Проектирование электроснабжение загородного дома: Проектирование системы электроснабжения загородного дома

Дом / 23.02.1973 / alexxlab / 0

Проектирование системы электроснабжения загородного дома

При строительстве загородного дома, в первую очередь, необходимо задуматься о проектировании системы электроснабжения. Многие считают, что проект электрики можно нарисовать от руки или по месту отметить точки размещения розеток и выключателей мелом на стене, чего вполне достаточно при последующем монтаже. Однако, такой подход оправдан, только в случае проведения работ в малогабаритной квартире или небольшом дачном домике. Говоря о строительстве современного жилья (коттеджей и загородных домов), необходимо подойти к вопросу проектирования электрики очень ответственно.
Для чего же необходим проект электроснабжения загородного дома? Для пользования электроэнергией в частном доме, необходим комплект соответствующих документов и разрешение. Помимо этого, необходимо получить абонентскую книжку для учета и оплаты счетов за электричество. Все эти документы без проекта не выдаются. Вот для чего нужен проект системы электроснабжения.

Для получения разрешения на пользование электричеством, необходимо подать заявку в компанию или организацию, контролирующую электрическую сеть планируемого присоединения. После чего, Вам выдадут технические условия с уровнем напряжения, точкой присоединения, согласованной нагрузкой объекта, требованиями к устройству защиты, изоляции, защите от перенапряжения, автоматике и т. д. По этим условиям и проектируется электроснабжение загородного дома или коттеджа.

Проект электроснабжения можно заказать в нашей компании Ruplans. Раздел электроснабжения входит в состав Инженерно-технического раздела проекта дома.

После получения проекта, его нужно согласовать с электроснабжающей организацией, выдавшей условия, и с местным Госэнергонадзором. После проверки, специалистом Госэнергонадзора выдается необходимая справка на включение.

Проект электроснабжения содержит все решения, касающиеся автоматических выключателей, предохранителей, кабелей, проводов для электропроводки. Помимо этого, указывается схема внутренней электропроводки, способ прокладки проводки, наружных сетей.

Кроме этого проект электрики включает планы расположения электрофурнитуры и электрооборудования.

Продуманная и качественная электросеть — залог безопасности и комфорта Вашего жилища!

Проект электрики дома — типовые проекты электроснабжения частного дома

Автор: Кургузов А.В, инженер по электроснабжению

Электроснабжение современных жилых помещений представляет собой сложную сеть внешних и внутренних коммуникаций. Это провода и кабели различного сечения, электрооборудование, розетки, выключатели, освещение и т.д. Предварительно выполненный проект электрики дома позволяет заранее определить сметную стоимость монтажных работ и материалов. Без грамотно разработанной проектной документации невозможно гарантировать безопасную и эффективную эксплуатацию, а так же надежность и функциональность устанавливаемого электрооборудования.

Требования к электрике в доме

Требования, которые должен учесть типовой проект электроснабжения частного дома, значительно более сложны и ответственны, чем аналогичные условия разработки электрики квартир. Монтаж электропроводки коттеджа должен учитывать различия норм устройства электрических вводов в здание, наличие хозяйственных построек, внешних осветительных приборов, а так же установку более мощного энергетического оборудования – скважинных насосов, автономных электрогенераторов и т.д.

Требования ПУЭ можно разделить на три основных направления:

1. Нормы устройства вводов в жилые помещения
2. Правила установки распределительных щитов электрики частного дома
3. Определение способа прокладки электропроводки внутри и снаружи здания

Приведем самые основные требования, которые в обязательном порядке должны быть учтены при разработке проектной документации.

Устройство ввода электроэнергии в коттедж

Чтобы выполнить присоединение к электросети общего пользования и подвести электричество к своему дому, необходимо:

1. Заключить договор с компанией-поставщиком электроэнергии
2. Получить соответствующие технические условия (ТУ)
3. Разработать на основании ТУ проект электроснабжения

Вот основные требования, которым должен соответствовать ввод силовых кабелей в жилое здание:

• Ввод силовых кабелей в здание осуществляется подземным или воздушным способом. В большинстве ТУ для своего удобства поставщик электроэнергии прописывает воздушный ввод
• При воздушном вводе применяются провода марки СИП с расчетной площадью сечения жил (в зависимости от вида питающей сети, обычно не более 16 мм2)
• Если расстояние от дома до существующей опоры внешней электросети превышает 25 м, необходимо запроектировать установку дополнительного, промежуточного столба
• Предусмотренная проектом по электроснабжению высота крепления вводных проводов должна превышать 2,75 м. Ввод располагается ниже козырька крыши более чем на 20 см
• Параллельная прокладка вводных кабелей должна вестись на удалении 1 м от окна или балкона, а так же с отступом более 20 см от стены фасада
• Монтаж электросчетчика на фасаде дома позволит выполнить ввод более удобным способом
• Запрещено проектирование внешних вводных автоматов на фасадах коттеджей
• Вводное отверстие в стене должно быть защищено металлической трубой и загерметизировано от влаги

Проект электроснабжения должен обеспечить последующий безопасный монтаж и обслуживание ввода силовых кабелей и проводов в коттедж.

Требования к проектированию распределительных щитов

Вводной электрический кабель должен быть подведен к распределительному щиту. В нем размещают входящие и групповые автоматические выключатели, устройства защиты и автоматики, иногда, счетчик потребления электроэнергии. Распредщит – основное оборудование в системе электроснабжения дома. Его проектирование должно соответствовать следующим нормам:

• Щит с установленным счетчиком оборудуют стеклом для снятия показаний приборов и замком
• Для установки распределительного щитка выбирают сухое помещение. Недопустимо нахождение над ним кухни, ванной, санузла или сауны. Иначе, необходимо проектировать дополнительную гидроизоляцию
• Щит должен быть удален от других труб и внутренних коммуникаций на расстояние 1 м и более
• Трубопроводы в помещении установки не должны разветвляться и содержать запорные устройства (вентили, задвижки, фильтры и т.д.)
• Для наружного освещения и электроснабжения хозяйственных построек допускается установка дополнительных распределительных щитов

Проект сети электроснабжения коттеджа включает в себя спецификацию с указанием типа распределительного щита, его комплектации электрооборудованием и схему подключения внутренней и внешней проводки.

Проектирование электропроводки

При монтаже внутренней электросети необходимо выполнить разводку проводов от распределительного щита к потребителям и электроприборам – розеткам, выключателям, осветительным устройствам. Проектные решения должны обеспечить не только оптимальную схему электропроводки, но и исключить риск коротких замыканий, возгораний и пожаров. Поэтому проект электроснабжения дома должен соответствовать следующим действующим нормам:

• В деревянных домах выполняют проводку открытым способом с защитой проводников коробами, гофрированными или простыми трубами. Если предполагается скрытая проводка, то кабель прокладывается в металлической трубе или гофре
• Для коттеджей, выполненных из огнеупорных материалов допустима скрытая проводка с защитой проводов несгораемой оболочкой
• Согласно ПУЭ в подвалах и на чердаках необходимо применять открытую защищенную проводку
• На кухне при открытой прокладке необходимо проектировать исключительно кабельную проводку
• Душевые кабины, ванные комнаты, бани, сауны и другие помещения с повышенной влажностью требуют применения только скрытого метода прокладки проводников

Типовой проект электроснабжения дома так же должен уделять внимание способам внешней электропроводки. Она может осуществляться прокладкой проводов и кабелей по столбам и опорам, по фасадам зданий, а так же под землей.

При этом подземные линии должны быть защищены пластиковыми или ПВХ трубами. А при прокладке по внешним стенам ПУЭ допускает защиту металлической гофрой или трубами с уплотнением и герметизацией от атмосферной влаги.

Закладываемый в проекте электроснабжения уровень защиты уличных электротехнических устройств и приборов освещения должен быть не ниже IP44.

Состав проекта электроснабжения дома

Профессиональный проект электрики коттеджа состоит из следующих обязательных частей:

• Однолинейная электрическая схема
• Поэтажный план установки электрооборудования (розетки, выключатели, светильники и пр.)
• Схема включения стабилизирующего и автономного электрогенерирующего оборудования
• Схема подключения внешних хозяйственных строений
• Расчетная часть (общий типовой электротехнический расчет, расчет заземления и молниезащиты)
• Спецификация
• Смета

При наличии внешнего воздушного или подземного ввода проектная документация в части присоединения к общей энергетической сети выполняется отдельно.

Пример проекта

Ниже для примера приведены некоторые страницы проекта.

Подготовительные работы

Непосредственному проектированию электроснабжения дома всегда предшествует подготовительный этап. Он включает в себя предпроектные работы, такие, как:

• Обследование зданий с выполнением замеров и составлением поэтажных планов
• Получение технических условий
• Заключение договора на поставку электроэнергии

Прежде, чем приступить к монтажу электросети, готовый проект электрики необходимо согласовать со всеми заинтересованными организациями и частными лицами.

Типовой расчет электрики дома

Важнейшей частью проекта системы электроснабжения частного коттеджа является типовой расчет электрики. На основании расчетных данных разрабатывают электрические схемы, выбирают сечение и марку проводников, а так же номиналы оборудования.

Вот основные этапы электротехнического расчета, которые должны присутствовать в проектной документации:

• Определение номинальных значений мощности электрооборудования, расчет установленных значений мощности
• Нахождение групповых расчетных токов. На его основании выбирают защитную и коммутационную аппаратуру для компоновки распределительного щита
• Выбор номинальных параметров защитных аппаратов по току для каждой группы потребителей
• Расчет площади сечения и выбор марки групповых кабелей используемых в монтаже электрики частного дома
• Определение расчетных значений электрических нагрузок, активной, реактивной и суммарной мощности с введением понижающего коэффициента (коэффициента спроса)
• Определение расчетных значений электрических потерь в кабелях и проводах

В типовой проект электросети коттеджа также могут входить расчеты токов короткого замыкания, условий срабатывания устройств защиты / отключения (УЗО) и проверочный расчет сечений проводников.

Учитывая сложность системы электроснабжения частного дома лучше заказать проектирование у ответственных и опытных Исполнителей. Компания-подрядчик должна иметь необходимые лицензии и допуски к работам, опыт разработки проектной документации и квалифицированный инженерный персонал.

