один из изготовителей аккумуляторных батарей. Фирма -- член международной группы Hawker Batteries Group (см. рис. 2.1). Производство расположено в Манчестере (Великобритания). Дистрибьютор на украинском рынке -- фирма Селком (см. стр. 106)) начала производство нового поколения герметизированных батарей. Их первым отличительным признаком является рекомбинация газов при заряде аккумулятора. Вторым -- изготовление сетки пластин из чистого свинца. Аккумуляторы Chloride используются для питания автономных устройств телекоммуникаций, в авиации, в источниках бесперебойного питания. Удельные весовые характеристики аккумуляторов Chloride Industrial Batteries отображены на диаграмме рис. p043. 2.4.1. АККУМУЛЯТОРЫ СЕРИИ POWERSAFE Аккумуляторы Powersafe -- герметизированные аккумуляторы в моноблочном исполнении. Выпускаются в диапазоне емкостей от 19 до 1689 Ач. Аккумуляторы могут соединяться в батареи последовательно до 200 ячеек. Положительные пластины выполнены из сплава свинец-кальций-олово. В батареях серии Powersafe осуществлена 95% рекомбинация газов. В них используются ионообменные мембраны-сепараторы осуществляющие транспортировку ионов кислорода от положительной пластины к отрицательной. Так как скорость газовыделения при заряде на положительном и отрицательном электродах не одинакова используется тот факт, что кислород выделяется на положительном электроде прежде, чем на отрицательной выделяется водород. В то же время необходимо отвести кислород с целью предотвращения окисления положительной пластины аккумулятора. Использование сплава свинец-кальций-олово позволило увеличить напряжение электролиза воды на последней стадии заряда аккумулятора. Ионообменная мембрана-сепаратор является направленным проводником ионов кислорода от положительной пластины к отрицательной. Мембрана-сепаратор имеет преимущественно горизонтальные поры. На отрицательном электроде происходит реакция соединения кислорода с водородом с образованием воды (рис. p041): 2e-- + 2H + 1/2 O2 = H2O. Таким образом, при эксплуатации аккумуляторов Powersafe выделяющиеся газы рекомбинируют с образованием воды. Диапазон напряжений для каждой ячейки батареи Powersafe составляет 2,27...2,29 В при температуре 20oС. Минимальное напряжение разряда -- 1,63 В. Производитель предупреждает, что разряженные до напряжения 1,6 В батареи следует начать заряжать в течение двух минут. Возможно приобретение аккумуляторов со встроенной защитой от глубокого разряда, однако, применяются они исключительно редко. При изменении температуры заряд и подзаряд аккумулятора следует осуществлять с учетом температурных коэффициентов, приведенных в табл. t024. Напряжение заряда определяется умножением номинального напряжения заряда на величину температурного коэффициента. Следует обратить внимание на отличие коэффициентов для различной скорости заряда. Максимальный зарядный ток батарей на протяжении всего времени заряда не должен превышать 10% номинальной емкости для режима трехчасового разряда. В табл. П2 приложения представлены технические характеристики аккумуляторов Powersafe. В таблице представлены 4 типа аккумуляторов. Оптимальные зарядные характеристики аккумулятора Powersafe приведены на рис. p038 и рис. p039. На графике (рис. p038) показана зависимость зарядного тока от времени заряда батарей, а на рис. p039 -- типичное время заряда в зависимости от степени разряда. Контроль степени заряда герметизированных аккумуляторов не может осуществляться по плотности электролита. Для аккумуляторов Powersafe изготовитель приводит зависимость напряжения ячейки и степени ее заряда (рис. p040). 2.4.2. АККУМУЛЯТОРЫ "PURE LEAD TECHNOLOGY" Под надежностью аккумулятора понимают его способность сохранять оговоренные изготовителем характеристики при эксплуатации в течение заданного времени в заданных условиях. Для аккумуляторов характерен большой разброс параметров связанных с технологией изготовления, в частности, с колебанием свойств исходного сырья. Поэтому аккумуляторы часто имеют избыточный запас активных веществ. Существует ряд факторов, которые ограничивают достижение высокой степени надежности батарей: сильное влияние незначительных примесей на свойства активных масс; большое количество технологических стадий; использование широкого ассортимента материалов. Повышение надежности связано, в первую очередь, с тщательным входным контролем всего поступающего сырья и используемых материалов. Аккумуляторы Chloride Industrial Batteries выполнены по технологии Pure Lead Technology (PLT). К ним относятся батареи следующих типов: CYCLON; MONOBLOC; GENESIS; SBS. Основа технологии PLT -- увеличение коэффициента использования элементов конструкции и активных масс электродов. Обычная конструкция аккумулятора обеспечивает их высокую надежность за счет избыточности активной массы электродов, электролита и токоведущих элементов. В них избыток реагентов и электролита составляет 75...85% от теоретически необходимых [5]. Чистые свинцовые решетки пластин впервые были применены корпорацией Gates в 1973 г. (теперь Inc Hawker Energy Products.). Основной особенностью технологии является чистота материалов и использование более тонких пластин из чистого свинца без снижения ресурса аккумулятора. Пластины изготавливаются штамповкой с последующим прокатыванием. При прокатывании происходит уплотнение свинца, закрытие пор и, как следствие, высокая коррозионная стойкость решеток пластин. В сравнении с аккумуляторами других производителей впечатляет температурный диапазон работы (см. табл. t025). Первоначально были разработаны аккумуляторы типа SBS, которые появились в начале 1980 года. Они использовались в авиации и аппаратуре связи. В 1989 году начали выпускаться батареи серий Cyclon Monobloc и Genesis. Пластины в этих аккумуляторах изготовлены из сплава олова и свинца. SBS -- батареи для широкого применения перекрывающие диапазон емкостей от 7 до 350 Ач. Высокая плотность энергии достигнута применением тонких намазных пластин, ионообменных сепараторов и сорбированного электролита. Отличительной особенностью SBS батарей является возможность быстрого перезаряда, т.к. 99% газов рекомбинирует при заряде. Они терпимы к глубокому разряду и могут работать в циклическом и буферном режимах. Особенность конструкции позволяет использовать аккумуляторы в широком диапазоне температур. Верхний предел поднимается до 60oС при использовании дополнительного стального кожуха. Конструкция аккумуляторов Cyclon и Monobloc аналогична аккумуляторам Планте (рис. p042). Их отличительной особенностью является спиральное расположение намазных пластин. Они устойчиво работают в циклическом режиме. Monobloc содержит в одном корпусе несколько банок, откуда и произошло название аккумулятора. Конструкция Genesis -- также моноблочная. Технические характеристики аккумуляторов Genesis приведены в табл. П1 приложения. Батареи от Chloride Industrial Batteries в широком ассортименте используются: в аппаратуре связи; в авиации; в вычислительной технике; в транспортных средствах; в медицинском оборудовании; в автономных возобновляемых источниках энергии. Аккумуляторы Cyclon и Monobloc перекрывают диапазон малых емкостей и предназначены, в основном, для маломощных переносных устройств. Они хорошо работают в циклическом режиме и неприхотливы. Аккумуляторы Cyclon кроме цилиндрического исполнения могут изготавливаться в заданных формах и габаритах для малогабаритной аппаратуры под заказ. Эффективность рекомбинации газов в них составляет 99,7%. Рабочее положение произвольное. Клапан избыточного давления предохраняет батарею от взрыва и срабатывает при давлении 50 МПа. 2.5. ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ Топливные элементы осуществляют прямое превращение энергии топлива в электричество минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного "холодного" горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию. Биохимики установили, что биологический водородно-кислородный топливный элемент "вмонтирован" в каждую живую клетку [9]. Источником водорода в организме служит пища -- жиры, белки и углеводы. В желудке, кишечнике, клетках она в конечноладывается до мономеров, которые, в свою очередь, после ряда химических превращений дают водород, присоединенный к молекуле-носителю. Кислород из воздуха попадает в кровь через легкие, соединяется с гемоглобином и разносится по всем тканям. Процесс соединения водорода с кислородом составляет основу биоэнергетики организма. Здесь, в мягких условиях (комнатная температура, нормальное давление, водная среда), химическая энергия с высоким КПД преобразуется в тепловую, механическую (движение мышц), электричество (электрический скат), свет (насекомые излучающие свет). Человек в который раз повторил созданное природой устройство получения энергии. В то же время этот факт говорит о перспективности направления. Все процессы в природе очень рациональны, поэтому шаги по реальному использованию ТЭ вселяют надежду на энергетическое будущее. Открытие в 1838 году водородно-кислородного топливного элемента принадлежит английскому ученому У. Грову. Исследуя разложение воды на водород и кислород он обнаружил побочный эффект -- электролизер вырабатывал электрический ток. Что горит в топливном элементе? Ископаемое топливо (уголь, газ и нефть) состоит в основном из углерода. При сжигании атомы топлива теряют электроны, а атомы кислорода воздуха приобретают их. Так в процессе окисления атомы углерода и кислорода соединяются в продукты горения -- молекулы углекислого газа. Этот процесс идет энергично: атомы и молекулы веществ, участвующих в горении, приобретают большие скорости, а это приводит к повышению их температуры. Они начинают испускать свет -- появляется пламя. Химическая реакция сжигания углерода имеет вид: C + O2 = CO2 + тепло. В процессе горения химическая энергия переходит в тепловую энергию благодаря обмену электронами между атомами топлива и окислителя. Этот обмен происходит хаотически. Горение -- обмен электронов между атомами, а электрический ток -- направленное движение электронов. Если в процессе химической реакции заставить электроны совершать работу, то температура процесса горения будет понижаться. В ТЭ электроны отбираются у реагирующих веществ на одном электроде, отдают свою энергию в виде электрического тока и присоединяются к реагирующим веществам на другом. Основа любого ХИТ -- два электрода соединенные электролитом. ТЭ состоит из анода, катода и электролита (см. рис. p087) [10]. На аноде окисляется, т.е. отдает электроны, восстановитель (топливо CO или H2), свободные электроны с анода поступают во внешнюю цепь, а положительные ионы удерживаются на границе анод-электролит (CO+, H+). С другого конца цепи электроны подходят к катоду, на котором идет реакция восстановления (присоединение электронов окислителем O2--). Затем ионы окислителя переносятся электролитом к катоду. В ТЭ вместе сведены вместе три фазы физико-химической системы: газ (топливо, окислитель); электролит (проводник ионов); металлический электрод (проводник электронов). В ТЭ происходит преобразование энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую, причем, процессы окисления и восстановления пространственно разделены электролитом. Электроды и электролит в реакции не участвуют, но в реальных конструкциях со временем загрязняются примесями топлива. Электрохимическое горение может идти при невысоких температурах и практически без потерь. На рис. p087 показана ситуация в которой в ТЭ поступает смесь газов (CO и H2), т.