Умный дом или игрушка для мужчин: контроль электричества
Вслед за статёй о контроле температуры, хочется еще немного рассказать о контроле электричества. Конечно, его интереснее контролировать, когда у Вас 3 фазы.
Тут много уже есть статей про измерение качества электричества. Обычно предлагаются дискретные измерения с помощью клещей, например. Не видел графиков, на которых отображаются важные характеристики электричества во времени: напряжение на фазе, нагрузка на фазу, напряжение на нуле и на защитном заземлении, потребление по приборам и др. С помощью таких графиков можно было бы вовремя заметить перекосы фаз, низкие-высокие напряжения на фазе, токи утечки в землю, анализировать причины отключения фаз и др.
Автор статьи не является электриком и не претендует на профессиональную подачу информации. Хотя с ПЭУ и оборудованием заземляющего контура пришлось плотно ознакомиться.
В моем случае (так уж вышло), сделана не совсем правильная схема TN-C-S, я разбил PEN на PE и N уже после счетчика (он на опоре). Но, несмотря на это, все же очень интересно, куда и как ходит электричество по 3-м фазам и 5 проводам. Эту систему можно даже использовать как учебное пособие для начинающих, наблюдая за поведением нуля при загрузке разных фаз. В частности, интересно, что в нулевом проводе всегда есть напряжение (относительно земли). Думаю, в садоводстве, а также в квартирах, полного нуля на рабочем нулевом проводнике вообще не может быть. Соответственно, с нуля в контур заземления практически всегда уходит часть электричества. Начинаешь понимать, что зануление в квартирах и на садовых участках опасно для жизни.
На первый взгляд довольно сложные графики изображены выше. На самом деле все просто. Сверху- 3 фазы, ноль и земля. Снизу — существенные электрические приборы. У меня 3 фазы, на входе стоит 3-хфазный рубильник на 32А и 3 отдельных автомата на 25А. По нагрузке на фазах видно, что запас есть еще вдвое.
Целей измерений много:
• Оптимизация нагрузки по фазам
• Контроль качества входного напряжения
• Защитное отключение приборов при выходе напряжений за пределы допустимых значений
• Предотвращение перегрузки по фазам
• Обработка аварийных ситуаций
• Учет и прогноз использования электроэнергии разными электроприборами
Оптимизация нагрузки по фазам
Когда я подвел 3 фазы к себе (до этого была 1 фаза), встал вопрос о равномерности нагрузок по фазам. Составил табличку в Excel, расписал все нагрузки, провел расчеты, расписал автоматы по фазам. Установил в щите защиту от перегрузок УЗМ-51М 3 штуки по фазам, переразвел автоматы в щите в доме и, наконец-то, подключил к щиту умный дом. Поняв, что фаза C проседает больше, чем A, поменял их местами. Теперь на фазах B и C находятся важные потребители (компьютеры, сетевое оборудование, холодильник и т.п.). Все они подключены за стабилизаторами. Компьютеры и сетевое оборудование подключены еще и за ИБП. Напряжения на фазах (симметрия напряжений) примерно одинаковые. Допустима, по-моему, разница в 10%, т.е. 23V.
Но план есть план. Факт может сильно отличаться от того, что напланировано. Поэтому, конечно, интересно посмотреть, как же по факту ведут себя фазы в момент больших нагрузок. Иногда просто достаточно быстрого взгляда, были ли выходы за 250V сверху и за 190V вниз. В любом случае становится понятно, что достичь полной симметрии напряжений даже на отдельно взятом садовом участке невозможно. Следовательно, к ненулевому рабочему нулю на входе добавляется (геометрически) свой ненулевой нуль. Иногда, геометрическое сложение напряжений в нуле и может привести к почти нулю, но это будет случайностью.
Защитное отключение приборов при выходе напряжений за пределы допустимых значений
В случаях, когда напряжение на фазе падает и держится ниже, скажем 180V, я отключаю осушители и второстепенный холодильник, т.к. перед ними нет стабилизаторов. Отправляю на почту себе сообщение о произошедшем и дальше могу в ручном режиме принимать решение об их включении.
У меня стоят автоматы защиты по фазам (УЗМ), но нет смысла отключать всю фазу в случае выхода напряжения за нижние пределы, скажем, 180V. Лампы освещения, приборы за стабилизаторами вполне в состоянии работать при таких напряжениях. УЗМ у меня отключает фазу при 160V (на нем можно вручную задать допустимые границы напряжений). Когда напряжение на фазу достигнет нормальных значений, УЗМ автоматически включится через заданный мною промежуток времени.
Предотвращение перегрузки по фазам
Когда у меня была 1 фаза и входящий автомат был на 25А, очень важно было не допустить длительной перегрузки, чтобы входной автомат не отключился. Так мне удавалось прогревать поэтапно дом к выходным. Например, бойлер и первый этаж прогревались в ночь со среды на четверг до 15 градусов, с четверга на пятницу прогревался второй этаж до 15°C, в пятницу шел догрев дома до 20°C. В пятницу вечером мы приезжали уже в теплый дом. 25А мне хватало в течение 4-х лет. Дот 7×9, 2 этажа, Ленинградская область.
Этим летом я провел себе 3 фазы. Получилось 3×25А. Но все равно возможны случаи, когда суммарная нагрузка на фазу может быть выше 25А. Например, включу бойлер на 1,5кВт (сейчас он на 0,6кВт) и забуду про это, детки включат случайно обогреватель на 1,5 кВт, да еще и жена на кухне начнёт готовить, включит электрогриль 2,5 кВт на часик и начнет пылесосить. И это все случайно окажется на одной фазе. Мой умный дом сразу отключит бойлер и обогреватель. Так что даже в этом случае полезно иметь контроль нагрузки на фазы.