Читайте другие статьи по данной тематике

Услуги по данной тематике

Автономное электроснабжение загородного дома и коттеджа, энергоснабжение коттеджного поселка : Наши проекты : компания TEV

Персональная электростанция

Актуальность независимости от воздействия внешних факторов в современной человеческой деятельности неоспорима. Сегодня загородное строительство нередко локализуется вдали от центральных источников энергии. В связи с этим возникает потребность в использовании автономных источников электроснабжения. В России остро стоит проблема, связанная с частым отключением электроэнергии, её невысоким качеством, перегрузкой и банальной нехваткой электроэнергии. Невозможно представить современный дом без сложных систем отопления, водоснабжения, канализации, кондиционирования, безопасности, электронных и электробытовых приборов, обеспечивающих полноценный комфорт загородной жизни. Качественная работа данных систем полностью зависит от бесперебойной подачи электроэнергии. Чтобы жизнь в загородном доме приносила только положительные эмоции и полноценный отдых, стоит позаботиться о постоянной и независимой подаче электричества. Задачу можно решить, обретя независимость от централизованного электроснабжения – с помощью системы гарантированного электроснабжения (СГЭ). Для обеспечения постоянного электропитания Вам понадобится дизель-генераторная электростанция с системой автозапуска, шкаф автоматического переключения нагрузки (АВР), а для нестабильного напряжения и кратковременных отключений напряжения – источники бесперебойного питания. Данная система позволит не беспокоиться за приборы в доме даже в Ваше отсутствие! Автоматика самостоятельно включит систему электроснабжения в случае пропадания электричества и самостоятельно отключит, когда подача электричества в сети возобновится.

Классификация генераторных установок

Компания Genelec (Франция) входит в группу компаний HIMOINSA (Испания), одной из ведущих компаний Европы и мира, по производству и поставке электрогенераторных установок, работающих на дизельном топливе и бензине.

Широкий перечень продуктов, дизель и бензо-генераторные установки, мобильные вышки освещения, мобильные сварочные агрегаты, шкафы управления, коммутации, контроля и защиты. Выпускаемая продукция представлена несколькими модельными рядами, с единичной мощностью от 3 до 2200кВА и может удовлетворить даже самый взыскательный запрос клиента на необходимую мощность.

Производители основных компонентов генераторных установок всемирно известные компании:

• Двигатели – Perkins (Великобритания), Volvo Penta (Швеция), Iveco (Италия), Skania (Швеция), Yanmar (Япония), Lombardini (Италия), Hatz (Германия), Robin-Subaru (Япония) (жидкостного и воздушного охлаждения)
• Синхронных генераторов переменного тока Stamford (Великобритания), Sincro, Mecc Alte, Marelli, Linz Electric (Италия).

Вся продукция GENELEC отличается высоким качеством и надежностью, основанном на тщательном входном и выходном контроле, а также неприхотливостью в эксплуатации и простотой обслуживания. Генераторные установки соответствуют всем жестким европейским требованиям и имеют российские сертификаты качества продукции. Комплектующие детали всемирно известных производителей и поддержка квалифицированных специалистов позволяет гарантировать оптимальное функционирование наших товаров и отвечать требованиям современного рынка. Электрогенераторные установки можно разделить по мощности на бытовые и промышленные станции. Электростанции различаются по параметрам условий эксплуатации и моторесурса двигателя. Genelec выпускает агрегаты, используемые в качестве основного источника электрической энергии, и станции для резервного/аварийного электропитания. Основные электростанции обеспечивают объект электроэнергией постоянно, резервные запускаются в аварийной ситуации, например при отключении основного источника питания.

Выбор двигателя

Выбор электростанции – это, по сути, выбор типа её главного элемента – двигателя.
Залог долговечной работы установки – качественный двигатель. Более экономичными и надежными считаются дизельные агрегаты, но стоимость их выше, чем бензиновых генераторов.
Если вы собираетесь использовать электростанцию лишь время от времени, как запасной вариант, и при потребности в небольшой электрической мощности вам больше подойдёт генератор с бензиновым двигателем. Подавляющее большинство бензиновых генераторов, так же, как и большая часть высокооборотных дизельных, предназначены для резервного использования. Низкооборотные же дизельные генераторы идеальны для постоянного использования, поскольку обладают увеличенным моторесурсом и жидкостным охлаждением, позволяющим круглосуточную эксплуатацию на протяжении длительного времени. А вот бензиновые генераторы оснащаются в основном воздушным охлаждением и на постоянное использование не рассчитаны. Зато в качестве недорогого, аварийного источника питания – в самый раз.
Самые дешевые, компактные и маломощные – это бензиновые электростанции мощностью до 15 кВА.
Бензогенераторы оснащены четырехтактными двигателями Robin-Subaru. Они могут работать по 8 ч в сутки и имеют в среднем ресурс 4000 моточасов до капитального ремонта. Двигатели дизель-генераторных установках (ДГУ) Genelec оснащаются воздушной или жидкостной системой охлаждения.
ДГУ с воздушным охлаждением сравнимы по своим качественным характеристикам и степени надежности с бензиновыми агрегатами.
Двигатели с жидкостным охлаждением применяют в электростанциях промышленного класса. Это надежные и долговечные модели с ресурсом работы до 40 000 моточасов и широким диапазоном мощностей от 8 до 2500 кВА.

Ресурс двигателей ДГУ зависит главным образом от числа оборотов: 1500 и 3000 об/мин. Низкооборотные двигатели расходуют меньше топлива, чем высокооборотные и обладают более низким уровнем шума.
Оба вида ДГУ с жидкостным охлаждением применяются для электроснабжения загородных домов, коттеджных поселков, при строительстве, на производстве. Причем большинство этих установок неприхотливы к качеству топлива, прекрасно работают в сложных и неблагоприятных условиях.

Мощность

Одним из определяющих критериев выбора генератора для частного электроснабжения является потребляемая нагрузкой мощность.
Для расчета потребляемой мощности необходимо определить тип нагрузки и её количество. Для этого подсчитывается суммарная мощность электроприборов, которые необходимо зарезервировать. Однако, полученная итоговая сумма, например 10 кВт, еще не будет окончательным результатом. Дело в том, что существуют приборы индуктивного типа, которые в момент запуска потребляют большой пусковой ток. Так, например, холодильник во время работы «берет» 200 Вт, а во время пуска – 1 кВт. То же самое можно сказать о насосах и ряде других электроприборов, которые, как правило, всегда попадают в «резервный» список. Высокие пусковые токи действуют всего долю секунды, но в этот момент электростанция должна их обеспечить и не отключиться. И это обязательно требуется учесть. Кроме того, важно учитывать в расчетах такую величину, как коэффициент одновременности включения электрических приборов. Исходя из того, что все зарезервированные вами приборы вряд ли будут работать одновременно, мощность, рассчитанная с учетом этого коэффициента, окажется чуть меньше изначальной.
В случае покупки электростанции с синхронным генератором, вы не ошибетесь, рассчитывая мощность следующим образом:

• Просуммируйте мощность всех одновременно подключаемых активных приборов и прибавьте к итоговой сумме 15 процентный запас;
• Учтите, что электротехника индуктивного типа нуждается в момент пуска в большей мощности, поэтому суммарную мощность таких приборов необходимо увеличить в 1,5-2 раза, а при использовании глубинных насосов в 3-6 раз.

Практический опыт использования электростанций говорит о том, что для освещения дачного домика (2-3 лампочки, холодильник, телевизор) вполне достаточно мощности в 2-3 кВт. Владельцу загородного коттеджа, который страдает от перебоев с электроэнергией, необходимо приобрести электростанцию мощностью от 10 до 30 кВт. Что же касается строителей, то для их нужд (перфоратор, болгарки, бетономешалка и т.п.), будет достаточно мощности до 6-10 кВт.

Современные дорогостоящие бытовые электроприборы, устанавливаемые во многих домах (например плазменные и ЖК-панели, компьютеры и оргтехника, различные системы автоматики для «умного» дома и т.д.) подсоединять напрямую к генераторному агрегату не желательно, особенно это касается бензиновых электростанций. Стабильность напряжения и частоты у бензиновых моделей, в виду их конструктивных особенностей и особенностей нагрузки, неравномерна, а это может сказывается на работе электронных компонентов домашней техники, вплоть до выхода их из строя. Но выход в этом случае все равно есть – это использование источников бесперебойного питания (ИБП), которые на своем выходе выдают на нагрузку бесперебойное напряжение, с идеальной формой кривой.

При отключении центрального электроснабжения СГЭ требуется некоторое время (от 30 с до 1 мин) для переключения питания нагрузки в автоматическом режиме с внешней сети на питание от генераторной установки. Чтобы избежать провала в подаче электроэнергии, также рекомендуется установка источников бесперебойного питания (ИБП), который за счёт встроенных в него аккумуляторных батарей, поддержит напряжение в сети, пока генератор не «выйдет» на рабочий режим. Кроме этого, ИБП корректирует параметры электропитания, исполняя роль стабилизатора как напряжения, так и частоты тока.

Совокупная работа ДГУ и ИБП образует комплексную, целостную защиту электропитания. Время автономной работы (без вмешательства человека) системы бесперебойного и гарантированного электропитания в автоматическом режиме, на базе ДГУ и ИБП может достигать несколько суток и ограничивается только временем для проведения очередного ТО и запасами топлива для генераторной установки.

Для организации системы комплексного гарантированного электроснабжения компания ТEV предлагает однофазные ИБП Eaton, а для 3х фазной системы ИБП АPС-MGE.
Компания Transfer Equipment Vostok предлагает полный комплекс услуг и оборудования для обеспечения Вашего объекта качественным бесперебойным электропитанием. Подбор оборудования, в части ДГУ и ИБП, требует учета множества особенностей для корректности совместной работы. Вы всегда можете обратиться в отдел комплексных решений компании и квалифицированные специалисты найдут технически правильное решение для защиты электропитания Вашего дома.

Количество фаз

Помимо всего прочего, выбирая станцию, необходимо учитывать количество фаз потребителей. Компания Genelec выпускает одно- и трехфазные агрегаты. Однофазные станции на 220 В применяются для соответствующих потребителей и электропроводок. Если же в доме есть трехфазные потребители на 380 В, то придется применять адекватную электростанцию. Трехфазные электростанции, как правило, используются в промышленных целях, и в коттеджном строительстве.

