Расчёт мощности стабилизатора. Последовательность действий
Для выбора стабилизатора с корректной мощностью необходимо прибегнуть к следующему алгоритму:
- Определить энергопотребление нагрузки.
- Заложить запас по мощности.
- Проанализировать полученное значение и выбрать подходящую модель.
⇒ Стабилизатор, выходная мощность которого окажется меньше фактического энергопотребления нагрузки либо уйдет в защиту и отключится, либо вообще сломается.
⇒ Значительное превышение выходной мощности стабилизатора над фактическим энергопотреблением нагрузки бессмысленно. Прибор будет недозагружен, что не внесёт каких-либо улучшений в качество его работы. Деньги за «неиспользуемые ватты» будут потрачены зря!
Как выяснить энергопотребление нагрузки?
В коттедже стабилизатор либо питает только ответственную технику (группа или даже одно устройство), либо используется для централизованной защиты сразу всей электросети (централизованное подключение).
Расчёт электропотребления группы устройств
В данном случае (см пример на рисунке 1) энергопотребление равняется суммарной мощности всех подключенных к прибору изделий (энергопотребление = мощность А + мощность В + мощность С = 500 + 600 + 750 = 1850 Вт).
Рисунок 1 – Пример использования стабилизатора для питания только ответственной техники в коттедже
Мощность конкретного электроприбора можно узнать, изучив сопутствующую ему техническую документацию и/или посмотрев на его заводской шильдик. Существуют некоторые нюансы при определении мощности электроприборов, остановимся на них подробнее.
Не каждая мощность электрическая
Оборудование часто имеет параметр мощности, характеризующий производительность его работы по основному назначению: мощность всасывания для пылесосов, тепловая – для отопительных приборов, микроволн – для микроволновки и т.д.
⇒ При расчёте энергопотребления используется другой параметр, величина которого указывает на количество потребляемой из сети электроэнергии. Обычно его называют «потребляемая мощность» (встречаются и иные наименования: «присоединительная мощность», «электрическая мощность», «сетевая мощность» и т.п.).
Например, имеется нагрузка в виде газового котла и кондиционера. Их характеристики представлены в таблицах ниже.
| Котел | ||
| Номинальная полезная тепловая мощность в режиме отопления | кВт | 10 |
| Минимальная полезная тепловая мощность | кВт | 9,6 |
| Максимальная тепловая мощность в режиме ГВС | кВт | 24 |
| Максимальный расход природного газа в режиме отопления | м³/ч | 1,23 |
| Максимальная производительность (КПД) | % | 93 |
| Класс эффективности | *** | |
| Напряжение | В | 230 |
| Частота | Гц | 50 |
| Номинальная потребляемая электрическая мощность | Вт | 135 |
| Кондиционер | ||
| Потребляемая мощность при охлаждении | кВт | 0,73 |
| Вес внутреннего блока | кг | 7 |
| Тип хладагента | кВт | R410-А |
| Напряжение подключения | В | 220 |
| Мощность при охлаждении | кВт | 2,34 |
Значения 10, 9,6, 24 и 2,34 кВт касаются эффективности основной работы изделий. При определении же энергопотребления надо использовать значения 135 Вт (0,135 кВт) и 0,73 кВт: 0,135 + 0,73 = 0,865 кВт.
Электрическая мощность нагрузки может меняться в процессе её работы
Чаще всего это происходит у приборов с электродвигателями. В современном коттедже это обычно стиральная и посудомоечная машина, холодильник, насосы систем водоснабжения и отопления, привод автоматических ворот, кондиционер. Всему перечисленному свойственно высокое пусковое энергопотребление, которое в разы превышает энергопотребление в номинальном режиме работы (вплоть до восьмикратной разницы).
⇒ При расчёте энергопотребления нагрузки используется максимальная из её возможных мощностей.
Если параметры устройства с электродвигателем ограничены только его номинальной мощностью, то стоит проконсультироваться со специалистами на предмет возможных пусковых скачков и фактического энергопотребления в различных режимах работы.
Аналогично и для большого количества осветительных приборов. Дело в том, что при разогреве вольфрамовой нити в классической лампе или при стартовом заряде конденсатора в светодиодном светильнике потребляется намного больше энергии, чем в ходе дальнейшего свечения.
Как рассчитать стабилизатор для дома с насосом?
Если в доме есть насос, стабилизатор подбирают не только по его номинальной мощности. Нужно учитывать тип насоса, пусковой ток, остальные приборы, которые будут работать одновременно, и схему подключения: стабилизатор защищает только насос, группу ответственной техники или всю электросеть дома.
Сначала определите, какой насос подключается к стабилизатору:
- циркуляционный насос отопления;
- скважинный насос;
- насосная станция;
- дренажный или поверхностный насос;
- несколько насосов в одной системе.
Затем проверьте потребляемую мощность и пусковые характеристики. У насосов с электродвигателями стартовая мощность может быть выше рабочей, поэтому стабилизатор, выбранный только по номинальной мощности, может уходить в перегрузку или не запускать насос.
