АЮЙ МЮЙНОХРЕКЭ

No 5(21) 18 июня 1998 статья 2 [ предыдущая статья ] [ следующая статья ] [ содержание ] [ подшивка за 1998 год ] [ "" ] [ поиск ] No 5(21), 18 июня 1998 лБАРХАТНАЯ╩ РЕВОЛЮЦИЯ В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ: ИНВЕРТОРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Александр Павловский, Валерий Андронов ИМЦ лЛаборатория перспективных технологий╩ В последние годы внедрение новых технологий в различные области человеческой деятельности (бытовую и деловую практику, здравоохранение, охрану окружающей среды), использование труднодоступных природных ресурсов и, в целом, возможности научно-технического прогресса человечества приобрели критическую зависимость от энергообеспечения. На первый план выступили надежность и мобильность электроснабжения, лего экологическая чистота╩. Повсеместная компъютеризация технологических процессов в производстве и сфере услуг, появление новых технологий связи, развитие электронных систем охраны и сигнализации потребовали качественного электроснабжения со стабильными параметрами и отсутствием сбоев. При питании нагрузок от электрической сети проблема резервного электроснабжения перестала быть уделом специальных промышленных потребителей и стала общей. Ненадежность электрических сетей, особенно сказывающаяся в удаленных районах, исключительная дороговизна строительства новых линий электропередач и электрических подстанций привели к развитию технологий автономного электроснабжения. Многие десятилетия в создании систем автономного и резервного электроснабжения не было альтернативы дизельным и бензиновым генераторам. Однако, очевидные эксплуатационные недостатки генераторов - их шумность, энергетическая неэффективность и быстрое вырабатывание ресурса при работе с малыми нагрузками, экологические характеристики (неблагоприятное воздействие на окружающую среду), дороговизна и трудность доставки топлива удаленным потребителям заставили разработчиков искать новые варианты. Появление мощных силовых полупроводниковых приборов в середине восьмидесятых годов произвело революцию в электроснабжении: построенные на их основе мощные инверторные преобразователи с коэффициентом полезного действия более 90%, эффективные, бесшумные и экологически чистые, создали серьезную конкуренцию дизельным и бензиновым генераторам в большинстве областей их применения. Использование мощных инверторных преобразователей позволило либо полностью исключить генераторы из систем электроснабжения, либо значительно уменьшить недостатки их эксплуатации. лБархатная╩ революция в автономном и резервном электроснабжении привела к тому, что неизбежная зависимость людей от электрических сетей или генераторов отошла в прошлое. Сегодня многие тысячи городских и сельских потребителей используют инверторные технологии для надежного и безотказного резервного электроснабжения своих холодильников и микроволновых печей, насосов и электроинструментов, телевизоров и компьютеров. Инверторные технологии работают сегодня повсюду, обеспечивая энергией навигационное оборудование исследовательских судов, сложную медицинскую технику в сельских клиниках, высокогорные жилища и современные городские офисы. Тысячи инверторов вместе с аккумуляторными батареями резервируют аварийное электропитание, преобразуют энергию солнца и ветра для работы оборудования на катерах и яхтах, в передвижных лабораториях и лдомах на колесах╩. Познакомьтесь с инверторными технологиями поближе, и предоставляемые ими возможности смогут упростить и улучшить многое в вашей жизни. КАК ЭТО СДЕЛАТЬ? СТРУКТУРА СИСТЕМЫ Структура системы автономного и резервного электроснабжения, в общем случае, выглядит так: Х источник энергии, обеспечивающий функционирование системы в основном режиме; Х накопитель энергии, обеспечивающий функционирование системы при отсутствии (отключении) источника энергии; Х преобразователь энергии, обеспечивающий требуемые стандарты качества электроэнергии у нагрузки, оптимизацию работы источника энергии, возобновление запаса в накопителе энергии. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Обеспечение резервного и автономного электроснабжения нагрузок предполагает наличие следующих источников энергии. Резервное электроснабжение. В этом случае основным источником энергии является электрическая сеть, обеспечивающая питание всех нагрузок и возобновление запаса в накопителях электроэнергии. Автономное энергоснабжение. Наиболее используемые источники энергии здесь - это... Возобновляемые источники: микро- и малые гидрогенераторы, фотоэлектрические генераторы и ветрогенераторы. Их достоинства - лбесплатные╩ энергоносители, низкий уровень эксплуатационных издержек, экологическая чистота. Недостатки - малая энергоемкость на единицу рабочей поверхности (площади ветроколеса, площади фотоэлектрических панелей. Исключение могут составлять малые ГЭС), значительные капиталовложения в оборудование (на 1 Вт установленной мощности), неконтролируемость внешних условий работы (силы ветра, напора воды или солнечной радиации) и, как следствие, необходимость аккумуляции всей генерируемой энергии. Окончательный выбор того или иного источника энергии определяется местными природными и экологическими условиями. Источники энергии, использующие жидкое топливо: бензиновые и дизельные генераторы. Их достоинства: высокая энергоемкость на единицу используемого объема, относительно низкая стоимость установленной мощности оборудования, мобильность. Недостатки: высокая стоимость топлива, включая проблемы его доставки, высокие эксплуатационные издержки, лагрессивность╩ по отношению к окружающей среде. НАКОПИТЕЛИ ЭНЕРГИИ Любая система резервного или автономного электроснабжения предполагает наличие запаса энергии, который может быть израсходован при необходимости ввода системы в действие. Запас энергии может содержаться в топливе - для дизельных или бензиновых генераторов, сжатом газе (паре) - для газо- и парогенераторов, в столбе воды -для гидрогенераторов. Возможность аккумулирования электроэнергии с целью ее дальнейшего использования является одним из важнейших вопросов электроснабжения; при этом назначение системы электроснабжения налагает определенные ограничения на выбор типа накопителя. В частности, функционирование системы резервного электроснабжения предполагает обязательное наличие накопителя, запас энергии которого лсрабатывается╩ при отключении сети. Таким накопителем может служить топливный бак генератора или электрический аккумулятор. При организации автономного электроснабжения от нетрадиционных источников энергии (ветрогенератора или фотоэлектрической батареи) ситуация иная: так как режим генерации электроэнергии принципиально не связан с режимом ее потребления, необходимо создать условия для аккумулирования генерируемой электроэнергии. В этом случае функцию накопителя электроэнергии, в большинстве случаев, может выполнять только аккумуляторная батарея. Кроме функции накопления энергии, аккумуляторная батарея, в системе электроснабжения от нетрадиционных возобновляемых источников энергии, выполняет еще две важные функции: стабилизации электрических параметров системы и усиления потребляемой мощности. Функция усилителя мощности обусловлена возможностью потребления нагрузки из аккумуляторной батареи мощности, многократно превышающей мощность ветрогенератора или фотоэлектрического генератора, выполняющих в такой системе роль зарядного устройства для аккумуляторов. Единственное ограничение в усилении потребляемой мощности - конечный запас энергии в батареях, то есть, ограниченное время потребления требуемой мощности. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ Энергия, запасенная в аккумуляторных батареях, без дополнительных преобразований может быть использована лишь как электроэнергия постоянного тока. Однако, большинство широко применяемых электрических нагрузок (электроинструменты, насосы, устройства связи и другое электронное оборудование, телевизоры и компьютеры, кофемолки, вентиляторы...) предполагают обязательное питание электроэнергией переменного тока со стандартными параметрами (для России - 220 В, 50 Гц). Поэтому основным режимом преобразователей является режим преобразования запасенной в аккумуляторах энергии в электроэнергию переменного тока стандартного напряжения и частоты (режим инвертора). Основными требованиями к преобразователю, работающему в режиме инвертора (особенно важными для систем автономного электроснабжения, в которых пополнение запаса энергии не всегда возможно, либо весьма дорого стоит), являются высокий КПД преобразования (более 85-90%) и низкие потери холостого хода (в случае, когда электрическая нагрузка отсутствует). Другое важное требование - возможность значительных кратковременных перегрузок, обеспечивающих, в частности, пуск моторных нагрузок (к которым