Опции и возможности

Выбор электрогенератора сводится сегодня не только к учету условий его использования, но и к подбору максимально удобного набора опций, связанных с управлением, диагностикой, автоматикой, системами безопасности. Технические решения при комплектации агрегата могут включать штатные опции или учитывать специфические требования владельца. ДГУ Genelec можно оснастить функциями автозапуска/останова, диагностики параметров работы, как на специальном штатном дисплее, так и дистанционно на модуле управления и мониторинга или компьютере оператора, а при необходимости можно установить увеличенные топливные баки, установить системы автоматической подкачки топлива из внешних резервуаров, автоматические жалюзи приточно-вытяжной вентиляции и др. Одной из важных опций генераторных агрегатов Genelec является блок контроля и автоматики (панель контроля и управления) генераторной установкой. Компания Genelec выпускает ДГУ с различными вариантами панелей управления, позволяющими управлять и контролировать параметры электростанции в ручном и автоматическом режимах, с панели управления либо удаленно, по различным протоколам передачи данных (CAN/LAN, Modbus, RS232, RS486, аналоговым либо GPRS-модемам), отслеживать местоположение ДГУ по встроенному GPS-модулю. Блок контролирует состояние внешней питающей сети, защищает потребителей от повышения/понижения напряжения, автоматически запускает/останавливает электростанцию, выдает все параметры питающего напряжения и тока (U, I, Hz, cos φ, кВА, кВт, кВАр, кВт*ч, счётчик моточасов), защиту двигателя, генератора, парралельную работу ДГУ между собой и с вн. сетью и мн. другое.
Среди основных функций блока контроля и автоматики отметим своевременное включение или отключение агрегата при падении напряжения ниже допустимого уровня или превышении допустимого уровня во внешней сети. Эта опция программируется пользователем без вмешательства сервисного центра. Блок также контролирует работу электростанции и всех её компонентов. Программируемая система автозапуска дает возможность обеспечить полную независимость при отключении центрального электроснабжения при отсутствие людей в доме.

Безусловно, дополнительные опции влияют на конечную стоимость оборудования, но большая часть выше перечисленного входит в базовую комплектацию генераторной установки Genelec. Благодаря таким дополнениям мини-электростанция может стать максимально комфортной в управлении и обслуживании, отвечающей исключительно индивидуальным требованиям. А на собственном комфорте экономить не рекомендуется.

Размещение

При обустройстве мини-электростанции следует заранее позаботиться об обеспечении приточно-вытяжной вентиляции, отводе отработанных выхлопных газов, поддержании необходимой постоянной температуры (не ниже +5 °С), влажности не более 85%, максимальном снижении уровня шума, дополнительных топливных баках, системах пожарной сигнализации, пожаротушения и других параметрах, от которых зависит стабильная работа агрегата. В случае установки системы автоматического запуска работа вентиляции должна осуществляться автоматически.
Для подавления шума существуют варианты размещения агрегатов внутри звукоизолирующих кожухов, установка дополнительных глушителей и т.д. Более того, стены и потолок помещения для размещения генераторной установки в доме можно отделать звукоизолирующими панелями и перегородками.
Размещение оборудования на улице исключит шум и вибрацию в жилом доме. Генераторные установки Genelec могут быть переносными, передвижными, стационарными, во всепогодном термошумозащитном кожухе или в автономных блок-контейнерах. Исполнение агрегата во всепогодном кожухе или в блок-контейнере позволяет также поддерживать необходимые условия работы ДГУ и решает вопрос с размещением её вне пределов помещения. Блок-контейнеры оборудуются системами вентиляции, отопления, освещения, отвода выхлопных газов, системой ОПС (охранно-пожарной сигнализации) и пожаротушения, шумоподавления. Контейнер очень удобен для эксплуатации дизель-генератора, так как в нем можно проводить все необходимые работы по техническому осмотру и обслуживанию в любое время года. Более того, контейнер позволяет разместить дополнительные топливные ёмкости, что значительно продлевает автономную работу станции.

Эксплуатация

Надежность, электрическую и пожарную безопасность, низкий уровень шума, возможность длительной автономной работы без присутствия человека, автоматический запуск/остановка при перебоях в электроснабжении – условия, необходимые для эффективного коттеджного электроснабжения. Очевидно, что этим идеальным условиям отвечают дизель-генераторы Genelec с жидкостным охлаждением. С такой станцией не возникнет проблем в электроснабжении в течение долгих лет.

Специалисты TEV настоятельно рекомендуют начинать заботу о резервном электроснабжении на этапе проектирования объекта с учетом монтажа генераторной установки и проводки кабелей. Это позволит подобрать оптимальный вариант размещения установки и без затруднений включить ее в общую схему электроснабжения вашего дома.

Даже лучшую технику можно испортить непрофессиональным монтажом. Специалисты Компании TEV обеспечат подбор оптимального варианта генераторного агрегата; дополнительного оборудования к нему; качественный, быстрый монтаж и пусконаладочные работы как отдельно взятой генераторной установки, так и системы гарантированного электроснабжения в целом. Сервисный центр Компании производит диагностику, сервисное обслуживание и ремонт оборудования. Квалифицированные специалисты ТЕV произведут пусконаладочные работы  источников бесперебойного питания и дизель-генераторных установок любой мощности.

цена зависит от этих факторов

Казалось бы, нет ничего проще, чем провести в частный дом электричество для обеспечения всех потребностей. Но это только на первый взгляд. Система электроснабжения – это сложная инженерная сеть, требующая на всех этапах — от проекта до монтажа — профессионального сопровождения. Ошибки могут стать причинной короткого замыкания, пожара, выхода из строя бытовой техники и травмирования членов семьи. Избежать негативных последствий поможет проект электроснабжения частного дома, цена которого  зависит от ряда факторов, описанных ниже. Они влияют на трудоемкость расчётов и подбор оборудования сети.

Немного о документации

Проект, в составе общего плана действий, необходим для подключения частного дома к сети и устройства внутреннего электроснабжения. Кроме него также необходимо:

• получение технических условий на подключение;
• заключение договора на поставки с местной сетевой организацией;
• выполнение строительно-монтажных работ;
• получение допуска на эксплуатацию;
• проведения пуско-наладочных работ.

Чтобы составить и заключить договор с местным поставщиком электрической энергии, необходим проект электроснабжения частного дома, который согласовывается с ПЭС (Предприятие Электрических Сетей). Поэтому к его выполнению надо отнестись очень внимательно, обратившись за помощью к специализированной организации.

Факторы, определяющие стоимость проектирования

Согласно СП 31-110-2003 жилые частные дома от 1 до 8 квартир относятся к третьей категории электроприемников. На практике это означает, что подключение резервного питания в обязательном порядке не осуществляется. Дом запитывается от одного кабеля, без дублирующих устройств. Это существенно сокращает расходы на проектирование снабжения электричеством. Есть ещё ряд факторов, влияющих на формирование конечной стоимости проекта,

Тип проекта

«Зеленая» энергия

Тут всё довольно просто. Он может быть типовым и индивидуальным:

1. Типовой. Характеризуется использованием стандартных решений для однотипных домов. Расчёты пропускной способности выполняются один раз для стандартного набора оборудования и бытовых приборов. Последующие изменения носят условный характер. Часто используется в потоковом строительстве, где территория застраивается однотипными домами, как правило, двух или трёх видов.
2. Индивидуальный. Проект электроснабжения разрабатывается под конкретного потребителя: в нём учитываются пожелания заказчика и конструктивные особенности загородного дома. Стоимость выполнения намного выше, чем у типового проекта.

К стандартному набору опций может быть добавлено резервное электропитание от топливного генератора, система «умный дом», альтернативные источники получение «экологической» электроэнергии.

Система электроснабжения

В частном дачном доме могут быть применены две схемы — однофазная и трёхфазная. Главную роль играет напряжение: для однофазной сети оно равно 220 Вольт, для трёхфазной 380В. В большинстве случаев 220В хватает, чтобы обеспечить все потребности. Но встречаются исключения, когда заказчику необходима трехфазная система электроснабжения. Она актуальная для загородных домов с небольшим производством, или когда существует необходимость подключения трёхфазных электрических двигателей и другого оборудования, выходящего за рамки бытовых потребностей.

Стоимость создания электропроекта трёхфазной сети значительно выше, чем однофазной. Необходимы другие расчёты, подбор специальных распределительных щитков и автоматов аварийного отключения сети. Правда, трёхфазную схему можно адаптировать под 220В: ля этого основной провод разделяется на жилы, каждая из которых аналог однофазного провода. Плюс для 380в необходимо равномерное распределение нагрузок на каждую фазу.

При проектировании трёхфазного электроснабжения важно правильно подобрать мощность, которая характеризуется степенью: первая – до 15 кВт, вторая – от 15 до 50 кВт, третья – от 50 до 160 кВт.

Объем потребляемой энергии

Объем потребляемой энергии

В переводе на бытовой язык, это означает суммарный расход электроэнергии от всех приборов и освещения, т.е., резервная пропускная способность сети. Сделать дом современным без использования различной техники невозможно. Чем больше точек потребления, тем больше приводов, толще их сечение, дороже системы АВР и распределительные щитки. Основное влияние на объем потребления в коттедже оказывают:

• теплые электрические или инфракрасные полы;
• системы кондиционирования и дополнительной механической вентиляции;
• комплексы бесперебойного питания;
• системы защиты сети от перепадов напряжения;
• освещение приусадебного участка.

Плюс в качественном проекте закладывается так называемый резерв. Это дополнительная пропускная способность. Например, в подвале установлена стиральная машинка, и затем хозяева покупают сушилку для белья, которую тоже планируют установить в подвале. Резерв позволяет подключить её без изменения схемы электропитания, просто воткнуть в розетку и начать пользоваться.

Размер частного дома

Сметная стоимость проекта электроснабжения зависит от площади, для которой он разрабатывается, расчёт ведется на 1 м2. Небольшой одноэтажный дачный домик, с простой системой разводки, или двухэтажный особняк с зимним садом и искусственной вентиляцией — разница в цене может быть значительной из-за объема и сложности электропроводки.

Другие факторы

Кроме вышеперечисленных факторов на конечную стоимость проекта электроснабжения оказывают влияние и следующие:

1. Регион расположения объекта. Проект электрики в Москве дороже, чем в другом регионе. На формирование цены оказывает влияние общий уровень благосостояния.
2. Статус проектной организации. У крупных бюро цены дороже, чем у небольших предприятий.
3. Исходные данные. Например, заказчик обращается за помощью, но не предоставляет даже чертежа дома. Тогда, кроме однолинейных схем потребуется выполнение плана жилого здания с указанием его конструктивных элементов.
4. Удаленность объекта от проектной организации. Выезд специалиста в удалённые уголки увеличивает расценки.

Способы уменьшения затрат

Всегда хочется немного сэкономить без ущерба качества. Для этого существует несколько вариантов:

• заказ стандартного проекта электроснабжения. Есть вероятность, что не все электроприборы найдут своё место, но общая стоимость будет ниже, чем при индивидуальном подходе;
• приобретение готового распредщитка с доработкой однолинейной схемы для конкретного помещения;
• заказ проекта у крупной фирмы, которая предоставляет услуги технического сопровождения на этапе монтажа. Это не прямая экономия на разработке, но она позволит исключить брак от неквалифицированных электромонтажников.

В любом случае, проект электроснабжения частного дома должны выполнять профессионалы: они не допустят ошибок, которые в будущем могут стать причиной короткого замыкания, пожара или получения травм жильцами.