е. в нем можно сжигать газообразное топливо (см. гл. 1). Таким образом, ТЭ оказывается "всеядным". Усложняет использование ТЭ то, что для них топливо необходимо "готовить". Для ТЭ получают водород путем конверсии органического топлива или газификации угля. Поэтому структурная схема электростанции на ТЭ, показанная на рис. p088, кроме батарей ТЭ, преобразователя постоянного тока в переменный (см гл. 3.6) и вспомогательного оборудования включает блок получения водорода. Два направления развития ТЭ Существуют две сферы применения ТЭ: автономная и большая энергетика. Для автономного использования основными являются удельные характеристики и удобство эксплуатации. Стоимость вырабатываемой энергии не является основным показателем. Для большой энергетики решающим фактором является экономичность. Кроме того, установки должны быть долговечными, не содержать дорогих материалов и использовать природное топливо при минимальных затратах на подготовку. Наибольшие выгоды сулит использование ТЭ в автомобиле. Здесь, как нигде, скажется компактность ТЭ. При непосредственном получении электроэнергии из топлива экономия последнего составит порядка 50%. Впервые идея использования ТЭ в большой энергетике была сформулирована немецким ученым В. Освальдом в 1894 году. Позднее получила развитие идея создания эффективных источников автономной энергии на основе топливного элемента. После этого предпринимались неоднократные попытки использовать уголь в качестве активного вещества в ТЭ. В 30-е годы немецкий исследователь Э. Бауэр создал лабораторный прототип ТЭ с твердым электролитом для прямого анодного окисления угля. В это же время исследовались кислородно-водородные ТЭ. В 1958 году в Англии Ф. Бэкон создал первую кислородно-водородную установку мощностью 5 кВт. Но она была громоздкой из-за использования высокого давления газов (2...4 МПа). С 1955 года в США К. Кордеш разрабатывал низкотемпературные кислородно-водородные ТЭ. В них использовались угольные электроды с платиновыми катализаторами. В Германии Э. Юст работал над созданием неплатиновых катализаторов. После 1960 года были созданы демонстрационные и рекламные образцы. Первое практическое применение ТЭ нашли на космических кораблях "Аполлон". Они были основными энергоустановками для питания бортовой аппаратуры и обеспечивали космонавтов водой и теплом. Основными областями использования автономных установок с ТЭ были военные и военно-морские применения. В конце 60-х годов объем исследований по ТЭ сократился, а после 80-х вновь возрос применительно к большой энергетике. Фирмой VARTA разработаны ТЭ с использованием двухсторонних газодифузионных электродов. Электроды такого типа называют "Янус". Фирма Siemens разработала электроды с удельной мощностью до 90 Вт/кг. В США работы по кислородно-водородным элементам проводит United Technology Corp. В большой энергетике очень перспективно применение ТЭ для крупномасштабного накопления энергии, например, получение водорода (см. гл. 1). Возобновляемые источники энергии (солнце и ветер) отличаются рассредоточеностью (см гл. 4). Их серьезное использование, без которого в будущем не обойтись, немыслимо без емких аккумуляторов, запасающих энергию в той или иной форме. Проблема накопления актуальна уже сегодня: суточные и недельные колебания нагрузки энергосистем заметно снижают их эффективность и требуют так называемых маневренных мощностей. Один из вариантов электрохимического накопителя энергии -- топливный элемент в сочетании с электролизерами и газгольдерами (газгольдер [газ + англ. holder держатель] -- хранилище для больших количеств газа). Первое поколение ТЭ Наибольшего технологического совершенства достигли среднетемпературные ТЭ первого поколения, работающие при температуре 200...230oС на жидком топливе, природном газе либо на техническом водороде (технический водород -- продукт конверсии органического топлива, содержащий незначительные примеси окиси углерода). Электролитом в них служит фосфорная кислота, которая заполняет пористую углеродную матрицу. Электроды выполнены из углерода, а катализатором является платина (платина используется в количествах порядка нескольких граммов на киловатт мощности). Одна таких электростанций введена в строй в штате Калифорния 1991 году. Она состоит из восемнадцати батарей массой по 18 т каждая и размещается в корпусе диаметром чуть более 2 м и высотой около 5 м. Продумана процедура замены батареи с помощью рамной конструкции движущейся по рельсам. Две электростанции на ТЭ США поставили в Японию. Первая из них была пущена еще в начале 1983 года. Эксплуатационные показатели станции соответствовали расчетным. Она работала с нагрузкой от 25 до 80% от номинальной. КПД достигал 30...37% -- это близко к современным крупным ТЭС. Время ее пуска из холодного состояния -- от 4 ч до 10 мин., а продолжительность изменения мощности от нулевой до полной составляет всего 15 с. Сейчас в разных районах США испытываются небольшие теплофикационные установки мощностью по 40 кВт с коэффициентом использования топлива около 80%. Они могут нагревать воду до 130oС и размещаются в прачечных, спортивных комплексах, на пунктах связи и т.д. Около сотни установок уже проработали в общей сложности сотни тысяч часов. Экологическая чистота электростанций на ТЭ позволяет размещать их непосредственно в городах. Первая топливная электростанция в Нью-Йорке, мощностью 4,5 МВт, заняла территорию в 1,3 га. Теперь для новых станций с мощностью в два с половиной раза большей нужна площадка размером 30x60 м. Строятся несколько демонстрационных электростанций мощностью по 11 МВт. Поражают сроки строительства (7 месяцев) и площадь (30х60 м), занимаемая электростанцией. Расчетный срок службы новых электростанций -- 30 лет. Второе и третье поколение ТЭ Лучшими характеристиками обладают уже проектирующиеся модульные установки мощностью 5 МВт со среднетемпературными топливными элементами второго поколения. Они работают при температурах 650...700oС. Их аноды делают из спеченных частиц никеля и хрома, катоды -- из спеченного и окисленного алюминия, а электролитом служит расплав смеси карбонатов лития и калия. Повышенная температура помогает решить две крупные электрохимические проблемы: снизить "отравляемость" катализатора окисью углерода; повысить эффективность процесса восстановления окислителя на катоде. Еще эффективнее будут высокотемпературные топливные элементы третьего поколения с электролитом из твердых оксидов (в основном двуокиси циркония). Их рабочая температура -- до 1000oС. КПД энергоустановок с такими ТЭ близок к 50%. Здесь в качестве топлива пригодны и продукты газификации твердого угля со значительным содержанием окиси углерода. Не менее важно, что сбросовое тепло высокотемпературных установок можно использовать для производства пара, приводящего в движение турбины электрогенераторов. Фирма Vestingaus занимается топливными элементами на твердых оксидах с 1958 года. Она разрабатывает энергоустановки мощностью 25...200 кВт, в которых можно использовать газообразное топливо из угля. Готовятся к испытаниям экспериментальные установки мощностью в несколько мегаватт. Другая американская фирма Engelgurd проектирует топливные элементы мощностью 50 кВт работающие на метаноле с фосфорной кислотой в качестве электролита. В создание ТЭ включается все больше фирм во всем мире. Американская United Technology и японская Toshiba образовали корпорацию International Fuel Cells. В Европе топливными элементами занимаются бельгийско-нидерландский консорциум Elenko, западногерманская фирма Siemens, итальянская Fiat, английская Jonson Metju. Глава 3 СИСТЕМЫ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Наиболее универсальный вид энергии -- электричество. Оно вырабатывается на электростанциях и распределяется между потребителями посредством электрических сетей коммунальными службами. Массовому потребителю безразлично каким током питаются бытовые приборы до тех пор, пока не мигают или не перегорают лампы освещения, телевизор или другие электроприборы. Повышение грозовой активности, отмеченное в настоящее время, приводит к серьезным последствиям. Попадание молнии в линию электропередач или трансформаторную подстанцию сопровождается электромагнитными импульсами огромной мощности. Они распространяются по всем линиям, включая телефонные и повреждают подключенные устройства. В сложившихся условиях потребителю самому следует принимать дополнительные меры по защите своего оборудования. Представленный анализ типичных нарушений в сетях электропитания и ряда устройств для защиты оборудования позволяет сделать оптимальный выбор. Наиболее распространенным устройством нуждающимся в защите является персональный компьютер. Анализ сбоев и неисправностей проведенный IBM показал, что он подвергается более чем 120-ти нежелательным воздействиям в месяц. Это происходит не взирая на то, что современные источники питания обеспечены быстродействующей защитой. По причине нарушений питающего напряжения в США средние потери рабочего времени составляют 9%. Кроме тривиальной потери данных и периодического "зависания" некачественная электроэнергия отрицательно влияет на работу накопителей информации. Те же проблемы характерны и для таких устройств как факсы, копировальные аппараты и пр. Кроме оргтехники любое оборудование, простой которого приведет к материальным издержкам, а тем более к угрозе человеческой жизни, должно быть защищено. Потери времени, вызванные неработоспособностью электронных устройств, обусловлены причинами соотношение которых отражает рис. p014. Среди них нарушения связанные с несоответствием параметров электроэнергии составляют почти половину. Следует отметить, что нарушение электропитания наносит ущерб соизмеримый со стихийными бедствиями. При неисправностях в сети система защиты отключает потребителей на непродолжительное время (несколько секунд), а затем включает снова. Так возникают "провалы" напряжения. Характерной особенностью настоящего времени является смещение процентного соотношения в сторону полных или кратковременных пропаданий напряжения и мощных импульсных помех в сетях. Броски напряжения, возникающие при аварийных переключениях и отключениях, вызывают перегрузки электрических приборов многократно превосходящие допустимые. Отключение недопустимо для производств с непрерывным циклом и в первую очередь там, где это сопряжено с угрозой для жизни людей. Несоответствие параметров электроэнергии приводит к сбоям и преждевременному выходу из строя электронной техники. Наиболее совершенные источники питания электронных устройств работают в интервале напряжений питающей сети от 100 до 275 В при изменении частоты питающего напряжения от 45 до 60 Гц. Однако, при крайних значениях указанного диапазона они перегружены и не могут устойчиво работать продолжительное время. Традиционно потребители обращают внимание на основные параметры, приводимые изготовителями электрических приборов -- потребляемую мощность, величину и частоту питающего напряжения. Несоответствие качества электроэнергии для потребителя незаметно до тех пор, пока прибор не капризничает или не выходит из строя. Для единичных нагрузок решением тривиальных проблем электроснабжения, связанных с пониженным напряжением, бросками и импульсными помехами, может стать установка стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания (ИБП). Для распределенных нагрузок общей мощностью до нескольких киловатт удовлетворительным может считаться использование распределенных ИБП с группированием расположенных рядом нагрузок. При больших мощностях использование распределенных ИБП экономически нецелесообразно. Системы бесперебойного электропитания -- устройства, основной задачей которых является удержание параметров питающего напряжения большой группы оборудования в заданных пределах при отклонениях параметров напряжения электрической сети и, как следствие, защита электронных приборов по цепи питания. Параметрами, заслуживающими отдельного рассмотрения, являются частота и форма питающего напряжения. Снижение частоты приводит к потерям при передаче электроэнергии (понижение частоты в сети на 0,1% приводит к потере 10% мощности). Отклонение формы напряжения от синусоидальной также вызывает потери. Мы становимся свидетелями снижения частоты до критической нижней отметки, ниже которой ситуация в сетях становится катастрофической. Процессы отключения при таких авариях становятся неуправляемыми, т.