Вы точно человек?

ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Большая категория устройств нуждается в непрерывной подаче электроэнергии вне зависимости от внешних условий. Это могут быть как вычислительная техника (серверы, устройства хранения данных), так и целые производства с непрерывным циклом. Перебои питания в таких случаях недопустимы.

Для обеспечения постоянной подачи питающего напряжения разработаны устройства бесперебойного питания. В широком смысле источником бесперебойного питания (ИБП) может служить резервная линия электропередач или автономная электростанция.

Сейчас этим термином принято именовать устройства вторичного электропитания, которые предназначены для обеспечения работоспособности подключенной аппаратуры при кратковременных перебоях электроэнергии питающей сети.

Как правило, источники бесперебойного питания также выполняют функцию защиты от помех и скачков напряжения. По принципу действия их можно разделить на несколько категорий:

  • off-line;
  • line-interactive;
  • online.

Наиболее простую конструкцию имеют off-line блоки электропитания. В нормальных условиях питание устройств осуществляется напрямую от первичного источника.

В случае пропадания напряжения или его выхода за допустимые пределы источник автоматически переключается на питание от встроенного аккумулятора, напряжение которого преобразуется при помощи инвертора.

Подобные устройства имеют в своем составе пассивные фильтры, препятствующие прохождению помех и схему слежения за параметрами входного напряжения. Несомненное достоинство off-line ИБП – простота конструкции, низкая стоимость и высокий КПД.

Следующий тип «бесперебойников» — line-interactive, работает по тому же принципу, но имеет встроенный ступенчатый стабилизатор на основе автотрансформатора.

Такой блок дополнительно стабилизирует входное напряжение и в большинстве случаев позволяет не переключаться на питание от аккумулятора, который необходим только в случаях неспособности автотрансформатора справиться со стабилизацией (значительное превышение или понижение входного напряжения, его полное пропадание).

Основные недостатки перечисленных устройств:

  • требуется определенное время на переключение в режим работы от аккумулятора;
  • невозможность коррекции частоты сети;
  • несинусоидальное напряжение на выходе при работе от аккумулятора.

Первый недостаток может вызвать сбои в работе подключенных устройств при переключениях. Второй более существенен и не позволяет подключать устройства, требующие для питания синусоидального напряжения, а это асинхронные электродвигатели и бытовая техника, имеющая их в составе, например, отопительные котлы.

Только электроприемники, работа которых основана импульсных блоках питания, то есть не чувствительные к форме входного напряжения, могут нормально функционировать от подобных ИБП. К таким потребителям относятся устройства вычислительной техники, где off-line ИБП получили наибольшее распространение.

Наиболее высокое качество обеспечивают online устройства. Работают они по принципу двойного преобразования. Входное напряжение сети сначала преобразуется в постоянное, а затем, при помощи инвертора, обратно в переменное.

Самое главное, что время переключения на питание от внешнего аккумулятора здесь отсутствует полностью, поскольку он постоянно подключен в цепь и при нормальных условиях работы находится в буферном режиме.

Поскольку выходное напряжение получается в результате преобразования постоянного, то имеется возможность коррекции его частоты и уровня в необходимых пределах.

Только самые дешевые устройства имеют на выходе напряжение с низким качеством. В основном большинство ИБП двойного преобразования выдают потребителям чистое синусоидальное напряжение, что делает такие приборы пригодными для питания большинства устройств.

Существенный недостаток online преобразователя – его высокая стоимость.

Все перечисленные устройства предназначены для кратковременной работы от внутреннего аккумулятора. Так происходит потому, что аккумуляторы имеют низкое значение ЭДС и при преобразовании к уровню входного напряжения от аккумулятора требуется отдать довольно значительный ток.

Аккумуляторы больших емкостей имеют значительные габариты и массу, а также требуют большое количество времени на подзарядку.

Таким образом, ИБП служат в основном для того, чтобы корректно и безопасно отключить устройства при пропадании напряжения сети.

