сумме должно потреблять меньше номинально выдаваемой мощности, притом желательно на 10%. В документации к котлу указывается потребляемая мощность для работы насоса и блока управления. Не стоит путать с тепловой мощностью. Чаще потребляемая мощность находится в пределах 150-400 Вт, соответственно и ИБП должен выдавать не меньше.

Второй характеристикой является емкость подсоединяемых аккумуляторов. Однако часто бесперебойники поставляются без аккумуляторов, тогда следует ориентироваться на максимальную емкость и тип аккумулятора, на работу с которыми рассчитано оборудование. Ограничения в данном случае касаются мощности зарядного устройства в ИБП, максимального тока заряда. Если подключить несколько аккумуляторов большой емкости к устройству с небольшим током зарядки, то работать он все равно будет, однако время полной зарядки существенно возрастет, а также не будут соблюдаться оптимальные условия для обслуживания накопителей.

AGM VRLA – свинцово-кислотные герметичные аккумуляторы, способные выдержать до 800 циклов глубокой разрядки и зарядки. Долговечность по заявлениям производителей от 5 до 15 лет при активном использовании.

GEL VRLA – свинцово-кислотные аккумуляторы, в которых электролит выполнен в виде геля. Такое решение улучшает ряд эксплуатационных характеристик, в том числе долговечность и количество циклов разрядки/зарядки вплоть до 1000 раз. Герметичны и подходят для использования внутри помещений.

Время работы ИБП от аккумуляторов в автономном режиме зависит именно от емкости аккумуляторов и подключаемой нагрузки по потребляемому току. Опираться лучше на данные, указанные производителем в инструкции к устройству. Примерное соотношение представлено в таблице.

Аккумуляторы, Кол-во х Напряжение/Емкость (Ач)	1х12В/60	1х12В/75	1х12В/100	2аккум. х12В/60
Мощность, Вт	Время автономной работы, ч
90	4	5,4	6,7	8,9
200	3	3,6	4,9	6
290	2	2,5	3,3	4
400	1,4	1,8	2,4	2,8
500	1	1,4	1,5	2

Источник резервного питания в системе отопления

Любой обогрев, особенно в зимнее время, должен происходить без сбоев и остановок. Дело в том, что кроме электронной системы управления, электрическая энергия требуется циркуляционному насосу, который прокачивает теплоноситель по системе отопления.

Остановка циркуляционного насоса в сильные морозы может привести к самым серьёзным последствиям. Поэтому питание отопительной системы частного дома должно осуществляться с обязательным подключением источника аварийного питания.

ИБП с аккумуляторной батареей должен обеспечивать корректную работу системы отопления в течение нескольких часов. Для нормальной работы насоса и вентилятора, блок аварийного электропитания должен выдавать  синусоиду правильной формы без ступеней и искажений. В противном случае асинхронные электродвигатели будут  работать в жёстком режиме и могут выйти из строя.

В системах теплоснабжения могут использоваться разные типы источников аварийного питания, которые могут отличаться по техническим характеристикам.

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.

Какой нужен ИБП для котла?

Основное назначение ИБП/UPS – обеспечение поступления электроэнергии через заряд встроенной аккумуляторной батареи. Распространены настольные модели бесперебойников, но они больше подходят для компьютеров.

С учетом обеспечения пускового тока одной зарядки батарей хватит на 30–40 минут непрерывной работы домашней сети ГВС.

Чтобы продлить время автономии до нескольких часов, выбрать лучше такую модель ИБП, в которой предусмотрена возможность подключения дополнительных внешних батарей.

Внимание! Следует выбирать оборудование с маркировкой LT (Long Time). Это означает, что к нему подключаются и контролируются внешние аккумуляторные емкости. В качестве дополнительных батарей незаменимы гелиевые аккумуляторы

В качестве дополнительных батарей незаменимы гелиевые аккумуляторы.

Одновременно бесперебойники повышают качество основного электропитания, препятствуя выходу параметров за допустимые пределы.

В нашем случае приемлема стабилизация напряжения в диапазоне 220 В ± 5% с поддержанием частоты 50± 0,2 Гц.

Отличие ИБП от источника резервного питания (генератора, мини-электростанции) состоит в том, что переключение устройства в батарейный режим происходит за 3–10 миллисекунд.

