Домашняя единая энергетическая система

Всем известен капризный характер сельской электрической сети: то обрыв на линии, то скачки или провалы напряжения. В то же время сейчас в доме появилось большое число низковольтных потребителей энергии, каждый из которых комплектуется встроенным или выносным блоком питания (адаптерами): радиоприемники, электронные часы, телевизионные антенные усилители, галогеновые настольные лампы, дверные электрические звонки, домашняя охранная сигнализация и т. п. Все это обусловливает необходимость создания домашней резервно-аврийной низковольтной сети питания.

Такая дополнительная домашняя сеть, как показал опыт, при минимальных затратах на ее создание существенно повышает комфортность жизни, особенно в сельской местности. За прототип можно принять автомобильную 12-вольтовую сеть постоянного тока, которая хорошо проработана, электрически безопасна, обеспечена надежным источником
напряжения (аккумулятором).

Блок-схема подобной домашней 12-вопьтовой сети представлена на рис. 1.Автомобильный аккумулятор, размещенный вне жилого помещения, например, на балконе (веранде), с помощью двухпроводного кабеля, пропущенного, например, через отверстие в раме окна веранды, подключен через предохранитель к розеткам.

Понятно, эти розетки установлены в местах, приближенных к потребителям. В качестве питающего кабеля я использовал плоский кабель с алюминиевыми жилами в пластмассовой изоляции типа АППВ, рассчитанной на ток 5 А (площадь сечения каждого проводника не менее 2,5 мм2).

Разводку кабеля осуществил по плинтусу с отводами к каждой розетке. Для подзарядки аккумулятора к жилам питающего кабеля подключен блок подзарядки («плюс» блока подзарядки подсоединен к «плюсовому» проводу кабеля, идущего от аккумулятора, а его «минус» — к «минусовому» проводу). Блок подзарядки соединен со штатной сетью 220 В через выключатель. Принцип работы данной низковольтной сети ясен из рис. 1, поэтому подробно остановимся лишь на некоторых конструктивных особенностях элементов, используемых в сети.

Так, аккумулятор совсем необязательно использовать новый — вполне подойдет и отслуживший свой срок автомобильный аккумулятор. Надо лишь убедиться, что в нем нет короткозамкнутых пластин и он еще достаточно хорошо «держит» заряд. Обычно водители бракуют свой аккумулятор, когда тот не способен прокрутить стартер, то есть обеспечить ток силой порядка 100 Л.

Нам такой ток не нужен, достаточно иметь в домашней сети ток около 5 А. Остаточную емкость такого аккумулятора можно приблизительно определить следующим образом. Я поступаю так: заряжаю аккумулятор до «кипения», то есть до выделения газов из электролита, а затем подключаю нагрузку известной мощности, проще всего для этого взять автомобильную лампочку. Если мы ориентируемся на ток 5 Л, то лампочка должна быть мощностью 60 Вт. Такую примерно мощность имеют лампы ближнего и дальнего света фар.

Затем засекаю время горения лампы до заметного на глаз уменьшения яркости ее свечения. Так, если лампа горит 4 ч, то остаточная емкость аккумулятора примерно равна 20 ампер-часов, что вполне достаточно для поставленной цели. Опыт показывает, что отработанные аккумуляторы от грузовых машин, например, с первичной емкостью порядка 100 А/ч, легко сохраняют упомянутую остаточную емкость в течение 2...3 лет.

Определить остаточную емкость автомобильного аккумулятора можно также более оперативно, применяя простую методику, которой широко пользуются автомобилисты. К заряженному аккумулятору подключаем упомянутую выше нагрузку (в автомобиле — фары) и измеряем напряжение на клеммах аккумулятора. В таблице 1 приведены значения напряжения на клеммах нагруженного аккумулятора в зависимости от его остаточной емкости.

Блок подзарядки аккумулятора представляет собой в простейшем случае обычное автомобильное зарядное устройство, постоянно подключенное к аккумулятору и работающее в режиме малых токов. Если вы не автомобилист, то придется сделать простейшее зарядное устройство.

Схем зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов имеется много. Мы остановимся на самой простой схеме. Ведь для отработавшего свой век аккумулятора, а мы ориентируемся в своей конструкции именно на такой, нет нужды в схеме с автоматикой, исключающей перезаряд или недозаряд аккумулятора. На рис. 2 приведена схема такого зарядного устройства.

Блок подзарядки (см. рис. 2) представляет собой двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, выполненный на базе малогабаритного трансформатора типа ТН36-127/ 220-50. Можно также использовать трансформатор другого типа мощностью 40...60 Вт, имеющий две одинаковые вторичные обмотки, рассчитанных на ток около 2 А с напряжением на каждый из них по 14 В.

Сетевое напряжение 220 В подается на первичную обмотку через токоограничивающую емкость Сг Лампа накаливания HL1 является обязательной, так как на холостом ходу блока подзарядки она, как постоянно включенная нагрузка, исключает пробой и выход из строя трансформатора. Кроме того, лампа является индикатором работы блока подзарядки. Диоды VD1 и VD2 размещены на радиаторах, каждый площадью не менее 5 см2.

