Комфортное пребывание на природе с прицеп дачей, по крайней мере дле нас, не представляется без электричества. И не важно, будет там сеть 12В или 220В: всегда нужно подзарядить телефон или компьютер, закипятить чайник, послушать музыку, подогреть воду в бойлере и тому прочее. Да, конечно, без всего этого можно обойтись, но это не вписывается в наше представление о комфорте.
Электрика в караване: а надо ли что-то менять
Планирование любой системы, модернизации, доработки, всегда должно начинаться с четкого понимания о том, зачем вам это надо и как вы будете это использовать. Ведь просто сделать так, как у всех — решение не самое рациональное, даже при условии наличия неограниченного количества денег.
В данной немаленькой статье не будет идти речь о выборе сечения проводов, наконечников, подборке номиналов автоматов и тому прочем, исключительно принципы, алгоритмы, фундаментальные понятия.
Учитывая наши задача и цели, которые мы возложили на купленный караван (как выбрать караван), полная замена штатной проводки была неизбежной.
Основные причины модернизации электрики 220В:
- Планируем мало ездить и много стоять на одном месте, для долгих стоянок нужна автономность
- Все, что может работать самостоятельно должно это делать
- Минимум ручного управления.
- Отствие сложных элементов, которые невозможно быстро заменить\отремонтировать
Модернизация системы 220В в караване: с чего-то надо начинать
На первый взгляд все просто, быстро и не супер дорого, но как только погружаешься в основы данной темы, начинаешь понимать, что по цепочки тянется все больше и больше достаточно серьезных моментов, которые нужно предусмотреть, доработать и просто придумать. От момента появления желания что-то модернизировать, до практически четкого технического задания электрику, у нас ушло 4 месяца.
Планирование электропроводки для прицепа дачи на бумаге
Любые сложные алгоритмы и схемы лучше структурировать на бумаге, тк до того момента, как вы сложите в голове четкий пазл, многое может поменяться.
Автономность
Автономность прицепа караван — солнечные панели, а где солнце, там и литий, LiFePo4 аккумулятор. Долго мы сопротивлялись простив лития, хватаясь, как за соломинку, пытаясь остановиться на привычных кислотных аккумуляторах 12В, но все же, мы здравомыслящие и пришли к аксиоме Солнце = Литий!
Возможно, данный выбор — это отдельный материал для целой статьи, но если если тезисно:
- Солнце — это самый простой и удобный способ генерации электроэнергии, если нет желания связываться с бензогенераторами и не стоять в местах с подключением к сети 220В проводом
- Литиевые аккумуляторы LiFePo4 мало весят, быстро принимают большой ток заряда, спокойно отдают большой ток заряда, живут долго
- Срок службы лития значительно выше кислотника, что сает ему максимальное превосходство в рентабельности. Технология дороже в моменте, но значительно выигрывает на дистанции
Основные узлы, оборудование, принцип работы
При наличии бесплатного солнца и его доступности, 100 % всех агрегаторов должна быть завязана именно на данном ресурсе. Говоря просто, все то, что может работать на электричестве, должно работать на электричестве.
Но, не стоит отказываться от альтернативного источника, в нашем случае — газ, тк бывают пасмурные и дождливые дни, когда солнечной энергии может просто не хватить.
- Отопление
Газовая печка, самая простая, без раздува, работающая исключительно за счет сжигания газа.Электро обогреватель, по типу масляного радиатора, но мы делаем себе свой агрегат, который будет и бойлер для горячей воды, и обогреватель. Будет работать или нет покажет время.
- Водоснабжение
Пластиковый бак на 50 литров, обогреватель — бойлер на 20 литров (вода греется до 60 градусов). Смеситель, на выходе, будет делать воду 38 градусов. Общего количества должно хватать на основные нужды. - Горячая вода
Газовая колонка и электрически обогреватель — бойлер, на ТЭН-е в 1500 Вт - Холодильник
Компрессорный холодильник на 50 литров 220В - Готовка
Индукционная плитка 220В, маломощная, до 1000 Вт и газовая заводская плита на 4 конфорки. - Электричество
В данном вопросе, владельцы автодомов и караванов делятся на 2 лагера: противники 220В, те переоборудование и покупка нового специфического оборудования под 12В и такие, как мы, считающие, что привычные 220В в бытовой розетке и стандартное массовое оборудование из ближайшего магазина разумнее.Розетка для подключения 220В внешнее, те подключаем караван проводом к обычной розетке и DC-DC зарядка от автомобильного генератора.