Мощность резервного источника

Если следовать инструкциям опытных специалистов, необходимо ориентироваться на показатель в 20 кВт. Это максимальная мощность, которую должен отдавать источник резервного электроснабжения. Для небольшого загородного коттеджа, конечно, если это не огромный дворец, в котором большое количество разнообразных устройств, этой мощности хватит. Но это только в том случае, если будет использоваться вариант с включением всех устройств в сеть.

В том же случае, если планируется запитка только основных электроприборов, достаточно и меньшей мощности агрегата. Например, если вы будете включать в одно время котел отопления, циркуляционный насос, телевизор, холодильник, а также освещение, то достаточно генератора, мощность которого не более 4 кВт. В том же случае, если в доме установлена автономная система водоснабжения, то насосная станция время от времени будет включаться. Обязательно учитывайте ее мощность. Кроме того, все электрические приборы, у которых имеются двигатели, в момент запуска потребляют примерно на 25% тока больше, нежели в устоявшемся рабочем режиме.

Обязательно учитывайте пусковые токи. Нужно учесть тот факт, что в дальнейшем суммарная мощность электроприборов может увеличиться. Поэтому необходимо, чтобы мощность всех электроприборов составляла не больше 80% от аналогичной характеристики генератора.

Как вы можете увидеть, нюансов достаточно. Поэтому необходимо определить все устройства, которые должны быть включены постоянно в сеть. Обязательно посчитайте их суммарную мощность, затем умножьте на 1,5. Так вы сможете сделать небольшой запас по мощности. Допустим, вы посчитали, что суммарная мощность всех потребителей в доме составляет 5,5 кВт. Следовательно, если увеличить это значение в полтора раза, получите 8,25 кВт. Это означает, что мощность генератора должна быть более 8,25 кВт.

READ  Компенсация реактивной мощности, теория

Классификация СЭС

  1. По типу источников электроэнергии — электрохимические, дизель-электрические, атомные и т. д.
  2. По конфигурации — централизованные, децентрализованные, комбинированные.
  3. По роду и частоте тока — постоянного тока, переменного тока 50 Гц, переменного тока 400 Гц и др.
  4. По числу фаз — одно-, двух-, трёх-, многофазные.
  5. По  — с изолированной нейтралью, глухозаземлённой нейтралью, компенсированной нейтралью и т. д.
  6. По надёжности электроснабжения — обеспечение потребителей 1 (1А, 1Б, 1В), 2, 3 категорий надёжности, обеспечение смешанных потребителей.
  7. По назначению — системы автономного, резервного, аварийного, дежурного электроснабжения.
  8. По степени мобильности — стационарные, мобильные, возимые, носимые.
  9. По принадлежности к основному потребителю — СЭС автомобиля, танка, вертолёта, спутника и т. д.

Китаев В.Е. Бокуняев А.А. Колканов М.Ф. Расчет источников электропитания устройств связи

Предисловие

Современные устройства связи требуют бесперебойного, надежного электроснабжения. Для преобразования электрической энергии, получаемой от источников электроснабжения, ее регулирования, стабилизации, резервирования, распределения и защиты на предприятиях связи оборудуются электропитающие установки. Электропитающие установки вырабатывают электрическую энергию постоянного тока с номинальными напряжениями 60 и 24 В.

От электроnитающт установок осуществляется питание оборудования на городских, междугородных телефонных станциях, а также дистанционное питание аппаратуры дальней связи.

Аппаратура связи содержит в своем составе источники вторичного электропитания, которые могут занимать 20…60% объема и массы всей аппаратуры, а потери мощности в них составляют 30…50% от суммарной мощности, потребляемой аппаратурой. Источники вторичного электропитания имеют на своих выходах различные номиналы напряжений для питания соответствующих функциональных узлов аппаратуры связи.

Снижение массы и габаритов вторичных источников электропитания в настоящее время является одной из наиболее важных проблем при разработке современных радиотехнических устройств и устройств связи. Основными направлениями улучшения массо-габаритных и технико-экономических показателей устройств электропитания являются использование новейших электротехнических материалов и перспективной элементов базы с применением интегрально-гибридной технологии; поиски новых эффективных схемотехнических решений; повышение частоты преобразования электрической энергии.

