Источник питания (power source) — это электрическое оборудование, предназначенное для производства, аккумулирования электрической энергии или изменения её характеристик (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013).
Источником питания в распределительной электрической сети (см. рисунок 1 ниже) является трансформатор, установленный на понижающей трансформаторной подстанции. Источниками питания также могут быть: местная электростанция, отдельный электрогенератор малой мощности, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, и даже разделительный трансформатор, на основе которого в части электроустановки здания реализуют систему IT.
Рис. 1. Система распределения электроэнергии (TN-C-S) (на рисунке показан источник питания)
Характеристики доступных источников питания
При проектировании электрических установок в соответствии с комплексом стандартов IEC 60364 необходимо знать характеристики источников питания. Для того чтобы спроектировать безопасную электроустановку, соответствующую требованиям комплекса стандартов IEC 60364, необходимо получить соответствующую информацию от оператора распределительной электрической сети. Характеристики источников питания должны быть включены в проектную и эксплуатационную документацию электрических установок. Если оператор электрической сети изменяет характеристики источников питания, это может повлиять на безопасность электроустановки.
Приведем эти характеристики (согласно ГОСТ 30331.1-2013):
- Род электрического тока: переменный и (или) постоянный.
- Виды проводников, применяемых в электрических цепях электроустановки:
— переменного тока: фазный (линейный) проводник, нейтральный проводник, защитный проводник;
— постоянного тока: полюсный (линейный) проводник, средний проводник, защитный проводник.
Примечание — В одном проводнике, например — в PEN-, РЕМ- или PEL-проводнике, могут быть объединены функции, выполняемые несколькими проводниками.
- Допустимые значения:
— напряжение и допустимые отклонения напряжения;
— потери напряжения, колебания напряжения и падения напряжения;
— частота и допустимые отклонения частоты;
— максимальный допустимый ток;
— полное сопротивление петли замыкания на землю до ввода в электроустановку;
— ожидаемые токи короткого замыкания.
Стандартные значения напряжения и частоты приведены в IEC 60038.
Защитными мерами предосторожности, присущими источнику питания, являются, например, заземление нейтрали в электрической системе переменного тока или заземление средней части, находящейся под напряжением, в электрической системе постоянного тока.
При этом, приведенные ниже характеристики любого применяемого источника питания и обычный диапазон этих характеристик, если необходимо должны быть определены путем расчета, измерения, сбора материала или проверки:
- номинальное (ые) напряжение (ия);
- род тока и его частота;
- ожидаемый ток короткого замыкания на вводе электроустановки;
- полное сопротивление петли замыкания на землю той части электрической системы, которая расположена снаружи электроустановки;
- соответствие требованиям, предъявляемым электроустановкой, включая — обеспечение максимальной нагрузки;
- тип и номинальные характеристики устройства защиты от сверхтока, установленного на вводе электроустановки.
Эти характеристики следует оценивать как для внешнего, так и для внутреннего источников питания. Требования распространяются на основные источники питания, на источники питания систем безопасности и резервные источники питания.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Параметры источника электроэнергии»
Прежде чем мы приступим к рассмотрению новой темы, давайте вспомним, что вообще называют источником электрической энергии.
Все электромагнитные процессы, которые протекают в электротехнических устройствах, как правило, достаточно сложны. Однако во многих случаях, их основные параметры можно описать с помощью таких понятий, как: ток, напряжение, сопротивление, мощность и электродвижущая сила.
Вообще совокупность электротехнических устройств, состоящая из соответствующим образом соединённых источников и приёмников электрической энергии, предназначенных для генерации, передачи, распределения и преобразования электрической энергии принято рассматривать, как электрическую цепь
.
Электрическая цепь состоит из отдельных частей (устройств), которые выполняют определённые функции и называются элементами цепи
.
Понятно, что основные элементы цепи – это источники
и
приёмники
электрической энергии.
Электротехнические устройства, которые производят электрическую энергию, называют источниками
или
генераторами
электрической энергии, а устройства, которые потребляют её –
потребителями
или
приёмниками
электрической энергии.
Итак, вспомним определение: устройство, которое преобразует какую-либо энергию (механическую, химическую, тепловую или световую) в электрическую, называют источником
.
Примерами источников электроэнергии служат гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы и многие другие устройства.
Можно даже сказать, что в быту (то есть дома) источниками электрической энергии являются обыкновенные розетки, куда мы подключаем чайники, компьютеры, стиральные машинки и так далее.
Понятно, что основное назначение источников – это питание потребителей электроэнергией
.
Все источники энергии называют активными элементами
. Они бывают
постоянного
и
переменного
тока. Однако их параметры аналогичны.
