СИСТЕМЫ РЕЗЕРВНОГО И АВТОНОМНОГО ПИТАНИЯ

Аннотация. В статье рассмотрены типы источников бесперебойного электро­снабжения: резервные; автономные. Одно из главных назначений электропитающего оборудования считается обеспечение питания нагрузки с установленным качеством и надежностью. Рассмотрены также особенности работы, достоинства и недостатки источников бесперебойного питания трёх групп: Off-Line; Line-Interactive; On-Line.

Ключевые слова: надежность питания, качество электроэнергии, источник бесперебойного питания, резервное электропитание, инверторные системы.

В нынешнее время, невзирая на то, что всемирный прогресс сделал значительный шаг вперед к решению проблемы сбоев в электроэнергетике, к сожалению, данный вопрос все еще остается весьма важным, непосредственно, по этой причине многие задумываются о том, что же такое система автономного, резервного, дополнительного электроснабжения?

Отечественные электросети общего назначения характеризуются довольно невысоким качеством подаваемой электрической энергии: периодические отключения, отклонения частоты, провалы напряжения, высокочастотный шум и др. В том числе установленные ГОСТом требования к качеству электрической энергии нередко малы для современных информационных технологий, а также телекоммуникационного оборудования [1, С.1].

Одно из главных назначений электропитающего оборудования считается обеспечение питания нагрузки с установленным качеством и надежностью. Системы электропитания в совокупности содержат элементы: источники бесперебойного питания (ИБП), электропитающие установки (ЭПУ) с инверторами на выходе, автоматизированная дизельная электростанция (АДЭС). Большинство объектов используют различные комбинации данных источников. Сеть переменного тока основной источник, только где от качества переменного тока ничего не зависит, и допуск перерывов в электроснабжении, а АДЭС и ИБП - дополнительными. Когда перерывы не разрешены, а требования к качеству электрической энергии - большие, то основным источником на сегодняшний день считается питание от сети с использованием ИБП (реже применяются инверторы)[2, С.3].

Что такое источник бесперебойного питания (ИБП)? По сути, источник бесперебойного питания или ИБП - это блок, который поддерживает электропитание части оборудования или нагрузки после отказа основного источника питания. Поэтому ИБП устанавливается между источником электропитания и нагрузкой. ИБП - комбинация преобразователей, переключателей и устройств хранения энергии (например, батарей), составляющих систему питания для поддержания непрерывности мощности нагрузки в случае отказа входной мощности. По сути, существуют две категории ИБП - ротационные системы и статические системы. Статические ИБП обеспечивают выходное напряжение, полученное из сохраненного источника, например, серия батарей через инвертор. При использовании статического ИБП при отсутствии сетевого питания будет отсутствовать видимая потеря питания. Статические ИБП обеспечивают выходное напряжение, полученное из сохраненного источника, например, серия батарей через инвертор. Статические ИБП обычно оснащены аккумуляторными батареями для удовлетворения требований к мощности подключенной нагрузки. Для больших нагрузок требуются большие батареи. Свинцово-кислотные батареи являются наиболее часто используемым аккумулятором. К примеру, если бы неблагоприятная погода привела к снижению воздушных линий электропередачи, сеть могла быть прервана в течение некоторого времени, возможно, дней. Статический ИБП не имел бы возможности поставлять нагрузку в течение нескольких дней, но, тем не менее, он обеспечивал бы достаточное время для резервного копирования информации и данных во время принудительного отключения электроэнергии. Это называется временем автономии. Если установка находится в такой области, для кратковременных потерь мощности может использоваться статическая система с установленным роторным ИБП, для обеспечения альтернативного долгосрочного источника резервного питания. Ротационные системы ИБП состоят из одной или нескольких электрических вращающихся машин для обеспечения выходного напряжения, например: генератор или генераторы с множественной синхронизацией. Система роторного ИБП обычно находится в состоянии покоя до тех пор, пока она не понадобится. Контрольное оборудование будет ощущать потерю сетевого питания, и переключать установку на генератор. Обычно будет период времени, когда нагрузка не будет обеспечена; это может быть период секунд, даже минут, в то время как первичный двигатель запускается, и генератор достигает полной скорости. Это называется автоматическим временем передачи нагрузки [3, С.1], [4, С.4].

Если на объекте связи ЭПУ постоянного тока с дополнительной аккумуляторной батареей (АБ), питание нагрузок, без допуска перерывов в электроснабжении, способно сформироваться через инверторы. При этом предпочтительно, чтобы общая нагрузка, создаваемая инверторами, не превосходила 25% выходного тока ЭП.   Смотря на то, какие повреждения, следует выбирать систему дополнительного электроснабжения. Существует широкий ассортимент автономных видов генераторов: они могут работать на жидком и газообразном топливе, бывают стационарные и переносные, инверторные, с автоматической системой или механическим запуском.