к. отключаются большие группы потребителей и неизвестно на каком из них рассеется огромная энергия запасенная в сети. Потери возникают как по вине коммунальных служб, так и по вине потребителей. Уменьшить потери и, соответственно, издержки потребителю позволяет применение отдельных ИБП или систем гарантированного электропитания. 3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОчНИКОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ Исследования AT&T Bell Labs показали, что типичными для сетей являются следующие нарушения: снижение (провалы) напряжения; отключение напряжения; броски напряжения и импульсные помехи; шумовые помехи. Наиболее распространенным нарушением является снижение напряжения на величину более 10%. Такие нарушения составляют 87% (см. рис. p015). В индустриальных зонах кратковременное понижение напряжения может быть вызвано включением мощных потребителей. Так пусковые токи асинхронных двигателей в 7...8 раз превосходят номинальные. Здания старой постройки рассчитывалась на ограниченное потребление электроэнергии. С учетом старения сети в них не соответствуют энерговооруженности современного жилища или офиса. Это приводит к хроническому снижению напряжения в дневное и вечернее время. Броски напряжения и импульсные помехи -- явление не частое. Они возникают во время работы коммутационной аппаратуры или в моменты атмосферных разрядов. Броски напряжения и импульсные помехи обычно имеют неповторяющийся характер. Возникающие импульсы большой мощности приводят к серьезному повреждению электронных устройств. Шумовые помехи с большими уровнями -- явление редкое. Они могут быть периодическими и хроническими. Источником шума с широким спектром излучения является электрическая дуга. Периодические шумовые помехи возникают во время сварочных работ. Хронические -- при работе городского электротранспорта. Практика показывает, что характерными признаками необходимости дополнительных мер защиты оборудования являются: ограниченная мощность ввода и старая разводка в зданиях старой постройки; расположение здания недалеко от строительных площадок и маршрутов электротранспорта; наличие в зданиях мощного индустриального оборудования; расположение оборудования в сельских районах удаленных от местных подстанций; расположение оборудования в зоне с повышенной грозовой активностью. Наиболее простым средством защиты электроприборов потребителя является комбинированное устройство, содержащее фильтр и устройство защиты от перенапряжения в сети. Следует отметить, что фильтр -- устройство симметричное, он подавляет помехи поступающие как из сети, так и от потребителя. Фильтр предназначен для подавления бросков напряжения ограниченной мощности и шумов общего вида. Степень защиты нагрузки определяется временем срабатывания, диапазоном подавляемых частот, степенью подавления и максимальной энергией подавляемого выброса. Стабилизаторы напряжения выдерживают в задаваемых пределах только амплитудные значения напряжения. Их следует использовать в тех случаях, когда применение источников бесперебойного питания экономически нецелесообразно. Стабилизатор увеличивает срок службы Ваших приборов и делает их более экономичными. Название инверторов определяется их функциональным назначением -- способностью преобразовывать постоянный ток в переменный. Их используют как мобильные источники сетевого напряжения в автономных условиях, а в стационарных -- в качестве узлов резервных источников электропитания. Логическим дополнением электрических сетей являются системы бесперебойного электропитания. Они содержат: фильтры, стабилизаторы, инверторы, аккумуляторные батареи, устройства коммутации и пр. Устройство, называемое источником бесперебойного электропитания (UPS -- Uninterruptible Power Systems (Supplies)) может обеспечивать электроэнергией целое здание или домашний компьютер. Поэтому их разделяют на источники малой (до единиц киловатт), средней (от единиц до десятков киловатт) и большой мощности (до нескольких мегаватт). ИБП подключается к сети переменного тока обычного качества и выполняет две функции: улучшения качества электрического питания; резервного источника питания. Больше всего мифов о наилучших принципах работы ИБП распространено продавцами и дистрибьютерами. Нормативные документы, в частности, европейские стандарты EN50091-1 и EN50091-2 не дают определений принципов работы ИБП. Нормируются основные параметры, при соблюдении которых прибор будет соответствовать выбранному стандарту. Следовательно, определение и классификация принципов работы ИБП предложенная фирмой-изготовителем или дистрибьютером вряд ли может служить критерием выбора того или иного устройства. Все выпускаемые в мире ИБП по архитектуре построения можно разделить на два класса: Off-Line (Standby) -- резервные источники; On-Line (Double conversion) -- источники с двойным преобразованием. 3.1.1. РЕЗЕРВНЫЕ ИБП (OFF-LINE) Принцип построения резервных Off-Line систем основан на том, что нагрузка изначально подключена к сети (рис. p016). В случае отключения или отклонения параметров сетевого напряжения от заданных, нагрузка переключается и запитывается от инвертора использующего энергию аккумуляторных батарей. Время старта инвертора и переключения нагрузки обычно не превышает 4-х миллисекунд. Самый большой недостаток Off-Line источников -- непосредственное подключение нагрузки к сети. При этом помехи беспрепятственно попадают в нагрузку. Мощность таких источников находиться в пределах от 250 до 2000 BA. Резервные источники Off-Line получили широкое распространение на нашем рынке благодаря низкой стоимости, простоте эксплуатации, наличию удобного и несложного программного интерфейса и маркетинговой политике известной APC (American Power Conversion). Интерактивные источники (Line-Interactive) Разновидностью Off-Line ИБП являются так называемые интерактивные источники бесперебойного питания. Они получили широкое распространение. Отличительными признаками этих моделей (рис. p017) являются: фильтры; стабилизатор напряжения; входной переключатель; автотрансформатор. В них усовершенствован инвертор и более развит процессор управления. Инвертор вместо ступенчатого формирует напряжение синусоидальной формы. Наиболее совершенные модели позволяют корректировать амплитуду и форму выходного напряжения. Дополнительно может устанавливаться разделительный трансформатор, осуществляющий гальваническую развязку нагрузки от сети. Функция переключения обмоток автотрансформатора позволила расширить диапазон входного напряжения ИБП до 165...275 В (функция переключения -- повышение пониженного напряжения (+40В) и понижение повышенного (-40В) переключением обмоток автотрансформатора). Интерактивные источники могут иметь два режима -- стандартный (Off-Line) и режим переключения. В них может применяться реверсивный инвертор (рис. p018), работающий в "горячем" резерве, т.е. работающий в нормальном режиме на заряд батарей, а в аварийном -- на разряд. Все эти нововведения увеличивают стоимость ИБП, но суть его остается та же -- в нормальном режиме ваша нагрузка подключена к сети. Обобщенные характеристики Off-Line и Line-Interactive источников представлены в табл. t004. В заключение отметим достоинства и недостатки Off-Line источников. Достоинства: простота исполнения; малый вес и габариты; низкая стоимость; низкие эксплуатационные расходы; высокий КПД. Недостатки: инвертор не рассчитан на длительную работу; псевдосинусоидальный выход (кроме Line-Interactive); фиксированное, малое "окно" по входному напряжению; неустойчивая работа в нестабильных сетях; как правило, отсутствие возможности существенно увеличить время автономной работы за счет дополнительных батарей; отсутствие возможности улучшения параметров входного напряжения (кроме Line-Interactive); не работают в условиях ухода частоты сетевого напряжения и от дизель-генератора; не рассчитаны на работу с большими мощностями; отличное от нуля время переключения на батареи в случае аварии сети; слабые возможности по управлению мощностью и нагрузкой. При выборе ИБП отличительным признаком Off-Line режима является равенство допусков на входную и выходную частоты питающего напряжения. Если допуск по частоте на входе ИБП такой же, как и на выходе -- нагрузка подключена непосредственно к сети. 3.1.2. ИБП С ДВОЙНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ (ON-LINE) On-Line системы -- это системы генерирующие собственное, стабильное по амплитуде и частоте, синусоидальное напряжение. Они работают по принципу двойного преобразования напряжения: переменное -- постоянное -- переменное (рис. p019). Входное напряжение от сети переменного тока подается на выпрямитель, где оно преобразуется в напряжение постоянного тока. Это напряжение питает инвертор, а часть энергии используется для заряда батарей. Постоянно работающий инвертор генерирует стабильное напряжение, параметры которого никак не связаны с параметрами входного. ИБП архитектуры On-Line позволяет: исключить амплитудные и частотные искажения; работать в слабых и нестабильных сетях; эффективно подавлять импульсные помехи. При пропадании входного напряжения происходит переход на питание инвертора от батарей с нулевым временем переключения без скачка амплитуды и фазы выходного напряжения. Таким образом, On-Line ИБП представляет собой станцию эталонного синусоидального напряжения. Выходная форма напряжения формируется самим источником и никоим образом не связана с формой напряжения в сети общего назначения. Благодаря минимум двойному преобразованию обеспечивается высокая изоляция выходного напряжения от влияния внешней сети и наоборот, что существенно для защиты информации от несанкционированного доступа со стороны сети общего назначения. Наиболее совершенные On-Line ИБП выполняют до четырех преобразований: переменное сетевое напряжение -- в постоянное; постоянное -- в постоянное напряжение промежуточной шины; напряжения батарей в напряжение промежуточной шины; напряжения промежуточной шины -- в выходное переменное напряжение. ИБП такого типа снабжены входными и выходными фильтрами, разделительными трансформаторами. Они допускают широкий диапазон изменения входного напряжения без отбора мощности батарей. Более того, снижением мощности нагрузки можно понизить минимальный уровень напряжения перехода на питание от батарей (до 120 В), что существенно для успешной работы в сети с хронически пониженным напряжением. Современные On-Line системы способны работать в качестве преобразователей частоты для питания оборудования не соответствующего отечественным стандартам, например, 60 Гц. Для нормирования степени защиты электронных устройств разработаны тесты, которые моделируют сетевые процессы и позволяют измерить степень защиты нагрузки. Тестирование может осуществляться по спецификации Института Инженеров-электриков IEEE-587. Каждой категории защиты соответствуют определенные условия теста (см. табл. t003). 