Пример проекта

Компания «Мега.ру» уже много лет выполняет проектирование электроснабжения объектов любой сложности на высоком уровне. Наши инженеры выезжают на место для получения полной картины и исключения недопонимания с заказчиков. Принимаем заказы в Москве и Московской области, практикуем удаленное сотрудничество по всей РФ. Узнать наши тарифы можно на странице «Цены», а чтобы уточнить, сколько стоит именно ваш проект, свяжитесь с нашими специалистами любым способом связи, указанным в разделе «Контакты».

Проект и монтаж электроснабжения частного дома

Проектирование электроснабжения частного дома является важным и обязательным этапом, проводимым перед началом работ по прокладке электропроводки. В отсутствие этой процедуры невозможно создать качественную, удобную, а главное надежную и безопасную электрическую сеть.

Ведь от правильного функционирования электрической сети частного дома зависит не только эффективное использование электроприборов и освещения, но и безопасность, отсутствие риска получении электротравмы и возникновения пожара. Именно по этим причинам проект электроснабжения частного дома должен быть выполнен на высоком профессиональном уровне, учитывая действующие нормативные документы, а также с учетом удобства его монтажа и последующей эксплуатации.

Помимо вышеперечисленного, проект электроснабжения частного дома следует
составлять по другим, не менее важным причинам:

1. Экономия
электроэнергии. В процессе проектирования электрики частного дома
обязательно осуществляется расчет длины и сечений проводов, а также число
аппаратов защиты и другого оборудования. При отсутствии такого проекта во время
монтажа часто возникают неточности и ошибки. Переделки в этом случае неизбежны,
во время них может появиться много лишних временных и денежных затрат, а также
может возникнуть необходимость закупать дополнительные расходные материалы.

2. Безопасность.
К проектной документации по электроснабжению
частного дома предъявляются довольно жесткие требования, поэтому возможность
появления короткого замыкания, перегрева или пожара, которые могут возникнуть
из-за неверного выбора оборудования или сечения проводов, практически
минимальна.

3. Снижение затрат на
ремонт. В проекте четко указывается расположение скрытых кабелей. Это
означает, что в процессе ремонта их можно будет быстро заменить при минимальных
затратах.

Совет! Составлять проект электроснабжения частного дома необходимо еще на стадии проектирования здания. В этом случае будет осуществлен монтаж специалистом в короткие сроки с наименьшими финансовыми затратами.

Когда стоит задуматься о проекте электропроводки частного дома?

Кто-то делает это после возведения стен и монтажа кровли… Оптимальным же вариантом составления проекта электросистем дома является этап общего проектирования. Уважаемые строительные компании продумывают эти моменты при разработке проекта дома.

Проектирование электроснабжения частного дома нужно начинать с составления технического задания заказчика и проектной организации.

Собственник должен предоставить нижеперечисленные сведения:

1. Название объекта строительства и его адрес.

2. Документ, где обозначены технические условия для
подключения к электросети. Он составляется после расчета нагрузок и оформляется
в энергосбытовой компании. Данный документ содержит все нормы, которым должна соответствовать
электросеть частного дома перед подключением.

3. Заказчик должен указать предполагаемые места установки
электрооборудования, розеток, бытовых приборов. Такая схема обычно является
частью дизайн-проекта дома. При его отсутствии заказчик сам, или, прибегая к
помощи специалистов, указывает, где он желает расположить все элементы системы.

После того как техническое задание будет утверждено, оно передается
проектировщику. Все расчеты обязательно должны проводиться в соответствии с
нормами и правилами, принятыми в РФ.

Проект
электроснабжения частного дома включает текстовый и графический разделы.

Текстовый раздел содержит
следующие пункты:

• Параметры электроисточников.
• Обоснование выбора этой схемы обеспечения электроэнергией.
• Сведения о количестве и мощности преобразователей электроэнергии.
• Сведения об основном и аварийных режимах системы электроснабжения.
• Мощность электросети и трансформаторов.
• Описание основных источников электропитания, а также резервных и дополнительных.
• Расчет трат на приобретение оборудования, электромонтажные работы и расходные материалы.

Графический раздел
содержит:

• Схему питания электроприемников от электроисточников: как основного, так резервного и дополнительного.
• Схему внутреннего и наружного освещения здания.
• План расстановки электрооборудования.
• Схему заземления.

Выполненный проект электроснабжения частного дома должен иметь соответствие всем строительным и архитектурным требованиям, а также отвечать художественному оформлению дома, нормам пожарной безопасности и максимальной энергоэффективности. При несоответствии данных параметров установленным нормам, проект не будет согласован, следовательно, начать монтаж системы будет невозможно.

Чтобы у проверяющих органов не было претензий для отказа в согласовании проекта, такую ответственную работу следует доверить профессионалам. Это же касается и монтажа электросистем частного дома. Лучше сделать один раз и по уму, чем переделывать по несколько раз изначально кривой проект. И стоит ли говорить насколько важно качество электропроводки частного дома? На территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области сгорели сотни домов из-за дефектов электросистем!

Ну и конечно же эта статья не могла обойтись без указания на то, что строительная компания “Строй Дом” выполнит для вас строительство частного дома под ключ в СПб и Ленинградской области. Мы строго соблюдаем не только СНиПы и нормативные акты в сфере строительства, но и имеем собственные стандарты качества, которые дают гарантию быстрой стройки без лишних финансовых затрат и гарантию дальнейшей беспроблемной эксплуатации.

Проект системы электроснабжения частного дома

Система электроснабжения – это целая совокупность отдельных коммуникаций и устройств, которые отвечают за грамотное распределение электрической энергии внутри вашего коттеджа. Данная коммуникация имеет очень серьезное значение – от того, насколько качественно и надежно она будет работать, будет зависеть функционирование прочих инженерных коммуникаций. Электроснабжение существенно влияет на безопасность проживающих в доме, а также их материальных ценностей.

Мнение эксперта

Александр Перепелкин

Генеральный директор

Сложно отразить весь наш опыт и качество наших услуг на сайте. Каждый случай индивидуален, поэтому не тратьте время на поиски, лучше задайте ваш вопрос напрямую!

Сориентируем по услугам, срокам и ценам по телефону – оставьте ваш номер ниже по кнопке “Заказать звонок”.

Каким требованиям должна отвечать качественная система подачи электроэнергии?

• гарантировать бесперебойную подачу электричества;
• быть безопасной для всех проживающих в доме, а также для обслуживания;
• соответствовать требованиям пожарной безопасности, а также принятым государственным стандартам;
• гарантировать эффективность использования электричества.

В нашей стране существуют общепринятые стандарты работы системы электроснабжения, благодаря которым можно выполнить проектирование с учетом всех норм и стандартов. Вот почему очень важно, чтобы работу выполнял высококвалифицированный специалист. Если у вас есть вопросы по проектированию, вы всегда можете проконсультироваться с нашими сотрудниками.

Порядок оказания услуги

В зависимости от того, какого размера ваш коттедж и какой уровень сложности у всего проекта возможна необходимость следующей документации:

• техническое задание с условиями подключения;
• проект вашего коттеджа архитектурный, а также проект его дизайна;
• подробный план каждого этажа.

Мы выполняем разработку проекта на первоначальном этапе оказания услуг по капитальному ремонту или на первоначальном этапе возведения дома. Очень важно принять во внимание прочие инженерные коммуникации. Наша компания обеспечивает комплексный подход к проектированию электроснабжения – это гарантия максимальной эффективности при работе всех коммуникационных систем, а также их надежной работы в загородном доме.

Как уже указывалось выше, для написания проекта очень важно составление технического задания. Мы вносим в документ все требования заказчики, особенности планировки здания, измерения и прочие важные данные. На основании этого документа происходит создание проекта электрических сетей.

Согласование проекта в государственных инстанциях

Согласование технической документации – очень важный этап, с которым многие владельцы коттеджей не могут справиться самостоятельно. Доверьте процедуру нашим специалистам, и мы самостоятельно согласуем пакет документации в Ростехнадзоре и службе эксплуатации. Вся процедура не займет большого количества времени, потому, что проект изначально разрабатывается с учетом всех норм и государственных стандартов. В составе проекта:

• план сетей;
• план группового освещения;
• системы для уравнивания потенциалов;
• расчетные схемы для электрических счетов;
• характеристики используемого оборудования и материалов и прочее.

Обращение к специалистам нашей компании – грамотный подход к разработке плана электроснабжения вашего коттеджа.

Проектирование и монтаж электроснабжения частного дома под ключ, цена в Москве и Московской области

Электроснабжение под ключ: что нужно знать

Создание единой сети в проекте подразумевает тесную кооперацию всех систем, участвующих в разработке проекта. Инженерная сеть связана с прочими типами – вентиляцией, отоплением, подачей воды, отводом стоков, автоматизацией и еще десятком разных систем, обеспечивающих жизнедеятельность дома. Квалифицированные специалисты ИнноваСтрой создают электроснабжение под ключ такого вида:

• Временная сеть энергоснабжения на время проведения строительства, монтажа и установки оборудования;
• Расчет потребляемой мощности и обеспечение распределительным оборудованием, установку трансформаторов и реле;
• Независимые сети видеонаблюдения за территорией и охранной сигнализации;
• Автономность подачи напряжения к мощному оборудованию – нагревателям, котлам, насосам, техническим устройствам гаража и мастерской, к бассейну;
• Обеспечение электроснабжения придомовой территории и приусадебного участка – освещение, автоматика ворот, противооблединительная система, оснащение хозяйственных построек;
• Проектирование и монтаж систем электроснабжения, завязанного на независимых источниках – солнечных батареях, коллекторах, ветровых станциях;
• Протоколы безопасности установки и использования оборудования, данные по соответствию проекта нормам ГОСТ и СНиП.

Проектирование и монтаж систем электроснабжения силами ИнноваСтрой

Использование трехмерного моделирования позволяет создавать объемные модели каждой сети, определять их пропускную способность и рабочие режимы. Все чертежи создаются с максимальной деталировкой каждого участка и составлением спецификации оборудования и материалов.

Проектирование и монтаж систем энергоснабжения невозможен без свободного понимания ситуации на рынке. С появлением сотен энергосберегающих систем от именитых мировых производителей, инженерам нужно гармонично использовать все возможные варианты для обустройства вашей загородной резиденции.

Электроснабжение дома под ключ подразумевает также учет рекомендованного освещения, предназначенного для жилых комнат, хозяйственных помещений, приусадебного участка. Человеческий организм требует определенное количество световой энергии разного диапазона спектра. Профессиональные инженеры ИнноваСтрой обязательно проводят нужные расчеты для каждой комнаты, даже в гардеробной.

Проектирование и монтаж электроснабжения проводится только проверенными специалистами, которые знают, как работать с включенным в документацию оборудованием. Все наши мастера имеют соответствующий уровень допуска, выданный профильными организациями. Потому все документы проходят проверку и согласование без проблем и со стопроцентным положительным результатом, а подключение к городским сетям занимает всего несколько часов.

