Site Loader

Содержание

как HVDC спасли переменный ток / Хабр

В мире, казалось бы, победившего переменного тока назревает — нет, не революция, но органичная эволюция: постоянный ток не просто возвращается, а претендует на лавры победителя. Инвестиции в возобновляемые источники энергии и трансграничная передача электричества сделали высоковольтные сети постоянного тока как никогда актуальными. В этом посте мы рассказываем, почему постоянный ток уступил току переменному и как спустя век после «Войны токов» постоянный ток взял реванш.

Источник: Shutterstock

Постоянный ток — это основа современного технологического общества: вся полупроводниковая электроника, работающая от сети или аккумуляторов, использует постоянный ток, с его помощью добывают чистый алюминий, магний, медь и другие вещества. В бортовой сети автомобиля тоже постоянный ток, как и в электрической передаче дизельных судов. Ну и конечно электропоезда: трамваи, метро и некоторые электровозы питаются постоянным током. И космос: все рукотворные космические объекты функционируют исключительно благодаря постоянному току от батарей или РИТЭГов.

Помимо всего этого, есть еще одна область, где постоянный ток если не незаменим, то по крайней мере значительно эффективнее переменнее тока, — высоковольтные линии для передачи высокой мощности. Линии постоянного тока (HVDC, High-voltage direct current) еще век назад стали спасением высоковольтных линий переменного тока (HVAC, High-voltage alternating current). Если бы не постоянный ток, электричество в наших розетках было бы куда дороже и исчезало чаще, чем это происходит сейчас. Давайте разберемся в этой интересной истории «взаимовыручки».

Ирония судьбы постоянного тока

Чтобы оценить всю иронию ситуации с возвращением постоянного тока в высоковольтные линии электропередач, нужно вспомнить о событиях «Войны токов» — сражения апологетов постоянного тока в лице изобретателя и бизнесмена Томаса Эдисона и тока переменного, преимущества которого осознавал предприниматель Джордж Вестингауз. Вкратце напомним о том, как постоянный ток проиграл битву за то, чтобы стать основой мирового энергоснабжения.

После того, как человечество подчинило себе электричество и научилось извлекать из него пользу в промышленности, дальновидные бизнесмены смекнули, что на электрификации городов в перспективе можно сколотить не просто капитал, а фантастическое состояние. Изобретатель Томас Эдисон отлично умел монетизировать свой талант инноватора и зарабатывал не столько на собственных изобретениях, сколько на усовершенствовании чужих идей. Одним из примеров такой успешной «доводки» стало создание лампы накаливания, которая появилась благодаря попавшем в руки Эдисона дуговым лампам с угольными электродами. Такие лампы хоть и давали свет, но в качестве постоянных источников освещения не годились — в те времена угольные дуговые лампы работали от силы несколько часов, а включить их можно было только один раз.

Первая серийная лампа Эдисона — еще с угольной нитью и временем работы в несколько десятков часов. Источник: Terren / Wikimedia Commons

Усовершенствовав конструкцию и создав свою знаменитую лампу накаливания, которая могла работать 40 часов, а после доработки 1200 часов, Эдисон осознал, что его лампочка может стать основой систем освещения городов и помещений — давая более яркий свет по сравнению со свечами и газовыми фонарями, лампы накаливания имели меньшую стоимость, не чадили, не жгли кислород в помещениях, а замены требовали реже, чем те же свечи. Производством ламп занялось предприятие Edison Electric Light, а генераторов постоянного тока — Edison General Electric. Продавая лампы ниже себестоимости, Эдисон завоевал рынок освещения, а для первых потребителей начал строить энергосети в Лондоне и Нью-Йорке.

Лампа накаливания может работать и с переменным, и с постоянным током, но Эдисон сделал выбор в пользу постоянного тока. Причина этого решения очень тривиальна и далека от физики. Как мы говорили, Эдисон был не только изобретателем, но и очень предприимчивым бизнесменом. В электричестве он видел не только способ дешевого освещения городов, но и возможность для модернизации промышленности за счет внедрения электрической тяги. Существовавшие в то время электромоторы работали только на постоянном токе.

К тому же для заработка на поставках электричества надо было как-то измерять потребление каждого абонента. Эдисон создал индивидуальный счетчик, представлявший собой резервуар с электролитом и пластиной, на которой под действием проходящего тока оседала медь — каждый месяц пластину взвешивали и по разнице массы вычисляли потребление электроэнергии. Такой счетчик работал только с постоянным током.

Счетчик постоянного тока конструкции Томаса Эдисона. «Передача показаний» заключалась в передаче банки с пластинами представителям энергетической компании. Источник: Thomas A. Edison Papers / edison.rutgers.edu

Но были у постоянного тока и нерешенные проблемы, главная из которых — невозможность передачи высокой мощности на большие (более 2 км) расстояния. Чтобы передать высокую мощность, которая необходима для электроснабжения предприятия или системы освещения города, в электросети нужно повысить либо ток, либо напряжение (мощность, напомним, равна произведению напряжения и силы тока). Но в конце XIX века не было способов менять напряжение постоянного тока. Выпускаемые в США электроприборы работали от напряжения 110 В, поэтому электростанции Эдисона, работавшие на паровых генераторах, должны были посылать в сеть именно 110 В.

Оставалось управлять силой тока. При повышении тока часть энергии уходит на нагрев проводов (с высоким напряжением такой проблемы нет). Для снижения потерь и нагрева нужно уменьшать сопротивление, увеличивая диаметр проводника или применяя материалы с хорошей электропроводностью, например, медь. И всё равно потери будут расти в зависимости от длины кабеля.

Чтобы сократить длину проводника до допустимой, потребители должны были располагаться не далее, чем в 1,5-2 км от электростанции, иначе мощность в сети падала до неприемлемых значений. Например, на 56-километровой линии между французскими городами Крей и Париж потери достигали 45%. Как Эдисон ни бился с проблемой потерь в сетях постоянного тока, решить ему ее так и не удалось. Единственным выходом было только строительство маломощных электростанций рядом с потребителями. Тогда это не казалось надругательством над экологией и жителями — именно такие станции и строила компания Эдисона. Первая из них была построена на Пёрл-стрит на Манхэттене в Нью-Йорке в 1882 году, в том же году началась прокладка подземных кабелей сети постоянного тока с напряжением 110 В.

Эдисон прокладывал под землей линии электропередач уличного освещения еще до того, как это стало модным в Москве. На иллюстрации укладка линии постоянного тока в Нью-Йорке в 1882 году. Источник: W. P. Snyder / Wikimedia Commons

Ошибочность своего выбора Томас Эдисон осознал, хотя и не признал публично, когда его конкурент по электрическому бизнесу — Джордж Вестингауз, — начал вкладываться в строительство электростанций и сетей переменного тока, имевших серьезные преимущества перед сетями тока постоянного. Благодаря уже изобретенным к тому моменту трансформаторам напряжение переменного тока можно было без труда повышать и понижать. Трансформаторы решали проблему передачи высокой мощности, ведь вместо силы тока можно было просто увеличить напряжение, для передачи которого не требовались толстые провода из дорогой меди.

Таким образом сети Вестингауза могли передавать очень высокую мощность по дешевым кабелям меньшего диаметра и при этом практически без потерь. Это доказывает пример 175-километровой сети переменного тока между немецким городом Лауффен-ам-Неккар и Франкфуртом — ее КПД составил 80,9% после запуска в 1891 году и 96% после модернизации — несравнимо выше 45% на втрое меньшей дистанции у сети постоянного тока.

Трехфазный генератор переменного тока в Лауффен-ам-Неккар, Германия. Источник: Historisches Museum, Frankfurt

У сетей переменного тока не было жесткого ограничения на длину. Благодаря этому стало возможным строительство гидроэлектростанций, электричество с которых могло передаваться в крупные города, расположенные за десятки и даже сотни километров от места выработки. А гидроэлектростанция — это куда более значимый и прибыльный проект, чем маломощная угольная станция внутри города.

«Война токов» продолжилась некрасивой пиар-кампанией Эдисона против переменного тока (показана, в частности в художественном фильме 2017 года «Война токов», или The Current War, режиссёра А. Гомес-Рехона), судебной и законотворческой волокитой против Вестингауза и постепенной потерей позиций бизнеса Эдисона под давлением всё более популярных сетей переменного тока. Последняя эдисоновская электростанция постоянного тока прекратила свою работу в 1981 году, что же до потребителей, в Сан-Франциско до сих пор сотни объектов (в основном старинные лифты) используют постоянный ток через выпрямители переменного тока. Но для нас это уже не так важно.