3.2. ИБП CHLORIDE POWER ELECTRONICS Ни одна сеть не обладает иммунитетом к проблемам, связанным с питанием. Если сеть не защищена от таких опасностей, как шум линии, отключение питания, скачки и падения напряжения -- вы рискуете столкнуться с потерями информации, производительности и оборудования. Этот риск сам по себе достаточен для того, чтобы убедить любого руководителя в необходимости защиты электропитания. Никогда не забывайте старую истину: "Предупреждение лучше лечения". Это относится не только к здоровью, но и к состоянию сети. В ИБП Chloride Power Electronics две архитектуры объединены так называемым интеллектуальным ключом. Выбор одного из описанных выше режимов работы ИБП означает отказ от преимуществ другого. С этим связано появление гибридных моделей, способных работать в нескольких режимах. Цифровой режим Line-Interactive обеспечивает высокую надежность при максимально низких эксплуатационных затратах. Режим двойного преобразования -- наивысшую степень защиты и показатели качества электроэнергии. ИБП Chloride Power Electronics осуществляют: автоматический контроль за рабочими характеристиками; управление инверторами на высокой частоте; программное управление нагрузками; выдачу сообщения о корректирующих действиях при восстановлении оптимальных условий работы. Общие сведения об ИБП Chloride Power Electronics представлены в табл. t005. Модель Synthesis ИБП Synthesis (рис. p021), структурная схема которого представлена на рис. p046, включает: входной преобразователь 1; батарею аккумуляторов 2; инвертор 3; преобразователь 4; переключатели S1...S5; предохранители F1...F3. ИБП имеет два входа. Управление может осуществляться программно и в ручном режиме. В автоматическом режиме схема управления изменяет структуру в соответствии с парами нагрузки. Нагрузка может питаться через: основной вход -- преобразователи 1, 3 или батарея -- преобразователь 3; дополнительный вход -- преобразователь 4 (переменного тока в переменный). Ручной сервисный переключатель S1 и синхронные тиристорные S2...S5 позволяют изменять архитектуру источника без перерывов питания. Входной преобразователь выполняет функции выпрямителя и зарядного устройства. При отключении питания по одному из входов источник питает нагрузку от батарей. Наличие двух входных линий позволяет использовать ИБП Synthesis совместно с автономными источниками без доработок. Например, дизель-генератор с автоматическим запуском (см. гл. 4.1) может подключаться к основному входу. При отключении сетевого напряжения по дополнительному входу, источник будет питать нагрузку на время запуска и выхода на режим генератора. После появления устойчивого напряжения от генератора на основном входе источник переключит нагрузку на генератор. Система двойного преобразования надежно защищает нагрузку от девиации частоты -- основного недостатка дизель-генераторных установок. Технические характеристики ИБП Synthesis представлены в табл. t006. Здесь представлены однофазные и трехфазные ИБП от 6 до 20 кВА. Отличительной особенностью моделей Synthesis является высокий коэффициент мощности на входе. Аккумуляторная батарея, как сердце каждого ИБП -- ответственный элемент. Герметизированные батареи, которыми оборудован Synthesis, не нуждаются в обслуживании, но требуют бережного отношения (см. гл.2). Использование автоматического управления зарядными характеристиками позволяет максимально увеличить срок службы батареи (до 30%). Автоматика осуществляет: температурно-компенсированный заряд батареи; автоматическое тестирование батареи; контроль циклов заряда-разряда; регулирование напряжения окончания заряда в зависимости от длительности разряда; расчет времени автономной работы в зависимости от реальных условий. Наращивание мощности может осуществляться двумя путями: параллельным подключением дополнительных ИБП; модернизацией имеющегося ИБП (см. стр. 106). Модель EDP-90 Отличительной особенностью ИБП серии EDP-90 является широкий диапазон мощностей и возможность подключения нелинейной нагрузки. Это возможно благодаря использованию дополнительных фильтров. Тщательная фильтрация напряжения позволяет нормировать характеристики напряжения до 19 гармоники. В результате гарантируется коэффициент мощности до 0,9 при работе с нелинейной нагрузкой. ИБП серии EDP-90 устойчиво работают с дизель-генераторами. Этому способствует как эффективная фильтрация, так и структурные особенности источников. Структурная схема ИБП EDP-90 представлена на рис. p044. Она включает: входной преобразователь 1; батарею аккумуляторов 2; инвертор 3; синхронный переключатель 4; переключатели S1...S4; предохранители F1...F3. В отличие от структуры Synthesis (рис. p046) EDP-90 содержит статический трехвходовой ключ. Он позволяет синхронно переключать структуру ИБП при подключенной нагрузке большой мощности без фазовых скачков. При больших мощностях такие скачки наиболее опасны. Степень защиты нагрузки Если условия подачи электроэнергии нестабильны, например, если оборудование подвергается постоянным отключениям (десятки раз в год) или сеть выполнена более 10 лет назад -- в такой ситуации следует продумать повышение степени защиты (количество и тип защищаемых компонентов сети), а также выбор модели развертываемых ИБП. Высокий уровень защиты также необходим в случае, когда повседневная жизнь организации в значительной степени зависит от работы сети. Каждый ИБП должен обеспечивать необходимый уровень защиты питания. Уровень защиты конкретного оборудования зависит от качества энергоснабжения и возможных затрат, которые компания понесет в случае снижения производительности или выхода из строя дорогостоящего оборудования. Повышение надежности систем бесперебойного питания обеспечивают: параллельное резервирование устройств; диспетчерская система технического контроля и обслуживания. Важным аспектом, который необходимо учитывать при установке ИБП, является выбор производителя, предоставляющего техническую поддержку отвечающую вашим потребностям. Необходимо изначально получить ответ на вопрос какие затраты повлечет модернизация программного обеспечения и какие типы поддержки доступны? Интеллектуальные ИБП ИБП -- весьма важные компоненты любой сети; но мало установить ИБП, необходим еще и контроль над правильностью их работы. Если ИБП больше десятка, то необходим эффективный способ их контроля и управления. Администраторы сетей должны постоянно проверять заряд батарей, а также контролировать температуру и качество проводки. Управление электропитанием является составной частью системы защиты питания. Chloride Power Electronics предоставляет вместе со своими системами управляющее программное обеспечение. Программно управляемые источники бесперебойного питания называются интеллектуальными. Подобные устройства могут регистрировать события, непрерывно контролировать качество энергоснабжения, сообщать о состоянии батарей и выполнять другую диагностику. Программное обеспечение ИБП способно строить полезные диаграммы характеристик описывающих качество электропитания, в частности, частоты и уровня напряжения. Используя программы управления ИБП, необходимые характеристики можно отображать или сохранять в базе данных для анализа. Возможность контроля напряжения удобна для предотвращения и диагностирования сбоев в сети. Например, повышенное напряжение распознается и корректируется до того, как оно "сожжет" оборудование. Повышение надежности ИПБ Повышение надежности систем электропитания достигается параллельным включением источников (рис. p045). Для обеспечения повышенной надежности система строится по схеме N+1. В случае выхода из строя одного из источников он блокируется, а система продолжает работать. Chloride Power Electronics предлагает две конфигурации параллельных систем: централизованные (с выходным устройством СОС -- Common Output Cubicle); распределенные. Достоинство первой конфигурации -- простота обслуживания и управления. Недостаток -- увеличение стоимости за счет СОС. Достоинства второй конфигурации -- простота инсталляции и цена. Недостаток -- сложность обслуживания и ремонта. Удаленный контроль и управление ИБП Chloride Power Electronics кроме традиционных атрибутов включает современную систему теледиагностики LIFE. Она позволяет обслуживать ИБП из центра технического обслуживания ежедневно в автоматическом режиме. Такой сервис позволяет не тратить время на обслуживание. ИБП передает по модему всю информацию о своем рабочем состоянии в центр технического обслуживания в установленное время и, конечно же, в любой момент, если произошло отклонение заданных параметров от нормы. Такая связь позволяет персоналу центра непрерывно наблюдать за работой источников. Анализируя функционирование ИБП и параметры сети специалисты центра в случае неисправности сразу прибудут для устранения неполадок без дополнительного приглашения. Украинская фирма "Селком" предлагает индивидуальное проектирование, поставку, установку, монтаж и обслуживание систем бесперебойного электропитания (см. стр. 106). 3.3. ИБП AMERICAN POWER CONVERSION По данным журнала "Line Magazine" около 50% мирового объема продаж ИБП малой и средней мощности принадлежит American Power Conversion (APC). По мнению авторизованных дистрибьютеров APC в Украине наибольшее распространение, к настоящему времени, получили ИБП Back-UPS. Приборы этой серии перекрывают диапазон мощностей от 250 до 1250 ВА, что соответствует полезной мощности от 170 до 900 Вт. Основное отличие от других серий -- форма выходного напряжения (рис. p030 а). На рис. p031 показана структурная схема ИБП этой серии. Источник работает в двух режимах. Выбор режима "Standby" или "Батарея" регламентирует приоритет одной из двух цепей питания. В режиме "Standby" нагрузка подключена через ограничитель напряжения и фильтр непосредственно к сети. Самой распространенной проблемой сетей питания для компьютеров является пониженное напряжение. Безусловным достоинством блоков моделей Back-UPS является малое время переключения -- 2...4 мс включая время распознавания. Во всех моделях серии Back-UPS переключение нагрузки на работу от батарей происходит при снижении сетевого напряжения ниже 196 B +5%, а у моделей Back-UPS 900 и 1250 и при превышении 264 B +5% [11]. Следует отметить другую проблему зачастую превосходящую предыдущую -- броски напряжения в сети. Источники предотвращают повреждение и увеличивают срок службы компьютеров. Справедливости ради, отметим, что тем самым они укорачивают свой срок службы. Зарегистрированы случаи превышения сетевого напряжения выше 300 В. В таких случаях ИБП, не имеющий защиты от перенапряжения по входу, защищая компьютер выходит из строя. 3.3.1. ВТОРОЕ И ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ ИБП APC Представители второго поколения ИБП APC -- Smart-UPS. Маломощные модели этой серии выполнены в виде подставки под монитор (AP 250i и AP 400i см. табл. t014). В отличие от Back-UPS модели Smart-UPS вырабатывают трапецеидальное, ступенчатое или синусоидальное напряжение и имеют промежуточные режимы работы. Например, приборы серии Smart-UPS XL работают следующим образом: при напряжении сети в интервале 253...282 В прибор переходит в режим ограничения напряжения (Trim); при напряжении сети в интервале 176...196 В прибор переходит в режим повышения напряжения (Boost); при напряжении ниже 173 В или выше 282 В переключается на батарею аккумуляторов (см. табл. t014). Smart-UPS 2000 состоит из двух блоков. В одном находятся батареи, а в другом -- электроника. Он допускает подключение до 10 дополнительных батарей. ИБП серий Back-UPS Pro и Matrix-UPS Маломощные модели BP280I, BP420I и BP650I при работе от батарей на выходе генерируют сигнал трапецеидальной формы. Модели BP1000I и BP1400I -- сигнал ступенчатой формы (рис. p030 б). ИБП Back и Smart второго поколения не имеют отключения нейтрали. Модели третьего поколения (рис. p036) разрывают оба сетевых провода. Это повышает электробезопасность источников третьего поколения. Matrix-UPS состоит из трех блоков: управления; трансформаторов; аккумуляторов. Блочное исполнение позволяет оперативно наращивать количество батарей и, таким образом, увеличивать время автономной работы до 3-х часов. Структурная схема Matrix-UPS представлена на рис. p035. Коррекция напряжения без перехода на батареи осуществляется переключением обмоток трансформатора. Matrix-UPS построен по гибридной схеме Line-Interactive. Входная обмотка трансформатора W1 осуществляет гальваническую развязку нагрузки с сетью. Выходное напряжение ИБП корректируется переключением вторичных обмоток трансформатора Т1. Переключатель S2 обеспечивает коэффициент трансформации Т1 равным 1 (bypass). Летом этого года APC объявила о выпуске новых ИБП Symmetra Power Array мощностью 6...20 кВА. Они разработаны для защиты нескольких серверов и важных деловых приложений. 