Электроснабжение частного дома: цена в ИнноваСтрой

Стоимость проектирования и монтажа всегда рассчитывается индивидуально и зависит от объективных параметров. Самым важным является сложность системы и ее разветвленность, также стоит помнить о дополнительных процессах в строительстве, направленных на электрификацию – создание подземных каналов, гидроизоляция проводки в помещениях особо высокой влажности.

Устанавливаемая на проект электроснабжения дома цена включает в себя подбор и закупку необходимого оборудования. Речь не идет только о лампочках или хрустальной люстре, а включает в себя массу оснащения, скрытого от посторонних глаз и работающего в автоматическом режиме. А если учесть разнообразие возможных вариантов – от реакции на движение и звук, до динамического изменения интенсивности света – способов создать комфортные условия в коттедже становится несколько десятков.

Заказать проект электроснабжения частного дома можно, связавшись с нашими специалистами через сайт или по номерам телефона. При составлении технического задания на разработку вы сами убедитесь, что наша главная цель состоит в обеспечении загородного коттеджа качественными системами, при разумном вложении средств.

Конструкция блока питания постоянного и переменного тока

за 7 этапов

С тех пор, как Никола Тесла выиграл текущую войну и установил переменный ток (AC) в качестве системы передачи и распределения, источников питания с преобразованием переменного высокого напряжения в постоянный ток (DC) низкого напряжения, предназначенного для электронных компоненты были в наличии. До настоящего времени источники питания сначала развивались от громоздких линейных трансформаторов до различных импульсных источников питания с различной топологией.Помимо уменьшенных размеров, они стали более эффективными и надежными.

Выходная мощность обычного источника питания с линейным трансформатором пропорциональна его объему и весу. Линейный трансформатор мощностью около 10 Вт весит примерно 300 г, но если выходная мощность увеличится до 100 Вт, его вес увеличится в несколько раз до примерно 3-5 кг. Даже перемещение его дома похоже на силовую тренировку, не говоря уже о том, чтобы брать его с собой во время путешествий. Не только это, если требуется базовая функция обратной связи по напряжению, но также необходимо установить линейный регулятор.Этот регулятор потребляет напряжение, превышающее спецификацию, из-за потери тепла. Следовательно, для разумного контроля над повышением температуры необходимо установить большой радиатор, который увеличивает габариты всего блока питания и, следовательно, его вес вдвое. Тем не менее, за исключением некоторых аудиофилов, которые придерживаются чрезвычайно высоких стандартов шума пульсаций, линейные источники питания практически не востребованы.

В настоящее время существует множество сценариев применения и категорий источников питания. Помимо привычных нам домов и офисов, существуют определенные потребности в определенных сферах применения, таких как медицинское обслуживание, тяжелая промышленность, автомобили, лабораторное оборудование, центры обработки данных, приложения 5G, железные дороги, навигация и т. Д.В то же время, в ответ на различные применения были разработаны источники питания, электрические свойства, внешний вид, атмосферостойкость и резервирование которых отвечают конкретным задачам.

Источник питания переменного / постоянного тока

: что мне спроектировать и изготовить, или просто купить?

Что нужно для разработки хорошего источника питания в различных сценариях применения? Используя адаптер питания, наиболее часто используемый в портативных компьютерах (ноутбуках) в качестве примера ниже, давайте посмотрим, как адаптер для ноутбуков предназначен для решения поставленных задач.Давайте также сравним, покупать ли готовый продукт или пытаться спроектировать его и сделать продукт самостоятельно.

Ниже приведен процесс проектирования источников питания переменного / постоянного тока:

• Планирование и определение основных характеристик электрических свойств
• Завершите компоновку печатной платы
• Отбор проб
• Приварите компоненты из списка BOM к печатной плате
• Электронная проверка и корректировка свойств
• Опытное производство и повторная проверка
• Получить сертификат безопасности для продажи на месте

Возьмем, к примеру, адаптер 120 Вт для ноутбуков, чтобы шаг за шагом объяснить, как проектировать блоки питания переменного / постоянного тока.

Процесс проектирования источника питания переменного / постоянного тока

: в качестве примера возьмем адаптер на 120 Вт.

Шаг 1: Планирование и определение основных характеристик электрических свойств

Вообще говоря, на ранней стадии проектирования источника питания необходимо сначала определить основные электрические характеристики. Ниже адаптер 120 Вт для ноутбуков используется в качестве примера для просмотра элементов, которые необходимо определить, и общих параметров. Они включают в себя входное напряжение и частоту, внешний вид и размеры, рабочую температуру и влажность, входную розетку переменного тока, общую эффективность, энергопотребление в режиме ожидания, выходное напряжение, выходной ток, пиковую нагрузку, защиту (включая OCP / OVP / OTP), различные потребности в ЭМС, и т.п.

Вышеупомянутое сведено в таблицу, чтобы сделать их ясными и легкими для понимания.

После приблизительного определения электрических характеристик пришло время выбрать подходящую топологию.Для адаптера мощностью 120 Вт доступны для выбора топологии, как правило, включают обратный ход, ACF (обратный ход с активным фиксатором) и HB-LLC. При этом, ввиду ужесточения нормативных требований, Flyback, характеризующийся чрезмерно низкой эффективностью, может не подходить. Хотя остальные (ACF и HB-LLC) достижимы, учитывая, что регулировать эффективность легкой нагрузки ACF сложнее, на этот раз в качестве топологии была выбрана HB-LLC.

После выбора топологии, чтобы обеспечить плавный процесс проектирования, обычно выбирают блок-схему.Сначала примерно различаются схемные структуры различных блоков и названия основных выбранных ИС или компонентов. Более того, учитывая входную мощность> 75 Вт, в соответствии с требованиями ЕС по общему коэффициенту гармонических искажений, следует добавить схему PFC для соответствия требованиям ЕС.

Схема ниже представляет собой блок-схему, построенную в соответствии с вышеупомянутыми электрическими характеристиками и в соответствии с соответствующими компонентами на основе структуры HB-LLC.

Пока еще продолжается фаза планирования, и проектировщики, знакомые со структурой источника питания, могут не показать очевидных различий в выборе между покупкой готового продукта или созданием его самостоятельно. Однако разница между ними постепенно становится очевидной при последующем переходе к фазе реализации.

Шаг 2: Завершите компоновку печатной платы

Как правило, этап компоновки печатной платы следует после подтверждения структуры схемы и выбора компонентов.Что касается того, как разместить все компоненты в соответствии со спецификациями, указанными клиентами, с учетом электрических характеристик и безопасного расстояния, уменьшения трудностей производства и сборки, автоматизации производства, тепловой конвекции и других условий, потребуется профессиональный инженер-компоновщик и подходящее программное обеспечение для работы. Возьмем, к примеру, этот адаптер мощностью 120 Вт. Опытному инженеру-компоновщику потребуется около недели, чтобы завершить первую редакцию печатной платы с нуля.

Шаг 3: Отбор проб

Готовый файл печатной платы затем будет отправлен поставщику печатных плат, специализирующемуся на отборе образцов, для планирования производства образца. Обычно для получения 10-15 образцов печатных плат требуется около 3–5 рабочих дней при затратах на отбор образцов в размере 200 долларов США. Чтобы сократить расходы, игроки, занимающиеся самостоятельным проектированием, могут, конечно, попытаться выполнить травление и промывку, используя плату PCB без покрытия с медной фольгой, которую они приобрели. Тем не менее, учитывая низкую точность, медная проволока легко ломается, и готовый продукт имеет только слой медной фольги (см. Рисунок 1 ниже) без шелкографии верхнего / нижнего слоя (см. Рисунки 2 и 3) в качестве справочного материала для сборки, не говоря уже о необходимость покупать кучу жидкостей для химического травления и задача точно просверливать отверстия в печатной плате одно за другим.В условиях, когда экономится не так много денег и высокая частота отказов, самостоятельное производство печатных плат не рекомендуется.

Рисунок 1: слой медной фольги

Рисунок 2: шелкография верхнего слоя

Рисунок 3: шелкография нижнего слоя

Шаг 4: Приварите компоненты из списка BOM к печатной плате

После того, как печатная плата завершена, все компоненты в списке спецификаций, подготовленном на ранней стадии, вручную привариваются к печатной плате.Обычно последовательность сборки — сначала SMD, а затем DIP. Сначала соберите небольшие компоненты, а затем — большие. Таким образом, вероятность столкновения сборки и отсутствия компонентов в сборке снижается. Однако ручная сборка не может быть полностью без ошибок. Более того, поскольку несколько прототипов собираются вручную, проблемы, возникающие в каждом прототипе, могут различаться. Отсутствующие детали, несовпадение, неправильная полярность и т. Д. — все это усложняет создание прототипов. В конечном итоге от отбора проб до запуска пройдет не менее недели, не считая времени на подготовку материала на ранней стадии для всех компонентов в списке спецификации.На этом этапе, если игроки, занимающиеся самостоятельным проектированием, производят только один прототип, это займет меньше времени, при условии, что время и стоимость подготовки материала на ранней стадии не включены в расчет. Поскольку отдельные игроки имеют ограниченный доступ к ресурсам, они должны покупать все компоненты один за другим в магазине электронных материалов. Подготовка всех материалов для одного прототипа определенно в 2–3 раза дороже, чем покупка готового блока питания.

Шаг 5: Электронная проверка и корректировка свойств

После завершения этапов запуска следует этап проверки и корректировки электронных свойств.Чтобы смоделировать питание систем в разных странах и различных условиях нагрузки, необходимо множество связанных инструментов и устройств для завершения проверки электронных свойств, включая программируемые источники питания переменного тока и аналоговые электронные фиктивные нагрузки. Конечно, также необходимы высокоточные осциллографы и соответствующие пробники (пробники напряжения / пробники тока / дифференциальные пробники), цифровые измерители, измерители мощности и паяльники с регулируемой температурой. В определенных ситуациях требуется подтверждение слабых сигналов в цепях.В этом случае необходим источник питания постоянного тока. Тем не менее, средний игрок не может себе позволить перечисленные выше инструменты. Чтобы продвинуться дальше, набор анализаторов частотных характеристик стоимостью 1 миллион тайваньских долларов также является необходимым оборудованием для достижения высокой стабильности обратной связи и адекватного запаса по фазе и запасу по усилению.

