Особенности коммутации сетей постоянного тока

В конце XIX – начале XX века меж специалистами-электротехниками развернулась самая реальная «война токов». Основная конкурентность проходила меж 2-мя направлениями систем генерации, электроснабжения и электропотребления: неизменным током (англ. Direct Current – DC) и переменным (англ. Alternating Current – AC). В конечном итоге предпочтение было отдано трёхфазным цепям переменного тока. Подсчитав объёмы серьезных издержек на создание систем электроснабжения, промышленники избрали, казалось бы, самый сбалансированный вариант. Но получится ли переменному току удержать лидерство в современных критериях? Сейчас в ряде областей наблюдается развитие технологий и продвижение проектов на неизменном токе.

Области внедрения неизменного тока
Полосы электропередачи низкого напряжения
В рамках финской программки «Интеллектуальные сети и рынок энергии» в Технологическом институте Лаппеенранты разработан проект системы электроснабжения и связи LVDC (англ. Low voltage direct current). Он предназначается для пригородных посёлков с малым числом потребителей и линиями электроснабжения большой протяжённости.

Проект предугадывает подмену дорогих обычных трёхфазных распределительных сетей переменного напряжения 20/0,4 кВ на кабельные подземные полосы LVDC (±0,75 кВ). Прокладка кабеля на глубине более 1,5 м минимизирует зоны отчуждения и не создаёт ограничений для ведения сельскохозяйственных работ. Такое решение значительно уменьшает цена сети и её зависимость от погодных катаклизмов. Каждое здание и сооружение будет подключаться к сети неизменного тока через преобразователи, согласующие напряжение LVDC с напряжением, нужным потребителю.
Энергоснабжение локальных объектов, микро- и мини-сети неизменного напряжения

Сейчас для обеспечения увеличения энергоэффективности всё почаще предлагаются проекты микросетей неизменного напряжения снутри строения (либо нескольких построек) и на локальной местности. На входе таких сетей установлен высокоэффективный преобразователь, превращающий переменное напряжение распределительных линий в неизменное.
Современные локальные сети неизменного напряжения имеют ряд преимуществ, посреди которых стоит отметить последующие:

- общее преобразование из переменного напряжения в неизменное для всех нагрузок уменьшает утраты на 10-20%;

- действенное интегрирование возобновляемых источников электроэнергии, являющихся также источниками неизменного напряжения (солнечные батареи, маленькие ветряные турбины, топливные элементы и др.);

- обычное согласование перечисленных источников неизменного напряжения, не требующих обоюдной синхронизации;

- действенное управление графиками нагрузки (включая скопление электронной энергии в периоды лишней генерации и выдачу в периоды недостатка);

- завышенная электробезопасность сетей неизменного тока.

Транспорт

Не так издавна была разработана энергосистема неизменного тока для большого морского судна штатского предназначения – многоцелевого танкера для обслуживания нефтяных платформ, построенного в Норвегии. Обычно в судах с электротягой происходит неоднократное преобразование переменного тока в неизменный для питания винто-рулевых колонок и гребных винтов, на которые приходится более 80% всего электропотребления. Это приводит к огромным энергопотерям, понижению общего КПД, также нехорошему воздействию на окружающую среду. Компания АББ, фаворит в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации, разработала проект, в каком электроэнергия распределяется через единую цепь неизменного тока.

«С помощью нашего решения суда сумеют очень отлично использовать свои способности по сбережению энергии с применением дополнительных источников неизменного тока, таких как солнечные батареи, топливные ячейки либо батареи, присоединенные впрямую к судовой сети неизменного тока», – ведает Вели-Матти Рейникала, управляющий подразделения «Автоматизация процессов» компании АББ.

В сопоставлении с системами на переменном токе спроектированная энергосистема имеет последующие достоинства:

- расход горючего на 20% ниже;

- за счёт отсутствия силовых низкочастотных трансформаторов суммарный вес и объём электрического оборудования уменьшен на 30%;

- высвобождается место для размещения оборудования, груза и экипажа, другими словами усовершенствована компоновочная схема танкера.