Обработка аварийных ситуаций.
Возможны разные нештатные ситуации. Например, дети, балуясь, отключат обогреватель. Умный дом сообщит мне об это письменно. Или наоборот, включат его на полную. Дом отключит обогреватель и сообщит об этом мне.
Часто встречаются случаи, что обогревающий водопроводную трубу кабель выходит из строя и перестает греть. Как узнать об этом вовремя, пока не порвало трубу? Умный дом на страже.
Бывают ситуации, когда дренажный насос заглотит воздушную пробку и будет сутками пытаться выкачивать воду. Умный дом отключит в этом случае насос уже через заданное время, минут через 5.
Ну и, конечно, отключит компрессорные установки при пониженном напряжении, например, если оно будет ниже 180V, сообщив об это хозяину.
Учет и прогноз использования электроэнергии разными электроприборами
Многолетние наблюдения за энергопотреблением позволяют понимать, из чего складывается сумма расходов на электричество и оптимизировать эти затраты. Прогноз расходов позволяет вовремя оплачивать электроэнергию. У нас в садоводстве принято оплачивать заранее. Я, например, оплачиваю сразу за несколько месяцев вперед, чтобы потом зимой не искать бухгалтера.
Ну, а теперь посмотрим картинки с графиками измерений показателей.
На картинке показано очень удачное для анализа время, когда наше садоводство посадили на «падший» фидер. Несколько раз на фазе C напряжение падало аж до 160V, что приводило не только к отключению некоторых ИБП, перед которыми не было стабилизатора, а и к отключению УЗМ-51М, т.е. в доме отключалась вся фаза. Сделано это для защиты электрооборудования, в частности, холодильников. Известно, что при таких напряжениях возможно возгорание обмотки компрессора. При этом, разница между минимальным и максимальным напряжениями нередко превышала 20%. Потом нас посадили обратно на нормальный фидер.
Защитный нуль, фазы и рабочий нуль.
Рабочий нуль заземлен. На картинке показан ток на контуре заземления. Из нее видно, что есть ток между рабочим нулем и контуром заземления. И этот ток немаленький. Тут я как непрофессиональный электрик делаю 2 вывода. Первый — защитное заземление работает. И второй — там проходит довольно большой ток. Думаю, что здесь найдется много профессиональных электриков, которые все это прокомментируют. Возможно, что-то надо поменять. Но, если бы не было этих измерений в течение длительного времени, я бы мог и не узнать об этом. Может это и не проблема. Сразу хочу сказать, что системы уравнивания потенциалов у меня пока нет. Из железных предметов только плита газовая, печка и коллекторы в системе водоснабжения.
Поведение нуля
Так как я далеко не электрик, меня порадовала возможность поиграть с нулем. Посмотреть, что будет с нулем, если нагрузить одну фазу, а если две? Оказывается, ноль бежит за этими фазами. В общем и целом, это понятно. Интересно попробовать загрузить симметрично все 3 фазы. Совсем симметрично не получится, но видно, что в этом случае нуль идет к нулю.
Коэффициент мощности
«Коэффициент мощности равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы». И на картинке мы видим, что масляные обогреватели и тепловентиляторы имеют коэффициент мощности практически равный 1. Инфракрасный обогреватель уже около 0,91. А вот термопот в режиме ожидания — 0,45. Компьютеры и телевизоры будут иметь от 0,5 до 0,7. Для специалистов — это обычное дело. Для простых смертных — интересный факт.
Общий расход электроприборов за сутки
На графике показан общий расход значимых потребителей за сутки. В субботу в 0:00 включился предварительный нагрев дома, бойлера и термопота. Мы приехали в субботу в полдень. В 7 утра остановилась подготовка дома к нашему приезду, т.к. закончился льготный ночной режим. Дом почти вышел на заданный температурный режим. Бойлер прогрелся уже к 5 утра, термопот — к часу ночи. Пока не очень холодно на улице, дом не греется днем дальше, пока нас нету. За сутки было израсходовано чуть больше 30 кВт/часов.
Раньше, пока не было умного дома, уезжая с дачи, каждый раз мучился мыслью, что что-то забыл выключить. И, надо сказать, бывало, что и правда, на неделю оставались включенные ненужные электроприборы. Умный дом позволяет найти даже такие несущественные нагрузки, как оставленное освещение. Уж тем более обогреватель. После внедрения умного дома, уезжаю совершенно спокойно. Даже если и осталось что-то включенное (по ошибке настройки), то уж удаленно-то без проблем все сделаю, перенастрою, отключу. Надо сказать, сильно спокойнее жить стало.
Прогноз потребления электричества на текущий месяц
Наглядная статистика расхода электроэнергии за предыдущий месяц, на текущий момент и прогноз на текущий месяц в рублях и в Вт. Единственный минус этого умного дома — в нем нет понятия ночного тарифа. Т.е., если в сентябре на электричество было потрачено 621р, то надо вычесть оттуда примерно треть, т.к. основной расход был ночью по половинной ставке.
Выводы.
1. Интересная игрушка, позволяющая заинтересоваться электричеством и немного разобраться в нем;
2. Полезная вещь, позволяющая предотвращать аварийные и нештатные ситуации;
3. Имея учет, появляется возможность серьезно оптимизировать затраты на электричество;
4. Если умный дом уже есть (он занимается обогревом), то можно за почти просто так получить учет, анализ и контроль расхода электричества.
Напоследок хочется разместить загадку:
Вопрос: что произошло, почему отключилось электричество? В 9:23 был отключен контроллер, в 9:35 включен. Сразу скажу, что сам точного ответа не знаю, т.к. в этот момент там меня не было. Есть только предположения.