Резюмируем:
- Есть солнце — живем только за счет его энергии
- Нет солнца — не теряя в комфорте живем от газа.
Оборудование
Для корректной работы, учитывая все вышеперечисленное, по обозначенному принципу, нам понадобятся следующее основные агрегаторы:
- Литиевый (LiFePo4) аккумулятор, емкостью от 300 aH, мы остановили на 340 aH. емкость аккумулятора — это расчетная величина, которую подсчитать не так сложно. Но, вообще, принцип выбора аккумулятора прост: чем больше, тем лучше, но не меньше расчетной величины.
- BMS плата, умная на коммутацию токов 300А
- Солнечные панели монокристаллические\поликристаллические на всю площадь крыши. Тот же принцип: лучше больше энергии, чем ее недостаток. Никаких гибких панелей
- Контроллер MPPT с мощностью 100 А
- Инвертор 12В — 220В номинальной мощностью 2500 Вт
- Электрощиток 220В как в доме, но с определенными доработками
- Бойлер — обогреватель 220В на 1500 Вт
- Индукционная печь 220 В до 1000 Вт
- Водяной мембранный насос высокого давления 12В
- Газовая колонка под пропан 6-15 литров
- Пластиковый бак 50 литров для воды
Алгоритм работы электрики 220В для прицепа дачи: от слов к делу
Планирование щитка 220В для прицеп дачи
Нет, серьезно, подключение по проводам, правила составления схем и цепей некорректны, тк мы не профессионалы!
Вероятнее всего, у многих в квартирах и частных домах система 220В куда проще, но, всему есть объяснение. Как уже упоминалось, мы должны отдыхать, а не переживать, думать, либо самостоятельно руками включать, переключать, вспоминать, читать инструкцию.
Что в вопросе умного сельского хозяйства, что в электрики для прицепа дачи, один принцип: меньше ручного вмешательства, максимум автоматизации. При отсутствии необходимости переключения, выключения, контроля, чтобы не сгорело, мы исключаем человеческий фактор и делаем 100% защиту от дурака.
В моменте, это стоит дороже, но на дистанции это куда дешевле, чем тушить пожар, менять сгоревший инвертор, ТЭН в бойлере, MPPT контроллер или еще что.
Разделим данную схему на 4 части:
- Внешнее подключение 220В
- DC-DC зарядка (или реле развязки аккумуляторов)
- Солнечная система
- Инверторная 220В сеть
Внешнее подключение 220В
При наличии солнца, вся потребляемая электроэнергия условно бесплатная. Как только мы подключаем свой караван к внешнему источнику питания 220В — мы сразу платим по счетчику.
Поэтому, в нашем случае, мы решили, что внешнее питание необходимо лишь в редких случаях:
- Нету солнца, аккумулятор прицепа не сможет подзарядиться. (неделя дождей, циклон, зима)
- Балансировка ячеек лития
- Бесплатная розетка 220В (в каком-то кемпере, если входит в стоимость стоянки)
Исходя из данных соображений, мы и планировали этот узел, на схема 220 IN.
Заводской разъем- вилку необходимо заменить на более мощный, в нашем случае, мы увидели целесообразность в силовом разъеме Андерсон, который держит 50А, тк на заводской вилке стоит предупреждение лишь о подключении 16А.
50 А нам может понадобится в ситуации, когда:
- наш аккумулятор литиевый разряжен, солнца нет. Зарядка способна выдавать 20А\час зарядный ток
- мы переключили 3-х позиционный выключатель на сеть, те мы для питания приборов в прицеп даче используем внешнюю сеть 220В, миную инвертор. А мы можем потреблять в моменте 2500 Вт, те 11. Как бы можем и больше, но автоматика настроена на 2500 Вт (ABB реле распределения нагрузки).
Просуммировав 20А+11А, мы видим, что мы уже вышли далеко за 16А заводской вилки, поэтому и меняем данный разъем ан более мощный. Конечно, тут есть весьма серьезные НО:
- Даже 31А (20+11) — это 6.8 кВТ. Редко встретишь возможность снять такой ток у кого-то, вне зарядной станции для электроавтомобилей. В вашем частном доме, либо кемпинге, уверены, в лучшем случае будут стоят 10А автоматы. Но, мало ли, мы будем заряжаться от какого-либо промышленного объекта
- Кабель для внешнего подключения в 50 А должен быть не менее 10мм2. И сомневаемся, что вам понадобится лишь 1 метр. Сделать удлинитель на медной жиле в 10мм2 на 20 метров — дорого и 50 кг веса.
Можно было бы поставить вместо ручного 3-х позиционного переключателя питания кемпера автоматический рубильник, который бы переводил все приборы 220В на питание от внешней сети при ее подключении, минуя инвертор, но мы планируем редко пользоваться внешним подключением.
DC-DC зарядка
Вероятна ситуация, когда совпадут следующие факторы:
- Нету солнца, солнечные батареи не генерируют ток
- Нету подключения к внешнему источнику 220В для подзарядки
В данном случае, многие предпочитают приобретать бензиновые генераторы и подзаряжаться от него. На наш взгляд, проще и дешевле приобрести DC-DC зарядку, которая будет использовать генератор вашего автомобиля для зарядки аккумулятора прицеп дачи. Либо вы просто снимаетесь с якоря и едете в следующую локацию.
Из преимуществ данного устройства: более оптимальная стоимость в сравнении с покупкой бензинового генератора, меньше вес, простота подключения, гибкость настройки, отсутствие шума.
Есть варианты «для богатых», когда полноценное умное устройство, с возможностью отслеживания его работы по bluetooth и тд, а есть для смышленых — реле развязки аккумуляторов, дешевое, которое при определенном напряжении на стартерном аккумуляторе замыкает цепь с аккумулятором прицепа и передает ему свой заряд.
Солнечная система
Сама схема подключения крайне проста. Основная сложно — это подбор панелей, способ их соединения, выбор контроллера. Но это не в данном материале.
У нас есть солнечный модуль из N панелей, он подключается через двухполюсный автомат (DC автомат, не обычный, как в частном доме AC, а DC и это важно, несмотря на то, что многие пренебрегают данным фактом) к MPPT контроллеру. Контроллер соединен с аккумулятором.
К контроллеру, по инструкции, можно подключать нагрузку, но караванеры со стажем крайне не рекомендуют этого, поэтому, всю нагрузку мы забираем с аккумулятора, через инвертор. Таким образом, MPPT контроллер должен лишь заряжать ваш аккумулятор, не более.
Очень важно, чтобы в момент снятия тока с солнечного модуля, ваш аккумулятор был подключен к MPPT, те ситуации, когда у вас идет ток с панелей на контроллер MPPT, а он не может данный ток пустить на ваш аккумулятор недопустима, тк он просто может сгореть.
Для того, чтобы не помнить и не контролировать данный момент, плюсовой провод, соединяющий контроллер MPPT с солнечным модулем идет через твердотельное реле (реле должно быть DD, те управляется DC током и размыкает\замыкает DC ток. В AD и DD твердотельных реле принципиально разное оборудование внутри). Принцип работы твердотельного реле следующий:
если на управляющих контактах есть +12В и -12В, те ваш аккумулятор подключен к реле — верхний контакт DC замкнут. Как только цепь 12 В разомкнута, те аккумулятор отсутствует, плюсовой провод с солнечного модуля ДО MPPT — разомкнут.
Да, нелишним будет все равно, прежде, чем снимать аккумулятор, выключать двухполюсный автомат солнечного модуля, тк твердотельное реле может залипнуть, либо скорость срабатывания его недостаточная, но, как страховочная защита от дурака имеет место быть.
Инверторная 220В сеть
Самая сложна часть электрики 220В для прицепа дачи. Сложная не с точки зрения специфики оборудования, а с лишь с наличия массы мелких деталей, которые нужно предусмотреть, знать и понимать.
Сложно выделить наиболее или наименее важные аспекты, тк не предусмотрев одного не будет работать другое, а если ошибиться в третьем, то и вовсе полыхнет так, что и пожарная машина не успеет приехать.
Выбор инвертора
Важно понимать, что в сети 12В весьма серьезные токи. Поэтому, рассматривать нагрузки выше 2000-2500 Вт суммарной мощности недопустимо. На данный момент, максимальное значение тока, с которым может справиться BMS — 300А. Даже 2500 Вт мощности, в 12 В сети — это 2500\12 = 208 А, что подразумевает 70 мм2 медную жилу кабель, соединяющий аккумулятор — инвертор, а лучше 95 мм2, чтобы грелся меньше.
Инвертор должен быть только с чистым синусом, те ток в точности, как в бытовых розетках. Дисплей, вольтметр, встроенные USB — выходы, тумблер Вкл\Выкл не столь важны, тк в нашем случае, он будет установлен в нише кровати, а считывание каких-то показателей будет со щитка.