Постоянный ток спасает переменный

Всего через несколько лет после начала масштабного строительства электростанций и сетей переменного тока выяснилось, что переменный ток имеет проблемы при передаче энергии… на большие расстояния! Коронный разряд в высоковольтных воздушных линиях, на который может приходиться до половины потерь, поверхностный эффект, при котором переменный ток протекает по проводнику неравномерно и из-за этого требует проводники бо́льшего диаметра, реактивная мощность из-за высокого емкостного сопротивление подводных кабелей, «съедавшая» почти 100% переменного тока уже через 50 км — всё это вызывало потери процентов и десятков процентов мощности в первых магистральных сетях переменного тока.

Утечки на больших расстояниях — это во-первых. А во-вторых, объединение энергосетей переменного тока требовало идеальной синхронизации генераторов, расположенных в разных частях страны. При отсутствии синхронизации генератор в лучшем случае не будет подавать ток в сеть, в худшем — произойдет короткое замыкание.

Спасением высоковольтных сетей переменного тока стали высоковольтные сети постоянного тока, избавленные от некоторых недостатков конкурента. Постоянный ток не создает поверхностный эффект в проводнике и потому использует всю площадь сечения проводника с максимальной эффективностью (это уменьшает диаметр и стоимость проводов). В цепях постоянного тока нет реактивной мощности, поэтому в подводных кабелях с высокой емкостью потерь не происходит.

В высоковольтных сетях переменного тока толщина скин-слоя (отмечен буквой δ) определяется точкой падения плотности тока на 63%.В сетях с частотой 50 Гц скин-слой достигает 9,34 мм — часть объема дорогостоящего проводника просто не работает. Источник: biezl / Wikimedia Commons

Вырисовывалась замечательная синергия: электростанции и потребители используют переменный ток, но для его транспортировки на сотни километров применяются сети постоянного тока. Оставалась лишь одна «пустяковая» проблема — как превратить переменный ток в постоянный и обратно?

В конце XIX века швейцарский инженер Рене Тюри предложил использовать для соединения сетей с разным типом тока систему «мотор-генератор», в которой на одном конце сети переменный ток вращал мотор, приводящий в действие генератор постоянного тока, а на другом конце постоянный ток в свою очередь вращал мотор с генератором переменного тока. Идея, гениальная в своей простоте, но с невысоким КПД — двойное преобразование за счет моторов и генераторов «съедало» часть мощности. Тем не менее, других решений, кроме системы Тюри, не было, поэтому с 1883 года началось строительство магистральных сетей постоянного тока с машинами Тюри, связывающих крупные электростанции и города в Европе.

Одна из машин Тюри. Самая крупная из них, весом 4500 кг, генерировала 66 кВт. Источник: Wikimedia Commons

В 1902 году американец Питер Купер-Хьюитт изобрел ртутно-дуговой выпрямитель — несложное устройство для превращения переменного тока в постоянный. Оригинальный выпрямитель Купера-Хьюитта представлял собой замысловатую стеклянную колбу с выходящими из нее электродами, дно которой было заполнено ртутью. В работе выпрямитель выглядит очень эффектно. Впрочем, из-за хрупкости колбы стекло в выпрямителе вскоре заменили на металл.

Работа ртутно-дуговых выпрямителей завораживает. Увы, но сейчас полюбоваться такой красотой можно разве что в музеях — ртутные выпрямители давно не используются, да и те, что остались, сделаны из металла.

Ртутные выпрямители дали толчок к развитию высоковольтных сетей постоянного тока — вместо громоздких и ненадежных машин системы Тюри достаточно было установить выпрямители, в числе недостатков которых была только потенциальная токсичность при разгерметизации и необходимость в хорошем охлаждении из-за тепловых потерь. КПД устройства достигал 98-99%.

На смену ртутным выпрямителям были созданы газотроны и тиратроны (1940-е), полевые транзисторы с изолированным затвором MOSFET и полярные транзисторы с изолированным затвором IGBT (1959 год), запираемые тиристоры GTO (1962 год) — более совершенные, компактные и надежные преобразователи.

Современный тиристорный конвертер AC/DC. Источник Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Когда каждый процент на счету

Несмотря на заметный прогресс в области выпрямления тока, оборудование для преобразования переменного тока в постоянный и обратно до сих пор стоит очень больших денег. Настолько больших, что строительство сетей переменного тока, даже с учетом повышенного расхода материала для проводов, выходит сильно дешевле. Вне зависимости от длины линии, стартовая цена высоковольтной магистрали постоянного тока обязательно включает стоимость двух преобразователей в начале и конце линии — габаритных и очень дорогих устройств, производимых всего несколькими компаниями в мире, в числе которых и Toshiba. На это оборудование приходится до половины стоимости сети.

Но по мере увеличения длины магистрали стоимость линии на переменном токе растет быстрее, чем на токе постоянном. Виной тому сложность магистрали HVAC — для передачи аналогичной мощности HVDC нужно вдвое меньше проводников меньшего диаметра, а значит, вдвое меньше опор, которые и сами стоят немало, и требуют крайне дорогостоящего монтажа. При длине линии около 600 км стоимость HVDC и HVAC равна, но на больших расстояниях, порядка 2000 км, HVDC выходит сильно дешевле, чем HVAC, примерно на 30-40%, а это сотни миллионов долларов экономии.

Стоимости HVDC и HVAC пересекаются на линии, длинной около 600 км. Далее HVDC становится заметно выгодней. Источник: wdwd / Wikimedia Commons

На каждые 1000 км линии потери в HVDC составляют 2-3%, а самое современное оборудование позволяет снизить этот параметр до 1%. Потери в HVAC могут достигать 6%. Даже в самых эффективных сетях переменного тока с самым лучшим оборудованием потери будут на 30-40% больше, чем в HVDC Несколько процентов от полной мощности — вроде бы терпимая ерунда? Когда речь идет о сетях, передающих несколько гигаватт, каждый процент превращается в десятки потраченных впустую мегаватт, которые можно было бы использовать для электроснабжения маленького города. Не говоря уже о потерянной прибыли.

Прошлое, настоящее и будущее HVDC

HVDC-ветка в между Данией и Швецией передает 350 МВт всего по двум проводникам. Всего два провода — это отличительная особенность воздушных линий постоянного тока, в линиях переменного тока проводников больше в два-три раза. Встречаются и монополярные HVDC с всего одним проводником (второй вывод из выпрямителя соединяют с землей), но их использование несет проблемы для подземных металлоконструкций, поэтому чаще применяется биполярная схема с двумя проводниками. Источник: Shuttertock

HVDC является оптимальным решением для связи сетей стран, разделенных морем. Так ветка между итальянским городом Чепагатти и муниципалитетом Котор в Черногории, которая экспортирует электроэнергию в Италию, пролегает по дну Адриатического моря — используй эта 400-километровая ветка переменный ток, емкостные потери в кабеле были бы слишком большими, и это бы удорожало стоимость электроэнергии для Италии. Кстати, в строительстве этой линии участвовала Toshiba: мы поставили преобразователи напряжения.

Но всё же больше всего Toshiba поучаствовала в строительстве HVDC-сетей в Японии, где исторически сложилась очень необычная ситуация: западная часть страны эксплуатирует ток с частотой 60 Гц, а восточная — 50 Гц. Эта коллизия, которую уже невозможно устранить, возникла еще в конце XIX века, когда Япония одновременно закупила генераторы в Европе и США с выходной частотой тока 50 Гц и 60 Гц соответственно. Результатом поспешного решения далекого прошлого стала вынужденная необходимость строить HVDC-ветки для соединения энергосистем разных частей страны.

HVDC-сети и вставки постоянного тока в Японии помогала строить Toshiba. Первой стала вставка для соединения внутри страны сетей на 50 Гц и 60 Гц, построенная в 1977 году при участии Toshiba. Ее мощность на момент постройки составила 600 МВт. К 2021 году Toshiba провела глубокую модернизацию вставки, увеличив ее мощность на 900 МВт и уменьшив число используемых тиристоров, что позволило немного сэкономить на оборудовании.

Элегазовые выключатели и трансформатор на линии 550 кВ, соединяющей восточную и западную энергосети Японии. Источник: Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation

Первая высоковольтная линия постоянного тока, длиною 193 км, связала острова Хоккайдо и Хонсю в 1979 году. Сеть передает 300 МВт с напряжением 250 кВ. В 2000 году мы поставили тиристорные конверторы для мощнейшей подводной HVDC-линии между островами Сикоку и Хонсю — ветка передает 1400 МВт. На момент строительства линии в ней использовались самые крупные в мире тиристоры, которые в следующий раз применялись только 10 лет спустя при постройке китайской HVDC Lingbao 2.

Третья японская HVDC, построенная между островами Хоккайдо и Хонсю, была запущена совсем недавно — в 2019 году. Toshiba выступила главным поставщиком преобразователей на полярных транзисторах с изолированными затворами (IGBT).

