ДБЖ для газового котла: вимоги, які не можна порушувати

Котел споживає менше, ніж лампочка на кухні, і при цьому є найпримхливішим споживачем у домі. Причина в тому, що він вимірює струм у мікроамперах і робить це відносно нуля мережі.

ДБЖ та інверториОновлено 9 вересня 20269 хв читання

Коротка відповідь

Газовому котлу від ДБЖ потрібні чотири речі, і всі чотири обов'язкові:

1. Чиста синусоїда на виході, а не ступінчаста апроксимація.
2. Дотримання фази й нуля: фаза мережі має приходити на фазний контакт котла, нуль – на нульовий.
3. Справне заземлення тієї самої системи, до якої підключений котел.
4. Час перемикання, який переживає плата котла: більшість сучасних апаратів витримує до 10 мс, окремі моделі – ні.

Потужність при цьому майже не має значення: настінний котел разом із циркуляційним насосом споживає 60–150 Вт.

Чому котел настільки чутливий

У газовому котлі є два вузли, які визначають усі вимоги до живлення.

Іонізаційний контроль полум'я. Полум'я проводить електричний струм, бо містить іони. У пальнику стоїть електрод, на який плата подає напругу, і вимірює струм, що тече крізь полум'я на корпус пальника. Струм цей дуже малий, одиниці мікроампер, і він односторонній: полум'я поводиться як діод. Саме на цьому й побудований контроль. Якщо струм є, полум'я є, газовий клапан лишається відкритим. Якщо струму немає, клапан закривається за секунди.

Корпус пальника електрично пов'язаний із нулем і заземленням апарата. Тобто вимірювальне коло замикається через нуль мережі. Це і є причина всіх подальших вимог.

Циркуляційний насос. Це асинхронний двигун, який запускається під навантаженням і не любить спотвореної форми напруги.

Вимога перша: чиста синусоїда

Модифікована синусоїда – це прямокутні сходинки з паузами біля нуля. Для нагрівача це неважливо, для котла – критично, і одразу з двох причин.

Для насоса ступінчаста форма означає підвищений нагрів обмоток і додатковий шум. Двигун крутиться, але ККД падає, а ресурс скорочується.

Для плати іонізаційного контролю все гірше. Схема вимірювання мікроамперного струму розрахована на плавну синусоїду і на певний зв'язок між фазою напруги та фазою вимірювання. На сходинках із крутими фронтами вона отримує наведення, порівнянні з корисним сигналом. Результат буває різним: котел не запускається взагалі, запускається і гасне за кілька секунд, або працює, але періодично видає помилку контролю полум'я.

Вимога друга: фаза і нуль

Це найчастіша причина ситуації «купили дорогий ДБЖ, а котел усе одно не працює».

Оскільки вимірювальне коло іонізації замикається через нуль, плата очікує, що на нульовому контакті буде саме нуль, тобто провідник, потенціал якого близький до потенціалу землі. Якщо фаза й нуль поміняні місцями, на «нульовому» контакті виявляється потенціал 230 В відносно землі, вимірювання зривається, і котел вважає, що полум'я немає.

На практиці це виглядає так: котел підпалюється, працює 3–7 секунд і гасне з помилкою контролю полум'я. Спроба повторюється, потім апарат іде в блокування.

Перевіряти треба у трьох місцях:

• у розетці, до якої підключений ДБЖ;
• на виході ДБЖ у мережевому режимі;
• на виході ДБЖ у режимі роботи від батареї.

Останній пункт найважливіший і найчастіше пропущений. Багато пристроїв у мережевому режимі просто пропускають вхідні провідники наскрізь, а в режимі інвертора формують напругу самостійно, і полярність на виході може виявитися іншою. Тому перевірка «підключили, працює» під час наявності мережі нічого не доводить: проблема виявиться першої ж ночі під час відключення.

Найпростіший спосіб виправлення, якщо полярність не збігається, – перевернути вилку в розетці або поміняти місцями провідники на клемній колодці котла. Роботи в щитку і будь-які втручання у стаціонарну проводку робить кваліфікований електрик.

Вимога третя: заземлення

Заземлення в цьому випадку не лише захисна функція, а частина вимірювального кола котла. Без нього струм іонізації не має нормального шляху повернення, і плата поводиться непередбачувано: то бачить полум'я, то ні, часто залежно від погоди й вологості.