Если вы до сих пор не переключили канал, значит, у вас есть страсть к источникам питания! Чтобы соответствовать вашему усердию, продолжим…

Что касается первого издания образцов, персонал отдела исследований и разработок обычно выполняет проверки, связанные с основными электрическими характеристиками, повышением температуры, электромагнитными помехами и EMS.Однако, поскольку источники питания относятся к аналоговым схемам, часто определенные меры противодействия изменению электрических параметров могут вызвать побочные эффекты. Это приведет к превышению технических характеристик другого электрического свойства или элемента проверки, что может иметь волновой эффект и время и снова и снова создавать проблемы для разработчиков (это явление известно как эффект качелей, при котором предположительно переданный параметр B снова выходит из строя после противодействие параметру A. изменено.Следовательно, то, как правильно справиться с ситуацией, будет зависеть от кропотливой настройки опытным инженером). Следовательно, в дополнение к предварительному тестированию, проводимому персоналом НИОКР, FSP создал отдел проверки, работающий на полную ставку, для проведения проверки одна за другой с точки зрения третьей стороны. Это, в свою очередь, обеспечит качество продукции.

В таблице ниже показаны стандартные блоки питания FSP, требующие проверки.

ОТЧЕТ О КВАЛИФИКАЦИОННОМ ИСПЫТАНИИ

Проигрыватели с собственной разработкой, как правило, не имеют полных тестовых инструментов и устройств.Поэтому после включения первого выпуска образцов они могут использовать только простой мультиметр для проверки правильности напряжения. В лучших сценариях игроки с самостоятельной конструкцией могут иметь сопротивление нагрузке, которое можно применять для основных тестов на старение и повышение температуры. Однако без более сложных устройств могут возникнуть более сложные проблемы, из-за которых игроки могут застрять и сделать дальнейшую проверку невозможной. Даже при нормальном включении стабильность и срок службы остаются неопределенными. При этом, если все процессы работают и проблемы будут решены, стоит иметь возможность самостоятельно завершить блок питания, даже если это может быть более затратным, чем прямая покупка имеющегося в продаже блока питания.В конце концов, чувство достижения бесценно.

При этом блоки питания собственной разработки подвержены более высокому риску и не рекомендуются для использования с более дорогими продуктами. Если в работе что-то пойдет не так, может выйти из строя блок питания; в тяжелых случаях внутренние электрические устройства будут повреждены, что является скорее потерей, чем прибылью. На данный момент это, вероятно, будет для обычных источников питания собственной разработки, но каждый из сертифицированных FSP источников питания все равно должен будет пройти следующие этапы.

Шаг 6: Пробное производство и повторная проверка

После первоначальной проверки электрических свойств научно-исследовательским персоналом на заводе будет организовано пробное производство. Это делается в надежде найти проблемные области производства до официального начала массового производства. Это снизит количество брака при массовом производстве. С другой стороны, поскольку образцы пробной продукции более полны, чем образцы, полученные вручную, и их количество больше, отдел проверки FSP будет использовать образцы для выполнения проверки.В дополнение к элементам, проверенным вышеупомянутым персоналом, занимающимся исследованиями и разработками, также выполняется снижение номинальных характеристик дополнительных компонентов и открытые короткие проверки. Снижение характеристик компонентов в основном предназначено для определения того, соответствуют ли излишки всех компонентов техническим характеристикам компонентов во время работы на мощности. Если есть избыток, он будет доведен до сведения персонала НИОКР для внесения улучшений. Открытое короткое замыкание в основном предназначено для проверки того, какие реакции возникают в источнике питания при выходе из строя какого-либо компонента, возникновении разомкнутой цепи или короткого замыкания в отдельном устройстве.Поскольку блоки питания подключены к электросети, теоретически энергия неисчерпаема. Отказ источника питания, вызывающий выделение тепла, дыма или даже искр, может привести к серьезным несчастным случаям, связанным с безопасностью. Такие исходы совершенно недопустимы. Таким образом, открытое короткое замыкание имитирует все возможные неблагоприятные результаты, чтобы исключить возможные опасности до того, как они произойдут. Поскольку два вышеупомянутых теста предназначены для проверки каждого компонента источника питания, проверка занимает очень много времени. Кроме того, имитация открытого короткого состояния часто приводит к повреждению источника питания.Таким образом, требуются многочисленные образцы, которые не могут быть заполнены только персоналом НИОКР, а специализированным подразделением по проверке.

Шаг 7: Получите сертификат безопасности для продажи на месте

Как упоминалось выше, при отказе источника питания могут возникнуть серьезные проблемы с безопасностью. Источники питания также могут иметь разные соображения безопасности при использовании в разных местах. Хотя многие международные организации, такие как IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике), установили рекомендуемые спецификации, учитывая различное сетевое напряжение в разных странах, розетка переменного тока и определение безопасности различаются от страны к стране.В конце концов, страны по всему миру разработали свои собственные наборы критериев. Таким образом, адаптеры для ноутбуков, которые могут быть проданы и использованы в любой стране мира, должны быть протестированы с помощью профессиональной лаборатории и в соответствии с требованиями страны, в которой они находятся. Наконец, необходимо наличие сертификата безопасности, выданного этой страной. быть полученными для продуктов, которые будут разрешены для продажи на местном уровне, и это всего лишь одна страна. Если необходимо принять во внимание универсальное использование, нам нужно будет подавать заявки на сертификат безопасности от каждой страны по отдельности.Безусловно, это будет стоить немалых денег. Кроме того, такая сертификация безопасности является обязательным требованием с юридической силой. Несоблюдение приведет к штрафу, и товар больше не будет продаваться.

Заключение

В настоящее время можно описать основные этапы квалифицированного источника питания с нуля. Конечно, многие детали невозможно описать подробно. Многочисленные формы сигналов и подтверждения данных испытаний, альтернативные проверки материалов, особые правила, особые требования к окружающей среде, корректировки новых материалов и т. Д.добавить непреодолимые неизвестности к сложности, связанной с проектированием мощности.

Возвращаясь к вопросу индивидуально разработанных источников питания, помимо их более высокой стоимости по сравнению с коммерчески доступными источниками питания, личные усилия в формулировании спецификации / выборе структуры схемы / выборе модели трансформатора / конструкции обмотки / чертеже схемы / компоновке печатной платы / закупке материалов / сборка прототипа / и, наконец, отладка электрических свойств не только будет стоить денег, но также потребует много времени и энергии для завершения всего процесса.Помимо личной компетентности, требуется значительный энтузиазм, не говоря уже об отсутствии возможности позволить себе дорогостоящие инструменты и устройства для проверки электрических свойств и сложных процессов проверки качества. Это, в свою очередь, приведет к высокой ненадежности готовой продукции.

Ясно, что блок питания DIY, который имеет низкое соотношение цены и качества, в конце концов, не такая уж и хорошая идея. С таким же успехом это может быть вызов для студентов или самореализующихся.

Статьи по теме: < Источник питания переменного и постоянного тока Введение >

Общие сведения об источниках питания переменного / постоянного тока | Статья

.

СТАТЬЯ ОБРАЗОВАНИЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Что такое блок питания?

Источник питания — это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, поступающий от источника питания, такого как сеть, в значения напряжения и тока, необходимые для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.

Назначение источника питания — обеспечить нагрузку надлежащим напряжением и током. Ток должен подаваться контролируемым образом — и с точным напряжением — на широкий диапазон нагрузок, иногда одновременно, и все это без изменения входного напряжения или других подключенных устройств, влияющих на выход.

Источник питания может быть внешним, что часто встречается в таких устройствах, как ноутбуки и зарядные устройства для телефонов, или внутренним, например, в более крупных устройствах, таких как настольные компьютеры.

Источник питания может быть регулируемым или нерегулируемым. В регулируемом источнике питания изменения входного напряжения не влияют на выход. С другой стороны, в нерегулируемом источнике питания выходная мощность зависит от любых изменений на входе.

Все источники питания объединяет то, что они берут электроэнергию от источника на входе, каким-то образом преобразуют ее и доставляют в нагрузку на выходе.

Питание на входе и выходе может быть переменным (AC) или постоянным (DC) током:

• Постоянный ток (DC) возникает, когда ток течет в одном постоянном направлении.Обычно он поступает от батарей, солнечных элементов или преобразователей переменного тока в постоянный. Постоянный ток — предпочтительный тип питания для электронных устройств.
• Переменный ток (AC) возникает, когда электрический ток периодически меняет свое направление. Переменный ток — это метод, используемый для подачи электроэнергии по линиям электропередачи в дома и на предприятия

Следовательно, если переменный ток — это тип питания, подаваемого в ваш дом, а постоянный ток — это тип питания, который вам нужен для зарядки телефона, вам понадобится источник питания переменного / постоянного тока для преобразования переменного напряжения, поступающего из электросети к напряжению постоянного тока, необходимому для зарядки аккумулятора вашего мобильного телефона.

Общие сведения о переменном токе (AC)

Первым шагом в разработке любого источника питания является определение входного тока. И в большинстве случаев источником входного напряжения электросети является переменный ток.

Типичная форма волны переменного тока — синусоида (см. Рисунок 1) .`

Рисунок 1: Форма сигнала переменного тока и основные параметры

Есть несколько показателей, которые необходимо учитывать при работе с блоком питания переменного тока:

• Пиковое напряжение / ток: максимальное значение амплитуды волны может достигать
• Частота: количество циклов, которые волна завершает в секунду.Время, необходимое для завершения одного цикла, называется периодом.
• Среднее напряжение / ток: Среднее значение всех точек напряжения в течение одного цикла. В чисто переменном токе без наложенного постоянного напряжения это значение будет равно нулю, потому что положительная и отрицательная половины компенсируют друг друга.
• Среднеквадратичное напряжение / ток: определяется как квадратный корень из среднего значения за один цикл квадрата мгновенного напряжения. В чистой синусоидальной волне переменного тока его значение можно рассчитать с помощью Уравнение (1) :

$$ V_ {PEAK} \ over \ sqrt 2 $$

• Также может быть определена как эквивалентная мощность постоянного тока, необходимая для достижения такого же нагревающего эффекта.Несмотря на сложное определение, он широко используется в электротехнике, поскольку позволяет найти эффективное значение переменного напряжения или тока. Из-за этого его иногда обозначают как V _AC .
• Фаза: угловая разница между двумя волнами. Полный цикл синусоидальной волны делится на 360 °, начиная с 0 °, с пиками на 90 ° (положительный пик) и 270 ° (отрицательный пик) и дважды пересекая начальную точку, на 180 ° и 360 °. Если две волны изображены вместе, и одна волна достигает своего положительного пика в то же самое время, когда другая достигает своего отрицательного пика, то первая волна будет иметь угол 90 °, а вторая волна — 270 °; это означает, что разность фаз составляет 180 °.Считается, что эти волны находятся в противофазе, так как их значения всегда будут иметь противоположные знаки. Если разность фаз равна 0 °, мы говорим, что две волны находятся в фазе.

Переменный ток (AC) — это способ передачи электроэнергии от генерирующих объектов конечным пользователям. Он используется для транспортировки электроэнергии, потому что в процессе транспортировки электроэнергию необходимо преобразовывать несколько раз.