3.3.2. ВЫБОР ИБП Все электрические устройства потребляют энергию. В документации изготовители приводят полную или активную потребляемую устройством мощность. Полная мощность представляет собой геометрическую сумму активной и реактивной мощности. Она определяет максимальную электрическую нагрузку оборудования. Значение полной мощности в цепи переменного тока определяется произведением эффективных значений тока и напряжения. Она измеряется в вольтамперах (см. табл. t013) [12]. Активная мощность характеризует полезную электрическую мощность. При комплексной нагрузке в цепи переменного тока только активная составляющая является полезно используемой. Активная мощность измеряется в ваттах (см. табл. t013). Реактивная мощность не оказывает непосредственного воздействия на нагрузку. Она обусловлена возникновением поля при наличии в цепи индуктивности или емкости. Отличие формы тока или напряжения от синусоидальной вызывает возникновение мощности искажений как составляющей реактивной мощности. Такие искажения присутствуют и при использовании ИБП с несинусоидальной формой выходного напряжения. Коэффициент мощности характеризует ту часть полной мощности, которая обусловлена активной составляющей и является полезной. Коэффициент мощности -- отношение активной составляющей мощности устройства к полной мощности. При синусоидальной форме напряжения и тока за коэффициент мощности принимают значение косинуса угла сдвига фаз между фазным током и напряжением. С экономической точки зрения потребителем энергии с помощью компенсирующих схем должны приниматься меры к тому, чтобы в электрических сетях между генератором и нагрузкой имело место как можно меньшее колебание реактивной мощности, т.е. коэффициент мощности должен иметь как можно более близкое к 1 значение (не следует путать коэффициент мощности с коэффициентом полезного действия, который определяется как отношение входной мощности к выходной). Преимущественно все устройства обладают реактивностью. Большинство нагрузок имеет индуктивный характер (см. табл. t023). Коэффициент мощности узлов компьютеров, находится в пределах 0,6...0,8. Повышение коэффициента мощности приводит к экономии электроэнергии. Этого можно достичь используя ИБП. Во многих случаях увеличение коэффициента входной мощности, кроме снижения потребления электроэнергии, предотвращает также повышение тарифов на электроэнергию, которые взимаются за коэффициент мощности ниже 0,9. Соотношение между активной мощностью нагрузки и полной мощностью ИБП должен составлять приблизительно 0,7. Например, для компьютера мощностью 170 Вт выбирают ИБП мощностью 170 Вт/0,7 = 250 ВА. Выбирая ИБП или стабилизатор необходимо использовать в расчетах максимальное значение мощности нагрузки. Для надежной продолжительной работы ИБП значение мощности должно быть выше расчетного значения на 20...50%. Время работы от батареи определяет период, в течение которого ИБП обеспечивает электропитание (при определенной величине нагрузки) защищаемого устройства. В общем случае время работы батареи следует принять равным, по крайней мере, пятнадцати минутам. Иначе гарантировать работу компонентов сети в течение периода времени превышающего обычную продолжительность отключения питания весьма проблематично. Если этого недостаточно, выберите ИБП с возможностью наращивания емкости батарей и рассмотрите возможность приобретения резервного генератора (см. гл. 4.1). Все ИБП оснащены герметизированными (см. гл. 2), не требующими ухода, кислотными аккумуляторами. Изготовители указывают сок службы аккумулятора 3...6 лет в составе ИБП. Как показывает практика, срок службы батарей редко достигает нижней границы, что обусловлено нестабильностью сетевого напряжения в сетях. Поэтому целесообразно приобретать ИБП в авторизованных центрах APC, которые выполняя гарантийные обязательства фирмы-изготовителя производят безвозмездную замену аккумуляторных батарей вышедших из строя во время гарантийного срока эксплуатации. Один из авторизованных представителей APC -- фирма "Епос" (см. стр. 106). 3.3.3. СОЕДИНЕНИЕ ПРИБОРОВ Правильность подключения приборов определяется схемой используемой сети и правильно выполненными заземлением и занулением. Подавляющее большинство сетей -- сети с заземленной нейтралью. Различают заземление защитное и рабочее. Защитным заземлением называется заземление части электроприбора с целью обеспечения электробезопасности. Рабочим заземлением называется заземление какой-либо точки токоведущих частей электроприбора необходимое для обеспечения его работы. Единственным назначением защитного заземления является защита человека от поражения электрическим током. Поэтому ни в коем случае нельзя заземлять приборы на трубы водоснабжения, отопления и другие, не предназначенные для этого, предметы. Этим Вы подвергаете опасности себя и других людей, например, обслуживающих системы водоснабжения. В дополнение можно добавить, что ничего кроме вреда такое "заземление" не принесет. Занулением называется преднамеренное соединение частей электроприбора, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока или с глухозаземленным выводом источника однофазного тока или с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока. Назначение зануления -- вызвать срабатывание защиты с целью предотвращения выхода прибора из строя. Большая часть приборов, которые питаются через ИБП, например, компьютеры, оргтехника и пр. подключаются по трехпроводной схеме. При этом используются штатные соединители, представленные в табл. t022. Выбор соединителя осуществляется исходя из максимально допустимой мощности подключаемых приборов. Использование специальных соединителей позволяет исключить непреднамеренное подключение бытовых приборов, например, пылесоса или кипятильника в сеть источника бесперебойного питания. Такое включение может вывести ИБП из строя. Кроме того, неправильное подключение приборов, связанных между собой через интерфейс, при подключении к разным фазам электросети или неправильно выполненном заземлении приведет к повреждению обоих приборов. Применение специальных соединителей также исключает непреднамеренное ошибочное подключение приборов. Если несколько устройств связаны между собой линией данных (см. рис. p047), то устойчивость обмена в большой степени определяется правильно выполненными соединениями. Основным условием является следующее: все заземляющие проводники, идущие от устройств, должны соединяться в одной точке. Если это условие не выполняется в сети возникает шум. Различают шумы общего вида и межсистемные шумы. Шумы общего вида возникают во всех активных устройствах и, в основном, хорошо подавляются источниками питания. Одна из причин возникновения межсистемных шумов -- протекание уравнивающих токов. Они вызваны неравенством потенциалов соединяемых точек. Уравнивающие токи протекают по общему проводу линии данных, например, интерфейсов соединенных между собой устройств заземленных на различные контуры, при неравных потенциалах точек заземления или неправильном подключении заземляющего провода. 3.3.4. ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ИБП При нестабильности в сетях из-за близко расположенных строек, трамвайных линий, ИБП постоянно переходит на работу от батарей не успевая заряжать аккумуляторы. В таких случаях не только уменьшается срок службы аккумуляторов, но и выходят из строя коммутирующие элементы. Вышедший из строя ИБП нецелесообразно пытаться отремонтировать самостоятельно. Отсутствие технической документации, комплектующих и стенда для контроля сведут ваши усилия на нет. После ремонта на стенде контроля осуществляется регулировка формы, частоты и амплитуды выходного сигнала; уровни заряда батарей и переключения нагрузки. Приборы проверяются тестами нагрузки и короткого замыкания, на время удержания и т.д. Так проверяют ИБП в авторизованных центрах APC (см. стр. 106). Если Вам необходима консультация или Ваши устройства нуждаются в квалифицированной технической поддержке, рекомендуем обратиться в сервисный центр фирмы "Епос" (эпос [греч. epos -- слово, повествование], один из трех родов художественной литературы, особенностями которого являются: развернутое повествование, завершенность событий, развитие характеров). Фирма "Епос" была создана более четырех лет назад с целью выполнения работ и оказания услуг в области сложной электронной техники. Исходя из этого и было выбрано название фирмы -- Електронiка ПОСлуги. Наилучшим тестом для любого аппаратного комплекса является результат выполненной на нем работы. Такой результат -- книга, которую Вы держите в руках. Книга сделана на технике от "Епоса". 3.4. ИБП BEST POWER Best Power -- американская производственная компания, входящая в индустриальную группу General Signal, является известным производителем источников бесперебойного питания. В июне 1995 года Best Power объединилась с рядом отделений Sola Electric. В Украине Best Power представляет фирма Бест Пауер Украина (см. стр. 106). Прежде чем купить ИБП следует составить план адекватной защиты сети на случай перебоев с энергоснабжением. Если такого плана нет, то тянуть с этим вопросом не стоит. План должен определять требования по защите компонентов сети. Составив подобный план оцените состояние электрической сети. Учитывая влияние перебоев в сети на оборудование, решите какие компоненты больше всего нуждаются в защите. Лишь имея основательное представление о сети вы сможете выбрать устройство отвечающее вашим потребностям. Используйте общие характеристики ИБП Best Power, которые приведены в табл. t015. Далее, наряду с описанием особенностей моделей, будут приведены конкретные рекомендации по использованию ИБП для часто используемых приложений. Best Power предлагает для энергозащиты оборудования однофазные и трехфазные системы бесперебойного питания способные работать практически с любой нагрузкой (кресс-фактор (кресс-фактор -- коэффициент формы) от 2,7 до 3,5). Учитывая спрос и традиционные симпатии потребителей, Best Power выпускает источники всех известных архитектур. Патентночистые технические решения позволили компании создать ИБП с техническими характеристиками удовлетворяющими требованиям питания телекоммуникационных систем, медицинского оборудования, компьютеров и другой электронной техники. Наиболее общей характеристикой нагрузки является потребляемая мощность (см. гл. 3.3.2). Следует оценить диапазон изменения напряжения сети, при котором источник переключается на батареи (строки "Уровень" и "Режим" в табл. t015). В случае отключения энергоснабжения все ИБП обеспечивают питание от батарей в течение указанного в табл. t015 периода времени. Убедитесь в том, что ИБП надлежащим образом корректируют характеристики напряжения переменного тока в случае питания от электросети. Если имеет место шум линий -- выбранный ИБП должен содержать фильтр, если напряжение подвержено спадам -- ИБП должен обеспечивать регулировку напряжения. Для всех моделей в табл. t015 указаны допуски выходного напряжения. В любом случае обязательна встроенная защита от выбросов напряжения. Даже если выбросы, происходящие по вине коммунальной службы, в вашей практике редкость, позаботиться о защите от них стоит, поскольку для выхода из строя оборудования может быть достаточно одного (пусть даже случайного) выброса. Обобщение опыта фирмы Бест Пауер Украина позволяет рекомендовать конкретные модели источников для часто используемых приложений. 