На сегодняшний день в мире построено более 150 сетей HVDC и 50 вставок постоянного тока. Среди них есть как объекты, построенные в 1970-х годах прошлого века, так и совсем новые. Около 10 HVDC в Европе находятся в стадии строительства прямо сейчас с планируемым сроком запуска 2021-2025 годы. Строящиеся линии соединяют некоторые европейские страны с Великобританией (для выравнивания нагрузки на европейскую энергосеть), тянуть до которой подводный HVAC бессмысленно.

Однако интерес к HVDC-сетям в последние годы растет, и причина тому — «зеленая» энергетика. В отличие от угольных, газовых и атомных электростанций, возобновляемые источники энергии имеют очень четкую географию: в одних областях больше солнечных дней, в других чаще и стабильней дует ветер.

В Германии около 63 ГВт установленной мощности приходится на ветряные электростанции, 7,8 ГВт из которых — оффшорные станции, расположенные в Северном море в десятках километров от берега. Если нужно передать гигаватты мощности от «ветряков» по кабелям, лежащим под водой, лучшим выбором будет, как вы помните, сеть постоянного тока.

Вот так аккуратно выглядит конвертор для HVDC будущей оффшорной ветряной электростанции Dogger Bank на севере Великобритании. Агрегат будет полностью автономным, не требующим присутствия технического персонала. Источник: Aibel

В Австралии компания Sun Cable готовится приступить к постройке гигантской фотовольтаической (солнечной) электростанции, мощностью 14 ГВт. Причем электроэнергию с нее будут потреблять не в Австралии, а в Сингапуре, куда она будет поступать по подводной HVDC-сети.

Чем больше в мире будет появляться масштабных проектов, связанных с возобновляемыми источниками энергии, тем сильнее будут востребованы высоковольтные линии постоянного тока. Не стоит фантазировать о том, что однажды мечты Эдисона осуществятся и в наших розетках переменное напряжение сменится постоянным, — этого не будет, пожалуй, никогда. Тем лучше, что переменный и постоянный токи пришли к органичному сосуществованию и взаимовыручке в деле электроснабжения планеты.

Щит постоянного тока (ЩПТ) — Что такое Щит постоянного тока (ЩПТ)?

Щит постоянного тока (ЩПТ) распределительной подстанции предназначен для распределения постоянного оперативного тока для питания устрой

Щит постоянного тока (ЩПТ) распределительной подстанции предназначен для распределения постоянного оперативного тока для питания устройств релейной защиты и автоматики оборудования, в том числе электромагнитной блокировки коммутационных аппаратов; для питания цепей соленоидов высоковольтных выключателей, а также для питания различных устройств связи, телемеханики, устройств автоматизированного учета электрической энергии.

Щит постоянного тока, как правило, имеет один источник питания — аккумуляторную батарею.

Номинальное напряжение аккумуляторной батареи составляет 220 В.

Аккумуляторная батарея находится в режиме постоянной подзарядки, ее подзарядка осуществляется при помощи специальных зарядных агрегатов.

Зарядные агрегаты являются одними из потребителей собственных нужд подстанции и питаются от щита собственных нужд 220/380 В переменного тока.

В случае возникновения аварийной ситуации на подстанции, которая сопровождается полной потерей напряжения, аккумуляторная батарея будет продолжительное время (в зависимости от емкости батареи и количества потребителей оперативного тока) осуществлять питание защитных и автоматических устройств, цепей управления выключателями и других потребителей оперативного тока (аварийное освещение, инвертор, устройства связи).

Для обеспечения бесперебойной подачи оперативного тока на защитные устройства и цепи управления коммутационными аппаратами, в щите постоянного тока предусматривается две секции сборных шин.

Большая часть устройств, элементов оборудования, подключается к каждой из секций щита постоянного тока.

Таким образом, обеспечивается надежность и бесперебойность подачи оперативного тока на данные устройства.

В обычном режиме устройства питаются от линии, которая идет от одной секции, при обесточении данной секции устройство автоматически переключает питание от другой линии, подключенной ко второй секции ЩПТ.

Например, зарядный агрегат подключен двумя кабельными линиями к каждой из секций щита постоянного тока.

В обычном режиме он питается от первой секции, в случае потери напряжения он автоматически переключится на питание от второй секции ЩПТ.

В щите постоянного тока размещается множество различных электрических аппаратов, измерительных приборов, переключающих устройств, кнопок и сигнальных устройств.

Рассмотрим вкратце каждый из приведенных элементов.

Щит постоянного тока для удобства обслуживания изготавливается из нескольких панелей.

Каждая из панелей имеет свои электрические аппараты и выполняет определенные функции.

Например, щит постоянного тока состоит из трех панелей.

На средней панели расположены автоматические выключатели, рубильники ввода аккумуляторной батареи и секционный выключатель.

На левой панели расположены автоматические выключатели, к которым подключены потребители постоянного оперативного тока первой секции, к правой панели — кабельные линии потребителей второй секции.

Автоматические выключатели служат для защиты цепей оперативного тока от повреждения в результате перегрузки или короткого замыкания.

Автоматические выключатели, монтируемые в щите постоянного тока — двухполюсные, рассчитанные на работу в сетях постоянного тока.

Рубильники устанавливаются на группы из нескольких автоматических выключателей и служат для создания видимого разрыва при необходимости проведения работ в цепях оперативного тока или замены автоматических выключателей отходящих линий.

Для обеспечения контроля включенного положения автоматических выключателей, устанавливаются блок-контакты, которые работают в паре с автоматическими выключателями.

Блок-контакты подключаются к устройствам сигнализации и в случае отключения какого-либо автоматического выключателя на панели сигнализации обслуживающий персонал своевременно обнаружит его отключение.

Также блок-контакты могут подключаться к различным автоматическим устройствам.

Например, к устройству автоматического включения резерва.

При отключении вводного выключателя одной из секций щитка постоянного тока будет автоматически включен секционный автоматический выключатель (при наличии мотор-привода).

На лицевой части панелей щита постоянного тока устанавливаются различные переключающие устройства, измерительные приборы и сигнальные лампы (светодиоды).

Переключающие устройства, кнопки предназначены для переключения режимов работы автоматических устройств ЩПТ, контроля изоляции, тока подзарядки аккумуляторной батареи.

Для контроля основных электрических параметров устанавливаются такие измерительные приборы, как амперметр и вольтметр.

Амперметр служит для фиксации тока зарядки аккумуляторной батареи, тока на вводе щита постоянного тока, на каждой из секций, а также на секционном выключателе ЩПТ.

Вольтметры предназначены для контроля уровня напряжения на том или ином участке щита постоянного тока.

На щите постоянного тока также устанавливаются вольтметры контроля изоляции.

Сигнальные лампы служат для индикации положения коммутационных аппаратов, они подключаются к блок-контактам автоматических выключателей.

Для каждого автоматического выключателя устанавливается по две сигнальные лампы, как правило, красного и зеленого цвета, которые сигнализируют о включенном и отключенном положении каждого коммутационного аппарата.

Следует отметить, что одним из наиболее распространенных аварийных режимов является «земля» в сети постоянного тока.

Наличие «земли» свидетельствует о том, что один из полюсов замкнут на «землю».

Данный режим работы цепей оперативного тока недопустим, поэтому при его возникновении необходимо без промедления приступить к отысканию возникшего повреждения.

Контроль изоляции, то есть напряжение каждого полюса относительно земли, контролируется на вышеупомянутых вольтметрах посредством выбора определенного положения соответствующих переключающих устройств.

«Россети ФСК ЕЭС» | Вставки несинхронной связи

Вставки постоянного тока (ВПТ) используются для объединения энергосистем работающих на разных или несинхронных частотах. Они состоят из каскадного соединения двух преобразовательных устройств, одно из которых работает в режиме выпрямителя, а другое – в режиме инвертора. Объединяющим элементом ВПТ является звено постоянного тока, по виду которого различают ВПТ на основе преобразователей тока – со сглаживающим реактором в цепи постоянного тока и на основе преобразователей напряжения – с батареей конденсаторов постоянного тока.

ВПТ на основе преобразователей тока выполняются на тиристорах и потому имеют более высокий КПД по сравнению с ВПТ на основе преобразователей напряжения, в которых используются полностью управляемые приборы – силовые биполярные транзисторы с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistors – IGBT).

ВПТ первого типа мощностью 1420 МВт реализована для экспорта электроэнергии из России в Финляндию на подстанции 330/400 кВ Выборгская в 1980-х годах. В настоящее время запланирована модернизация ее преобразовательного оборудования, которая обеспечит существенное снижение потерь и уменьшение мощности устройств компенсации реактивной мощности более чем в 2 раза.

ВПТ на базе двух преобразователей напряжения обеспечивает регулирование как активной, так и реактивной мощности в широких пределах, что позволяет отказаться от использования дополнительных устройств для компенсации реактивной мощности, необходимых при использовании ВПТ тиристорного типа. ВПТ на базе преобразователей напряжения может применяться для несинхронного объединения любых энергосистем, в том числе по межсистемным связям, относящих к категории «слабых», где требуется регулирование реактивной мощности в широком диапазоне для обеспечения устойчивой работы энергосистем.