Электрические генераторы вырабатывают напряжение около 40 000 В или 40 кВ.Затем это напряжение повышается до любого значения от 150 кВ до 800 кВ, чтобы снизить потери мощности при транспортировке электрического тока на большие расстояния. Когда он достигает места назначения, напряжение снижается до 4–35 кВ. Наконец, прежде чем ток достигнет отдельных пользователей, он снижается до 120 В или 240 В, в зависимости от местоположения.

Все эти изменения напряжения будут либо сложными, либо очень неэффективными по сравнению с постоянным током (DC), потому что линейные трансформаторы зависят от колебаний напряжения для передачи и преобразования электрической энергии, поэтому они могут работать только с переменным током (AC).

Линейный и импульсный источник питания переменного / постоянного тока

Линейный источник питания переменного / постоянного тока

Линейный источник питания переменного / постоянного тока имеет простую конструкцию.

При использовании трансформатора входное напряжение переменного тока (AC) снижается до значения, более подходящего для предполагаемого применения. Затем пониженное напряжение переменного тока выпрямляется и превращается в напряжение постоянного тока (DC), которое фильтруется с целью дальнейшего улучшения качества формы сигнала (Рисунок 2) .

Рисунок 2: Блок-схема линейного источника переменного / постоянного тока

Традиционная конструкция линейного источника питания переменного / постоянного тока развивалась с годами, улучшаясь с точки зрения эффективности, диапазона мощности и размера, но эта конструкция имеет некоторые существенные недостатки, которые ограничивают ее интеграцию.

Огромным ограничением линейного источника питания переменного / постоянного тока является размер трансформатора. Поскольку входное напряжение преобразуется на входе, необходимый трансформатор должен быть очень большим и, следовательно, очень тяжелым.

На низких частотах (например, 50 Гц) необходимы большие значения индуктивности для передачи большого количества энергии от первичной обмотки ко вторичной. Это требует больших сердечников трансформатора, что делает практически невозможной миниатюризацию этих источников питания.

Еще одним ограничением линейных источников питания переменного / постоянного тока является регулировка напряжения большой мощности.

Линейный источник питания переменного / постоянного тока использует линейные регуляторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают лишнюю энергию в виде тепла.Для малой мощности особых проблем не представляет. Однако для высокой мощности тепло, которое должен рассеивать регулятор для поддержания постоянного выходного напряжения, очень велико и потребует добавления очень больших радиаторов.

Импульсный источник питания переменного / постоянного тока

Новая методология проектирования была разработана для решения многих проблем, связанных с проектированием линейных или традиционных источников питания переменного / постоянного тока, включая размер трансформатора и регулировку напряжения.

Импульсные источники питания теперь возможны благодаря развитию полупроводниковой технологии, особенно благодаря созданию мощных полевых МОП-транзисторов, которые могут очень быстро и эффективно включаться и выключаться даже при больших напряжениях и токах.

Импульсный источник питания переменного / постоянного тока позволяет создавать более эффективные преобразователи мощности, которые больше не рассеивают избыточную мощность.

Блоки питания

AC / DC, в которых используются импульсные преобразователи мощности, называются импульсными блоками питания. Импульсные источники питания переменного / постоянного тока имеют несколько более сложный метод преобразования переменного тока в постоянный.

В импульсных источниках питания переменного тока входное напряжение больше не снижается; скорее, он выпрямляется и фильтруется на входе.Затем постоянное напряжение проходит через прерыватель, который преобразует напряжение в серию высокочастотных импульсов. Наконец, волна проходит через другой выпрямитель и фильтр, который преобразует ее обратно в постоянный ток (DC) и устраняет любую оставшуюся составляющую переменного тока (AC), которая может присутствовать до достижения выхода (см. Рисунок 3) .

При работе на высоких частотах катушка индуктивности трансформатора может передавать больше мощности, не достигая насыщения, что означает, что сердечник может становиться все меньше и меньше.Следовательно, трансформатор, используемый для переключения источников питания переменного / постоянного тока для уменьшения амплитуды напряжения до заданного значения, может составлять часть размера трансформатора, необходимого для линейного источника питания переменного / постоянного тока.

Рисунок 3: Блок-схема импульсного источника питания переменного / постоянного тока

Как и следовало ожидать, этот новый метод проектирования имеет некоторые недостатки.

Импульсные преобразователи мощности переменного / постоянного тока могут создавать в системе значительный уровень шума, который необходимо устранить, чтобы исключить его на выходе.Это создает потребность в более сложных схемах управления, что, в свою очередь, усложняет конструкцию. Тем не менее, эти фильтры состоят из компонентов, которые можно легко интегрировать, поэтому они не оказывают существенного влияния на размер блока питания.

Меньшие трансформаторы и повышенная эффективность регуляторов напряжения в импульсных источниках питания переменного / постоянного тока — вот причина, по которой теперь мы можем преобразовать напряжение переменного тока 220 В ¬RMS в напряжение 5 В постоянного тока с помощью преобразователя питания, который поместится у вас на ладони.

Таблица 1 суммирует различия между линейными и импульсными источниками питания переменного / постоянного тока.

Таблица 1: Линейные и импульсные источники питания

Сравнение однофазных и трехфазных источников питания

Источник питания переменного тока может быть однофазным или трехфазным:

• Трехфазный источник питания состоит из трех проводников, называемых линиями, каждая из которых несет переменный ток (AC) той же частоты и амплитуды напряжения, но с относительной разностью фаз 120 °, или одной трети цикл (см. рисунок 4) .Эти системы являются наиболее эффективными при передаче большого количества энергии и поэтому используются для доставки электроэнергии от генерирующих объектов в дома и на предприятия по всему миру.
• Однофазный источник питания является предпочтительным методом подачи тока в отдельные дома или офисы, чтобы равномерно распределять нагрузку между линиями. В этом случае ток течет от линии питания через нагрузку, а затем обратно через нейтральный провод. Это тип питания, который используется в большинстве установок, за исключением крупных промышленных или коммерческих зданий.Однофазные системы не могут передавать столько энергии на нагрузку и более подвержены сбоям питания, но однофазное питание также позволяет использовать гораздо более простые сети и устройства.

Рисунок 4: Форма кривой переменного тока трехфазного источника питания

Существует две конфигурации для передачи энергии через трехфазный источник питания: конфигурация треугольника $ (\ Delta) $ и конфигурация звезды (Y), также называемые конфигурациями треугольника и звезды, соответственно.

Основное различие между этими двумя конфигурациями заключается в возможности добавления нейтрального провода (см. Рисунок 5) .

Соединения

треугольником обеспечивают большую надежность, но соединения типа Y могут подавать два разных напряжения: фазное напряжение, которое является однофазным напряжением, подаваемым в дома, и линейное напряжение для питания больших нагрузок. Соотношение между фазным напряжением (или фазным током) и линейным напряжением (или линейным током) в конфигурации Y заключается в том, что амплитуда линейного напряжения (или тока) в √3 раз больше, чем амплитуда фазы.

Поскольку стандартная система распределения электроэнергии должна обеспечивать питанием как трехфазные, так и однофазные системы, большинство сетей распределения электроэнергии имеют три линии и нейтраль.Таким образом, и дома, и промышленное оборудование могут быть снабжены одной и той же линией электропередачи. Поэтому конфигурация Y наиболее часто используется для распределения мощности, тогда как конфигурация треугольника обычно используется для питания трехфазных нагрузок, таких как большие электродвигатели.

Рисунок 5: Трехфазные конфигурации Y и треугольника

Напряжение, при котором электросеть поставляет однофазную электроэнергию своим пользователям, имеет различные значения в зависимости от географического положения.Вот почему очень важно проверить диапазон входного напряжения источника питания перед его покупкой или использованием, чтобы убедиться, что он предназначен для работы в электросети вашей страны. В противном случае вы можете повредить блок питания или подключенное к нему устройство.

В таблице 2 сравниваются напряжения в сетях в разных регионах мира.

* Япония имеет две частоты в своей национальной сети из-за истоков ее электрификации в конце 19 века.В западном городе Осака поставщики электроэнергии купили генераторы 60 Гц в Соединенных Штатах, а в Токио, который находится на востоке Японии, они купили немецкие генераторы 50 Гц. Обе стороны отказались изменить свою частоту, и по сей день Япония все еще имеет две частоты: 50 Гц на востоке и 60 Гц на западе.

Как упоминалось ранее, трехфазное питание используется не только для транспортировки, но также для питания больших нагрузок, таких как электродвигатели или зарядки больших аккумуляторов. Это связано с тем, что параллельное приложение мощности в трехфазных системах может передавать гораздо больше энергии нагрузке и может делать это более равномерно из-за перекрытия трех фаз (см. Рисунок 6) .

Рисунок 6: Передача энергии в однофазных (слева) и трехфазных (справа) системах

Например, при зарядке электромобиля (EV) количество энергии, которое вы можете передать аккумулятору, определяет, насколько быстро он заряжается.

Однофазные зарядные устройства подключаются к сети переменного тока (AC) и преобразуются в постоянный ток (DC) внутренним силовым преобразователем переменного / постоянного тока автомобиля (также называемым бортовым зарядным устройством). Мощность этих зарядных устройств ограничена сетью и розеткой переменного тока.

Ограничение варьируется от страны к стране, но обычно составляет менее 7 кВт для розетки на 32 А (в ЕС 220 x 32 А = 7 кВт). С другой стороны, трехфазные источники питания преобразуют мощность из переменного в постоянный извне и могут передавать более 120 кВт на батарею, обеспечивая сверхбыструю зарядку.

Сводка

Источники питания переменного / постоянного тока есть повсюду. Основная задача источника питания переменного / постоянного тока — преобразовывать переменный ток (AC) в стабильное постоянное напряжение (DC), которое затем может использоваться для питания различных электрических устройств.

Переменный ток используется для транспортировки электроэнергии по всей электрической сети от генераторов до конечных потребителей. Цепь переменного тока (AC) может быть сконфигурирована как однофазная или трехфазная система. Однофазные системы проще и могут обеспечивать мощность, достаточную для питания всего дома, но трехфазные системы могут обеспечивать гораздо больше мощности более стабильным образом, поэтому они часто используются для питания промышленных приложений.

Разработка эффективных источников питания переменного / постоянного тока — непростая задача, поскольку современные рынки требуют мощных, чрезвычайно эффективных и миниатюрных источников питания, способных поддерживать эффективность в широком диапазоне нагрузок.

Способы проектирования источников питания переменного / постоянного тока со временем изменились. Линейные источники питания переменного / постоянного тока ограничены по размеру и эффективности, поскольку они работают на низких частотах и ​​регулируют выходную температуру, рассеивая избыточную энергию в виде тепла. Напротив, импульсные источники питания стали чрезвычайно популярными, потому что в них используются импульсные регуляторы для преобразования переменного тока в постоянный. Импульсные блоки питания работают на более высоких частотах и ​​преобразуют электроэнергию намного эффективнее, чем предыдущие разработки, что позволило создать мощные блоки питания переменного / постоянного тока размером с ладонь.