3.4.1. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИБП ИБП серии Patriot применяются в качестве автономных источников сетевого напряжения в тех случаях, когда нагрузка не критична к форме питающего напряжения. Благодаря хорошим удельным показателям и "холодному старту" модели Patriot используются для настройки тюнеров спутникового телевидения, спутниковых антенн и пр. Модели Best 510 хорошо зарекомендовали себя в работе с мини-АТС и охранными системами. Они надежно работают с оборудованием критичным к форме питающего напряжения, но допускающим небольшое время переключения (2мс). Источники Fortress и Best 610 применяются для обеспечения питания радиостанций, телевизионного и медицинского оборудования и потребителей, для которых недопустимы перерывы в электропитании при переходе на батареи. При больших мощностях и продолжительных перерывах централизованной подачи электроэнергии экономически целесообразно использование ИБП совместно с дизель-генераторами (см. гл. 4). На все изделия фирма Бест Пауер Украина (см. стр. 106) предоставляет гарантию два года и обеспечивает замену неисправного гарантийного оборудования в течение четырех часов со склада. Все модели ИБП Best Power имеют интерфейсный порт для связи с компьютером. В поставку входит программное обеспечение для контроля и управления в среде DOS, Windows 3.xx, Windows95, NT, OS/2, UNIX, Novell NetWare. 3.4.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИБП ДЛЯ ОРГТЕХНИКИ Приборы чувствительные к электронным помехам, но не требующие бесперебойного питания, могут запитываться через стабилизаторы напряжения Citadel. В качестве регулирующего элемента в них применен феррорезонансный трансформатор. Аналогичный трансформатор применен в ИБП Ferrups. Фильтр стабилизатора обеспечивает ослабление импульсных помех в 250 раз. Технические характеристики стабилизаторов Citadel приведены в табл. t028, t029. В стабилизаторах Citadel возможна корректировка входного коэффициента мощности. Они отвечают европейским стандартам по электробезопасности. Нагрузка, подключенная через стабилизатор, гальванически развязана от сети. ИБП Patriot рекомендованы к использованию для офисных приложений. Серия Patriot -- Off Line источники имеющие время переключения 2...4 мс. Они обеспечивают защиту от бросков напряжения и помех в сети. На индикаторе передней панели отображаются параметры состояния сети и батареи. Кроме того, ИБП предупреждает звуковыми сигналами о предусмотренных аварийных режимах. Они совместимы с компьютерами с корректировкой коэффициента мощности. Модели мощностью 420 ВА и более имеют коммуникационный порт, что позволяет контролировать работу источника используя программное обеспечение. ИБП Best-510 рекомендованы к использованию для группы пользователей 5...8 компьютеров. Модель Best-510 -- Line-Interactive со стабилизацией выходного напряжения. Для работы при пониженном напряжении сети используется режим повышения напряжения (boost). Расширенное программное обеспечение дает полную информацию о параметрах напряжения сети и ИБП. ИБП Fortress рекомендованы к использованию для серверов и групп пользователей. В моделях Fortress микропроцессор непрерывно анализирует форму синусоиды, и при ее отклонении более чем на 10% вырабатывает корректирующие сигналы. Дискретное регулирование выходного напряжения обеспечивает широкий диапазон входного напряжения, при котором не расходуется энергия батареи аккумуляторов. Напряжение стабилизируется в пределах задаваемых пользователем вручную или через интерфейс. В модели Fortress программируется 15 параметров входного и выходного напряжения источника. ИБП Best-610 рекомендованы к использованию для нагрузок критичных к параметрам сетевого напряжения. ИБП Best-610 -- относятся к классическим источникам структуры On-Line с двойным преобразованием. В них отсутствует перерыв в питании нагрузки при пропадании сетевого напряжения. Несомненным преимуществом Best-610 является низкий коэффициент нелинейных искажений (до 3%), гальваническая развязка и встроенный электронный bypass. Существует возможность использования встраиваемого SNMP-адаптера. ИБП Unity/1 рекомендованы к использованию для работы группы пользователей до 60 компьютеров. ИБП Unity/1 -- Line-Interactive ИБП с параллельным преобразованием энергии. Позволяет компенсировать реактивную мощность нагрузки (коэффициент мощности 1) и корректировать частоту выходного напряжения, что особенно важно при работе от автономных источников энергии, таких как дизель-генератор. Fortress и Unity/1 -- источники корректирующие форму синусоиды. При сбое сети, на выходе нет фазовых скачков или искажений, что обеспечивается нулевым временем перехода на батареи. В момент отключения напряжения сети Fortress использует энергию магнитного поля трансформатора, а Unity/1 -- энергию накопленную в батарее конденсаторов. Ferrups рекомендован к применению для защиты серверов и мощных рабочих станций. Ferrups -- наиболее надежный (наработка на отказ -- 19 лет) источник бесперебойного питания обеспечивающий эффективную защиту от помех. Он имеет увеличенный диапазон входных напряжений при работе от сети. На выходе ИБП включен коммутируемый трансформатор. Заряд батареи расходуется при падении входного напряжения на 38% ниже номинального. Для энергозащиты отделов, этажей и зданий Best Power предлагает мощные трехфазные системы бесперебойного питания способные работать с любой нагрузкой (до 3 МВА) в течение заданного потребителем времени. Обычно программы управления ИБП выполняются на рабочих станциях подсоединенных к компьютерной сети и используют собственные протоколы для взаимодействия с ИБП. Такая схема работает только с продуктами одного производителя. Однако, если в сети установлены приборы от различных производителей -- управлять ими следует посредством протокола SNMP. Группа инженерной поддержки Internet (IETF) разработала проект стандарта, определяющего структуру информационной базы (MIB), для источников бесперебойного питания управляемых посредством протокола SNMP. Примером производителя ИБП, предлагающего в настоящее время интерфейсы SNMP, служит Best Power. Адаптер SNMP позволяет осуществлять удаленный контроль и управление источником переменного тока по протоколу TCP/IP (рис. p048). 3.5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ФИРМЫ BENNING Более 30% вырабатываемой электроэнергии (рис. p022) потребляется в преобразованном виде -- постоянного или переменного тока с частотой, отличной от промышленной. Наблюдается тенденция роста использования преобразованной электроэнергии во многих областях техники, где до сих пор применялся исключительно трехфазный ток промышленной частоты. Силовые полупроводниковые устройства служат для преобразования: переменного тока в постоянный; постоянного тока в переменный; переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты; низкого постоянного напряжения в высокое постоянное напряжение. Благодаря высокой частоте преобразования обеспечивается КПД порядка 90...95%, нормируемые статические и динамические характеристики. Основными характеристиками преобразовательных устройств являются: коэффициент полезного действия; коэффициент мощности; массогабаритные характеристики. Фирма Benning является ведущим европейским производителем систем гарантированного электропитания. Основана в 1938 году Тео Беннингом старшим. Многолетний опыт работы, инновационные конструкторские решения, новейшие технологии позволяют уверенно занимать лидирующие позиции на европейском рынке, в Азии и на Ближнем Востоке. На предприятиях фирмы трудится около 800 человек обеспечивая годовой оборот в 600 миллионов немецких марок. Области применения продукции фирмы -- системы электропитания для аппаратуры связи, индустрии и электрических станций. Benning производит зарядные устройства для широкой номенклатуры батарей, системы бесперебойного электропитания, измерительные приборы. Предприятие по праву является производством с высоким уровнем культуры. Подтверждение тому сертификация продукции по системе ISO 9002 и ISO 9003. В Украине продукцию репрезентует представительство фирмы Benning (см. стр. 106). Аппаратура Benning успешно эксплуатируется на предприятиях связи, электрических станциях (в т.ч. атомных), магистральных линиях связи. Системы электропитания обеспечивают бесперебойное электроснабжение. Преобразовательные устройства Benning обладают высокими регулировочными характеристиками и энергетическими показателями, имеют малые габариты и массу, просты и надежны в эксплуатации, обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых цепях, а также регулирование тока и напряжения. Благодаря указанным преимуществам они получают широкое применение в следующих отраслях: радиоэлектронная аппаратура и автоматика; электросварка; цветная металлургия; химическая промышленность; электроприводы; гальванотехника; электрохимическая обработка металлов. Появление новых полупроводниковых преобразователей во многом определяется успехами в развитии силовых полупроводниковых приборов. Такие приборы при незначительных внутренних потерях могут управлять большими мощностями подводимыми к нагрузке, что открывает широкие перспективы для их применения в тех областях техники, где требуется высокоэффективное регулирование режимов работы потребителя. В преобразовательной технике находят применение: выпрямители, преобразующие одно- или трехфазный переменный ток в постоянный; инверторы, преобразующие постоянный ток в одно- или трехфазный ток неизменной или регулируемой частоты; преобразователи постоянного напряжения; электронные стабилизаторы постоянного и переменного напряжения, преобразующие постоянное или переменное напряжение одного уровня в постоянное или переменное напряжение другого уровня -- неизменного или изменяющегося; преобразователи числа фаз, преобразующие одно- или трехфазный ток заданной частоты в трех- или однофазный ток той же частоты. Преобразователи частоты применяются в электроприводах переменного тока, в электротермии, для питания светотехнических приборов, в радиоэлектронной аппаратуре. Преобразователи постоянного и переменного напряжений применяются для стабилизации и регулирования напряжения приборных комплексов, в быстродействующих позиционных и тахометрических следящих системах, электрохимии, подъемно-транспортных устройствах, тяговых электроприводах горнодобывающей промышленности, для заряда аккумуляторов электромобилей, городского электротранспорта. Полупроводниковые преобразовательные устройства находят также широкое применение в качестве коммутационной аппаратуры и статических регуляторов реактивной мощности. Широкое развитие получили автономные системы электропитания сравнительно небольшой мощности. Их развитие идет, в основном, в направлении создания миниатюрных источников с высокими массогабаритными (удельными) характеристиками. В таких устройствах предусматривается максимальное совмещение функций в отдельных блоках системы, что сокращает количество функциональных блоков и элементов. Системы электропитания строятся на базе полупроводниковых преобразовательных устройств. Они оснащаются как устройствами сигнализации и контроля основных функций, так и системой дистанционного контроля и сигнализации. Наличие дистанционного контроля и сигнализации позволяет следить за состоянием системы и осуществлять управление через модем. Это избавляет потребителей от необходимости содержать штат по обслуживанию системы электропитания, а обратиться к профессионалам, которые имеют опыт предоставления таких услуг (см. стр. 106). Системы электропитания фирмы Benning имеют модульную конструкцию и исполняются в настенных и напольных конструкциях. Модульное исполнение позволяет реализовывать различные варианты конфигурации систем электропитания используя резервирование, чем достигается высокая степень надежности устройств. При монтаже систем резервного электропитания в комбинированных модулях устанавливаются и аккумуляторные батареи. 