Управляемый электропривод

Неизменное напряжение обширно применяется для обеспечения действенного регулирования скорости электродвигателей.
С каждым годом управляемый электропривод всё больше просачивается в те сферы, в каких ранее числилось достаточным применение обыденного неуправляемого привода. Спецы убеждены, что сочетание инвертор плюс асинхронный (либо вентильный) электродвигатель в не далеком будущем будет всё больше вытеснять классические типы приводов. А для такового инверторного привода питание неизменным напряжением является естественным и более действенным.

Бытовая электротехника и электроника

Фактически вся современная домашняя техника питается переменным напряжением. Но практически в каждом современном электроприборе происходит преобразование переменного входного напряжения в неизменное. И конкретно последнее употребляется электрическими схемами.

Разумеется, что у неизменного тока огромное количество преимуществ перед переменным. Но всё же у такового метода питания оборудования есть целый ряд особенностей, которые нужно учесть при разработке топологии электронных цепей и при выборе защитных и коммутационных устройств.

Особенности цепей неизменного тока

1. Направление тока

Электронный ток, именуемый «постоянным», имеет постоянные во времени значение и направление. Если рассматривать неизменный ток как прохождение простых электронных зарядов через определённую точку, то значение заряда (Q), протекающего через эту точку (а точнее, через поперечное сечение проводника) за единицу времени, будет постоянным.

В системах неизменного тока относительное направление тока имеет необыкновенную значимость, потому нужно присоединение нагрузки со серьезным соблюдением полярности. Ошибки непредотвратимо приводят к тяжёлым аварийным процессам. К примеру, если аккумуляторная батарея будет подключена к источнику с неверной полярностью, произойдет её перегрев с предстоящим закипанием электролита и следующим вероятным разрушением ее корпуса, которое обычно носит взрывной нрав. При питании оборотной полярностью серьёзные повреждения могут так же появиться и в почти всех электрических цепях.

К полярности чувствительно не только лишь электротехническое оборудование, да и аппараты защиты и коммутации, устанавливающиеся в распределительных щитах. Обычно для того, чтоб избежать ошибок при монтаже электросети, производители наносят на переднюю панель аппаратов специальную маркировку. «Надо осознавать, что работа монтажника довольно монотонна: в денек они собирают 10-ки однотипных схем. Так что от некорректностей, связанных с невнимательностью, не застрахованы даже мастера. Случается, что коммутационные аппараты подключают некорректно. В конечном итоге подача напряжения на распределительный щит может окончиться возгоранием», – ведает Илья Лёшин, начальник измерительной лаборатории компании «Центроэлектромонтаж».

Описанная спецом неувязка была животрепещуща для неизменного тока в течение многих десятилетий. Но в ближайшее время на рынке появились устройства, не чувствительные к полярности приложенного напряжения благодаря особенным конструкторским решениям. «Использование схожих аппаратов устраняет от огромного количества заморочек, – комментирует Алексей Кокорин, менеджер по группе изделий компании АББ, фаворита в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации. – Так, к примеру, за счёт симметричной конструкции полюса выключатели-разъединители серии OTDC производства АББ не чувствительны к полярности приложенного напряжения. Их можно монтировать снутри щита как вертикально, так и горизонтально, подвод питания осуществляется сверху или снизу».

2. Электронная дуга

Одной из заморочек, связанных с внедрением аппаратов и переменного, и неизменного тока, является электронная дуга. Она появляется меж размыкающимися контактами из-за ионизации воздушного места меж ними.
В выключателе переменного тока гашение дуги происходит при переходе значения переменного тока через ноль. После исчезновения разряда, во избежание его повторного возникновения, нужно вернуть электронную крепкость воздушного дугового промежутка. Сделать это можно или за счёт «принудительной» рекомбинации ионов и электронов, или при помощи вывода из контактного промежутка заряженных частиц.

