Вопросы электрических сетей астрономических обсерваторий мы затронули в обзорной статье «Электронные системы современной обсерватории". Уделим немного больше внимания собственно электрическому оборудованию и электробезопасности.
Сразу хочу оговориться, вся приводимая ниже информация базируется на ПУЭ - Правилах устройства электроустановок, библии электротехника. Поэтому для всех уточнений, подробностей и частных случаев отсылаю читателя к этому источнику. Благо, сейчас найти книгу в интернете не представляет никакой сложности. Итак, электрические потребители астрономической обсерватории представляют собой в основном импульсные источники питания и различные светильники, то есть активную нагрузку невысокой мощности. Имеет смысл оценить ее мощность и максимальный потребляемый ток. Например, Источники питания небольшого телескопа, компьютера и камер потребляют в сумме 500-1000Вт, скорее ближе к нижней границе диапазона :) Освещение, с учетом повсеместно используемых светодиодных и иных энергосберегающих ламп вполне может уместиться в 100Вт и даже меньше. Различные контроллеры и системы мониторинга, связь и безопасность по сравнению с указанной выше нагрузкой потребляют мало. Таким образом, получается что типовая нагрузка обсерватории не превышает 1 кВт и ток (1000Вт / 220В ) меньше 5А.
Климат система, если она используется в обсерватории, может быть весьма энергозатратна. Существуют кондиционеры различной электрической мощности и эффективности, но потреблять 1-3 кВт климатическая система может легко. Кроме того, нужно предусмотреть возможность подключения электроинструмента и резерв.
Теперь выберем исходя из этих параметров номиналы автоматических выключателей и сечение проводников. Сначала общий подход. Можно конечно использовать «Стандартные» решения - автомат 25А на розетки, 16А на освещение, провод какой нашелся и тп. Можно потратить чуть больше времени и выбрать оптимальные значения именно для Вашей обсерватории. Во первых, рекомендуем непосредственно в обсерватории установить отдельный электрический щит. Вводной автомат и отдельные автоматы для каждой нагрузки. 1. Освещение. 2. Розетки для электроинструмента. 3. Кондиционер, если используется 4. Собственно оборудование обсерватории. 5. Резерв.
К выбору номиналов автоматов советуем подойти вдумчиво, высокий номинал аппарата защиты может привести к несрабатыванию при нарушение нормальной работы или длительному времени срабатывания. Так, на основное оборудование обсерватории 6А автомата вполне достаточно. Установив туда 25А выключатель Вы можете пропустить проблему и не принять должных мер по устранению нарушения работы оборудования. Кроме того, возникнут проблемы с селективностью. Селективность - способность комплекса мер защиты отключать именно тот участок, на котором возникло нарушение, и позволяющий понять, где возникла проблема. Таким образом, правильный выбор автоматов защиты при коротком замыкании в светильнике или в удлинителе для электроинструмента позволит отключить только поврежденный элемент, сохранив работу основного оборудования. Примером правильно подобранных номиналов автоматов защиты в обсерватории с точки зрения селективности будет такой вариант. Основное оборудование обсерватории 6А, Освещение 6А, электроинструмент и кондиционер по 10А, вводной 16а в предположениии, что все оборудование сразу использоваться не будет. И наконец, автомат на питающую обсерваторию линию - 25А. А что собственно значит «автомат на 25А»? Это означает что установленное в автомате реле «тепловой» защиты или, более правильно, перегрузки, не срабатывает при токе ниже номинального. А дальше нужно смотреть характеристики на каждое конкретное изделие. Значение максимальных допустимых токов, кривые времени отключения в зависимости от величины перегрузки и тд. Обращаем внимание, что буква в названии автомата (А, B, C, D, K или Z), соответствует одной из типов кривых и определяет время срабатывания автомата при тех или иных режимах. В принципе обсерватория - обычный с точки зрения электротехники объект, и вполне допустимо применять широко распространенные автоматы типа C. Заканчивая разговор об электрическом шкафу обсерватории, упомянем об устройстве защитного отключения (УЗО) и дифференциальных автоматах. Поясним, что это такое. Обычный автоматический выключатель реагирует на текущее значение тока в цепи, в которую включен. И предназначен в основном для срабатывания в случае короткого замыкания в защищаемой цепи. Это достаточно важно, в первую очередь в целях пожарной безопасности. При этом в случае не частичного повреждения изоляции и возникновения небольшой утечки тока на землю обычный автомат не сработает, а на каком то оборудовании, возможно плохо заземленном, может возникнуть опасное напряжение. Особенно такая ситуация может быть опасна в холодном и влажном помещении, с наличием металлических конструкций. Вполне для обсерватории подходящее описание. Роса или недавний дождь могут послужить источником влаги. Для защиты в таких условиях рекомендуется использовать дифференциальные автоматы, реагирующие не только на величину тока в цепи, но и на точное соответствие тока в нулевом и фазном проводнике. Ведь если возникнет утечка на землю - ток уходящий и возвращающийся не будут совпадать! И срабатывание такого автомата защитит Вас и гостей Вашей обсерватории. Такие автоматы как правило двухполюсные и требуют подключения заземляющего проводника.