3.5.1. ВЫПРЯМИТЕЛИ Выпрямители используются как самостоятельно функционирующие устройства, так и в качестве составных элементов систем электропитания. Выпрямители, использующие принцип импульсного преобразования, обладают хорошими массогабаритными показателями. В силу своих достоинств импульсные выпрямители с бестрансформаторным входом нашли наиболее широкое применение в диапазоне малых и средних мощностей. Предлагаемый ряд типоразмеров выпрямительных модулей PDT 800...PDD 3000 (рис. p024) позволяет монтировать установки электропитания с естественным охлаждением и токами нагрузки от десяти до нескольких сотен ампер. Использование принудительной вентиляции позволяет увеличить мощность блока вдвое. Технические характеристики выпрямителей представлены в табл. t007. Использование импульсных выпрямителей совместно с герметизированными, не требующими ухода, аккумуляторными батареями позволяет реализовывать системы бесперебойного электропитания которые находят широкое применение для питания аппаратуры связи и не требуют обслуживания в течение многих лет эксплуатации. В подтверждение сказанного можно привести тот факт, что представители фирмы Benning были приглашены для ремонта аппаратуры, которая проработала в метрополитене без обслуживания 30 лет. Подключение выпрямительных устройств в стандартных 19"дюймовых шкафах осуществляется при помощи разъемов. Все модули имеют внутреннюю защиту от повышенного напряжения на входе, перегрева и перенапряжения на выходе. Отображение всех важных эксплуатационных и аварийных параметров позволяет упростить и оптимизировать работу обслуживающего персонала. Данные выпрямители применяются также для обеспечения питанием в системах наблюдения и сигнализации. В области малых мощностей они находят применение для заряда стартерных батарей дизельных двигателей и газовых турбин. 3.5.2. ТИРИСТОРНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ Тиристорные выпрямители (рис. p059) охватывают средний и верхний диапазоны мощностей. Именно при высоких выходных напряжениях и больших токах тиристор -- наиболее удачный полупроводник в электротехнике. Управление осуществляется комбинированным транзисторно-тиристорным силовым элементом. Как правило, в выпрямителях применяются мостовые коммутируемые схемы выпрямления. Тиристорные выпрямители применяются как для непосредственного питания потребителей, так и, одновременно, для подзаряда аккумуляторных батарей в устройствах бесперебойного электропитания. Обеспечение оптимального режима эксплуатации батарей выполняют автоматические устройства, которые осуществляют переключение из режима заряда в режим содержащего заряда, и позволяют избежать газовыделения аккумуляторной батареей и защитить их от глубокого разряда (см. гл. 2). Для отображения основных функциональных и аварийных параметров предусмотрены устройства контроля и сигнализации которые обеспечивают передачу сообщений на центральный диспетчерский пульт. Такая связь позволяет персоналу центра обслуживания непрерывно наблюдать за работой выпрямителей и регистрировать параметры: сети переменного тока; выходного напряжения; выпрямителя; батарей. Электропитание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В либо 380+15% В и частотой 50+5% Гц. Нестабильность выходного напряжения при изменении параметров сети в указанных пределах не хуже 1% от номинального значения. Нестабильность выходного тока 2%. Пульсации выходного напряжения в диапазоне 0...100% нагрузки не превышают 5%. КПД не хуже 80%. Напряжение помех соответствует VDE 0875 класса "G". Одна из основных областей применения тиристорных выпрямителей большой мощности -- резервное электропитание электрических станций. 3.5.3. ИНВЕРТОРЫ Инверторы используются для работы в качестве узлов резервных источников электропитания переменного напряжения 220 В и 380 В, 50 Гц и являются составной частью систем бесперебойного электропитания. Они применяются для питания потребителей переменного тока от первичного источника в виде аккумуляторной батареи или источников электроэнергии, вырабатывающих постоянный ток, в системах передачи электроэнергии постоянного тока. Кроме того, инверторы являются составной частью преобразователей частоты со звеном постоянного тока. Различают инверторы применяемые для резервного питания аппаратуры малой и средней мощности, работающие от номинального постоянного напряжения 24 В, 48 В и 60 В, мощностью до 2,5 кВА (табл. t010) и инверторы большой мощности, применяемые в промышленности, на электрических станциях, работающие от постоянного напряжения 110 В и 220 В, мощностью до 160 кВА. В инверторах используются новейшие электронные компоненты наряду с высокочастотным преобразованием, что, в конечном счете, позволяет получить компактную конструкцию, малую массу и высокий коэффициент полезного действия. Наличие специальных схемных решений делает возможной параллельную работу инверторов. При этом могут быть реализованы установки (рис. p025) с уровнем резервирования N+1. Помимо этого, параллельное включение позволяет увеличить суммарную мощность. Таким образом, возможно дооснащение оборудования при необходимости увеличения мощности. Для повышения надежности работы системы в целом совместно с инвертором применяется электронное переключающее устройство (EUE). EUE позволяет в случае неисправности инвертора подключить нагрузку непосредственно к сети (приоритет инвертора) или переключить питание нагрузки от сети на инвертор (приоритет сети) в случае отключения напряжения. Инвертор фирмы Benning обеспечивает выходное напряжение 230+5% В, частотой 50+0,1% Гц при изменении напряжения на входе от -15 до +20%. Коэффициент нелинейных искажений на выходе -- менее 3% при линейной нагрузке. Уровень радиопомех соответствует европейским нормам EN55022. Кроме того, приборы этого типоразмерного ряда отличаются нормируемой динамикой. При изменении нагрузки от 10% до 100% и обратно в течение примерно 1 мс происходит установление скачков напряжения. 3.5.4. СТАБИЛИЗАТОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Для питания нагрузок, чувствительных к изменениям входного напряжения, применяют стабилизаторы. Как правило, необходимость применения стабилизаторов возникает в системах электропитания с батареями. Напряжение аккумуляторной батареи при разряде изменяется в значительных пределах. Колебания напряжения для многих потребителей являются недопустимыми. Преобразователи, позволяющие осуществлять широтно-импульсное регулирование на нагрузке, называют широтно-импульсными преобразователями. Применение широтно-импульсных преобразователей для регулирования и стабилизации напряжения различных потребителей объясняется следующими преимуществами: высокий КПД; высокая надежность; малая чувствительность к изменениям температуры; малые габариты и масса; постоянная готовность к работе. Стабилизаторы напряжения построенные по принципу импульсного преобразования обладают высокими техническими характеристиками и обеспечивают стабильность выходного напряжения +1% при отклонении входного напряжения в диапазоне от -20% до +30%. Номинальное выходное напряжение стабилизаторов, применяемых в связи, 24 В, 48 В и 60 В при токе до 50 А. Схемное решение позволяет включать параллельно неограниченное количество стабилизаторов работающих на общую нагрузку. Пульсации выходного напряжения составляют менее 2%, КПД не хуже 88% (см. табл. t008). Уровень электромагнитных излучений соответствует европейским нормам EN 55022 класс А. Применение стабилизаторов напряжения позволяет достичь следующих преимуществ. Напряжение на нагрузке не зависит от напряжения батареи. Полное использование батареи в течение периода от полностью заряженного до разряженного состояния. Благодаря режиму ограничения тока обеспечивается защита от короткого замыкания. Модульный принцип построения позволяет размещать стабилизаторы в шкафах унифицированного исполнения совместно с другой преобразовательной аппаратурой. Все устройства контроля и управления фирмы Benning проектируются как самозащищенные, обеспечивая тем самым бесперебойность питания нагрузки. Контроль важных эксплуатационных и аварийных параметров, таких как: перегрузка, неисправность, синхронизация сети, параллельный режим -- осуществляется индикацией на передней панели. Существует возможность дистанционной передачи сообщений на центральный диспетчерский пункт. 3.5.5. УПРАВЛЕНИЕ УСТРОЙСТВАМИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Трудно переоценить значение надежности устройств гарантированного электропитания от которых зависит во многом работоспособность средств связи, компьютерных сетей, средств аварийного электроснабжения. Они используются в операционных, на атомных станциях и т.д. Для обеспечения высокой надежности применяются устройства электропитания использующие резервирование устройств автоматики и защиты. В этих случаях немаловажную роль играет обслуживающий персонал, необходимый для сервисной поддержки устройства электропитания (поддержания устройства электропитания в работоспособном состоянии). Сервисное обслуживание может осуществляться и дистанционно. Для дистанционного наблюдения за работоспособностью средств электропитания, применяемых в телекоммуникационной технике, служат системы управления и наблюдения размещаемые на централизованных диспетчерских пунктах. Система управления и наблюдения через телефонную сеть позволяет контролировать состояние устройств электропитания и управлять ими в эксплуатационных и аварийных режимах. Этим обеспечивается оптимальное использование обслуживающего персонала. Пример такой системы -- MCU-2000 фирмы Benning (рис. p055). Структура MCU-2000 MCU-2000 позволяет осуществлять управление устройством электропитания и контроль его состояния через телефонную сеть. Информация через модем передается к центральному пульту управления. На центральном пульте данные обрабатываются, регистрируются и предоставляются оператору. MCU-2000 разработана по иерархическому принципу (Master Slave). Управление системой электропитания осуществляется: в автоматическом режиме; оператором через местный пульт управления; оператором через диспетчерский пульт управления по телефонной сети. Высокая степень надежности системы электропитания достигается тем, что при параллельной работе любой выпрямитель может автоматически взять на себя функции ведущего. MCU-2000 интегрируется в систему электропитания и включает следующие устройства (рис. p033): устройство управления и отображения; плату процессора; встраиваемые в оборудование сателитные карты; измерительные карты (для контролируемых устройств); релейные карты (для управляемых устройств); модем. Сателитные карты, измерительные карты, релейные карты и плата процессора связаны через интерфейс RS485. Через него передаются команды управления и значения измеряемых величин (напряжение U, ток I и температура батарей аккумуляторов toC). Процессорный блок, в состав которого входят измерительные и релейная карты, по сути, является интерфейсом между пользователем и системой электропитания для местного и дистанционного опроса. Он осуществляет преобразование команд стандарта RS485 в RS232. Устройство отображения и управления располагается, как правило, на передней панели шкафа электропитания и служит для местного управления работой системы электропитания. Для отображения параметров системы электропитания используется жидкокристаллический индикатор. Возможно подключение компьютера через штатный разъем (RS232) для установки параметров системы электропитания (программное обеспечение поставляется). MCU-2000 обеспечивает дистанционный контроль и установку таких параметров системы электропитания, как: напряжение питания, суммарный ток устройства, ток любого отдельно взятого выпрямителя, ток заряда аккумуляторной батареи, температуру батареи. (Конфигурация системы MCU-2000 согласовывается с потребителем). Возможно проведение с центрального диспетчерского пункта регистрации основных параметров системы электропитания, контрольного разряда батареи и пр. При появлении сбоев в работе устройства электропитания: пропадании сетевого напряжения, разряде аккумуляторной батареи и других аварийных ситуациях -- система MCU-2000 автоматически связывается с центральным диспетчерским пунктом и выдает протокол сообщений. Для ограничения доступа некомпетентного персонала используется многоуровневая система паролей, позволяющая оградить систему от неквалифицированных действий и саботажа. Число электропитающих устройств контролируемых с одного диспетчерского пункта не ограничено. Для более детального ознакомления с системой MCU-2000 рекомендуем обратиться в представительство фирмы Benning в Украине (см. стр. 106). 