Повышение надежности, улучшение технико-экономических показателей, снижение стоимости аппаратуры в значительной степени зависят от правильного выбора и проектирования вторичных источников и систем электропитания в целом.

Аккумуляторы и источники бесперебойного питания

Одним из вариантов на период отключения электричества в загородном доме являются источники бесперебойного питания. Их применение позволяет решить множество проблем, особенно при кратковременных отключениях электроэнергии. Регулировка питания осуществляется с помощью инвертора и стабилизатора. Использование бесперебойников позволяет сохранить важную информацию на компьютере, которая может быть уничтожена при неожиданном отключении электроэнергии.

В состав ИБП входит схема управления и инвертор, являющийся по сути, зарядным устройством. От его мощности зависит время переключения и обеспечение бесперебойного поступления электроэнергии к потребителю. За счет этого обеспечивается автономное электроснабжение загородного дома.

Особая роль отводится стабилизатору, основная функция которого заключается в увеличении или снижении подачи тока, поступающего из основной сети. Поэтому при выборе источника бесперебойного питания следует обязательно учитывать технические характеристики инвертора и стабилизатора. Стандартные устройства оборудуются стабилизатором, способным лишь понижать напряжение.

К положительным качествам ИБП можно отнести их сравнительно невысокую стоимость. Они работают бесшумно и не подвержены нагреву за счет высокого КПД, составляющего 99%. Основным недостатком считается продолжительное переключение на собственное питание. Отсутствует возможность ручной настройки величины напряжения и частоты подачи энергии. Во время работы аккумулятора выход напряжения будет иметь несинусоидальную форму.

Источники бесперебойного питания хорошо зарекомендовали себя совместно с компьютерами и локальными сетями, эффективно поддерживая их работоспособность. Они оказались наиболее оптимальным вариантом для использования именно в этой области.

Альтернативные системы и источники энергии

Наряду с электрогенераторами для организации автономных систем электроснабжения может быть использовано оборудование, работающее на альтернативных источниках энергии.

Наиболее распространенным является энергия ветра – такие установки успешно используются в горных районах Алтая, Урала и Хакасии, а также в северных прибрежных районах России, а за рубежом использование энергии ветра уже давно позволяет экономить на энергоресурсах огромные суммы.

Менее распространено в нашей стране использование солнечного света для получения энергии – это связано с неравномерным световым днем в ряде регионов и с высокой стоимостью внедрения таких систем. Тем не менее, частные коттеджи используют солнечные панели уже давно для организации автономного электропитания.

В то же время в зарубежных странах, климатические особенности которых предполагают большое количество солнечных дней, использование энергии солнца развито очень широко. Например, в странах ЮВА солнечная энергия – один из главных источников получения электричества. Панели там стоят недорого, они просты в монтаже и обслуживании и позволяют производить электроэнергию в необходимом количестве для любых объектов.

Солнечные и ветряные электростанции имеют два важных преимущества перед станциями, работающими на топливе – во-первых, они используют возобновляемые ресурсы, во-вторых, не приносят вреда экологии.

Разновидности генераторов

При выборе генератора для автономного резервного источника электроснабжения необходимо учитывать не только стоимость комплекта оборудования, но и цену топлива. Параметры места для размещения и эксплуатации должны отвечать нормам и правилам. Это тоже немалые вложения.

Газовые генераторы

Газовый генератор

Можно размещать в неотапливаемом помещении. Создают мало шума. Для сжиженного газа нужны специальные емкости – газгольдер или баллон. Одного баллона на 50 литров хватит на 15 часов электроснабжения небольшого дома. Если использовать магистральный газ, необходимо правильно сделать вытяжную вентиляцию в помещении. Оформить и согласовать с газовыми службами пакет документов для подключения объекта.