Если стабилизатор защищает не один насос, а группу оборудования, к расчёту добавляют остальные приборы: газовый котёл, автоматику, холодильник, освещение, роутер, видеонаблюдение и другую нагрузку, которая может работать одновременно. После этого к суммарной мощности добавляют запас, обычно 20–30%, и подбирают модель стабилизатора с подходящей активной и полной выходной мощностью в большую сторону.
Для насосов особенно важно учитывать пусковые токи. Рабочая мощность может быть небольшой, но в момент запуска двигатель кратковременно потребляет больше. Если эти данные не указаны в паспорте, их запрашивают у производителя, используют расчёт с запасом или консультируются со специалистом.
Подробнее о том, почему насосы, холодильники и компрессоры при запуске могут потреблять больше номинальной мощности, можно прочитать в статье «Пусковые токи электроприборов: как учитывать при выборе стабилизатора и ИБП».
| Тип насоса | Что учитывать при расчёте стабилизатора |
| Циркуляционный насос отопления |
Мощность насоса, пусковой ток, совместную работу с котлом, автоматикой и другими элементами отопления |
| Скважинный насос |
Рабочую мощность, пусковой ток, глубину и условия запуска, возможные просадки напряжения при старте |
| Насосная станция |
Мощность двигателя, стартовую нагрузку, частоту включений, работу вместе с гидроаккумулятором |
| Дренажный или поверхностный насос |
Условия запуска, нагрузку на двигатель, возможную работу одновременно с другой техникой |
| Несколько насосов в доме |
Суммарную мощность, вероятность одновременного запуска и распределение нагрузки по линиям или фазам |
Если насос работает один, расчёт выполняют по его мощности и пусковому току. Если насос входит в систему дома, стабилизатор рассчитывают по всей группе нагрузки: насосы, котёл, холодильник, автоматика, освещение и другие приборы, которые могут работать одновременно.
Если нужно подобрать стабилизатор только для отдельного насоса, без расчёта всей группы нагрузки дома, смотрите материал «Как правильно выбрать стабилизатор напряжения для насоса».
Расчёт электропотребления при централизованной защите всей электросети
При централизованном подключении стабилизатора необходимости в суммировании мощностей всех находящихся в коттедже электроприборов нет. Достаточно выяснить номинал вводного автомата. Далее есть два варианта:
- стабилизатор однофазный – номинал умножается на 220;
- стабилизатор трехфазный – номинал умножается на 380 и √3.
Энергопотребление нагрузки принимается равным полученному значению.
⇒ Выделенная на одно домовладение мощность обычно составляет 5,5 кВт при однофазном присоединении к питающей сети и 15 кВт при трехфазном. Если расчетное энергопотребление нагрузки оказывается выше той из данных величин, которая соответствует текущей фазности, то следует принять его равным её значению (т.е. в зависимости от вида стабилизатора 5 кВт или 15 кВт). Исключением являются ситуации, в которых потребитель по договору с энергоснабжающей организацией получает повышенную мощность. Разберем это подробнее на примерах ниже (см рисунки 2-5).
Рисунок 2 – Пример 1. Централизованная защита всей нагрузки в однофазной сети с помощью однофазного стабилизатора (автомат 16 А)
Энергопотребление нагрузки = 16 А х 220 В = 3520 Вт.
Рисунок 3 – Пример 2. Централизованная защита всей нагрузки в однофазной сети с помощью однофазного стабилизатора (автомат 32 А)
32 А х 220 В = 7040 Вт – данное значение больше выделенной мощности, поэтому вместо него принимаем её величину. В итоге энергопотребление нагрузки = 5500 Вт.
Рисунок 4 – Пример 3. Централизованная защита всей нагрузки в однофазной сети с помощью однофазного стабилизатора (автомат 40 А, повышенная мощность по договору – 10000 Вт)
40 А х 220 В = 8800 Вт – данное значение меньше 10000 Вт, поэтому оставляем его без изменения. Энергопотребление нагрузки = 8800 Вт.
Рисунок 5 – Пример 4. Централизованная защита всей нагрузки в трехфазной сети с помощью трехфазного стабилизатора (автомат 25 А)
√3 х 25 А х 380 В = 16455 Вт – данное значение больше выделенной мощности, поэтому вместо него принимаем её величину. Энергопотребление нагрузки = 15000 Вт.
Рисунок 6 – Пример 5. Централизованная защита всей нагрузки в трехфазной сети с помощью трех однофазных стабилизаторов (автомат 20 А)
Энергопотребление нагрузки для каждого из стабилизаторов = 20 А х 220 В = 4400 Вт.
Какой запас мощности необходим работающему в коттедже стабилизатору?
Рекомендуемая величина составляет 30% сверх энергопотребления нагрузки. Она позволит:
- запитать от стабилизатора приборы, потребляемая мощность которых не учитывалась при первоначальном расчете;
- компенсировать падение выходной мощности стабилизатора, происходящее при сильном отклонении входного напряжения.
