Энергосбережение
Немного истории.
С конца 50-х годов до середины 80-х, внимание энергетиков было сосредоточено на количественном аспекте электропитания и на безопасности использования. Потребители не были столь критичными и последствия из-за плохого качества или отсутствия электропитания были не такими тяжелыми как сегодня.
С 80-х годов до настоящего времени, внимание постепенно сместилось на качество электропитания. Благодаря усложнениям электропотребителей- массовое использование электронных чипов от офиса до телекоммуникаций, от промышленной автоматизации до робототехники, от управления информационными потоками до Интернета, от лабораторных анализов до медицинской диагностики - повышались и требования к качеству электропитания.
Темпы роста 'энерговооруженности' нашего быта достигли впечатляющих вершин - от лампочки освещения и примитивного утюга в 50-х годах, до персональных компьютеров, домашних кинотеатров и разного рода комбайнов в наши дни. Рост же электропотребления в промышленности еще более впечатлителен. В последнее время положение с качеством электропитания усугубилось с появлением энергоемкого оборудования и технологий, управление которыми основано на коммутационном принципе (с помощью реле, контакторов, тиристоров и персональных компьютеров). Это явилось причиной таких нарушений электропитания, как высокочастотные импульсы и помехи в сети, отклонение напряжения от номинального значения и искажение синусоидальной формы напряжения и тока.
Сколько мы платим за электроэнергию, или как к нам залезли в карман.
К сожалению, усилия компаний-поставщиков электроэнергии не только не могут гарантировать потребителям стабильного по величине напряжения, но и часто усугубляют проблему. Так, поставщики электроэнергии, и это не секрет, часто поднимают напряжение в низковольтных сетях с 220380 В (+-5%) до 230400 В (+-10%). В результате множество моторов, осветительных систем и основная часть электрооборудования, рассчитанного на напряжение 220 В, будет потреблять (и это будет оплачено) на 9,3% больше энергии, чем необходимо. Эти и другие нарушения качества электропитания могут привести не только к выходу из строя оборудования, сбоям техпроцессов и потерям данных, но и к человеческим жертвам (при отказе средств жизнеобеспечения и пожаротушения).
Для примера рассмотрим разные электрические устройства и тот эффект, который оказывает на них избыточное и недостаточное напряжение в сети.
В электродвигателях, пусковой момент изменяется в зависимости от напряжения следующим образом. Если напряжение ниже номинального на 10 %, момент падает на 20 % и нагрев обмоток возрастает приблизительно на 7 градусов. Если же напряжение выше номинала на 10 %, ток вырастает на 12 %, нагрев на 10 градусов и потребление энергии на 21 %.
В осветительных системах повышенное на 10 % напряжение увеличивает световой поток на 30 % и снижает ресурс лампы, в среднем, на 40 %. Расход энергии при этом возрастает на 21 %. Снижение напряжения на ту же величину в газонаполненных лампах приводит к потере излучаемого света примерно на 42 %.
В оборудовании, в состав которого входят нагревательные элементы, недостаточное напряжение (-10%) приводит к тому, что процессы, на которые должно затрачиваться, к примеру, 4 часа, продлятся 5 часов, так как количество выделенного тепла изменяется пропорционально квадрату напряжения.
Дешево и сердито
Поскольку проблема не нова и всё вышесказанное хорошо известно, специалистами различных уровней предпринимаются значительные усилия в направлении более эффективного использования энергоресурсов - от разработки устройств, с возобновляемыми источниками энергии, и до более прозаических решений, таких как 'УХОДЯ ГАСИТЕ СВЕТ', где был достигнут довольно значительный прогресс. Однако, многими потребителями электроэнергии пренебрегается эффективнейшая мера энергосбережения с минимумом капитальных вложений - стабилизация напряжения.
Стабилизатор напряжения - это устройство, гарантирующее получение стабилизированного в оговорённых пределах напряжения.