READ  Коэффициент абсорбции. коэффициент поляризации

Бензиновые генераторы

Бензиновый генератор DDE GG3300P

Достоинства: возможность работать при минусовых температурах, доступность топлива. Имеют моторесурс на 5-7 часов работы, затем нужен перерыв в 1 час. В базовый комплект поставки автоматика не входит. Ее нужно покупать устанавливать, настраивать отдельно. Разрешение на эксплуатацию не требуется.

Дизельные генераторы

Могут работать в любых погодных условиях. Экономичны – расход топлива в 1,5 раза меньше, чем у бензиновых. Время работы – 6-15 часов, в зависимости от емкости бака для топлива. Недостатки: шум, выхлопные газы, дорогое техобслуживание по сравнению с бензиновыми. Для запуска в морозные дни необходимо предусмотреть хранение топлива в теплом помещении.

Нетрадиционные источники питания

Схема самодельного ветрогенератора

К ним относятся ветряные генераторы, которые будут работать только в местах, где постоянно дует ветер. Геотермальные установки, использующие горячую воду из недр земли. Но такая вода насыщена минералами и токсинами. Сливать ее в открытые источники нельзя.

Солнечные батареи

Резервное электропитание загородного дома с помощью солнечных батарей – недешевое, но хорошее решение вопроса. Оборудование экологически чистое, бесшумное. Комплект состоит из модулей, контроллера, инверторного блока, аккумуляторных батарей. Недостаток – высокая цена.

Возможны варианты комбинированного использования разных источников резервного питания.

СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО СНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ

Для обеспечения надежности на объектах требующих постоянного электропитания, как правило, применяют два независимых источника электроснабжения. При наличии особой группы потребителей, устанавливают ещё и резервный источник электроэнергии — электрогенератор.

В зависимости от периодов отключения электроэнергии, выстраивается и бесперебойная система электроснабжения.

Периоды отключения от электроснабжения условно делятся на:

  • микро отключения – продолжительностью от нескольких секунд до 5 минут;
  • краткосрочные – локальные аварии, на устранение которых уходит не более 12 часов;
  • среднесрочные – аварии на высоковольтных ЛЭП, с продолжительностью устранения 10 — 24 часов;
  • длительные – повреждения вследствие стихийных бедствий, на ликвидацию которых уходит от 2 до 4 недель.

Реализация системы бесперебойного электроснабжения состоит в установке устройств, которые будут обеспечивать незаметный (плавный) переход с основного на резервный источник и обратно. При этом качество подаваемой электроэнергии не должно изменяться.

Для этого в систему устанавливают источник бесперебойного питания или ИБП. Это приспособление позволит в период отключения электроэнергии выполнить качественный переход на линию резервного питания.

По принципу действия бесперебойники делятся на три основных типа:

  • резервные (off-line) – применяются для защиты компьютеров или иного подобного оборудования, обеспечивают переход на резервную линию питания;
  • линейно-интерактивные (line-interactive) – используется при защите более значительного оборудования (серверных центров начального уровня), выполняют стабилизацию напряжения на выходе в необходимых диапазонах, однако не подходят для защиты чувствительных элементов и приборов, которые используются в технологических процессах непрерывного цикла, медицинского оборудования;
  • с двойным преобразованием (on-line) – самая совершенная бесперебойная система, где энергия преобразуется дважды. Сначала из переменного тока в постоянный ток, и потом обратно в переменный. Обеспечивает за счет этого высокое качество выходной электроэнергии. Период времени для перехода на питание от аккумуляторов в онлайн ИБП равен нулю.

Обычно мощность ИБП указывается в вольт-амперах (ВА) или ваттах (Вт). Как правило, полезная выходная мощность составляет 60 % от показателя в ВА, так при 1000 ВА мощность будет составлять 600 Вт.

Выбирая ИБП, необходимо учитывать запас мощности, исключив перегрузку устройства. Для защиты оборудования в 500 Вт необходимо приобрести ИБП с выходной мощностью 800-1000 Вт.