3.6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ФИРМЫ VOIGT & HAEFFNER Преобразовательная техника фирмы Voigt & Haeffner представлена следующим рядом изделий: E60, D60 и E400 -- импульсные выпрямители с регулированием в первичной цепи; E110 и E220 -- преобразователи переменного тока в постоянный, мощностью до 2 кВт; STS и tbGR -- универсальные выпрямители; G60/48E230 -- инверторы, мощностью до 3 кВА; E230 -- синхронный коммутатор мощностью до 3 кВА; SVS -- многофункциональное контрольно-измерительное устройство (МКУ). Выпрямители, инверторы, синхронный коммутатор и многофункциональное контрольно-измерительное устройство позволяют создавать комплексные системы электропитания (рис. p051) для средств связи, автоматики железных дорог и электростанций, телекоммуникационных сетей и промышленности. Управление как отдельными модулями, так и всей системой может осуществляться дистанционно посредством телеметрической системы управления. Импульсные выпрямители Voigt & Haeffner, используются для заряда аккумуляторов (выходная характеристика IU по DIN 41772/73), обеспечивающих бесперебойное питание нагрузки постоянным током. Преобразователи переменного тока в постоянный (рис. p052) выполняют функции аналогичные импульсным выпрямителям. Отличительной особенностью является частотный диапазон входных напряжений (16...60 Гц), что позволяет в автономных условиях или аварийных ситуациях заряжать аккумуляторные батареи от дизель-генератора. Выходное напряжение 24 В, выходная характеристика IU по DIN 41772/73, ток до 500 А. Универсальные выпрямительные блоки предназначены для мобильного применения устройств электропитания. Изделия Voigt & Haeffner соответствуют следующим международным стандартам по электросовместимости и электробезопасности: степень защиты -- класс F по DIN 0040; электромагнитная совместимость -- класс B по VDE 0878; электробезопасность -- IP 20 по DIN/VDE 0470 ч. 1. Системы электропитания монтируются в 19"шкафах имеющих несколько модификаций. Они обеспечивают следующий ряд напряжений постоянного тока: 24, 48, 60, 110, 220 и 400 В. При ограниченной площади используются шкафы настенного исполнения. Все модули Voigt & Haeffner имеют внутреннюю защиту от повышенного напряжения на входе, перегрева и перенапряжения на выходе. Источники постоянного тока монтируются в настенных и напольных шкафах. Для аккумуляторных батарей и распределительных устройств предлагаются отдельные специальные модификации. Выбор типоразмера конструкции определяется мощностью источника и емкостью аккумуляторных батарей. В шкафах монтируются щиты с установленными выпрямительными блоками, блок управления и контроля, фидеры постоянного тока и аккумуляторные батареи. Подключение устройств осуществляется при помощи разъемов. Импульсные выпрямители с регулированием в первичной цепи могут быть включены параллельно и обеспечивают напряжение от 12 до 400 В постоянного тока. Такие выпрямители используются при получении: высоких выпрямленных напряжений; больших выпрямленных токов нагрузки при низком выпрямленном напряжении; больших мощностей. Так как регулирование происходит на входе выпрямителя перед трансформатором, импульсные выпрямители с регулированием в первичной цепи допускают бесконтактное отключение трансформатора от сети. Каждый выпрямитель имеет отдельную защиту от перегрузок и коротких замыканий выхода. Технические характеристики выпрямителей представлены в табл. t039. Инверторы Voigt & Haeffner развивают мощность 2,5 кВт и выпускаются для работы с входным напряжением 48 и 60 В + 20%. При этом они обеспечивают выходное напряжение 230 В + 1...5% частотой 50 Гц + 1%. Максимальная нестабильность выходного напряжения + 5% нормируется при изменении нагрузки 0...100...10%. МКУ контролирует работу выпрямителей, устройств защиты и заряд аккумуляторов. Устройство контроля имеет аналоговые и цифровые входы и выходы, оборудовано жидкокристаллическим дисплеем, который индицирует параметры блоков, сети переменного тока и аккумуляторных батарей. Глава 4 АВТОНОМНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Бесперебойное обеспечение энергией предполагает наличие автономного источника. Выбор типа источника определяется его назначением, потребляемой мощностью, наличием или отсутствием сети электроснабжения, географическим положением потребителя и допустимыми затратами. По сей день универсальным автономным источником, безусловно, является дизель-генератор. Он находит широкое применение благодаря высокой надежности. Кроме того, он обеспечивает не только электроэнергией, но и теплом. Большинство источников энергии так или иначе загрязняют или изменяют природные условия. Лишь солнце и ветер -- два поставщика энергии, правда, достаточно капризные, не вносят практически никаких нарушений. Использование солнечной энергии позволяет расширить энергетические ресурсы и сэкономить значительное количество топлива от экватора до широты 60o. Возобновляемые источники энергии -- ветрогенераторы и гелиостанции делают первые реальные шаги в энергетике. Гелиоэнергетика (гелио... [гр. helios солнце] -- первая составная часть сложных слов, означающая: относящийся к солнцу или солнечным лучам) развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях. Гелиоэнергетические программы приняты более чем в 70 странах -- от северной Скандинавии до выжженных пустынь Африки. Устройства, использующие энергию солнца разработаны для отопления и вентиляции зданий, опреснения воды, производства электроэнергии. Такие устройства используются в различных технологических процессах. Появились транспортные средства с "солнечным приводом": моторные лодки и яхты, солнцелеты и дирижабли с солнечными панелями. Солнцемобили, вчера сравниваемые с забавным автоаттракционом, сегодня пересекают страны и континенты со скоростью, почти не уступающей обычному автомобилю. Ветер стал первым природным источником использованным человеком для своего блага. Первыми изобретениями в области энергетики были парус и ветродвигатель. Парус позволил человеку открыть мир. За 200 лет до нашей эры ветряные мельницы работали в Персии, а еще раньше их использовали в Китае. Спустя несколько тысячелетий пришло время пара и электричества. С обострением энергетических кризисов интерес к ветроустановкам периодически возрастал, а теория ветродвигателей развивалась параллельно с теорией авиации. Солнце и ветер представляют собой неиссякаемые экологически чистые источники энергии. Обострение сырьевых и экологических проблем стимулирует коммерческое использование нетрадиционных источников энергии. Проектируются, строятся и эксплуатируются экспериментальные и промышленные энергоустановки. Стоимость вырабатываемой ими энергии определяется затратами на изготовление, установку и обслуживание. 4.1. ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ ФИРМЫ ABZ AGGREGATE-BAUGMBH Все выдающиеся изобретения человечества окружены легендами. Одна из них гласит, что первая модель дизеля (Дизель Рудольф, немецкий изобретатель. В 1892 году запатентовал, а в 1897 году построил двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия) проработав всего минуту взорвалась и все присутствующие при испытании сняли шляпы. Так это было или нет, но сегодня дизель-генераторы -- это традиционные источники энергии, а двигатель названный в честь своего изобретателя неустанно трудится на протяжении вот уже ста лет. Дизель-генераторные установки находят широкое применение в промышленности, строительстве, сельском и коммунальном хозяйствах. Они работают на предприятиях, в аэро-, морских и речных портах, в энергоблоках больниц, фермерских хозяйств, в системах аварийного энергоснабжения, на объектах оборонного комплекса -- везде, где необходима электроэнергия, а сеть или удалена или работает с перебоями. Дизель-генераторные установки -- источники электрической и тепловой энергии. Их основную часть составляют объединенные в агрегат двигатель и генератор, установленные на стальной раме (рис. p026). Синхронный генератор трехфазного тока приводится в движение дизельным двигателем. Двигатель и генератор соединяются через муфту или напрямую фланцем. В первом случае используется двухопорный генератор, т.е. генератор имеющий два опорных подшипника, во втором -- одноопорный с одним опорным подшипником. Между рамой, опорными поверхностями двигателя и генератора устанавливаются резино-металлические амортизаторы, что снижает вибрации передаваемые на фундамент агрегата. В состав дизель-генераторной установки входит следующее оборудование: топливная система; система выхлопа; система шумоподавления; контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА); системы теплообмена (если установка предназначена и для производства тепла). Фирма ABZ Aggregate-Bau GmbH -- известный производитель дизель-генераторных установок. Агрегаты ABZ успешно работают во многих странах мира. Гибкость в работе, квалифицированная работа сотрудников фирмы ABZ с заказчиками и проектировщиками -- это важнейший аспект работы в этой области. Прежде чем изготовить агрегат, нужно очень точно определить и посоветовать заказчику -- как выбрать состав установки и где ее лучше разместить на месте эксплуатации. В зависимости от режима эксплуатации выбирается соответствующая схема КИПиА и комплектация топливной системы. На практике выделяются два основных режима эксплуатации дизель-генераторной установки: длительный; резервный (в случае перебоев в сети). Фирма ABZ Aggregate-Bau GmbH производит и поставляет через своего представителя в Украине фирму "Селком" дизель-генераторы в диапазоне мощностей от 2 до 2500 кВА. "Селком" производит монтаж, пусконаладку и сервисное обслуживание дизель-генераторных установок. Основные технические характеристики агрегатов представлены в табл. t012. В агрегатах, в качестве приводных, используются дизельные или газовые двигатели следующих фирм: Deutz, MAN, Daimler-Benz, MTU, Cummins, Perkins/Dorman, Scania, Volvo, Iveco и синхронные генераторы трехфазного тока фирм: Leroy Somer, Месс Alte, A.v.Kaick, Newage-Stamford, Siemens. Гарантированный срок службы агрегатов до капитального ремонта составляет 20 000 моточасов, что соответствует сроку эксплуатации 15...20 лет. Малый расход топлива (около 1 литра на 4 кВтч) достигается благодаря использованию двигателей с турбонаддувом. Воздух в таких двигателях, прежде чем попасть в камеру сгорания, сжимается в турбокомпрессоре. Его турбина приводится в движение выхлопными газами. После сжатия он (воздух) охлаждается воздухом или водой и поступает в камеру сгорания двигателя. По уровню выбросов агрегаты ABZ удовлетворяют действующим в Германии нормам TA-Luft (см. табл. t012). Важным техническим показателем в работе дизель-генераторных установок является уровень шума. В агрегатах