Резервное питание - это дополнительный источник электрической энергии, если исчезнет основная линия, обязан продолжить последующее электроснабжение силовых электрических потребителей. Ими способны являться не только целиком независящие системы электропитания (аккумуляторы, топливные элементы и т.д.), но и резервные линии муниципального электроснабжения [5, С.4]. Резервными источниками электропитания могут быть добавочные параллельные линии электропередач.

Автономное электропитание - это абсолютно отделённая система электроснабжения, которая может производить или передавать накопленную электроэнергию разным потребителям. Подобная система, в случае если пропадет напряжение в главной электросети, обязана брать на себя силовую нагрузку потребителей. К автономному электропитанию можно причислить и химические источники питания и аккумуляторные батареи. Главная концепция подобного типа электрического источника — обеспечение электричеством нагрузки, если отсутствует внешний источник питания. В случае автономного электропитания центром производства электроэнергии считается малые электрогенерирующие системы, которые функционируют с помощью горючего топлива, энергии ветра, солнца, химических реакций.

Данные определения синонимичны, что даёт основание рассматривать их как одно и то же [6, С.2].

Резервное электроснабжение обеспечивает несколько значительных преимуществ: высокая длительность автономной работы при авариях на электросетях, гарантийное обеспечение защиты оборудования от различных повреждений, связанных с электропитанием, повышение срока службы оборудования за счет формирования наилучших условий электроснабжения.

Основная цель дополнительного электропитания – это вовремя подхватить существующую нагрузку и в дальнейшем обеспечить электроэнергией имеющегося потребителя, пока не вернется главное электроснабжение от городской сети. Когда абсолютно отсутствует основной источник электропитания, в дело вступает автономное электропитание.

Существует off-line и on-line системы дополнительного электропитания. В случае когда имеется сетевое напряжение, то блок бесперебойного питания проводит напряжение электросети на нагрузку, в тоже время встроенным зарядным устройством заряжает батареи. Определенные блоки бесперебойного питания могут балансировать выходное напряжение при колебаниях входного напряжения переменного тока. В случае, когда колебания интенсивные, предпочтительно применять специализированный стабилизатор на входе данной системы. Это гарантирует повышение качества выходного напряжения, как правило, встроенные стабилизаторы в блоках бесперебойного питания обладают грубой стабилизацией напряжения с огромным шагом стабилизации [7, С.2].

В период пропадания электроэнергии система почти моментально переходит на подпитку от аккумуляторов, эту энергию преобразовывает в переменный ток стабилизированного напряжения. Как только в системе появилось электричество, проделав анализ качества поступающего напряжения, автоматически перейдет в режим заряжения либо продолжит действие в режиме преобразования восстанавливать нормальное напряжение.

Оn-line система резервного электроснабжения используется если сеть плохого качества [8, С.5].

В Off-line источниках нагрузка подключена к сети. Нагрузка переходит на питание от инвертора при различных нарушениях в сети, с применением энергии своих аккумуляторных батарей. Прямое включение нагрузки в сеть - это главный недостаток Off-line источников. Помехи из сети свободно поступают в нагрузку.        Применяются с целью гарантированного питания некоторых устройств в энергосистемах хорошего качества электрической сети.

Наиболее идеальной модификацией Off-line систем - это интерактивные источники со встроенным стабилизатором входного напряжения, выполнены в виде автотрансформатора с переключающимися обмотками. Данное решение увеличило допускаемый диапазон входного напряжения от 170 до 270 В, при этом не совершается переключение на питание от аккумуляторов. В аналогичных источниках инвертор взамен ступенчатого создает напряжение синусоидальной формы и зачастую считается реверсивным. В обычном режиме инвертор функционирует на заряд аккумуляторов, а в аварийном - на разряд. Дополнительно можно устанавливать трансформатор для гальванической развязки нагрузки от внешней сети [9, С.3].

Линейно – интерактивные источники на мощности от 500 ВА до 5000 ВА менее критично реагируют на качество и отклонения сетевого напряжения, используются вместе с Off-line источниками бесперебойного питания. Характерным признаком режима работы Off-line источников считается, что допуск на частоты входного и выходного напряжений равны, что говорит о том, что нагрузка подключена напрямую к сети.