Розетки (см. рис. 1) служат для подключения к домашней сети потребителей. Для потребителей, для которых полярность напряжения не имеет значения (галогеновая осветительная лампа, греющий кабель для рассады и т. п.), подойдут обычные розетки в паре с обычными вилками без всяких доделок. Для потребителей, работающих на постоянном токе, требуется строгое соблюдение полярности подключения.

В этом случае используется схема преобразования полярности (рис. 3), которая представляет собой обычный диодный мост, клеммы «а» и «б» которого подключены к штырям вилки, а клеммы «в» и «г» — к нагрузке. Из рис. 3 видно, что в какой бы полярности ни поступало напряжение к точкам «а» и «б», в точке «в» всегда будет «плюс», а в точке «г» — «минус».

Тип диодов для моста подбирается по току нагрузки, например, для диодов Д226Г допустимый ток 300 мА, а для диодов КД202В — 5Д. В схеме преобразователя полярности удобно использовать диодные сборки, например, КЦ402 (широко распространенный однофазный мост на ток 1 А).

Для получения постоянного напряжения, значение которого меньше 12В, подойдет хорошо себя зарекомендовавший простейший преобразователь, схема которого представлена на рис. 4. Такой преобразователь содержит всего три элемента, два из которых — сопротивление R1 и стабилитрон VD1 — подбирают под заданное выходное напряжение.

В таблице 2 приведены значения выходного напряжения UBbix на выходе преобразователя и соответствующее ему значения сопротивления R1, а также тип стабилитрона VD1 (в скобках даны напряжения стабилизации). Использованный в преобразователе напряжения транзистор VT1 типа КТ815В позволяет получить ток в нагрузке до 1 А без использования радиатора.

Конструктивно преобразователь напряжения размещен совместно с преобразователем полярности в одном корпусе. Я использовал для этого корпус от отслужившего свой век адаптера отечественного калькулятора. При этом для нагрузки, работающей от 12 В, я встроил в упомянутый корпус лишь преобразователь полярности в соответствии с рис. 3.

Для нагрузок, рассчитанных на меньшие напряжения (9, 7,5, 6 или 3 В), необходимо встраивать последовательно соединенные преобразователь полярности и преобразователь напряжения. Для этого точка «б» преобразователя полярности (см. рис. 3) соединяется с точкой «д» преобразователя напряжения (см. рис. 4), а точка «г» первого преобразователя — соответственно с точкой «е» второго.

Домашняя резервно-аварийная низковольтная сеть позволила:
добиться надежной работы электрического замка на входной двери — теперь, в случае пропадания штатного напряжения, выручает резервная сеть; устранить необходимость в периодическои переустановке электронных часов — они постоянно подключены к резервной сети;

установить в подвале и в кладовке освещение на базе автомобильных лампочек. Освещение стало безопасно в электрическом отношении, да и валяющиеся без дела старые автомобильные лампочки пошли в дело;
повысить надежность простейшей охранной сигнализации на базе герконов, ведь злоумышленники, как правило, перед тем как влезть в дом или квартиру их обесточивают (например, выворачивают пробки);

улучшить качество работы радиоприемника (на кухне у меня практически постоянно работает старенький транзисторный «Океан»). Дело в том, что при постоянном подключении его к резервной сети, особенно в ДВ и СВ диапазонах, уменьшились сетевые помехи. Наиболее это заметно при отключении блока подзарядки от сети 220 В. Замечу также, при этом отпала потребность в батарейках, а их как никак нужно было 6 штук;

облегчить наладку радиосхем и различных электрических устройств, для которых требуется низковольтная сеть. Раньше мне приходилось для этой цели использовать громоздкий и тяжелый лабораторный блок питания (БП-5). Теперь все просто: подключился к постоянноточной сети и работай!

В заключение хочу сказать, что опыт создания и эксплуатации домашней 12-вольтовой сети я получил еще при строительстве дачи. Мне очень нравится свет галогеновых осветительных ламп, спектр его близок к солнечному. Высоковольтные (220 В) галогеновые лампы дороги, аналогичные 12-вольтовые лампы существенно дешевле, но требуют для своего питания мощных и также дорогих понижающих трансформаторов, что увеличивает их цену до цены высоковольтных галогеновых ламп.

Однако, хотя при питании низковольтных галогеновых ламп непосредственно от домашней сети понижающие трансформаторы не нужны, необходимо обеспечить большой ток. Поэтому моя дачная 12-вольтовая резервно-аварийная сеть спроектирована под ток порядка 100А. Для этого я проложил в стенах и развел по разъемам кабель, рассчитанный на указанный ток. Естественно, для данной цели необходимы более мощные буферная аккумуляторная батарея и питающий ее трансформатор.

Что дает создание домашней низковольтной сети повышенной мощности? Думаю, что расширятся ее возможности. Например, от нее, как мне представляется, возможно, кроме всего прочего, осуществить питание компьютера, что безусловно важно для сохранения информации. Домашняя сеть в этом случае будет выполнять функцию существующих ныне недешевых источников бесперебойного питания (ИБП).

Перспективы применения рассмотренной домашней низковольтной сети в будущем достаточно велики: она хорошо вписывается в конструкции экологически чистых источников энергии будущего — вегроэлектростанций и солнечных батарей, так как они работают циклически (при наличии ветра и света соответственно) и уже содержит в своем составе буферный аккумулятор.

В. Гусев
По материалам журнала "Сделай сам"

Дата размещения: 27-09-2012, 15:03