Категории электроснабжения предприятий

Надежность электроснабжения имеет решающее значение для нормальной работы всех промышленных предприятий

В зависимости от степени важности объекта, сложности технологических процессов, существует несколько категорий, определяющих критерии подачи электричества в каждом конкретном случае

Первая категория. Электроснабжение оборудования, входящего в данную категорию не должно прерываться. Нарушение этого требования приводит к возникновению опасных ситуаций для работающих, повреждению оборудования, нанесению значительного ущерба, выпуску бракованной продукции, расстройствам сложных технологических процессов.

В связи с этим для данной категории электроприемников предусматриваются два независимых источника питания. Перерыв в электроснабжении допускается только на момент включения автоматического ввода резерва. Наиболее яркими примерами служит сталелитейное производство, насосные станции, разливочные краны, котельные производственного пара и другие аналогичные объекты.

В первую категорию входит еще одна группа электроприемников, от бесперебойной работы которых зависит возможность безаварийной остановки производства. Например, в некоторых производственных процессах остановка вентиляции может привести к опасной концентрации газов, обладающих горючестью или токсичностью, прекращение работы насосов – к пожару или взрыву. Подобные электродвигатели устанавливаются на задвижках и запорной арматуре, приводах вентиляторов и компрессоров в центробежных насосах. К особой группе относятся и некоторые виды аварийного освещения.

Вторая категория. Считается наиболее многочисленной и включает в себя потребителей, также выполняющих важные функции, однако перерыв их электроснабжения вызывает лишь массовое недополучение продукции заказчиками, простои рабочих, машин, механизмов, оборудования и транспорта.

Требования к резервному питанию таких потребителей не столь строгие, как у первой категории. Во время перерыва электроснабжения дежурный персонал вручную включает резервные источники питания. При отсутствии постоянного персонала, эту процедуру выполняет выездная бригада. У электроприемников второй категории не существует каких-то постоянных критериев по предъявляемым требованиям. Одни группы больше напоминают 1-ю категории, а другие – третью

READ  Сто 70238424.27.100.056-2009 дизельные и газопоршневые электростанции. организация эксплуатации и технического обслуживания. нормы и требования

Поэтому следует осторожно подходить к вопросам резервирования именно этой категории потребителей, не допускать необоснованных действий по устройству резерва, во избежание удорожания всей системы электроснабжения

Третья категория. Включает в себя все остальные потребители, не относящиеся к 1-й и 2-й категориям. Они используются в основном в цехах и на участках вспомогательного назначения. В отношении третий категории допускаются перерывы в питании на период ремонтных или профилактических работ. Отсутствие электроснабжения допускается на срок, не превышающий одних суток.

ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ПИТАНИЯ

Вторичные источники подключаются к первичным и преобразуют получаемую электроэнергию в выходное напряжение с требуемыми параметрами частоты, пульсации и т. д.

Основные функции вторичных источников:

  • обеспечение передачи требуемой мощности с наименьшими потерями;
  • преобразование формы напряжения (переменного напряжения в постоянное, изменение частоты, формирование импульсов;
  • преобразование значение напряжения (повышение или понижение его величины, формирование нескольких величин для разных цепей);
  • стабилизация напряжения (его показатели на выходе должны находиться в заданном диапазоне);
  • защита (чтобы напряжение, превысившее допустимые значения вследствие неисправности, не вывело из строя аппаратуру или сам ИП);
  • гальваническое разделение цепей.

Существует два основных типа источников вторичного питания (ИВП) – трансформаторный и импульсный.

Трансформаторный блок питания.

Трансформаторный, или линейный ИВП – классический блок питания. Регулировка выходного напряжения происходит в нем непрерывно, то есть линейно.

В его конструкцию последовательно входят:

  • трансформатор (корректирует напряжение в ту или иную сторону до нужной величины);
  • выпрямитель (преобразует переменное напряжение в постоянное);
  • фильтр (сглаживает пульсацию (колебания) в выпрямленном напряжении).