Адекватнее всего будет подобрать модель с кулером, который будет включаться только в момент необходимости охлаждения и выключаться, когда он отсутствует, тк в режим сна он не будет отправляться, а ночью звук вентилятора будет мешать.
Обвязка 220В: автоматика, выключатели, защита электропроводки и оборудования
Данная компоновка щитка 220В позволяет решить, автоматизировать и предотвратить массу ситуаций, которые могут быть фатальными, как для человека, так и техники. Можно было сделать все проще, но отдыхать в страхе, а можно переплатить и комфортно использовать.
1) 2-ух полюсный выключатель
Выполняет роль вводного автомата. С его помощью мы полностью обесточим все дальнейшие приборы.
2) 3-х позиционный переключатель
Позволяет в ручном режиме выбрать способ получения 220В в караване: либо установленный нами инвертор и разряд нашего аккумулятора, либо внешнее подключения 220В от сети и исключение из цепи инвертора и наш аккумулятор не разряжается.
3) Сигнальные лампочки
Простая и удобная визуализация текущего режима 3-х позиционного переключателя.
4) NC контактор
Данный элемент может показаться не обязательным, но, поверьте, он выполняет крайне серьезную функцию: выключение всей нагрузки с инвертора при слабом заряде аккумуляторе.
Инвертор 12В- 220В — это устройство, которое тоже требовательно к определенным условиям работы. При их несоблюдении, он быстро выйдет из строя и может потянуть за собой ваши электроприборы.
Без глубокой физики, можно выделить 2 важных правила пользования инвертором:
Включение инвертора:
- Инвертор подключили проводами к аккумулятору
- Включили тумблер питания инвертора
- Подождали секунд 10
- Включили нагрузку
Выключение инвертора:
- Сняли всю нагрузку с инвертора
- Выключили тумблер инвертора
- Отключили аккумулятор
Правильная последовательность включения и выключения инвертора искажает амплитуда сигнала, что не есть хорошо как для инвертора, так и для подключенных к нему устройств (нарастающая волна, нисходящая волна. Каждая ступень должна быть одинаковой)
Принцип работы NC контактора
Данный элемент работает в связке с микросхемой XH-M601. Микросхема, при выставленных значениях напряжений, в нашем случае ниже 11.8 В — 12.25 В, замыкает контакты. Это NO реле, те нормально открытое, в обычном состоянии оно РАЗОМКНУТО.
11.8 В — это минимальное значение суммы напряжений каждой литиевой ячейки. При 2.9 В *4 шт = 11.6 В уже нельзя больше разряжать литий, тк дальше будет деградация. Поэтому, мы не можем пользоваться приборами в прицеп даче, нужно зарядить аккум.
12.25 В — это значение, когда мы уже немного подзарядились и можно пользоваться приборами.
И так, как только у нас сел аккумулятор, те мы попали в диапазон напряжения ниже 11.8 В и еще не поднялись выше 12.25 В (нету солнца, мы не подключены к сети внешнего питания, не едем и не заряжаемся от DC-DC), то XH-M01 ЗАМЫКАЕТ контакт нашего NC контактора, который РАЗМЫКАЕТ всю дальнейшую цепь 220В.
Именно ЗАМЫКАЕТ контакт, который РАЗМЫКАЕТ (поэтому стоит NC, те нормально замкнутый контактор).
Далее, когда мы зарядились немного, микросхема РАЗОМКНУЛАСЬ, наш контактор ЗАМКНУЛСЯ, и подал питания на Реле напряжения, в котором установлена пауза включения 3 минуты.
Таким образом, элемент NC контактор играет важную защитную роль, которая обеспечивает правильно включение и выключение нагрузки, с которой работает инвертор.
5) Реле напряжения
Мы придерживаемся правила, что данный элемент обязателен в любом щитке 220В для защиты техники. Плюс оно позволяет выдержать паузу для корректной подачи нагрузки на инвертор.
6) Реле распределения нагрузки ABB
Сердце автоматики. Мы не смогли найти аналоги функционала по распределению нагрузки. Данное устройство полностью исключает возможность превышения нагрузки выше номинала инвертора, позволяет не переживать за одновременное включение мощных электро приборов, программируемая пауза подключения при превышении заданных параметров.
При корректной настройке, полностью исключает необходимость ручного вмешательства.
7) NO контактор
Нужен для связки реле распределения нагрузки ABB, как минимум для того, чтобы при каком-то КЗ на стороне электроприбора, принести себя в жертву, те попросту сгореть, чтобы спасти реле распределения нагрузки.
8) Сигнальная лампочка бойлера — обогревателя
Мы самостоятельно делаем бойлер — обогреватель: ТЭН нагревает внутри воду, вода нагревает металлический корпус бойлера, металл отдает тепло воздуху. та же батарея, только внутри вода.
Обязательным элементом любого бойлера или ТЭН является УЗО, которое, выключит напряжение, если ТЭН сгорит, его корпус пробьет и напряжение пойдет в воду. Плюсовой провод лампочки мы соединяем с корпусом бойлера-обогревателя, в надежде, что если на корпусе будет 220В, то мы по лампочке это поймем.
9) Реле задержки включения бойлера
ТЭН может быть включен только тогда, когда он погружен в воду. Без воды он просто сгорит. Контроль наличия или отсутствия воды в системе происходит по средствам поплавка в баке для воды. Врезать поплавок в бойлер — обогреватель крайне сложно, тк данное изделие подразумевает быть использованным под давлением.
Если закончится в основном резервуаре вода, то из бойлера-обогревателя вся вода заберется. А значит, с момента появления воды в емкости, до наполнения бойлера-обогревателя должно пройти какое-то время, прежде, чем уровень воды будет достаточным для безопасного включения ТЭН-а.
Именно эту задачу и решает данное реле.
10) Автоматические выключатели (приоритетные\не приоритетные)
Обычные однополюсные автоматические выключатели 10А группы C. Количество и группировка электропотребителей по автоматам неслучайны, тк это позволяет:
- Автоматизировать работу насоса и бойлера, учитывая условия есть вода\нет воды, плюс привязку по реле давления воды в системе
- При корректной настройке реле распределения нагрузки ABB, мы не сможем включить несколько прожорливых электроприборов, при этом, будем уверены, что всегда работает холодильник, подогрев или охлаждение АКБ
12В или 220В, какой тип напряжения выбирать в кемпере
Все, что может работать от 12В должно работать от 12В.
Логика крайне простая. Основная сеть в караване — 12В. Дальнейшие манипуляции с напряжением уменьшают КПД использования, тк часть мощности уходит на работу преобразователей, нагрев проводов и тому прочее.
Предположим, у нас есть ноутбук, просто знаю конкретно по своей модели показатели. Он заряжается 20 вольтами, от блока питания, как правило из привычной розетки 220В. И прежде, чем в его батарею попадет какой-то ток, он должен проделать путь:
- Выйти из нашей Lifepo4 батареи 12 В (предположим, вышло 5 ампер)
- Преобразоваться в инверторе в 220 В (потерялось 20%, 4 ампера осталось)
- Прийти в блок питания ноутбука и преобразоваться в 20В (еще 20% потеря, 3.2 ампера зашло)
На каждом преобразовании, на каждом метре провода идет потеря и у нас, из 5 ампер, после всех преобразований, мы получили лишь 3.2, а в реальной жизни зайдет только 3 ампера, тк 0,2 уйдет на нагрев кабеля по всему маршруту следования.
Оптимальнее, этот же путь сократить до:
- Выйти из нашей Lifepo4 батареи 12 В (предположим, вышло 5 ампер)
- Прийти в блок питания ноутбука от 12В сети и преобразоваться в 20В (еще 20% потеря, 4 ампера зашло)
Важные тонкости электрики 220В для прицепа дачи
- Мы не профессионалы, схема проводки нарисована на картинки некорректно и является лишь техническим заданием для электрика. На момент написания статьи щиток 220В не собран, а лишь находится на этапе купленных комплектующих.
- Вентиляция щитка, пространства с аккумулятором и инвертором обязательны. Токи немалые ходят по проводам, все греется и взаимодействует друг с другом. Мы будем делать принудительную вентиляцию.
- Твердотельные реле греются, используем большие радиаторы, а еще лучше их принудительно охлаждать кулерами, через биметаллические реле, например KSD9700 на 30 градусов. Твердотельное реле работает в диапазоне до 40 градусов, свыше — провал по количеству пропускаемого тока. Каждые 10 градусо сверх нормы — минус 25% пропускания тока. Получается, что твердотельное реле нагретое до 80 градусов не способно пропустить ток.
- Несмотря на наличие функции включения подогрева на плате BMS, мы все равно будем использовать греющий кабель 220В, саморегулирующий, температура нагрева которого не превышает 65 градусов. 220В нам проще управлять и контролировать, плюс оборудование доступнее.