Поговорим вообще о заземлении обсерватории, как выполняется и для чего нужно. Если коротко, то все металлические части, корпуса электрооборудования, конструкции, приборы и коммуникации должны быть заземлены, то есть соединены защитным проводником между собой и с заземлителями. Обычно в здании обсерватории устанавливается металлическая, часто медная шина заземления, к которой подключаются отдельными проводниками заземлители, внешние металлические коммуникации и конструкции, защитный проводник и броня питающего кабеля, а также корпуса всего оборудования и приборов обсерватории. Нужно это для следующих целей.
Таким образом, каждый светильник, каждый блок питания, камера и так далее должны быть присоединены к шине заземления либо через розетку с заземляющим контактом, либо, лучше, отдельным проводником.
Несколько слов о выполнении электрической проводки. В обсерватории часто проводка выполняется открыто, по существующим конструкциям. Это нормально, помещение не жилое, при аккуратном монтаже эстетика не нарушается. При этом напоминаю, электрические провода и кабели, проложенные на высоте меньше 2 метров от уровня пола, то есть практически все, должны быть защищены - кабельным каналом, трубой, гофрой и так далее на всем протяжении. Это также делается для безопасности и снижения риска повреждения проводки. Напоминаю, ночью часто видно хуже чем днем и дополнительная защита не будет лишней. В качестве собственно проводников лучше использовать кабель в двойной изоляции - марок ВВГ, ПВС или ШВВП сечением не менее 1.5 мм2.
Заземлители - металлические элементы, обеспечивающие необходимое сопротивление растекания. Достаточность выполненного контура заземления определяется измеренным значением сопротивления растекания и существенно зависит от состава почвы и ее влажности. Из опыта, для обеспечения сопротивления меньше 4 Ом в глинистых почвах обычно достаточно двух-трех трехметровых заземлителей из 50 уголка. В песчаных почвах количество заземлителей приходится увеличивать в несколько раз. Также хорошо помогает увеличить глубину заземлитель. Так, один 9 метровый заземлитель даст сопротивление растекания меньше, чем три трехметровых. При этом работать с длинными заземлителями сложнее, в некоторых почвах просто не удается забить длинные заземлители, поэтому универсальным методом является увеличение числа заземлителей средней длины. При этом нужно понимать, что метровый одиночный уголок вообще не решает проблему. Его сопротивление растекания будет десятки, а вероятнее сотни Ом. И защита оборудования и людей с помощью такого заземлителя не возможна. Обычно заземлители забивают из небольших приямков или траншей, которые также используются для прокладки горизонтальных заземлителей - проводников, чаще стальной полосы сечением не менее 4х40, приваренной сваркой к вертикальным заземлителям. Место сварки обязательно защищается антикоррозионными составами. Болтовое соединение элементов заземлителя не допускается. расстояние между вертикальными заземлителями - не мене метра, чаще 1.5-2м. К шине заземления здания заземлители подключаются либо той же цельносварной стальной полосой, либо медным проводником не менее 16 мм2 сечением.
Отдельными вопросами в системе электроснабжения обсерваторий являются системы резервного электропитания - на основе запасенной в аккумуляторах энергии и различных электрогенераторах. Это будет темой отдельного разговора.
Таким образом, электрические сети астрономической обсерватории представляют собой достаточно большой комплекс оборудования. На первый взгляд может показаться, что приведенное описание является переусложненным. В принципе, вся обсерватория может работать от обычного удлинителя, проброшенного по земле и деревьям от соседнего дома. Действительно, может. При этом вопросы надежности и безопасности остаются за скобками. В случае, если для Заказчика эти понятия - не пустые слова, возможно следует рассмотреть эти вопросы чуть подробнее.