относятся любые электробытовые приборы и устройства с электрическими двигателями, например, холодильники или насосы). Кроме того, преобразователь должен эффективно работать в различных климатических (например, на катерах и яхтах - при повышенной влажности) и эксплуатационных условиях (на автомобильном и железнодорожном транспорте - при повышенной вибрации). Часто преобразователю, работающему в режиме инвертора, предъявляются дополнительные требования: Х по форме выходного сигнала (модифицированная, либо лидеально чистая╩ синусоидальная форма выходного напряжения, то есть ограничения по величинам высших гармонических составляющих в форме выходного напряжения); Х по диапазону изменения выходного напряжения (это требование обусловлено свойствами аккумуляторных батарей различного типа, применяемых в качестве носителя энергии); Х по контролю состояния аккумуляторной батареи (защита от лпереразряда╩) и защите выходных цепей системы электроснабжения от сверхтоков. При построении систем резервного электроснабжения важным режимом преобразователя энергии является режим зарядного устройства, обеспечивающий возобновление запаса энергии в накопителе от внешней электрической сети после ее восстановления. В режиме зарядного устройства преобразователь должен предоставлять возможность: Х трехступенчатой процедуры зарядки аккумуляторной батареи, обеспечивающей наиболее полную зарядку и максимальный ресурс батареи; Х защиты от лперезаряда╩ батареи (при отсутствии или недостаточности электрической нагрузки). Преобразователь должен потреблять от накопителя ровно столько энергии, сколько необходимо нагрузке, без ухудшения каких-либо характеристик работы системы. Это свойство делает использование преобразователя весьма привлекательным по сравнению с вариантом питания нагрузки непосредственно от бензиновых и дизельных генераторов, характеризующихся значительным увеличением расхода топлива на единицу вырабатываемой мощности и быстрым изнашиванием ресурса работы генератора при малых (по сравнению с номинальной) величинах нагрузки. Последнее обстоятельство позволяет использовать преобразователи для оптимизации работы источников энергии и режимов потребления энергии нагрузкой. В оптимальном случае генератор работает минимально возможное время на номинальной мощности для заряда аккумуляторной батареи, а преобразователь обеспечивает необходимое распределение энергии, запасенной в батарее, по режимам электрических нагрузок. КОМУ ЭТО НЕОБХОДИМО? ГДЕ ПРИМЕНЯЮТСЯ ИНВЕРТОРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рассмотренная в предыдущемразделе структура электроснабжения позволяет определить блок лнакопитель энергии (аккумуляторная батарея) + преобразователь энергии (инвертор) как лядро╩ любой системы автономного или резервного электроснабжения. В этом лядре╩ инвертор не только выполняет функции электрического преобразователя и обеспечивает требуемое качество электроэнергии, но и играет роль линтеллектуального центра╩ системы электроснабжения, управляя работой всех остальных ее элементов. Применение инверторных технологий электроснабжения приносит пользователю новое качество его практики: Х энергетическую независимость и надежность электроснабжения - возможность питания нагрузок в любых условиях, вне зависимости от наличия или отсутствия электрической сети общего пользования, и с высокими стандартными качествами электроэнергии; Х экономическую выгоду - нет необходимости в инвестициях в строительство линии электропередач, исключаются, либо значительно уменьшаются, издержки на эксплуатацию бензиновых и дизельных генераторов; Х экологическую чистоту - при использовании инверторов нет шума, дыма, выхлопных газов; их обслуживание не требует проведения грязных или вредных работ; Х простоту эксплуатации - нет необходимости в специальных технических навыках; малые габариты и вес преобразователей делают их установку простой и удобной. Сегодня основными областями применения инверторных технологий в электроснабжении являются: Х резервное электроснабжение предприятий с ответственными электрическими нагрузками (оборудование связи, компьютеры, медицинская техника...); Х резервное электроснабжение жилищ - в городах и сельской местности, где электрическая сеть общего пользования существует, но, по тем или иным причинам, ненадежна; Х резервное электроснабжение выделенных нагрузок во время лпровалов╩ суточного графика нагрузки для оптимизации режимов работы мощных дизель-генераторов с целью энергосбережения и экономии их ресурса; Х резервное/автономное электроснабжение специальных нагрузок в системах охраны и безопасности; Х автономное электроснабжение удаленных электрических нагрузок - домов, коттеджей, других жилищ в местности с отсутствующей электрической сетью общего пользования; экспедиций и вахтовых работ; оборудования и инструментов при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, вызванных авариями и природными катастрофами; Х автономное электроснабжение различных нагрузок от альтернативных возобновляемых источников энергии (фотоэлектрических генераторов, ветрогенераторов); Х автономное электроснабжение оборудования и инструментов на транспортных средствах: Х на автотранспорте (в передвижных домах или мастерских лна колесах╩); Х на морском транспорте (на катерах и яхтах); Х на железнодорожном транспорте (в пассажирских вагонах и передвижных лабораториях). ОБОРУДОВАНИЕ - ДОСТУПНО ИНВЕРТОРЫ/ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА Из множества преобразовательных устройств с различными техническими характеристиками, производимыми сегодня ведущими мировыми компаниями, целесообразно выделить оборудование американской энергетической компании Тrасе Engineering, специализирующейся в производстве высококачественных инверторов/зарядных устройств для систем электроснабжения малой и средней мощности. Для оборудования, производимого Тrасе Engineering, характерно оптимальное соотношение цены и качества. Высокое качество разработки, использование наиболее современной элементной базы (мощных полевых транзисторов) сделали Тrасе Engineering ведущей мировой компанией в производстве преобразователей (инверторов/зарядных устройств) единичной мощностью до 5 кВт. Помимо преобразователей, Тrасе Engineering поставляет все необходимое дополнительное оборудование для монтажа системы электроснабжения: автоматические выключатели и плавкие вставки, кабели, установочные панели. АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ В системах автономного и резервного электроснабжения используются специальные аккумуляторные батареи лглубокого цикла разрядки╩ (или лстационарные╩), предназначенные для эксплуатации в условиях многократного глубокого разряда аккумуляторов и отличающиеся по конструкции от широко применяемых в автомобильной технике аккумуляторных батарей стартового типа. Наиболее часто встречающиеся типы аккумуляторов, в зависимости от назначения и условий эксплуатации: Х свинцово-кислотные обслуживаемые; Х свинцово-кислотные необслуживаемые; Х никель-железные; Х никель-кадмиевые. Обслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы обычно применяются для построения систем электроснабжения общего назначения. Их главный недостаток - необходимость размещения в хорошо проветриваемом помещении и периодического контроля за уровнем электролита; достоинство - более низкая стоимость, чем у остальных перечисленных типов аккумуляторов. Необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы предназначены, преимущественно, для офисных и учрежденческих систем резервного электроснабжения и, в ряде случаев, - для систем электроснабжения жилых помещений. Эти аккумуляторы лишены ранее упомянутых недостатков, связанных с необходимостью обслуживания аккумуляторов, не предъявляют требований к установке и могут быть установлены в помещениях без специальной системы проветривания, однако, более дороги, чем обслуживаемые аккумуляторы. Никель-железные аккумуляторы, как правило, предназначены для специального промышленного применения и широко применяются на железнодорожном транспорте. Никель-кадмиевые аккумуляторы - наиболее надежный и долговечный тип необслуживаемых аккумуляторов, однако, из-за своей высокой стоимости они могут применяться только в специальных системах электроснабжения. Выбор того или иного типа аккумулятора определяется назначением системы электроснабжения и условиями эксплуатации аккумуляторной батареи. [ предыдущая статья ] [ следующая статья ] [ содержание ] [ подшивка ] [ поиск ] ПЮГДЕКШ БПЮВ-ЦХМЕЙНКНЦ ziplock ДНКЦ ЩРХЙЕРХПНБНВМШЕ ЛЮЬХМЮ КЕМХМЦПЮДЯЙХИ БНЙГЮК АХКЕР РПНИМХЙ ГЕПЙЮКН babyliss РНМХПНБЮМХЕ ЯРЕЙКНОЮЙЕРНБ ЙСКЕП ЙНЛО ПЮЯЯШКЙЮ ЮДПЕЯ ПЕГЙЮ ХГЛЕПХРЕКЭ РЕЛОЕПЮРПШ i`m o.k./ЦЕПНХ ЦПНА ЯПНВМШИ ОЕПЕБНД ОКЮЯРХЙНБШИ ОЮЙЕР 5440.15 (ЙПШЬЙЮ) ГЮЙЮГЮРЭ ЛХЙПНЮБРНАСЯ РНКЫХМНЛЕП dect desktop АЮЙ МЮЙНОХРЕКЭ