В случае применения бесперебойников с двойным преобразованием частоты коммутационная задержка отсутствует вовсе.

Использование устройства с такой минимальной продолжительностью/отсутствием «паузы» не приведет к сбою в работе автоматики или остановке насоса системы ГВС.

Важно! Циркуляционный насос котла чувствителен к форме подводимого напряжения. Требуется выбрать устройство, которое инвертирует 12 В постоянного напряжения аккумулятора в переменные 220 В 50 Гц с «чистой» синусоидой. Последнее требование указывается производителями в товарных карточках оборудования

Оно означает, что коэффициент искажений синусоидального тока на выходе ИБП/UPS не превышает 8%. Соблюдение этого условия обеспечит бесшумную работу насоса и существенно продлит срок службы электродвигателя

Последнее требование указывается производителями в товарных карточках оборудования. Оно означает, что коэффициент искажений синусоидального тока на выходе ИБП/UPS не превышает 8%. Соблюдение этого условия обеспечит бесшумную работу насоса и существенно продлит срок службы электродвигателя.

Популярные модели

Компания Бастион поставляет серию оборудования под маркой Teplocom. Изделия рассчитаны на подключение к 1-фазной сети переменного тока напряжением 220 В. Оборудование оснащается металлическим корпусом, допускается монтаж на стену или пол (при помощи съемных регулируемых опор).

В конструкции предусмотрен двойной преобразователь, на выходе формируется синусоидальное напряжение частотой 50 Гц. Поддерживается установка 2 аккумуляторов напряжением по 12 В, мощность внешнего оборудования достигает 1000 VA.

ИПБ для газового котла Штиль.

Оборудование Штиль относится к линейно-интерактивным установкам, в конструкции предусмотрены светодиодные индикаторы состояния. Корпус собран из пластиковых и металлических элементов, предусмотрена только горизонтальная установка.

Завод выпускает несколько модификаций оборудования, рассчитанных на коммутацию к бытовой или промышленной сети (напряжение 220 и 380 В соответственно). Батареи в состав комплекта не входят, поддерживаются элементы емкостью от 17 до 100 А*ч.

Линейно-интерактивное оборудование Ресанта находится на верхних ступенях рейтинга источников бесперебойного питания для котлов. Выпускаются 2 модификации мощностью 100 и 400 VA, предусматривается напольный монтаж.

В конструкции применены реле со сниженным до 0,004 секунды временем переключения питания от внешней сети на встроенные аккумуляторы. Источник постоянного тока имеет емкость до 100 А*ч, предусмотрен жидкокристаллический экран, на котором отображаются параметры работы установки.

Установки под маркой Исток выпускаются предприятием, принадлежащим компании Русэлт. Изделия отличаются применением штатных необслуживаемых источников постоянного тока Delta, смонтированных в герметичном кожухе.

Электронный контроллер предотвращает глубокий разряд батарей, поддерживается установка модуля для управления при помощи сотового телефона. Предусмотрены разъемы стандарта RS-232 и USB, предназначенные для подключения к компьютеру (для управления или сбора информации).

Изделия серии Энергия Гарант с интерактивным принципом работы допускают эксплуатацию при температуре до -5°С. Оборудование оснащается дисплеем, на котором отображается текущее напряжение в цепях, предусмотрен звуковой сигнализатор включения резервного питания.

В конструкции используется 2 источника тока суммарным напряжением 24 В (емкость до 400 А*ч). Для подключения внешнего оборудования нужны 2 розетки, предусмотрен отдельный штекер для коммутации устройств с повышенной чувствительностью.

Оборудование Helior Sigma относится к категории On-Line c 2 и более аккумуляторами. Модель Sigma 1 KL поддерживает автономное питание установок мощностью до 1000 VA, источники постоянного тока расположены внутри корпуса прибора. В конструкции предусмотрен контроллер нагрузки, установка допускает 2-минутную перегрузку на 10%.

При длительной перегрузке происходит автоматическое отключение внешней цепи. Из-за малой емкости батарей оборудование применяется только для защиты от кратковременных провалов напряжения в сети.

Для цепей с повышенной мощностью (более 2000 VA) используется оборудование Stark Country, оснащенное 6 свинцово-кислотными элементами. Установка отличается повышенным током зарядки (до 8 А). Из-за высокой мощности предусмотрен вентилятор охлаждения, повышающий уровень шума при работе.