Как мы уже знаем, источник вырабатывает электрическую энергию за счёт действия каких-либо внешних сил.
При этом в результате действия внешней силы каждый единичный электрический заряд при движении внутри источника получает некоторое количество энергии.
Величина энергии, которую приобретает единичный электрический заряд внутри источника от внешних сил, называется электродвижущей силой источника
(или коротко
ЭДС
). Единица измерения электродвижущей силы источника –
вольт
.
Рабочее напряжение и мощность электрогенераторов, как правило, указывают на их корпусе. Так, например, на корпусе гальванических элементов обозначают их начальную электродвижущую силу.
Если получается так, что для питания нагрузки необходимо напряжение или ток, которые превышают соответствующие величины одного гальванического элемента, то из них собирают батарею. Причём, элементы, соединённые в батарею, должны иметь одинаковые типы, электродвижущую силу и внутреннее сопротивление.
Наверняка вы слышали такое словосочетание, как короткое замыкание
. Все, конечно, представляют себе, что это за явление, но не каждый может объяснить.
Давайте попробуем разобраться.
Итак, если соединить проводом электроды источника тока, получим как раз-таки то, что и называется режимом короткого замыкания.
При большой мощности источника сила тока в режиме короткого замыкания достигает очень большой величины, что приводит к выделению большого количества тепла внутри электромеханического генератора и разрушению в нём обмоток. Причём сила тока может стать настолько велика, что провод, который замыкает электроды источника, начнёт раскаляться и даже плавиться.
Ток короткого замыкания очень опасен, так как может повредить всё: и источник электрической энергии, и потребитель, и даже соединительные провода.
В свою очередь, перегрев соединительных проводов может привести к их возгоранию и пожару.
Поэтому при питании устройств от мощных источников в потребителе почти всегда вводят защиту от короткого замыкания. Которое, кстати, может произойти внезапно, например, из-за аварий устройств, ошибок людей и ударов молний.
Самая простая защита от разрушительных последствий короткого замыкания — это плавкий предохранитель
. Как правило, такое устройство устанавливают для защиты квартирной электропроводки и бытовых электроприборов.
Плавкий предохранитель
представляет собой тонкую проволоку из легкоплавкого металла, которая вставлена в стеклянную либо керамическую трубку. При малейших отклонениях в работе электрической цепи, например, увеличение силы тока выше допустимого значения, проволока нагревается и расплавляется. При этом происходит размыкание электрической цепи.
Более сложной защитой от разрушительных последствий короткого замыкания является использование различных автоматов защиты сети
. Примером таких автоматов служит
автоматический выключатель
.
Главная функция автоматического выключателя – защита проводов и кабелей от перегрузки и короткого замыкания.
Данный прибор представляет собой устройство, которое регулирует подачу тока в цепи. Действует автоматический выключатель при помощи встроенного прибора, фиксирующего изменение напряжения, частоты и силы тока. Так, например, если сеть перегружается, срабатывает тепловое реле, и автомат выключается. Скорость, с которой это происходит – минимальна. Поэтому применение автоматического выключателя гарантирует безопасное использование нескольких бытовых электроприборов одновременно и сложного оборудования на производстве.
В отличие от плавкого предохранителя, который можно использовать только однократно, автоматические выключатели предназначены для многоразовой защиты электрических установок от перегрузок и коротких замыканий.
Параметром устройств защиты является максимально допустимая мощность, которая в этом случае задаётся в виде допустимой силы рабочего тока. Величину силы тока, как правило, указывают на корпусе или контактах предохранителей.
В случае перегорания плавкой вставки в предохранителе, её следует заменить на аналогичную с точно такой же величиной допустимого тока.
Заменять плавкую вставку на вставку с большей силой тока очень опасно, так как это может привести к перегрузке электрической сети и возгоранию проводов и других элементов.
Мы с вами уже выяснили, что источник электроэнергии предоставляет потребителю энергию с определёнными параметрами. Эти параметры обязательно должны соответствовать параметрам потребителя, иначе потребитель не будет работать и в скором времени выйдет из строя.
Это говорит о том, что рабочее напряжение потребителя должно соответствовать рабочему напряжению источника, а мощность, потребляемая потребителем, не должна превышать его допустимой мощности.
Например, если подключить электроприбор, который рассчитан на напряжение 220 В, в электрическую сеть с напряжением 127 В, то он не сможет работать из-за недостатка энергии.
И наоборот, если в электрическую сеть с напряжением 220 В подключить электроприбор, который рассчитан на 127 В, то он также не сможет работать. Но уже по другой причине: электроприбор будет получать от источника слишком большую энергию, что может привести к его поломке.
В лучшем случае сработают предохранители, защищающие его от возникшей перегрузки, однако электроприбор при этом всё равно не сможет работать.