Так, в настоящее время существующая связь на напряжении 220 кВ между энергосистемами Сибири и Востока разомкнута из-за невозможности обеспечить ее устойчивую работу. Создание вставки несинхронной связи мощностью 200 МВт на подстанции 220 кВ Могоча (Забайкальский край) позволит нормализовать уровни напряжения в сети 220 кВ, производить оперативный обмен аварийным резервом мощности между двумя энергосистемами, обеспечить бесперебойное электроснабжение Транссибирской и Байкало-Амурской магистралей.

Дополнительные главы физики: цепи постоянного тока. 8 класс: О курсе

Курс ориентирован на слушателей, владеющих школьной программой по физике 8 класса. В процессе обучения учащиеся познакомятся с различными методами определения токов и напряжений в цепях постоянного тока и с их помощью научатся рассчитывать самые сложные электрические цепи.

Курс состоит из 9 обязательных учебных модулей, 36 видеолекций с конспектами, 148 обязательных упражнений и факультативных задач для самостоятельного решения.

Учебные модули

— Ток, напряжение, сопротивление
— Последовательное и параллельное соединение проводников
— Симметрия в электрических цепях
— Метод наложения токов
— Бесконечные цепи
— Мост Уитстона и преобразование треугольник-звезда
— Амперметр и вольтметр
— Работа и мощность электрического тока
— ЭДС

Внутри каждого модуля есть:

— видео с кратким конспектом, где обсуждается теория и разбираются примеры решения задач,
— упражнения с автоматической проверкой, позволяющие понять, как усвоена теория,
— задачи для самостоятельного решения, которые не учитываются в прогрессе и не идут в зачет по модулю, но позволяют качественно повысить свой уровень. 

Каждый ученик самостоятельно определяет для себя темп и удобное время учебы. Часть модулей открыта сразу, следующие модули открываются после того, как получен зачет по предыдущим. В каждом разделе есть ответы на популярные вопросы, где можно уточнить свое понимание теории или условия задачи, но нельзя получить подсказки по решению.

По итогам обучения выдается электронный сертификат. Для его получения необходим зачет по всем учебным модулям, кроме лекционных. Условие получения зачета по модулю — успешное выполнение не менее 70% упражнений. Сертификаты могут учитываться при отборе на очные программы по направлению «Наука». 

Если ученик не успеет получить зачет по отдельным модулям, то он не сможет получить сертификат, но сможет возобновить обучение, когда курс стартует в следующий раз. При этом выполнять пройденные модули заново не потребуется (но может быть предложено, если соответствующие учебные материалы обновятся).

В следующий раз курс будет открыт осенью 2020 года.

Постоянный ток (DC) — Delta

Группа продуктов


Язык:
БългарскиČeskýDanskDeutschEestiΕλληνικάEnglishEspañolFrançaisItalianoLatviešu Lietuvių MagyarNederlandsPolskiPortuguêsPусскийRomânăSlovenskiSlovenskýSuomiSvenska

Валюта:
1 AUD — 2.7998 PLN1 CAD — 3.0225 PLN1 CHF — 4. 2012 PLN1 CZK — 0.1794 PLN1 DKK — 0.5902 PLN1 EUR — 4.3901 PLN1 GBP — 5.2594 PLN100 HUF — 1.2267 PLN1 NOK — 0.4377 PLN1 PLN — 1.0000 PLN1 SEK — 0.4134 PLN1 USD — 3.9058 PLN

Меню




Рекомендованная статья

Затухание оптического волокна

Бюллетень E-mail


TopТехнический словарьПостоянный ток (DC)

Постоянный ток (DC), в отличие от переменного тока, имеет два полюса: положительный и отрицательный, между ними образуется разница потенциалов или напряжения. Условно эектрические грузы движутся от положительного полюса до отрицательного, хотя в действительности это происходит как раз наоборот. Графиком постоянного тока является прямая линия (рис. 1).

 

Рис.1. График постоянного тока

 

Основным источником постоянного тока являются источники питания и первичные элементы (то-есть батареи и аккумуляторы). Большинство электронного оборудования питается от постоянного тока. Его без проблем можно получить через источники питания и зарядные устройства непосредственно от розетки, в которой протекает переменный ток.

 

Как и устройства, которые являются источником постоянного тока (рис.2), так и устройства, которые питаются током от индикации постоянного тока, имеют символ СD. Часто также используется символ постоянного тока (рис.3).

 

Рис. 2. Паспортная табличка питания постоянного тока

 

Рис.3 Символ постоянного тока

 

В случае питания устройств постоянным током, очень важно правильное подключение позитивного и негативного полюсов. В противном случае это может привести к постоянному и необратимому повреждению устройства. Провода, несущие постоянный ток, отмечены красным цветом — для положительного потенциала и черным — для отрицательного. Если оба кабеля черного цвета, пунктирной линией отмечен только «минус». Часто в источниках питания используется штекер 2,1/5,5 (рис.4), в котором внешняя часть представляет собой отрицательный потенциал, а внутренняя — положительный.

 

Рис.4. Стандартная поляризация в источниках питания со штекером 2,1/5,5 мм

 

Сетевые источники питания — широкоиспользуемые электронные устройства, в связи с необходимостью получения постоянного тока. Они используются в каждом устройстве, имеющем микросхемы. Хотя многие устройства RTV, AGD рассчитаны на питание от электрической розетки, то-есть, переменным напряжением, в конечном счете, внутри них происходит преобразование в постоянный ток.

 

Нетто:0.00 EUR
Брутто:0.00 EUR
Вес:0.00 kg
Особенно рекомендуем
ПОДВЕСНОЙ ШКАФ RACK EPRADO-R19-9U/450

Нетто: 133.49 EUR

IP-КАМЕРА IPC-HFW2431T-ZS-27135-S2 — 4 Mpx 2.7 … 13.5 mm — MOTOZOOM DAHUA

Нетто: 301.59 EUR

ВИТАЯ ПАРА UTP/K5/305M/MTC METACON

Нетто: 0.37 EUR

АНТИВАНДАЛЬНАЯ КАМЕРАAHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL APTI-H50V3-2812W 2Mpx / 5Mpx 2.8 … 12 mm

Нетто: 53. 04 EUR

АНТИВАНДАЛЬНАЯ КАМЕРАAHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL APTI-H50V3-2812W 2Mpx / 5Mpx 2.8 … 12 mm

Нетто: 53.04 EUR

БЛОК ПИТАНИЯ 12V/2A/5.5*P100

Нетто: 510.01 EUR

AHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL-КАМЕРА DS-2CE16D8T-ITF(2.8mm) — 1080p Hikvision

Нетто: 69.02 EUR

IP-КАМЕРА IPC-HFW2431S-S-0280B-S2 — 4 Mpx 2.8 mm DAHUA

Нетто: 198.86 EUR

ВИДЕОТРАНСФОРМАТОР TR-1D-HD*P2

Нетто: 3.35 EUR

ИБП постоянного тока (ИБП DC)

Универсальная выпрямительная система (УВС) предназначена для обеспечения бесперебойной работы оборудования телекоммуникации и связи мощностью до 12 кВт. Модульная конструкция допускает установку от 1 до 4 силовых блоков мощностью 2 или 3 кВт каждый. Возможно увеличение мощности до 24 и 36 кВт под..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

Универсальная выпрямительная система (УВС) предназначена для обеспечения бесперебойной работы оборудования телекоммуникации и связи мощностью до 24 кВт. Модульная конструкция допускает установку от 1 до 8 силовых блоков мощностью 2 или 3 кВт каждый. Возможно увеличение мощности до 36 кВт подключе..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р-4.1 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 2 кВт. Благодаря модульной конструкции возможна установка от 1 до 4 силовых блоков по 2 кВт каждый с расширением максимальной мощности до 8 кВт. Рабочий диапазо..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р-4. 2 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 4 кВт. Благодаря модульной конструкции возможна установка от 2 до 4 силовых блоков по 2 кВт каждый с расширением максимальной мощности до 8 кВт. Рабочий диапазо..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р-4.3 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 6 кВт. Благодаря модульной конструкции возможна установка от 3 до 4 силовых блоков по 2 кВт каждый с расширением максимальной мощности до 8 кВт. Рабочий диапазо..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р-4. 4 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 8 кВт. Благодаря модульной конструкции силовые блоки легко заменяются при ремонте и обслуживании. Рабочий диапазон питающей электросети переменного тока от 85 д..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р-8.5 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 10 кВт. Благодаря модульной конструкции возможна установка от 5 до 8 силовых блоков по 2 кВт каждый с расширением максимальной мощности до 16 кВт. Рабочий диапа..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р-8. 6 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 12 кВт. Благодаря модульной конструкции возможна установка от 6 до 8 силовых блоков по 2 кВт каждый с расширением максимальной мощности до 16 кВт. Рабочий диапа..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р-8.7 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 14 кВт. Благодаря модульной конструкции возможна установка от 7 до 8 силовых блоков по 2 кВт каждый с расширением максимальной мощности до 16 кВт. Рабочий диапа..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р-8. 8 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 16 кВт. Благодаря модульной конструкции силовые блоки легко заменяются при ремонте и обслуживании. Рабочий диапазон питающей электросети переменного тока от 85 ..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