В цепях неизменного тока процесс происходит чуть по другому. В общем случае характеристики дуги зависят от черт цепи, значения тока, также характеристик самой среды: температуры, давления, состава воздуха и т.п. Существует набор критерий, при которых электронная дуга при размыкании контактов в цепи неизменного тока может стабильно пылать долгое время. Таким макаром, для её гашения нужно так поменять характеристики процесса, чтоб не было точки устойчивого горения.
В аппаратах низкого напряжения применяется два решения: открытый разрыв и щелевые дугогасительные камеры. В первом случае дуга растягивается, допустим, при помощи электродинамических сил, сразу охлаждаясь воздухом (метод применяется для токов до 5 кА и напряжений до 500 В). Во 2-м – дуга с помощью магнитного поля растягивается и попадает в неширокую камеру, где охлаждается (применяется для токов до 90 кА).
«Часто эффективность работы дугогасительных устройств, в каких задействованы магнитные либо электродинамические силы, находится в зависимости от величины самого тока. При больших значениях они управляются со собственной задачей, но в неких случаях магнитных сил недостаточно, чтоб растянуть дугу до требуемой длины. Потому время от времени аппараты дополняются, например, неизменными магнитами, позволяющими расширить рабочий спектр токов», – объясняет Алексей Кокорин (АББ). Схема, описанная спецом, употребляется в аппаратах серии OTDC, где установлена дугогасительная решётка новейшей конструкции с удлинёнными пластинами специальной формы. В процессе гашения дуга изгибается в пространстве и растягивается. В то же время для роста падения напряжения на ней применяется принцип деионной решётки.

Чтоб таковой дугогасительный механизм отлично работал как при низком, так и при высочайшем напряжении, в него были интегрированы дополнительные неизменные магниты. Их силы поля довольно, чтоб перемещать дугу к решётке, даже если значения тока малы.

3. Размер защитных аппаратов должен быть наименьшим
Цепи неизменного тока в большинстве случаев используются конкретно там, где принципиальна компактность оборудования. «Габариты важны фактически во всех отраслях, так как хоть какое оборудование занимает дефицитные площади. Не считая того, есть сферы, где важен каждый кубический сантиметр: к примеру, транспорт. При разработке оборудования наша компания уделяет его размерам повышенное внимание. К примеру, выключатели нагрузки серии OTDC работают с током 100-250 А при напряжении до 1000 В, имея при всем этом всего два полюса. Обычно для таких цепей используются четырёхполюсные автоматические выключатели, имеющие практически втрое огромные габариты. Потому что аппараты не чувствительны к полярности, дополнительную экономию места можно обеспечить за счёт комфортного варианта размещения модулей в монтажном блоке (вертикально либо горизонтально) как на шине, так и без нее, либо благодаря более эргономичной подводке питания», – гласит Алексей Кокорин (АББ).

Хотя ещё полста лет вспять числилось, что неизменный ток совсем сдал свои позиции, сейчас в рамках дискуссий о повышении энергоэффективности систем электроснабжения всё почаще на повестке денька возникают проекты по строительству сетей DC. Переход индустрии на потребление неизменного тока востребует сначала обновления оборудования и перестройки сложившейся культуры использования энергии. А верный подбор коммутационной и защитной аппаратуры для цепей неизменного тока – 1-ый шаг к использованию всех преимуществ схожих сетей.

Стол садовый разборный Garden 146х75х60 см металл/дерево каштановый

Стол Garden позволяет с комфортом разместить до 6 человек. Изготовлен из древесины хвойных пород, материала высокого качества, поступающего из ответственно управляемы лесных хозяйств. Высокое содержание смол обеспечивает естественную защиту от воздействия атмосферных осадков и ветра, а также предотвращает пересыхание и развитие плесени. Деревянные элементы лавки покрыты лаками на водной основе,которые являются эколочически безопасными. Хороший вариант для обустройства дачного участка для отдыха на террасе или в саду, дополнив стол лавочками Garden.