На практике применение мощностного запаса выглядит следующим образом: энергопотребление нагрузки х 1,3 = энергопотребление с учётом запаса.
Как подобрать модель стабилизатора с подходящим значением мощности?
Энергопотребление нагрузки с учётом запаса (далее – Рнагр) необходимо сверить с мощностной линейкой стабилизаторов. Ближайшее к Рнагр с большой стороны значение и будет подходящей мощностью устройства.
⇒ Выбирать стабилизатор с мощностью ближайшей к Рнагр с меньшей стороны не рекомендуется – это либо снизит величину ранее заложенного запаса мощности, либо вообще приведёт к покупке несоответствующего фактической нагрузке изделия. В крайнем случае допустимо лишь небольшое округление Рнагр в меньшую сторону.
⇒ Обращайте внимание на единицы измерения! Производители стабилизаторов часто выносят на передний план параметр полной мощности (указывается в вольт-амперах – ВА или VA). Он, в частности, может фигурировать в наименовании – «Модель 1000», где «1000» – полная мощность в ВА.
Потребляемая мощность привычных нам бытовых приборов приводится в ваттах (Вт или W – отражают активную мощность). Соответственно, в ваттах будет выражено и Рнагр.
Следует понимать, что активная и полная мощности не одно и то же – ВА ≠ Вт. У многих стабилизаторов мощность в ВА больше, чем – в Вт. Поэтому прибор с номиналом в 500 ВА может не подойти для нагрузки в 500 Вт!
Во избежание ошибок следует внимательно изучить технические характеристики стабилизатора – серьёзные производители помимо полной мощности обычно указывают и значение активной. Именно с ним и надо сравнивать Рнагр (ватты с ваттами). Если такой параметр у стабилизатора всё-таки отсутствует, то его следует уточнить у продавца или производителя устройства.
Подбор стабилизатора для коттеджа. Практические примеры
Пример 1. Расчёт стабилизатора для дома с котлом, насосами и холодильником
Ниже приведён упрощённый пример для дома, где стабилизатор защищает не один насос, а группу ответственной нагрузки: котёл, насос отопления, насос водоснабжения и холодильник. В реальном расчёте нужно использовать паспортные данные конкретного оборудования и учитывать пусковые токи насосов и компрессора холодильника.
Необходимо защитить группу важных потребителей, включающую в себя газовый настенный котел с сопутствующим ему циркулярным насосом, холодильник и насос системы водоснабжения.
Максимальные потребляемые мощности:
- котел – 115 Вт;
- насос отопления – 300 Вт;
- насос системы водоснабжения – 1100 Вт;
- холодильник – 450 Вт.
Для насосов и холодильника важно учитывать максимальную потребляемую мощность в момент запуска. Если в паспорте указаны пусковые токи или пусковая мощность, расчёт нужно делать по этим значениям.
⇒ Все значения – условны. При реальном расчёте пользуйтесь только параметрами, соответствующими вашему оборудованию.
Находим суммарное энергопотребление: 115 + 300 + 1100 + 450 = 1965 Вт. Находим Рнагр (энергопотребление нагрузки + запас): Рнагр = 1965 Вт х 1,3 = 2555 Вт.
Сравниваем Рнагр с мощностным рядом стабилизаторов (в качестве примера взяты данные однофазных настенных стабилизаторов «Штиль» серии «ИнСтаб»):
- модель 1 – 2000 ВА/1500 Вт;
- модель 2 – 2500 ВА/2000 Вт;
- модель 3 – 3000 ВА/2500 Вт;
- модель 4 – 3500 ВА/2750 Вт;
- модель 5 – 5000 ВА/4500 Вт.
Ближайшее к Рнагр с большой стороны значение – 2750 Вт, поэтому выбираем модель 4.
Пример 2. Централизованная защита всей сети в загородном доме
Необходимо обеспечить централизованную защиту всей сети в небольшом загородном доме. Три питающих фазы, номинал вводного автомата 16 А.
Энергопотребление нагрузки = 16 х √3 х 380 = 10531 Вт – данное значение меньше выделенной мощности, поэтому оставляем его без изменений.
Находим Рнагр: Рнагр = 10531 Вт х 1,3 = 13690 Вт.
Сравниваем Рнагр с мощностным рядом трехфазных стабилизаторов (в качестве примера взяты данные трехфазных стабилизаторов «Штиль» серии «ИнСтаб»):
- модель 1 – 10 кВА/8 кВт;
- модель 2 – 15 кВА/13,5 кВт;
- модель 3 – 20 кВА/16 кВт.
В данном случае допустимо как округлить Рнагр в меньшую сторону и выбрать модель 2 (фактический запас мощности составит 28%), так и выбрать модель 3, которая будет работать с недозагрузкой (запас по мощности около 50%).
Обзор трехфазных стабилизаторов IS3315RT (15 кВА / 13,5 кВт) и IS3320RT (20 кВА / 16 кВт) «Штиль»