ЭПУ постоянного тока ИБП8-0,5/48-5.5 предназначена для обеспечения бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования мощностью до 2,5 кВт. Благодаря модульной конструкции возможна установка от 1 до 5 силовых блоков по 500 Вт каждый с расширением максимальной мощности до 2,5 кВт. Рабочий диа..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

Резонансный блок питания БП-2,0/48Р в составе ЭПУ постоянного тока ИБП8-2,0/48Р обеспечивают стабилизацию и регулировку выходного напряжения в широком диапазоне изменения напряжения электросети. Основные преимущества Микропроцессорная система управления и контроля по RS-485 Свет..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

Кассета инверторов КИН-48/230-2-БЭ позволяет установить до двух инверторов ИН-1.0/48М мощностью до 1000 Вт каждый и модуль байпас. Кассета с установленными инверторам обеспечивает подключенное оборудование электропитанием переменного тока высокого качества. Возможна параллельная работа до 4 ..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

Кассета инверторов КИН-48/230-3 позволяет установить до трех инверторов ИН-1. 0/48М мощностью до 1000 Вт каждый. Кассета с установленными инверторам обеспечивает подключенное оборудование электропитанием переменного тока высокого качества. Возможна параллельная работа до 4 кассет инверторов с сумм..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

Кассета инверторов КИН-1.0/48-2.N позволяет установить до двух инверторов ИН-1.0/48M мощностью до 1000 Вт каждый. Кассета с установленными инверторам обеспечивает подключенное оборудование электропитанием переменного тока. Стандартные розетки IEC320 на передней панели кассеты упрощают подключение..

Цена: П0 ЗАПР0СУ!

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока типа БК-1, БК-2, ДБ

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока типа БК-1, БК-2, ДБ

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока типа БК-1, БК-2, ДБ предназначены для применения в составе научной и служебной аппаратуры космических аппаратов, других технических средств с высокой надежностью и длительным сроком службы без регламентного обслуживания. Основными узлами двигателей являются ротор с постоянными магнитами, статор с обмотками и датчиками положения ротора на эффекте Холла, полупроводниковый коммутатор (встроенный для двигателей БК-1 и БК-2, либо выполненный в виде отдельного конструктива для двигателей типа ДБ). Ротор двигателей БК-2 и ДБ отделен от статора герметичной гильзой, что обеспечивает надежную изоляцию внутренней полости двигателей с вращающимся ротором от окружающей среды, дает возможность простыми средствами встроить электродвигатель, например в насос гидросистемы, не заботясь об установке на вал двигателя каких-либо уплотнителей.

Бесконтактные электродвигатели типа БК-1, БК-2, ДБ различных модификаций успешно применяются в приводах вентиляторов и насосов систем жизнеобеспечения и терморегулирования космических аппаратов, пилотируемых кораблей, скафандров космонавтов. Они используются для перекачки горячей щелочи в насосах электрохимических источников тока, обеспечивают функционирование компрессоров микрокриогенных установок, ряда приборов и систем, в том числе автоматизированных технологических комплексов.

АО «Корпорация «ВНИИЭМ» ведет постоянную работу по совершенствованию разработанных изделий, дальнейшему повышению их надежности и долговечности, а также по созданию новых изделий, в наибольшей степени отвечающих требованиям потребителя.

Основные технические характеристики разработанных в ВНИИЭМ бесконтактных электродвигателей приведены в следующих таблицах:

Бесконтактные электродвигатели типа ДБ 60

Бесконтактные электродвигатели типа ДБ

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока БК-1

Бесконтактные электродвигатели постоянного тока БК-2

 

Контактная информация:

тел. (495) 366-76-11,

(495) 365-57-28

факс (495) 366-15-61

В связи с загрузкой производственных мощностей АО «Корпорация «ВНИИЭМ» 2020-2022 гг.. производственный цикл изготовления электродвигателей серии БК и ДБ составляет до 24 месяцев с момента размещения заказов.

Просим учитывать технологический цикл изготовления при планировании закупок.

Кардиоверсия-дефибрилляция постоянным током (DC) – Сердечно-сосудистые заболевания

Если кардиоверсия постоянным током является плановой, пациенты должны голодать в течение 6–8 часов, чтобы избежать возможности аспирации. Поскольку процедура пугающая и болезненная, необходима кратковременная общая анестезия или внутривенное обезболивание и седация (например, фентанил 1 мкг/кг, затем мидазолам 1–2 мг каждые 2 минуты до максимальной дозы 5 мг). Оборудование и персонал для обслуживания дыхательных путей должны присутствовать.

Электроды (пластины), используемые для кардиоверсии, могут располагаться переднезадне (вдоль левого края грудины в 3-м и 4-м межреберьях и в левой подлопаточной области) или переднебоково (между ключицей и 2-м межреберьем вдоль правого края грудины и над 5-м и 6-м межреберьями на верхушке сердца).После подтверждения синхронизации с комплексом QRS на мониторе наносится разряд.

Наиболее подходящий уровень энергии зависит от тахиаритмии, которую лечат. Кардиоверсия и эффективность дефибрилляции увеличиваются при использовании двухфазных разрядов, при которых полярность тока частично меняется на противоположную по форме волны разряда.

  • от 120 до 200 Дж для двухфазных устройств (или в соответствии со спецификацией производителя), хотя многие практикующие врачи используют максимальную мощность устройства в этой настройке

  • 360 Дж для монофазных устройств (или в соответствии со спецификацией производителя) разряды находятся на том же или более высоком уровне энергии для двухфазных устройств и на том же уровне для монофазных устройств.

    • от 100 до 200 джоулей для двухфазных устройств (или в зависимости от спецификации производителя)

    • 200 джоулей для монофазных устройств (или в соответствии со спецификацией производителя)

    двухфазные и монофазные устройства.

    Кардиоверсия-дефибрилляция постоянным током также может применяться непосредственно к сердцу во время торакотомии или с помощью катетера с внутрисердечным электродом; тогда требуются гораздо более низкие уровни энергии.

    Постоянный ток | Инжиниринг | Фэндом

    Постоянный ток ( DC или « постоянный ток «) представляет собой постоянный поток электрического заряда от более высокого потенциала к более низкому.

    Объяснение[]

    Этот постоянный поток электрического заряда от высокого к низкому электрическому потенциалу обычно происходит в проводнике, таком как провод, но также может проходить через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках. В постоянном токе электрические заряды текут в одном направлении, что отличает его от переменного тока (AC).Термин, ранее использовавшийся для постоянного тока , был Гальванический ток .

    Виды постоянного тока

    Развитие[]

    Первая коммерческая передача электроэнергии (разработанная Томасом Эдисоном в конце девятнадцатого века) использовала постоянный ток. Поскольку было обнаружено, что переменный ток более удобен для распределения и передачи электроэнергии, чем постоянный ток, сегодня почти вся передача электроэнергии использует переменный ток.См. Война токов . Однако для передачи очень высокого напряжения на большие расстояния и из пункта в пункт использование постоянного тока является современной тенденцией.

    Различные определения[]

    В электротехнике термин DC является синонимом константы. Например, напряжение на источнике постоянного напряжения является постоянным, как и ток через источник постоянного тока. Решение электрической цепи постоянного тока — это решение, в котором все напряжения и токи постоянны. Можно показать, что любую форму волны напряжения или тока можно разложить на сумму постоянной составляющей и составляющей, изменяющейся во времени.Постоянная составляющая определяется как среднее значение напряжения или тока за все время. Среднее значение переменной во времени составляющей равно нулю.

    Хотя DC означает «Прямой ток », DC иногда означает «постоянная полярность». При таком определении напряжения постоянного тока могут изменяться во времени, например, необработанный выходной сигнал выпрямителя.

    Некоторые формы постоянного тока (например, создаваемые регулятором напряжения) почти не имеют изменений напряжения, но все же могут иметь различия в выходной мощности и токе.

    Приложения[]

    Установки постоянного тока обычно имеют различные типы розеток, выключателей и светильников, в основном из-за используемых низких напряжений, от тех, которые подходят для переменного тока. Обычно важно, чтобы устройство постоянного тока не меняло полярность, если только устройство не имеет диодного моста для исправления этого. (Большинство устройств с батарейным питанием этого не делают.)