Критерии выбора ИБП для циркуляционного насоса

Напряжение и мощность

В подавляющем большинстве насосы для бытовых систем автономного отопления — это однофазные устройства небольшой потребляемой мощности (от нескольких десятков до нескольких сотен ватт). Таким образом, для питания двигателя насоса подойдут однофазные ИБП соответствующей мощности.

Однако, при выборе «бесперебойника» обязательно следует принять во внимание кратковременные, но довольно высокие пусковые токи электродвигателя насоса, которые могут превышать его номинальную мощность потребления в 3-5 раз. Учитывая экономичность потребления современных циркуляционных насосов, в большинстве случаев вполне достаточно будет использовать ИБП мощностью 500-1000 ВА

Время работы в автономном режиме

В руководствах по эксплуатации на ИБП производители указывают значение этой характеристики при полной загрузке. Очевидно, что фактическая длительность автономной работы зависит от потребляемой мощности двигателя насоса и емкости используемых аккумуляторов.

В современных ИБП, имеющих встроенные аккумуляторы, как правило, реализована возможность увеличения емкости (и, соответственно, времени автономной работы) за счет подключения дополнительных внешних батарей.

Модели, в которых вообще не предусмотрены штатные аккумуляторы, будут более предпочтительны в отношении подбора требуемой емкости АКБ. Оснащенные более мощными зарядными устройствами, такие ИБП могут работать с внешними батареями повышенной емкости, обеспечивая необходимую длительность автономной работы «бесперебойника».

Форма выходного сигнала

Идеальным для питания любой нагрузки является напряжение синусоидальной формы или с максимально приближенной к синусоиде кривой. Однако, нередко на выходе инвертор ИБП в автономном режиме формирует вместо правильной аппроксимированную (ступенчатую) синусоиду или даже меандр (периодический сигнал прямоугольной формы в каждом полупериоде графика синуса). Такая форма сигнала с сильным искажением синусоидальности кривой особенно неблагоприятна для переменного напряжения питания электродвигателей и силовых трансформаторов.

Работа циркуляционного насоса в сети с сигналом типа модифицированная синусоида приводит к недопустимому нагреву магнитопровода статора и ротора из-за возникновения в них добавочных потерь, вихревых токов. Это приводит к сокращению срока службы или повреждению изоляции двигателя насоса и высокому риску преждевременного его выхода из строя.

Поэтому, при выборе ИБП для циркуляционного насоса очень важно обращать внимание на заявленную в характеристиках производителем форму выходного сигнала. Для питания чувствительных к форме сигнала электроприводов это обязательно должна быть идеальная синусоида

Тип ИБП

Важные технические характеристики, которые прежде всего необходимо учитывать при выборе типа «бесперебойника» для питания циркуляционного насоса – это скорость перехода на автономный режим работы и форма выходного сигнала.

Устройства с лучшим сочетанием таких характеристик – это ИБП двойного преобразования (топология онлайн) и некоторые модели линейно-интерактивного типа – их использование для питания насосов по ряду причин менее предпочтительно.

Оффлайн (или резервные) ИБП, как правило с формой выходного сигнала меандр (а в лучшем случае – сильно модифицированной синусоидой), принципиально не могут быть рассмотрены в качестве подходящих источников питания электродвигателей (в нашем случае – циркуляционных насосов).

Наиболее удачным выбором из представленных типов ИБП, безусловно, будут приборы топологии онлайн. Помимо идеальной синусоиды на выходе и нулевого времени перехода на автономный режим, применение устройств с двойным преобразованием имеет следующие преимущества перед ИБП линейно-интерактивного типа:

• обеспечивается форма сигнала «чистый синус» на выходе как при питании нагрузки от сети, так и в автономном режиме (от АКБ);
• постоянная стабилизация напряжения сети и частоты тока в сочетании с непрерывной фильтрацией высокочастотных помех в питающей сети;
• очень эффективная работа в сетях с большими провалами и частыми перепадами напряжения без перехода на автономный режим работы;
• возможность подключения внешних аккумуляторных батарей;
• наличие сквозного нуля для корректной работы фазозависимых котлов;
• возможность выполнения «холодного пуска» – запуска насоса при отсутствии напряжения в питающей сети (в автономном режиме).