Тут є типова пастка: багато ДБЖ формують вихідну напругу гальванічно розв'язаною від входу, і на виході немає прив'язки нуля до землі. У результаті обидва вихідні провідники «висять» відносно землі приблизно на половині напруги. Мультиметр покаже приблизно 110–120 В і на фазі, і на нулі відносно землі. Для більшості техніки це неважливо, для іонізаційної плати – фатально.

Ознака саме цієї проблеми: котел нормально працює від мережі і гасне тільки тоді, коли ДБЖ перейшов на батарею.

Вимога четверта: час перемикання

Плата котла живиться через імпульсний блок, у якого на вході стоїть конденсатор. Він тримає живлення плати ще якийсь час після зникнення напруги, зазвичай 10–20 мс. Тому пауза в 5 мс для більшості сучасних котлів непомітна.

Ситуації, у яких перемикання все ж стає проблемою, зазвичай виглядають так: котел не гасне, але скидає програму, показує коротке блимання дисплея або перезапускає цикл розпалу. Якщо це трапляється щоразу, є два виходи: on-line ДБЖ або окреме невелике джерело живлення саме для плати. Детальний розбір топологій – у статті off-line, line-interactive, on-line.

Головна прихована витрата: власне споживання ДБЖ

Тепер найважливіша практична частина. Котел споживає мало і не постійно: більшість часу працює лише плата й циркуляційний насос, і насос теж не крутиться цілодобово.

А ДБЖ споживає постійно. І коли мережі немає, він споживає з вашої батареї.

Висновок звучить несподівано, але він прямо випливає з арифметики: для котла власне споживання ДБЖ важливіше за його ККД і набагато важливіше за потужність. Коли корисне навантаження – це кілька десятків ват, стала витрата в 30–50 Вт перестає бути дрібницею і стає головним споживачем у системі.

Саме тому on-line ДБЖ, попри ідеальну якість напруги, для суто котлового сценарію зазвичай невдалий вибір: він з'їдає більше, ніж живить.

Чому дешевий ДБЖ гасить котел: перелік причин

1. Модифікована синусоїда. Плата іонізації не розпізнає полум'я або розпізнає його нестабільно.
2. Переплутані фаза й нуль на виході інвертора. Котел гасне через кілька секунд після розпалу, але тільки при роботі від батареї.
3. Відсутня прив'язка нуля до землі на виході. Той самий симптом, той самий момент прояву.
4. Немає або несправне заземлення в будинку. Помилки контролю полум'я з'являються хаотично, іноді й при живленні від мережі.
5. Занизька потужність при пуску насоса. Трапляється рідко, але буває на дуже малих пристроях: у мить старту насоса ДБЖ іде в перевантаження.
6. Просаджена батарея. ДБЖ вимикається за низькою напругою значно раніше, ніж очікує власник, бо стара або перевантажена батарея просідає під струмом.

Порядок діагностики зручно вести саме в такій послідовності: спочатку перевіряють форму й полярність, і лише потім грішать на потужність.

Скільки батареї потрібно котлу

Порахуємо через середнє добове споживання. Котел із насосом на 90 Вт при частці роботи 60% споживає 1,30 кВт·год на добу, а разом із втратами ДБЖ це приблизно 1,8 кВт·год.

Два зауваження до цієї таблиці. По-перше, у сильний мороз частка роботи насоса зростає до 80–90%, і цифри треба збільшувати приблизно на третину. По-друге, свинцевий банк на 600 А·год важить понад 150 кілограмів і займає майже метр стіни, тому для тривалої автономії реалістичною лишається тільки літієва хімія. Порівняння: типи акумуляторів.

Розміщення і практичні дрібниці

• ДБЖ і батарея не мають стояти безпосередньо над котлом або впритул до нього: підвищена температура скорочує ресурс батареї.
• Свинцеві акумулятори при заряді виділяють водень, тому герметичний шафовий відсік без вентиляції для них не підходить.
• Кабель від батареї до ДБЖ має бути коротким і достатнього перетину, а на плюсовому проводі біля батареї обов'язково стоїть запобіжник.
• Якщо котельня неопалювана, батарею треба або переносити в тепле приміщення, або обирати виконання з підігрівом. Літій заборонено заряджати при мінусі: акумулятор на морозі.
• Після монтажу обов'язково зробіть тестове відключення автомата вводу і подивіться, як котел поводиться в реальному переході на батарею.

Повний покроковий розрахунок системи, включно з вибором потужності інвертора і перетину кабелю, розписаний у статті розрахунок системи безперебійного живлення.