    Постоянный ток высокого напряжения используется для прямой передачи электроэнергии на большие расстояния и для подводных кабелей с напряжением от нескольких киловольт до приблизительно одного мегавольта.

    Постоянный ток обычно используется во многих низковольтных устройствах, особенно там, где они питаются от батарей, которые могут производить только постоянный ток, или от солнечных батарей, поскольку солнечные элементы могут производить только постоянный ток. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор представляет собой устройство переменного тока, в котором для выработки постоянного тока используется выпрямитель. Для большинства электронных схем требуется источник питания постоянного тока.

    Большинство телефонов подключаются к витой паре проводов и внутренне отделяют переменную составляющую напряжения между двумя проводами (аудиосигнал) от постоянной составляющей напряжения между двумя проводами (используемой для питания телефона).

    Внешние ссылки[]

    « AC/DC: в чем разница? «.

    Чудо света Эдисона, американский опыт. (ПБС)

    Постоянный ток в дата-центре: мы уже на месте?

    Центры обработки данных все больше нуждаются в снижении воздействия своей деятельности на окружающую среду.

    Может ли DC быть жизнеспособным вариантом?

    В типичном центре обработки данных около половины электроэнергии, подаваемой на объект, теряется при преобразовании и распределении электроэнергии или используется для управления теплом, выделяемым в результате этих потерь, и самим ИТ-оборудованием.По мере увеличения плотности мощности в стойке возрастает и проблема охлаждения. Центры обработки данных также находятся под растущим давлением по снижению воздействия своей деятельности на окружающую среду. Сочетание внешнего давления и требований бизнеса подтолкнуло отрасль к изучению новых технологий и новых принципов проектирования.

    DC — новый черный (снова)

    В течение многих лет отрасль заигрывала с идеей перехода на постоянный ток для распределения электроэнергии в центрах обработки данных.Логика проста: каждый раз, когда мощность преобразуется из переменного тока в постоянный и обратно (например, для размещения ИБП с резервным аккумулятором в системе распределения), энергия теряется, в основном в виде тепла. Чем меньше преобразований претерпевает источник питания, тем меньше потери и тем меньше выделяется тепла. Более высокая эффективность приводит к снижению затрат, как капитальных, так и эксплуатационных.

    DC предлагает и другие преимущества, о которых мы расскажем чуть позже, но сначала полезно немного узнать о его истории.Война токов столкнула систему постоянного тока Томаса Эдисона с системой переменного тока Николы Теслы и его делового партнера Джорджа Вестингауза, чтобы стать стандартом, на котором будет построена энергосистема США. Переменный ток победил, в основном потому, что в то время было проще передавать энергию на большие расстояния, используя переменный ток с более высоким напряжением.

    DC вернется в середине 1950-х годов с появлением высоковольтной передачи постоянного тока (HVDC), которая, по иронии судьбы, лучше всего подходила для передачи больших объемов энергии на большие расстояния.Сегодня системы HVDC делают именно это.

    Они также используются для соединения асинхронных сетей переменного тока, позволяя соседним энергосистемам передавать энергию туда и обратно контролируемым образом. Кабель Cross-Sound, соединяющий Нью-Йорк с сетью Новой Англии, как известно, позволил Лонг-Айленду быстрее восстановиться после северо-восточного отключения электроэнергии в 2003 году благодаря способности системы постоянного тока контролировать направление и скорость потока электрического тока. Нью-Йорк «импортировал» 330 МВт электроэнергии из сети Новой Англии.

    Передача

    HVDC обладает многими преимуществами распределения мощности постоянного тока в меньшем масштабе: она занимает меньше места, чем сопоставимая система переменного тока, работает с меньшими потерями, а также предлагает несколько преимуществ в плане надежности.

    Давайте посмотрим на ценностное предложение DC в контексте центра обработки данных.

    Пример использования центра обработки данных

    В распределении питания постоянного тока

    используется меньше меди, чем в сопоставимой системе переменного тока (ABB отмечает, что в морских приложениях на 40 процентов меньше), и он не требует использования выпрямителей и трансформаторов, что приводит к более низкой стоимости установки. Операционная эффективность также лучше, чем у переменного тока, из-за меньших потерь и меньшей нагрузки на охлаждение, как отмечалось ранее. Насколько лучше? Оценки разнятся, но исследование лаборатории Лоуренса Беркли, проведенное в 2006 году с использованием современного оборудования переменного тока, показало, что эффективность постоянного тока на 5-7 процентов выше. Конечно, оборудование переменного тока развивалось, но здесь кроется еще одна проблема. Даже самые эффективные источники питания по-прежнему значительно менее эффективны, чем ведущие на рынке ИБП, поэтому владельцам/операторам центров обработки данных важно иметь целостное представление о энергопотреблении их объектов.

    Распределение питания постоянного тока

    занимает меньше места, чем питание переменного тока, что означает больше места для серверных стоек и/или охлаждающего оборудования, что важно, поскольку многие современные центры обработки данных ограничены своей способностью охлаждать уже имеющееся у них оборудование. Наконец, хорошо задокументировано, что система постоянного тока позволяет легко интегрировать локальные источники энергии, такие как солнечные или топливные элементы, или устройства хранения энергии, которые производят мощность постоянного тока. Даже если эти варианты охватывают лишь небольшую часть общей нагрузки объекта, они могут становиться все более привлекательными, поскольку центры обработки данных стремятся к экологизации своей деятельности.

    В дополнение к эффективности и стоимости DC также предлагает преимущества с точки зрения качества электроэнергии и надежности системы. Конструкция системы питания постоянного тока проще, с меньшим количеством компонентов (и, следовательно, с меньшим количеством точек отказа), чем альтернатива переменного тока, и она устраняет гармоники, балансировку фазной нагрузки и другие проблемы, связанные с переменным током. Телекоммуникационная отрасль десятилетиями использовала системы 48 В постоянного тока с потрясающими результатами. Японская компания NTT, например, сообщила о 10-кратном повышении надежности при использовании постоянного тока по сравнению с системой переменного тока, в которой используется один ИБП на канал, что является обычной конфигурацией. [2]

    Устройства накопления энергии могут быть размещены непосредственно на шине постоянного тока, а нагрузки могут быть добавлены по мере необходимости без перепроектирования сети электропитания. Это способствует более быстрой установке и более быстрому обновлению по мере роста объекта.

    Наконец-то есть безопасность. Современная силовая электроника позволяет нам ограничивать ток короткого замыкания за счет конструкции в системах постоянного тока, что является ключом к снижению риска для персонала и оборудования.

    Несколько препятствий

    Конечно, есть некоторые препятствия, стоящие на пути более широкого внедрения распределения питания постоянного тока в центрах обработки данных.Во-первых, существует ограниченный выбор источников питания постоянного тока для серверов, а также нехватка кондиционеров, противопожарного оборудования и средств управления зданием, работающих от постоянного тока, которые необходимы для того, чтобы постоянный ток был жизнеспособным выбором.

    Также отсутствуют стандарты, например, для дугового разряда и заземления, поэтому каждая система должна проектироваться индивидуально, что существенно увеличивает стоимость выбора постоянного тока. IEC в настоящее время работает над стандартом штепсельных вилок и розеток в соответствии с TS 62735 — требуется дополнительная работа в этом направлении, чтобы сделать DC реальным вариантом для центров обработки данных.

    Возможно, самой большой проблемой является просто отсутствие опыта у владельцев, операторов и подрядчиков центров обработки данных. Существуют вопросы проектирования, например, где разместить преобразование переменного тока в постоянный и как спроектировать устройство накопления энергии на шине постоянного тока, которое обеспечивает такую ​​​​же производительность, как ИБП. Ясно, что потребуется образовательный процесс, чтобы лучше познакомиться с системами постоянного тока и снизить сопротивление изменениям.

    Один из подходов может заключаться в том, чтобы центры обработки данных попытались создать вариант для DC на уровне сервера, где в любом случае будет большая часть экономии. Отказ от неэффективных источников питания и переход на оборудование, которое может получать питание от постоянного тока, позволит добиться быстрого выигрыша в эффективности и повысить уверенность персонала центра обработки данных в работе с системами постоянного тока.

    Сегодня глобальная установленная база центров обработки данных постоянного тока колеблется в пределах 10 МВт, что, безусловно, является ничтожной долей отрасли. Тем не менее, экономическое обоснование DC остается убедительным. Если хотя бы один гипермасштабный оператор сделает значительные инвестиции в ЦОД, он может мгновенно создать спрос, который затем приведет к разработке оборудования и стандартов, необходимых для вывода распределения ЦОД на новый уровень.

    Решения ABB для центров обработки данных

    Примечания

    [1] «Питание постоянного тока для повышения эффективности центра обработки данных», My Ton, Брайан Фортенбери, Уильям Чуди. Март 2008 г. https://datacenters.lbl. gov/sites/default/files/DC%20Power%20Demo_2008.pdf

    [2] «Анализ эффективности и надежности распределения переменного и постоянного тока 380 В в центрах обработки данных», Биджен Р. Шреста, Уйджвол Тамракар, Тимоти М. Хансен, Бишну П. Бхаттараи, Шон Джеймс и Рейнальдо Тонкоски. Доступ к IEEE через https://www.osti.gov/servlets/purl/1482212

    Основные определения – постоянный ток

    Постоянный ток (DC) представляет собой однонаправленный поток электрического заряда. Постоянный ток вырабатывают такие источники, как батареи, термопары, солнечные батареи, коллекторные электрические машины типа динамо. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может проходить через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках. Электрический заряд течет в постоянном направлении, что отличает его от переменного тока (AC).Термин, ранее использовавшийся для постоянного тока, был гальваническим током.

    Постоянный ток может быть получен от источника переменного тока с помощью устройства переключения тока, называемого выпрямителем, которое содержит электронные элементы (обычно) или электромеханические элементы (исторически), которые позволяют току течь только в одном направлении. Постоянный ток можно преобразовать в переменный с помощью инвертора или мотор-генераторной установки.

    Первая коммерческая передача электроэнергии (разработанная Томасом Эдисоном в конце девятнадцатого века) использовала постоянный ток.Поскольку раньше переменный ток имел преимущество перед постоянным током при преобразовании и передаче, до нескольких лет назад распределение электроэнергии почти полностью осуществлялось переменным током. В середине 1950-х годов была разработана передача HVDC, которая в настоящее время заменяет старые системы переменного тока высокого напряжения. Для приложений, требующих постоянного тока, таких как энергосистемы третьего рельса, переменный ток распределяется на подстанцию, которая использует выпрямитель для преобразования мощности в постоянный ток.См. Война токов.

    Постоянный ток используется для зарядки аккумуляторов и почти во всех электронных системах в качестве источника питания. Очень большое количество энергии постоянного тока используется в производстве алюминия и других электрохимических процессах. Постоянный ток используется для некоторых железнодорожных двигателей, особенно в городских районах. Постоянный ток высокого напряжения используется для передачи больших объемов электроэнергии от удаленных генерирующих объектов или для соединения электрических сетей переменного тока.

    Различные определения

    В электротехнике термин «постоянный ток» используется для обозначения энергосистем, в которых используется только одна полярность напряжения или тока, а также для обозначения постоянного, нулевой частоты или медленно меняющегося локального среднего значения напряжения или тока.Например, напряжение на источнике постоянного напряжения является постоянным, как и ток через источник постоянного тока. Решение электрической цепи постоянного тока — это решение, в котором все напряжения и токи постоянны. Можно показать, что любую стационарную форму волны напряжения или тока можно разложить на сумму постоянной составляющей и составляющей с нулевым средним, изменяющейся во времени; составляющая постоянного тока определяется как ожидаемое значение или среднее значение напряжения или тока за все время.

    Хотя DC означает «постоянный ток», иногда DC означает «постоянная полярность».При таком определении напряжения постоянного тока могут меняться во времени, например, необработанный выходной сигнал выпрямителя или колебания голосового сигнала на телефонной линии.

    Некоторые формы постоянного тока (например, создаваемые регулятором напряжения) почти не имеют изменений напряжения, но все же могут иметь различия в выходной мощности и токе.

    приложений

    Установки постоянного тока обычно имеют разные типы розеток, выключателей и светильников, в основном из-за используемого низкого напряжения, от тех, которые подходят для переменного тока.Обычно важно, чтобы устройство постоянного тока не меняло полярность, если только устройство не имеет диодного моста для исправления этого (большинство устройств с батарейным питанием этого не делают).

    DC обычно используется во многих низковольтных устройствах, особенно там, где они питаются от батарей, которые могут производить только постоянный ток, или в системах солнечной энергии, поскольку солнечные элементы могут производить только постоянный ток. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор переменного тока представляет собой устройство переменного тока, в котором для получения постоянного тока используется выпрямитель. Для большинства электронных схем требуется источник питания постоянного тока.Приложения, использующие топливные элементы (смешивание водорода и кислорода вместе с катализатором для производства электроэнергии и воды в качестве побочных продуктов), также производят только постоянный ток.

    Многие телефоны подключаются к витой паре проводов и внутренне отделяют переменную составляющую напряжения между двумя проводами (аудиосигнал) от постоянной составляющей напряжения между двумя проводами (используется для питания телефона).

    Коммуникационное оборудование телефонной станции, такое как DSLAM, использует стандартный источник питания -48 В постоянного тока.Отрицательная полярность достигается путем заземления положительной клеммы системы электропитания и аккумуляторной батареи. Это делается для предотвращения электролизных отложений.

    Электрифицированный третий рельс может использоваться для питания как подземных (метро), так и наземных поездов.

     

    Позвоните в Defined Electric по телефону 505-269-9861 или отправьте электронное письмо одному из наших квалифицированных электриков в Альбукерке сегодня, чтобы составить бесплатную смету для вашего следующего электротехнического проекта.

    Что такое постоянный ток? — Что такое ДК?

    Постоянный ток (DC) , является результатом потока электронов (отрицательного заряда) в проводнике (чаще всего это медные провода), который движется только в одном направлении.Если у нас есть батарея, электрический ток будет течь от отрицательной клеммы к положительной (в одном направлении). Нагрузкой в ​​данном случае является лампочка.

    Заряд электрона очень мал. Используемой единицей заряда является кулон (намного больше, чем заряд электрона).

    1 Кулон = заряд 6 280 000 000 000 000 000 электронов или в научных обозначениях: 6,28 x 10 18 электронов.

    В соответствии с нашей схемой и существующим соглашением постоянный ток течет от положительной клеммы к отрицательной.См. Жидкостную теорию электричества Бенджамина Франклина.

      Постоянный ток (DC) может изменять свою величину
    , но не может изменять свое направление со временем.

    Кажется, это противоположно тому, что мы говорили раньше. Что происходит, так это то, что когда электрон проходит через проводник, он оставляет дырку (положительный заряд), которая в то же время занята другим электроном, который покидает другую дыру и так далее, создавая ряд дырок, которые идут в противоположном направлении. потока электронов.

    Электрический ток – это количество заряда, протекающего через лампу за одну секунду, тогда:

    Электрический ток = количество заряда (кулоны)/время (секунды) или I = Q/T. Если заряд, проходящий через лампу, составляет 1 кулон в секунду, сила тока равна 1 ампер.

    Например:

    Если через лампочку в секунду проходит заряд 14 кулонов, то ток равен: I = Q/T = 14 кулонов/1 секунда = 14 ампер.

    Где используется постоянный ток?

    Постоянный ток (DC) используется во многих устройствах бытовой электроники и во всех устройствах, в которых используются батареи.Например: сотовые телефоны, автомобильные аккумуляторы, ноутбуки, аварийное освещение и т. д.

    Устройства постоянного тока

    Электрический ток измеряется в амперах (А), но в электронных схемах он обычно измеряется в миллиамперах (мА) или микроамперах. Ампер (мкА). См. следующий список конверсий.

    • 1 миллимпер (мА) = 0,001 ампер (А).
    • 1 микроампер (мкА) = 0,001 миллиампер (мА).
    • 1 микроампер (мкА) = 0,000001 Ампер (А).
    • 1 ампер (А) = 1000 миллиампер (мА).
    • 1 ампер (А) = 1000 000 микроампер (мкА).
    • 1 миллиампер (мА) = 1000 микроампер (мкА).

    Гибридные выключатели могут сделать постоянный ток практичным в приложениях высокой мощности

    Постоянный ток (DC) имеет преимущества перед переменным током, и разрабатываемый новый автоматический выключатель может сделать постоянный ток более практичным.

    Профессор Технологического института Джорджии Лукас Грабер и научный сотрудник Чанёп Парк изучают потенциал плазмы, окружающий материалы, которые оцениваются для использования в усовершенствованных автоматических выключателях постоянного тока.Низкоэнергетическая аргоновая плазма создает фиолетовый цвет. (Фото: Роб Фелт, Технологический институт Джорджии)

    Постоянный ток (DC) питает фонарики, смартфоны и электромобили, но основные пользователи зависят от переменного тока (AC), который включается и выключается 60 раз в секунду. Среди причин: переменный ток легко отключить, когда есть проблема, известная как неисправность, например, падение дерева на линию электропередач.

    Но у постоянного тока есть неотъемлемые преимущества перед его чередующимся двоюродным братом, среди которых более высокая эффективность и способность передавать больше энергии на большие расстояния. Это может иметь все большее значение, поскольку ветряные электростанции в сельской местности производят электроэнергию, необходимую для населенных пунктов. И будущие электрические самолеты и корабли, вероятно, будут питаться от систем постоянного тока с высокой плотностью мощности.