Инверторные системы бесперебойного электроснабжения обладают таким преимуществами, как: автоматический режим работы в виде резервного источника питания, производит генерацию качественного напряжения на выходе с чистым синусом, значительная надежная исправность, базирующаяся на современных технологиях, системы устойчивы к двойным перегрузкам, могут добавлять мощность к мощности сети или генератора, моментальный гарантированный переход на инверторное дополнительное питание, функционируют также вместе с второстепенными источниками энергии, отсутствие выброса выхлопных газов и шум.

Дополнительными источниками, применяемые в более узких областях системах электропитания могут быть оборудования в которых источником энергии является сжатый воздух, накопительные элементы, основанные на эффекте сверхпроводимости, ионисторы – ультраконденсаторы, фотогальванические панели, элементы работающие на топливе.

Можно приводить примеры таких городов как Берлин и другие, где люди с начала 2000 годов массово начали устанавливать фотоэлектрические системы для своих собственных нужд.

Перспективная гибридная автономная и резервная система электропитания, которая используется в сложных гелиосистемах, была разработана с использованием возобновляемых источников энергии в виде фотогальванических панелей, перезаряжаемых батарей, контроллера заряда и инвертора, который преобразует 12-разрядный постоянный ток низкого напряжения, 24 В до потребительского стандарта ~ 220 В. Эта гибридная система использовалась в сложных гелиосистемах (в случае неустойчивого освещения - солнечные панели на крыше и стенах одновременно расположены или расположены на востоке - западе и т.д.). Оптимизация (замена) солнечного контроллера - это первый шаг к увеличению выработки электроэнергии солнечными батареями без добавления солнечных панелей. Наиболее эффективная модель микроконтроллерного блока для построения гибридной автономной и аварийной системы электропитания была исследована и разработана с использованием модуляции с широтно-импульсной модуляцией (PWM), а также отслеживания максимальной мощности точки солнечной батареи (MPPT), которые используется в комплексной максимальной производительности heliosystems [10, С.6].

На окончательную надежность электросети влияет не только правильно подобранное резервное оборудование, а также решение проблем в системе электросети. При повышении мощности системы электропитания наибольший интерес надо уделять общей единой системе электропитания. Необходим систематический аспект, при котором источники беспе­ребойного питания и другие резервные, дополнительные, автономные источники рассмат­риваются как часть общей системы, содержащей в себе заземления, токораспределительные сети, устройства защиты, автоматики и коммутации в цепях переменного и постоянного тока, электрические фильтры, системы дистанционного контролирования.

Список литературы:

1. Чекстер О.П. Системы электропитания переменным током// Технология и средства связей. – 2007. –№5. – С. 1-10.
2. Ерохов В. Ю., Дружинин А.А. Построение гибридных автономных и резервных систем электроснабжения для сложных гелиосистем.// Технологический аудит и резервы производства . – 2015. –, № 2/1(22). –С.1-6
3. Шпринц Л. Резервное и автономное электропитание - общие сведения [Электронный ресурс]/.- URL: http://electrohobby.ru/rezer_avton_pit_jjp.html , (дата обращения: 01.11.2017).
4. Бубенчиков А.А. Выбор аккумуляторных батарей для систем автономного питания/А.А. Бубенчиков, Р.А. Дайчман, Е.Ю. Артамонова// Научный аспект. –2015. –№ 4. – С. 1–7.
5. Бубенчиков А.А. Анализ генераторов для систем автономного электроснабжения/А.А. Бубенчиков, Р.А. Дайчман, Е.Ю. Артамонова// Научный аспект. –2015. –№ 4. – С. 1–6.
6. Программный комплекс для расчета параметров системы автономного питания на основе ветроэнергетической установки с ротором дарье / А.А. Бубенчиков и др.// Россия молодая: передовые технологии – в промышленность. –2015. –№ 1. – С. 1–3.
7. Целесообразность применения гелиоустановок / А.А. Бубенчиков и др.// Современная наука и практика. –2015. –№ 4(4). – С. 1–3.
8. Расчет рентабельности системы автономного электроснабжения на основе ветроэнергетической установки с ротором дарье/ А.А. Бубенчиков и др.// Россия молодая: передовые технологии – в промышленность. –2015. –№ 1. – С. 1–5.
9. Виды систем резервного электроснабжения [Электронный ресурс]. – URL: http://stroyremned.ru/stroitelstvo/proektirovanie/907-rezervnoe-elektrosnabzhenie-zagorodnogo-doma.html (дата обращения: 01.11.2017).
10. Современные источники питания [Электронный ресурс]. – URL: https://megaobzor.com/sovremennye-istochniki-pitaniya.html (дата обращения: 01.11.2017).