Самыми простыми стабилизаторами являются электромеханические на базе автотрансформатора, где щетки приводятся в движение вдоль вторичной обмотки реверсивным двигателем. Двигатель получает управляющее напряжение по результатам измерения напряжения на выходе.
Эта система в течение гарантийного срока вполне работоспособна, однако при дальнейшей эксплуатации, особенно в наших российских условиях при частых перепадах напряжения, существует опасность выхода из строя механического привода щеток и межвиткового замыкания обмоток из-за их стирания. Поэтому такие качества этого стабилизатора, как повышенная пожароопастность с ростом его мощности и большая инерционность, являются существенным 'противопоказанием' для питания оборудования, требовательного к качеству питания.
Электронные же стабилизаторы, на базе электронных ключей (тиристоров), гораздо быстрее реагируют на управляющие сигналы и, как правило, оснащены соответствующими системами защиты, как нагрузки, так и самого стабилизатора.
Оправданные ожидания
Использование стабилизатора напряжения позволяет обеспечить не только экономию энергии благодаря устранению выше описанных эффектов из-за избыточного и/или недостаточного напряжения в сети, но и -
рост ресурса и производительности оборудования благодаря тому, что оно не подвергается неожиданным изменениям напряжения питания и работает на том напряжении, на которое оно рассчитано;
снижение стоимости обслуживания, т.к. возрастает ресурс оборудования, период замены отдельных узлов или оборудования в целом удлиняется благодаря длительному сохранению ими работоспособности. Количество поломок и отказов также снижается благодаря устранению фактора риска;
адаптацию оборудования рассчитанного на сеть 220380 вольт, при переходе на сеть 230400 вольт без дополнительных капиталовложений. Современный стабилизатор всегда обеспечит требующееся напряжение, а стало быть, и прогнозируемые характеристики оборудования и расход энергии.
Поэтому применение стабилизации напряжения является, пожалуй, самой доступной и эффективной мерой энергосбережения, особенно в условиях, когда управление энергозатратами является ключевым моментом при потреблении электроэнергии.
Дороговато будет, зато без проблем.
Широкое внедрение компьютерной техники, современных приборов и технологий, работа которых существенно зависит от качества электропитания, вызвало потребность в разработке таких систем энергоснабжения, в которых особое внимание уделялось бы вопросам его качества. В свою очередь рост количества электронных устройств, подключенных к электросети, увеличивает вероятность их негативного воздействия на электрораспределительные системы, что требует принципиально нового подхода к разработке мер защиты от такого воздействия. Кроме того, сохранение синусоидальной формы напряжения в цепях нагрузки в наше время столь же важно, как и бесперебойность электропитания.
В настоящее время практически единственной системой энергоснабжения, удовлетворяющей вышеперечисленным требованиям, являются источники бесперебойного питания (ИБП). В современных экономических условиях их использование неизбежно в ключевых и стратегически важных областях применения. К таким ключевым и стратегическим областям относятся различные промышленные процессы с непрерывным циклом, информационные технологии, телекоммуникация, спутниковая и волоконно-оптическая связь, промышленная автоматика, системы жизнеобеспечения зданий, медицинская диагностика и многие другие.
Подтверждением этого является следующий пример. Если напряжение питания персонального компьютера или техпроцесса, управляемого им, находится в пределах + 20 % от номинального значения, никаких проблем в их работе, связанных с питанием, не возникает. Однако, статистика показывает, что из 103 "провалов" напряжения, в среднем случающихся на одном объекте в год, 42 сопровождается 70-процентным отклонением напряжения от его номинального значения. Это означает, что примерно с 50% помех такого рода стабилизация и фильтрация сети питания 'не справляется', что приводит к отключению оборудования и потере результатов работы. Весьма ощутимым следствием перепада напряжения может стать неожиданная перезагрузка компьютера!
Все эти факторы являются реальностью, с которой следует считаться в современной электронике. Причем их последствия в наши дни куда более ощутимы, чем несколько лет назад.
|