    Переменный ток может быть отключен, когда уровень мощности достигает нуля во время цикла — точка пересечения нуля синусоидальной волны — что является основой для автоматических выключателей, которые защищают современные энергосистемы повсюду, от подстанций до домашних установок. Однако без этих переменных циклов постоянный ток не имеет подходящего времени для отключения питания.

    Новая технология, финансируемая за счет гранта в размере 3,3 миллиона долларов США в рамках программы ARPA-E BREAKERS, может помочь решить эту проблему, используя инновации в силовой электронике, пьезоэлектрические приводы и новые изоляционные материалы, чтобы сделать возможными мощные автоматические выключатели постоянного тока. Исследователи из Технологического института Джорджии и Университета штата Флорида (FSU) рассчитывают обеспечить скорость переключения выключателей в десять раз выше, чем у существующего оборудования, и коммерциализировать эту технологию через консорциум отраслевых партнеров.

    «Переход от переменного тока к постоянному, который уже происходит, откроет новую парадигму эффективного и контролируемого управления питанием в будущих электрических системах и военных платформах», — сказал Майкл «Миша» Стейрер, член исследовательского факультета Университета штата Флорида. Центр передовых энергетических систем. «Это станет возможным благодаря удивительным разработкам, произошедшим за последние два десятилетия в области силовой электроники».

    Гибридный автоматический выключатель, разрабатываемый исследовательской группой, будет использовать блоки очень больших транзисторов для отключения постоянного тока при необходимости.Полупроводники менее эффективны в проведении тока, чем обычные механические переключатели, поэтому в обычных условиях ток будет течь через механические переключатели. Но когда питание должно быть отключено, ток на короткое время проходит через силовую электронику до тех пор, пока механические выключатели не смогут разомкнуться.

    «Мы предлагаем гибридный автоматический выключатель постоянного тока, в котором ток будет иметь два пути», — пояснил Лукас Грабер, доцент Школы электротехники и вычислительной техники Технологического института Джорджии.«Один путь будет проходить через полупроводники, которые при необходимости могут прерывать ток. Второй путь будет проходить через механические переключатели, которые обеспечат путь с гораздо меньшим сопротивлением и будут более эффективными для нормальной работы».

    В обычных приложениях бытовой электроники транзисторы слишком малы, чтобы их можно было увидеть и выдержать всего несколько вольт. Транзисторы, которые будут использоваться для коммутации постоянного тока, намного больше — квадратный сантиметр — и десятки или сотни их будут объединены последовательно или параллельно, чтобы обеспечить достаточную мощность для коммутации тысяч вольт. После того, как ток переместится на путь твердотельного транзистора, пьезоэлектрические приводы быстро разъединят контакты в механических переключателях до того, как ток в транзисторах станет слишком большим. После разделения ток через транзисторы можно отключить.

    — Нам нужно быть очень быстрыми, — сказал Грабер. «Мы должны разъединить контакты в течение 250 микросекунд и полностью отключить ток в течение 500 микросекунд — всего полмиллисекунды. По этой причине мы не можем использовать пружинные или гидравлические приводы, обычные для автоматических выключателей переменного тока.Устройства, основанные на пьезоэлектрическом эффекте, могут сделать это за нас».

    Исследователи Технологического института Джорджии и бывшего СССР разработали объекты интеллектуальной собственности для компонентов предлагаемых выключателей постоянного тока и будут работать вместе, чтобы объединить эти технологии. Проект известен как Efficient DC Interrupter with Surge Protection (EDISON).

    «Мы объединим сильные стороны совершенно разных технологий — полупроводниковых и механических — в систему, которая в целом работает лучше, чем ее отдельные компоненты», — сказал Штойрер. «Для достижения нашей цели части системы должны работать без сбоев в течение полмиллисекунды».

    Исследователи, в том числе доцент Марьям Саидифард, директор VentureLab Джонатан Голдман и научный сотрудник Чанёп Парк в Технологическом институте Джорджии, а также профессор Фанг Пэн, исследовательский факультет Карл Шодер и доцент Юань Ли в бывшем СССР, планируют построить прототип, который будет испытан на пятимегаваттном испытательном стенде бывшего Советского Союза в течение трех лет. Разработка и тестирование будут проводиться в сотрудничестве с группой промышленных партнеров, которые в конечном итоге переведут выключатели постоянного тока на коммерческое использование.

    Постоянный ток может быть особенно полезен, поскольку все больше возобновляемых источников энергии появляется в сети. Фотоэлектрические установки на западе могут по-прежнему генерировать электроэнергию после захода солнца на востоке. Ветряные турбины могут производить энергию в средней части страны, в то время как облака покрывают другие части страны. Поэтому передача энергии из одного места в другое может стать более важной.

    «С помощью возобновляемых источников энергии предстоит преодолеть большие расстояния, — сказал Грабер. «Когда мы переосмыслим, какой будет следующая сеть, DC может сыграть большую роль.

    Для тех, кто знаком с историей электроэнергетики, эта работа открывает новую главу истории самых знаменитых изобретателей всех времен, которая насчитывает почти полтора-два столетия.

    Относительные достоинства постоянного тока по сравнению с переменным послужили основой для «войны токов» между изобретателями Томасом Эдисоном и Николасом Теслой в 1880-х годах. Эдисон, сторонник постоянного тока, в конечном итоге проиграл переменному току Теслы. Но если бы Эдисон смог использовать современную силовую электронику, история могла бы сложиться иначе.

    «Эдисон был прав, но в то время он ошибался, — сказал Грабер. «DC возвращается сильным, и мы будем участвовать в том, чтобы сделать его практичным».

    Финансирование работы осуществляется по программе ARPA-E «Создание надежной электроники для безопасного достижения эффективной мощности в киловольтах» (BREAKERS). Этот проект был одним из восьми, финансируемых для поддержки разработки устройств среднего напряжения для сетей, промышленности и транспорта.

    Research News
    Технологический институт Джорджии
    177 North Avenue
    Atlanta, Georgia 30332-0181 США

    Контактное лицо по связям со СМИ : Джон Тун (404-894-6986) ([email protected]образование)

    Писатель : Джон Тун

    Сеть постоянного тока среднего напряжения — 1-е издание

    М. М. Эйсса

    Мустафа М. Эйсса — профессор кафедры электротехники в Хелуанском университете Хелуана, Египет. (В отпуске в Университете Султана Кабуса, Инженерный колледж, факультет электротехники и вычислительной техники, Оман). Он является старшим членом IEEE Power & Energy Society и выпускником Хелуанского университета. Ранее он занимал должность вице-председателя IEEE.Он был советником IEEE HSB; научный сотрудник Университета Калгари, Канада, 2000 г.; старший приглашенный профессор Университета Теннесси, США, 2014 г.; Профессорская стипендия — JSPS FY2017, Японско-Киотский университет; Предоставлены индивидуальные стипендии Марии Склодовской-Кюри, европейско-институциональные гранты, Королевский университет, Ирландия, Грант Фонда Ньютона-Мошарафа, 2018, Королевский университет, Ирландия и STDF-Египет. Профессор Эйсса получил восемь наград, включая «Государственную награду за выдающиеся достижения в области технических наук» от Академии научных исследований и технологий (Египет), 2016/2017; «Университетская премия за выдающиеся достижения в области инженерных наук» в 2016/2017 гг.; награда IEEE PES «Chapter Outstanding Engineer Award» за выдающийся вклад в образование, исследования и промышленность в области электроэнергетики, 2017 г.; «Государственное поощрение» за передовые технологии науки, 2002 г. ; «Выдающийся исследователь» в октябре 2005 г.; «Премия поощрительного исследователя» в 2011 г.; «Премия поощрения исследователя» в 2012 г., присужденная в рамках «Программы постоянного совершенствования и квалификации для аккредитации» Министерством высшего образования Египта; «Премия ETRERA 2020» в категории интеллектуальных сетей в 2014 году (европейская награда).Он проводил исследования и консультации, а также является автором множества статей в журналах IEEE Transactions on Power Delivery и IEEE Transactions on Smart Grids, а также в других журналах IET, Elsevier и ETEP. У него много крупных грантов в области ГИС на основе интеллектуальных счетчиков, микросетей и гибридных ВИЭ, гибридной энергоэффективности и оптимизации, управления/защиты HVDC на основе WAM; разработка энергетической политики; и интеллектуальные сети на основе DSM и EMS. В настоящее время он работает в области инновационных технологий, включая i-менеджмент, электронную энергию, i-защиту и т. д.

    Принадлежности и квалификация

    Профессор кафедры электротехники в Хелуане, Хелуанский университет, Египет.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.