Также схема может включать защиту от короткого замыкания, фильтр высокочастотных помех, стабилизатор и др.

Достоинства трансформаторных ИВП:

  • простота конструкции;
  • гальваническая развязка от сети;
  • надежность в эксплуатации.

Недостатки:

  • большие габариты и вес, которые прямо пропорциональны его мощности;
  • относительно низкий КПД.

В бытовой технике линейные ИП малой мощности используются для питания плат управления стиральных машин, микроволновок, отопительных котлов.

Импульсный ИВП.

Импульсный блок питания устроен принципиально иначе и имеет более сложную конструкцию.

Он содержит:

выпрямитель (входное напряжение сначала выпрямляется – преобразуется из переменного в постоянное);
блок широтно-импульсной модуляции – ШИМ (преобразует постоянное напряжение в импульсы определенной частоты и скважности);
частотный фильтр (в блоках без гальванической развязки);
трансформатор (в блоках с гальванической развязкой от сети).

В импульсных источниках вторичного напряжения стабилизация реализуется посредством обратной связи, что позволяет поддерживать выходное напряжение на заданном уровне независимо от скачков входных параметров.

Например, в блоках с гальванической развязкой в зависимости от величины выходного сигнала изменяется скважность (отношение частоты следования импульсов к их длительности) на выходе ШИМ-контроллера. Достоинства импульсных источников питания:

Достоинства импульсных источников питания:

  • малый вес и небольшие размеры;
  • высокий КПД (до 98%);
  • широкий диапазон допустимого входного напряжения;
  • встроенная защита от короткого замыкания и других форс-мажоров;
  • невысокая цена;
  • по надежности сравнимы с трансформаторными ИП.

Недостатки:

  • являются источниками высокочастотных помех, которые нельзя полностью устранить;
  • имеют ограничение по минимальной мощности нагрузки: не включаются, если она ниже требуемой.

Импульсные источники – это зарядки мобильных телефонов, блоки питания компьютеров, оргтехники, бытовой электроники.

ИСТОЧНИКИ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Автономные источники электропитания предназначены для обеспечении непрерывности питания устройств при длительном пропадании напряжения сети или в том случае, когда объект находится на большом расстоянии от линии электропередач и подвод питания от нее нецелесообразен по той или иной причине.

Автономные электростанции строятся на основе дизельных или бензиновых генераторов, ветряных или солнечных электростанций. Каждый тип имеет свою область применения в зависимости от местных условий.

Если существует необходимость в обеспечении беспрерывной работе устройств в условиях временных перебоев поставок электроэнергии, то наиболее приемлемый вариант – использование бензиновых или дизельных генераторов.

Бытовые электростанции выпускаются многими предприятиями на различные значения мощности. Существенный недостаток подобных электростанций – высокое потребление дорогостоящего топлива.

Более дешевая электроэнергия получается при помощи солнечных или ветроэлектростанций, которые используют восполняемые природные источники энергии – солнечное освещение или энергию ветра.

Целесообразность в использовании такого оборудования возникает в случаях более или менее постоянной работы исключительно от них, поскольку первоначальные затраты на их приобретение и установку весьма велики. И окупаемость таких устройств занимает длительное время.

Работа ветровых и солнечных электростанций сильно зависит от местных условий. Так для нормальной работы солнечной электростанции необходимо большое количество солнечных дней в году, а для компенсации энергии солнца в темное время суток или ненастную погоду требуется внушительный запас резервных аккумуляторов.

Зато такая станция не имеет подвижных частей и, как следствие, очень высокую надежность. Солнечные панели имеют небольшой вес и могут размещаться на крышах практически любых построек или на простых каркасах.

Ветрогенераторы требуют размещения в местах с регулярным движением воздуха, преимущественно в одном направлении. Лучшее место для установки – преобладающая возвышенность на местности.

Конструкция ветрогенератора имеет большой вес и требует капитального обустройства. Наличие подвижных частей, зачастую установленных на большой высоте, затрудняет обслуживание электростанции.

2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: