Меню

Как сгладить пиковые токи



Коммунальный комплекс России

Ежемесячный деловой журнал

  • Печатный журнал
    • О журнале
    • Издательство
    • Архив
  • Подписка
    • Подписка
    • Тематический план
    • План выхода
  • Реклама
    • Реклама в журнале
    • Распространение
    • Требования к макету
  • Мероприятия издательства
  • Партнеры
  • Вакансии
  • Контакты
  • Выставки и конференции
  • Отраслевые мероприятия
  • Новости ЖКХ
  • Статьи
  • Нормативно-законодательные документы
  • Отраслевое тарифное соглашение
  • Словарь ЖКХ

Свежий номер

Готовится к выпуску

Номер: 3 (201), фарт 2021
Размещение рекламы

Баннеры

Система бесперебойного электропитания. В. Гусаров

Валентин Гусаров,
начальник отдела во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ)
Виталий Заддэ,
заведующий лабораторией во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ)

Устройство сглаживания пиков нагрузки в жилом доме повышает надежность энергоснабжения и обеспечивает экономию электроэнергии.

Одной из наиболее актуальных задач является сегодня повышение экономичности и надежности электроснабжения. Старение оборудования и недостаточный объем капитальных ремонтов ведут к снижению надежности, что усугубляется ростом тарифов на топливо. Одной из главных проблем при этом является неравномерность потребления электроэнергии из-за суточных и сезонных пиковых нагрузок.
Известный способ снабжения потребителей электричеством от централизованной электросети основан на использовании трансформаторных подстанций. Они понижают напряжение с 6 кВ до фазового 380 В и далее распределяют электричество индивидуальным потребителям через счетчик расхода электричества и электрозащитные устройства. Мощность трансформаторной подстанции, сечение электрического кабеля и внутренней электропроводки выбираются из расчета ожидаемой предельно потребляемой мощности. Ее величина многократно превышает усредненную за сутки реальную мощность потребления электроэнергии.
Недостатком данного способа электропитания жилых домов являются высокая стоимость трансформаторной подстанции, кабеля электропитания и внутренней электропроводки, а также отсутствие защиты потребителя от перебоев подачи электроэнергии. Используемая сейчас система распределения электроэнергии не позволяет решить проблему пиковых нагрузок (суточных и сезонных). Это является основной причиной аварий в электросистемах населенных пунктов.
Частично перебои в электропитании можно устранить путем использования потребителем системы бесперебойного электропитания. В ее состав входят:

  • накопитель электроэнергии в виде электрохимических аккумуляторов (АБ);
  • зарядное устройство АБ от электросети или другого автономного источника;
  • устройство защиты АБ от глубокого разряда и инвертора напряжения, преобразующего постоянный ток от АБ в переменный ток для питания нагрузки.

Однако использование такой системы не решает проблему пиковых нагрузок и заметно увеличивает общую стоимость электропитания.

Сглаживание пиков нагрузки
Мы предлагаем новый способ и устройство сглаживания пиков нагрузки в жилом доме за счет перехода на равномерное круглосуточное потребление электроэнергии. Для этого на вводе электроэнергии в каждую квартиру нужно установить ограничитель пропускаемой мощности в сочетании с блоком бесперебойного питания, содержащим накопитель электроэнергии (см. рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема сглаживающей системы бесперебойного электропитания. Стрелки указывают направление передачи электричества.

Электроэнергия поступает в зарядное устройство соответствующей мощности, выпрямляется и аккумулируется в аккумуляторной батарее. К АБ подсоединяется инвертор, который обеспечивает потребителя необходимым количеством энергии. От централизованного источника электричество поступает потребителю на электрощит (1) с электросчетчиком и автоматом защиты и далее в систему бесперебойного электропитания. Данная система состоит из:

  • понижающего трансформатора – 2;
  • выпрямителя – 3;
  • датчика величины входного тока – 4;
  • контроллера входного тока – 5;
  • формирователя сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ) – 6;
  • контроллера верхней величины напряжения на накопителе – 7;
  • силового блока ШИМ – 8 (ограничителя мощности);
  • накопителя электричества АБ – 9;
  • контроллера – 10 степени разряда АБ – 9;
  • инвертора напряжения – 11.
Читайте также:  Что такое водный ток

Система предназначена для электропитания нагрузки – 12.
Ограничитель мощности (8) управляется от формирователя сигнала ШИМ (6) и выполняет функцию заряда АБ (9). Контроллер входного тока (5) задает величину входного переменного тока. Он подключается к датчику величины входного переменного тока (4) и с его помощью создает в формирователе ШИМ (6) сигнал. Последний управляет силовым блоком ШИМ (8), ограничивая величину входного переменного тока согласно заданному уровню. При увеличении мощности нагрузки (12), превышающем номинал ограничителя мощности (8), силовой блок ШИМ (8) соответственно снижает ширину проходящих импульсов тока и тем самым ограничивает количество прошедшей в нагрузку мощности, чтобы не превысить заданного значения. В зависимости от степени заряженности АБ (9), ток, превышающий зарядный ток АБ, идет напрямую через инвертор (11) в нагрузку (12).
В зависимости от типа используемого электрооборудования и площади квартиры выбираются соответствующие величины ограничителя мощности (8), мощность инвертора (11) и емкость АБ (9), чтобы обеспечить работу самой мощной нагрузки в течение минимально необходимого промежутка времени. Мощность инвертора должна быть в несколько раз больше величины ограничителя мощности.
В ночное время происходит запасание электроэнергии в АБ (9) до уровня полного заряда, после чего потребляемая из централизованного источника мощность снижается до минимального уровня, необходимого для компенсации тока саморазряда АБ (9). В остальное время суток при включении нагрузки (12) с величиной мощности потребления, превышающей предельную мощность ограничителя (8), но не превышающей предельную мощность инвертора, недостаток мощности восполняется из АБ (9).
В случае аварии, ведущей к отключению централизованного источника, предусмотривается снижение выходной (номинальной) мощности инвертора до уровня, необходимого для работы в качестве нагрузки системы аварийного освещения. При этом подается звуковой или световой сигнал аварийной ситуации о необходимости перехода на режим экономии электроэнергии в АБ (9). Контроллер (10) следит за степенью заряженности АБ (9) и при глубоком разряде отключает АБ от инвертора (11), увеличивая срок службы АБ (9). В аварийной ситуации существует возможность на короткое время вручную подключить инвертор (11) к АБ (9) для питания светильника.
Для увеличения надежности системы бесперебойного электропитания целесообразно использовать в нагрузке (12) энергосберегающее оборудование, увеличивать емкость АБ (9). Кроме того, следует выбирать тип АБ с большим сроком службы и применять автономный источник электричества. Это может быть солнечная батарея, ветроэлектрический генератор или электрогенератор на двигателе внутреннего либо внешнего сгорания топлива.
При наличии солнца или ветра солнечная батарея и ветроэлектрический генератор постоянно передают электричество в АБ (9) и инвертор (11). Избыток мощности (обозначено пунктирной линией) может передаваться через счетчик (1) в централизованный источник электричества. При этом счетчик (1) соответственно уменьшает величину расхода электричества. Автономный источник, работающий от сгорания какого-либо топлива, включается только в случае недостатка электроэнергии в АБ (9) по сигналу контроллера (10).
Благодаря использованию для заряда АБ ШИМ, ограничитель мощности может работать без отключения централизованного источника. При этом оптимизируются условия заряда АБ, и сохраняется его емкость, что значительно увеличивает срок службы АБ.

Читайте также:  Коммутация 220 вольт постоянного тока

Экономичность и надежность
Двухкомнатная квартира, рассчитанная на двух жильцов, обычно имеет следующую мощность бытовой электроаппаратуры:

  • холодильник – 300 Вт;
  • телевизор – 70 Вт;
  • СВЧ-печь – 800 Вт;
  • стиральная машина – 1,5 кВт;
  • светильники – 60 Вт.

В месяц расходуется в среднем по 90 кВт.ч, или по 3 кВт.ч в сутки. При этом одновременно включенная мощность нагрузки не превышает 1,5 кВт. Средняя величина нагрузки составляет около 400 Вт, а минимальная нагрузка ночью (для работы холодильника) составляет около 150 Вт. В этом случае достаточно иметь следующее оборудование:

  • инвертор с номинальной мощностью 3 кВт;
  • ограничитель мощности на 300 Вт;
  • АБ емкостью 200 А х ч напряжением 12 В и максимальным зарядным током 20 А.

Мощность 300 Вт, пропускаемая ограничителем, достаточна для освещения помещения и работы холодильника, который обычно находится во включенном состоянии 50 % времени. Пиковая утренняя и вечерняя перегрузка (до 1500 Вт) полностью покрывается накопленной в АБ энергией. Стоимость такой системы соизмерима со стоимостью 1 м2 жилой площади.
Использование предлагаемой системы бесперебойного электропитания в жилых домах позволит:

  • в несколько раз уменьшить мощность трансформаторной подстанции;
  • многократно снизить сечение питающего кабеля и внутренней электропроводки;
  • исключить случаи чрезмерного энергопотребления;
  • предотвратить аварийные ситуации;
  • экономно перераспределить поступление электроэнергии от централизованного источника, обеспечив ее запасание в ночное и дневное время;
  • во время пиков потребления обеспечить работу электроаппаратуры с мощностью, соответствующей мощности инвертора.