Итоги урока
На этом уроке мы с вами обсудили некоторые из параметров источников электроэнергии. Узнали, что называют электродвижущей силой источника. Поговорили о таком опасном явлении, как короткое замыкание. Узнали, в результате чего оно возникает, и какие устройства помогают с ним бороться.
Дополнительные типы источников питания
Помимо основного источника питания также выделят резервный электрический источник питания и электрический источник питания для систем безопасности. Приведем их определения и примеры.
Резервный электрический источник питания — это электрический источник питания, предназначенный для поддержания питания электрической установки или ее частей, или части в случае перерыва нормального питания, но в иных целях, чем безопасность.
Электрический источник питания для систем безопасности — это электрический источник питания, предназначенный для использования в качестве части системы электрического питания для систем безопасности.
Если наличие систем безопасности, имеющих отношение к противопожарным мероприятиям и другим условиям аварийной эвакуации из зданий, требуется, например, органами управления и (или) если обеспечение резервного питания требуется административным лицом, устанавливающим технические требования к электроустановке, характеристики источников питания для систем безопасности и (или) резервных систем должны определяться для каждого в отдельности. Такие источники питания должны иметь соответствующую мощность, надежность, номинальные характеристики и соответствующее время переключения для работы указанного вида.
Примечание 1 — Необходимость установки систем безопасности и их характеристики, как правило, регламентируют уполномоченные органы управления, требования которых следует соблюдать.
Примечание 2 — Примерами систем безопасности являются: системы обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, аварийного освещения на путях эвакуации людей, аварийной вентиляции и противодымной защиты, внутреннего противопожарного водопровода, установки для пожарных насосов, лифты для пожарных команд, оборудование для отвода дыма и тепла, ответственное медицинское оборудование.
Источниками питания для систем безопасности могут быть:
- аккумуляторные батареи;
- гальванические батареи;
- генераторные установки, независимые от источника питания, применяемого в нормальном режиме;
- отдельная линия электропередачи распределительной электрической сети, фактически независимая от линии электропередачи, используемой в нормальном режиме
Источником питания системы безопасности может быть:
- неавтоматический источник питания, запуск которого осуществляется оператором;
- автоматический источник питания, запуск которого осуществляется независимо от оператора.
В зависимости от времени переключения автоматические источники питания классифицируют следующим образом:
- без перерыва питания: автоматический источник питания может обеспечить непрерывное питание при заданных условиях во время переходного периода, например, при изменениях напряжения и частоты;
- с очень коротким перерывом питания: автоматический источник питания может обеспечивать питание в течение 0,15 с;
- с коротким перерывом питания: автоматический источник питания может обеспечивать питание в течение 0,5 с;
- со средним перерывом питания: автоматический источник питания может обеспечивать питание в течение 15 с;
- с продолжительным перерывом питания: автоматический источник питания может обеспечивать питание за промежуток времени, превышающий 15 с.
Классификация видов сварки по физическим признакам
Классификация процессов сварки по физическим признакам хоть не относится напрямую к теме статьи, но она косвенно связана с источниками питания. Поскольку именно благодаря им удается выполнить тот или иной вид сварки.
Существует три разновидности сварки по физическому признаку:
- Термическая
- Термомеханическая
- Механическая
При термической сварке источник питания должен генерировать дугу, которая будет плавить металл только с помощью своей тепловой энергии. Дуговая сварка, плазменно-, электронно-, ионно-лучевая сварка, электрошлаковая, индукционная, газовая сварка — все это термические виды сварки.
Термомеханическая сварка предполагает не только использование тепловой энергии, но и применение давления. Эти параметры необходимы, например, для контактной сварки. А еще для диффузионной, дуго-, шлако-, индукционно-прессовой и печной сварки.
Классификация сварочных процессов ни обходится без механических видов сварки металлов. При таком типе сварки детали соединяются под действием давления и механической энергии. Это сварка взрывом, холодная сварка, сварка трением и т.д. Данный тип сварки не использует сварочную дугу и не нуждается в источнике питания.
Конструкция ИБП
UPS работает от находящейся в его корпусе аккумуляторной батареи, под управлением электросхемы. Заряжается АКБ при помощи зарядного устройства, при наличии сетевого напряжения. Так аккумуляторная батарея для ИБП обеспечивает его постоянную готовность к использованию. Для продления времени автономной работы UPS дополнительно оснащается внешней АКБ.
По назначению батареи бывают аварийные и буферные. Аварийные АКБ подают необходимую электроэнергию в цепь при перебоях в работе основного источника энергии. Буферные АКБ подключаются параллельно к основному источнику тока, чтобы снизить влияние колебаний электроэнергии на источник.