В результате можно существенно снизить себестоимость строительства, стимулировать население к энергосбережению и повысить надежность электропитания. Поскольку инвертор содержит функцию стабилизатора напряжения и создает на выходе чистую синусоиду, то это обеспечит нормальную работу бытовой электроаппаратуры без ремонта в течение длительного времени. Индивидуальный потребитель, исходя из собственной платежеспособности, получит возможность выбирать необходимые параметры ограничителя мощности, емкости аккумулятора и дополнительного автономного источника электропитания. В перспективе он станет и производителем электроэнергии.
В Японии, США и Европе на кухнях применяются малошумящие миниатюрные генераторы с КПД до 90 %. Они вырабатывают в результате сгорания газового топлива 1,2 кВт электроэнергии и 3–6 кВт тепловой энергии для нагрева воды и воздуха. Использование такого дополнительного автономного источника в системе бесперебойного питания позволит перевести режим работы генератора из непрерывного в периодический. Это в несколько раз увеличит срок службы генератора до профилактического ремонта и снизит расход топлива.

Читайте также:  Энергии электромагнитной волны в ток

Источник

Расчет сглаживающего фильтра БП за 5 минут

При построении качественного блока питания важно правильно рассчитать фильтр подавления пульсаций на выходе диодного выпрямителя.

Для самодельного простого лабораторного блока питания, можно особо не думать, и поставить на выходе выпрямителя электролитический конденсатор емкостью в 1000мкФ, выбрав лишь правильный номинал максимального напряжения , с запасом, по выходному напряжению вашего трансформатора.

Для большинства лабораторных БП 25 Вольт будет достаточно.

Самодельный лабораторный БП 12В 2 А

Простые схемы на микроконтроллерах, стандартной логике потребляют малый ток, и когда задача состоит в том чтобы помигать светодиодом, или запустить маломощный моторчик проблем не будет. В нашей схеме выше, при известных входных и выходных напряжениях не учитывается ток, потребляемый нагрузкой.

Ниже представлена относительно мощного промышленного блока питания для радиоаппаратуры:

Схема блока питания 220/24 (В) 50Гц

Схема его почти ничем не отличается от показанной выше.

В сегодняшней статье я рассматриваю расчет сглаживающего фильтра в блоке питания, который можно будет использовать для питания сложных устройств таких как радиоприемники и радиостанции.

Допустим, мы имеем мощный трансформатор 220/24 В на номинальный ток 14 ампер и соответствующий этому , проходящему току диодный мост (сборку) , выбранный , с запасом. От такого блока питания можно запитать мощную нагрузку!

Правильность работы технически сложных устройств, потребителей энергии этого БП , будет сильно зависеть от качества фильтрации пульсаций переменного напряжения.

Уровень постоянного напряжения на выходе БП 12В (без пульсаций) БП нагружен на минимальную нагрузку.

Рассчитать номинал сглаживающего конденсатора очень просто, определившись с требуемым коэффициентом пульсаций. Выберем его равным 8%.

Определим, что нагрузка будет потреблять максимальный ток 12 Ампер, тогда емкость конденсатора фильтра для двуполупериодного выпрямителя определим по формуле:

С1= Iн / (6.28* Uн*F*Кп) — , где

(номинальный ток нагрузки)

(номинальное выходное напряжение БП)

F (частота промышленной сети в герцах) 50Гц

Кп (коэффициент пульсаций )

Подставляем значения в формулу, и получаем:

С1=19000 мкФ , т.е. потребуется параллельно подключить 4 конденсатора емкостью 4700 мкФ х 50В.

На что повлияет малая емкость конденсатора фильтра на практике?

Напряжение на выходе блока питания

Напряжение «просело» потому, что примененный фильтр не рассчитывался под большой ток, хотя, трансформатор и диодный мост получить такую мощность позволяют.

При работе радиостанции в режиме приема, так как потребляемый в этом режиме ток очень мал, дефект проявляться не будет (см. первую осциллограмму).

Но в режиме передачи (см. вторую осциллограмму) , потребляемый ток радиостанцией резко возрастает, и следовательно подсаживается напряжение на выходе БП , что повлияет на максимальную выходную мощность передатчика.

В особо запущенных случаях, когда фильтр неисправен, радиостанция будет выключаться.

Источник