_________________________

Вам это показалось интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Статьи по теме

Чему о синхронных выпрямителях не говорят в школе — Избранные темы из реальных проектов

Как электричество подается в ваш дом

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, насколько удобно щелкнуть выключателем или нажать кнопку и получить мгновенные удобства?
Вроде все просто; вам становится немного холодно или жарко, вы толкаете термостат вверх или вниз; ваша семья проголодалась, вы берете еду из холодильника и разогреваете ее в микроволновой печи или готовите еду на плоской плите; напряженный рабочий день, вы прыгаете в горячую ванну с водой; нужно знать, что происходит в мире, вы берете пульт и включаете телевизор.Но как электричество попадает в ваш дом? Это сложный процесс, состоящий из множества шагов, посмотрите видео «Путь электричества» или вы можете подробнее узнать о каждом шаге ниже.

Система распределения

Наверх

Подстанция

CAEC покупает энергию у нашего кооператива по производству и передаче PowerSouth, который генерирует или покупает электроэнергию и передает ее на большие расстояния по линиям электропередачи распределительным компаниям, таким как CAEC.Наши подстанции — это точка, в которой электросетевая инфраструктура становится распределительной. Распределительные подстанции понижают напряжение, поступающее от линий электропередачи, чтобы начать процесс подачи энергии в ваш дом. Много работы уходит на планирование новых подстанций или даже модернизацию подстанций. CAEC использует долгосрочное прогнозирование для планирования новых подстанций, что напрямую влияет на надежность. Когда вы подписываетесь на услугу, независимо от ваших намерений в отношении этого счетчика, мы должны учитывать ваши текущие и будущие потребности в электроэнергии в этих прогнозах.Размещение и строительство подстанции — непростой процесс; Фактически, от этапа планирования до реализации требуется от двух до трех лет, чтобы завершить только один проект стоимостью примерно 1,5 миллиона долларов.

Силовой трансформатор

Напряжение, поступающее на подстанцию, 115 000 или 46 000 вольт, слишком высокое, чтобы попасть непосредственно в ваши районы. Силовые трансформаторы используются для понижения напряжения до приемлемого уровня, чтобы подать его в ваши окрестности.

Распределительный трансформатор

Мы еще не готовы подключить ваш дом к электросети; напряжение, поступающее от силового трансформатора, 25 000 или 13 200 вольт, все еще слишком велико, чтобы подавать его прямо в ваш дом.Оттуда мощность распределяется по милям (в зависимости от того, как далеко ваш дом находится от подстанции) линий электропередачи, чтобы достичь распределительного трансформатора, который снова понижает мощность до уровня напряжения, необходимого для вашего дома, который составляет 120/240 вольт. . За последние пять лет стоимость трансформаторов выросла на 50 процентов, отчасти из-за роста материальных затрат, а также из-за федеральных нормативных требований, требующих повышения эффективности.

Сервисный сброс и счетчик

От распределительного трансформатора к вашему дому подключается служебный провод, который называется служебным отводом.Если у вас накладные расходы, CAEC подключает служебный провод к метеостанции, которая является точкой соединения между объектами CAEC и домовладельцем. Если ваш служебный провод находится под землей, CAEC подключает служебный провод к вашей подземной измерительной коробке. Стяжка, сделанная на стороне источника счетчика, является точкой соединения между CAEC и элементом. Коробка счетчика в обоих случаях позволяет CAEC измерять количество потребляемой энергии.

Электроэнергия для вашего дома

От коробки счетчика провод обычно подключается к домашней коробке выключателя, которая функционирует как механизм безопасности для вашего дома.На этом этапе в дело вступает ваша домашняя проводка, которая позволяет отправлять энергию в розетки и выключатели одним нажатием кнопки или щелчком переключателя.

Это касается только нескольких основных единиц оборудования, которые мы используем, чтобы держать ваше питание включенным более 99,9% времени. Некоторое другое жизненно важное оборудование, которое мы используем, включает выключатели верхнего и нижнего уровня, регуляторы напряжения и молниеотводы. Этот процесс также не включает в себя техническое обслуживание, которое мы должны выполнить, и персонал, необходимый для обеспечения того, чтобы инфраструктура, которую мы создали, находится в отличном состоянии.Это включает в себя нашу программу управления растительностью, проверки линий и подстанций и другие важные программы.

Система передачи

Вернуться к началу

Как мы узнали выше, детально изучив систему распределения, для того, чтобы система передачи стала возможной, требуется совместная работа многих частей. Именно эта сеть, принадлежащая и обслуживаемая поставщиком электроэнергии и передачи CAEC, PowerSouth, а также линии электропередачи, принадлежащие Southern Company, делают возможной доставку электроэнергии нашим членам.А начинается все на заводе генерации:

Поколение

Производство электроэнергии начинается на электростанции, где источники топлива, такие как уголь, природный газ или гидроэнергетика, используются для преобразования воды в пар в процессе нагрева. Например, на большинстве угольных электростанций куски угля измельчаются в мелкий порошок и загружаются в установку для сжигания, где они сжигаются. Тепло от горящего угля используется для производства пара, который разводится по всей установке.

Турбины / Генераторы

Поскольку пар представляет собой воду под высоким давлением, он направляется в турбину, где давление заставляет лопасти турбины вращаться с высокой скоростью. Вал соединен между турбиной и генератором. Внутри генератора находится магнитное поле, которое производит напряжение или электричество примерно 15 000 вольт (В). Для удовлетворения потребностей в электроэнергии членов CAEC и потребителей других распределительных кооперативов PowerSouth требуется около 10-12 лет и от 700 до 3 миллиардов долларов, чтобы построить только одну электростанцию.

Передающая подстанция

Мощность высокого напряжения, вырабатываемая генератором, поступает на передающую подстанцию ​​электростанции. Внутри подстанции большие трансформаторы преобразуют напряжение генератора в чрезвычайно высокое напряжение (диапазон 115 000–500 000 В), чтобы он более эффективно передавался по линиям электропередачи на подстанции электропередачи и понижающие подстанции электропередачи.

Линии передачи и полюса

После повышения до соответствующего напряжения мощность затем передается в систему передачи, которая состоит из линий и полюсов, полностью или совместно принадлежащих PowerSouth.PowerSouth обслуживает более 2200 миль линий электропередачи и более 300 подстанций в Алабаме и Флориде. Планирование и установка нового передающего оборудования может быть долгим и утомительным процессом. Это часто связано с рядом сложных и критических экологических, экономических, социальных и технических вопросов, касающихся окружающей среды, надежности, которые необходимо изучить до принятия решений и выдачи необходимых разрешений (например, воздействия на окружающую среду, права проезда). Изучение и исследование каждой из этих ключевых областей, а также действия по планированию и прогнозированию потребности и размещения передающего оборудования могут занимать 10-20 лет, а на фактическое выполнение может потребоваться еще два-пять лет.

Коммутационная станция

Когда мощность достигает точки подачи, она проходит процесс понижения (или снижения напряжения) на коммутационных станциях. Здесь напряжение 115 000–500 000 В понижается до примерно 115 000–46 000 В перед отправкой в ​​первый компонент распределительной системы — подстанцию ​​- и, в конечном итоге, в ваш дом.

Планирование такой большой системы может занять годы или десятилетия и может стоить миллионы долларов. Например, одна миля линии 115 000 В в сети электропередачи может стоить приблизительно 400 000 долларов — от планирования и разработки до реализации.Когда вы думаете о времени и усилиях, которые требуются, а также об инвестициях, чтобы построить и поддерживать тысячи миль линий для подачи электроэнергии в наши дома, ценность электричества становится гораздо более очевидной.

Энергетика: уголь Вернуться к началу

Вы знаете, сколько угля используется в вашем доме каждый день? Ежегодно средняя семья из четырех человек использует 3375 фунтов угля для водонагревателя; 560 фунтов — плита / плита; 256 фунтов — телевизор; и 37 фунтов — пылесос. Почти половина электроэнергии, используемой в Соединенных Штатах, вырабатывается из угля, и с учетом огромных ресурсов США.У С. этот вид топлива — известно, что его запасы хватит почти на 300 лет — даже используется с той же скоростью, что и сегодня.

Затраты, связанные с использованием угля, включают добычу, транспортировку, производство электроэнергии и контроль выбросов, однако электроэнергия, работающая на угле, остается одним из самых дешевых источников энергии для потребителей. Так как же уголь питает ваш дом? Начнем с шахт.

Горный уголь

Есть два основных способа добычи угля: открытая и подземная.Шахтеры добывают уголь из залежей на уровне земли или вблизи нее, используя метод открытой добычи. Наземные бригады удаляют землю, покрывающую уголь, и постепенно извлекают это ископаемое топливо. Затем по закону горняки должны вернуть землю в ее первоначальное или улучшенное состояние, известное как рекультивация. В районах, где залежи угля находятся глубоко под землей, шахтеры роют туннели в земле и используют один из трех методов: обычную, непрерывную или длинную разработку.

При обычном методе горняк использует длинную электрическую цепную пилу, чтобы разрезать полосу под угольными месторождениями, и это место подвергается взрыву.После того, как взрыв разрыхляет уголь, шахтеры используют погрузочную машину и конвейерную ленту для переноса угля на поверхность земли для дальнейшей обработки. Напротив, при непрерывной разработке и разработке длинных забоев не используются буровые или взрывные работы. С помощью этих процессов уголь соответственно дробится или режется, а затем отправляется на обогатительную фабрику. На обогатительной фабрике рабочие работают с оборудованием для удаления камней и мусора перед промывкой, сортировкой и смешиванием угля перед отправкой.

Шахтеры обладают высокой квалификацией и хорошо обучены использованию сложного современного оборудования.В среднем угольщики работают 40 часов в неделю в холодных, шумных, сырых и темных условиях, а их средняя почасовая оплата составляет 21,57 доллара. В угледобывающей отрасли занято более 300 000 человек.

Транспортировка угля

Уголь в основном транспортируется в США по железной дороге и баржами. Альтернативные способы доставки включают грузовик, конвейер и судно. На железнодорожный транспорт приходится 70 процентов поставок угля на электростанции, что может привести к злоупотреблению рыночной властью (т.е. рост тарифов, низкое качество и ненадежный сервис), вызванные отсутствием конкуренции. С 2004 года ряд кооперативов по производству и передаче электроэнергии сообщили, что их железнодорожные перевозчики требуют 100-процентного повышения ставок по истечении срока их существующих контрактов.

Электростанция Чарльза Р. Лоумена

PowerSouth (наш поставщик электроэнергии), расположенная недалеко от Лероя, штат Алабама, принимает уголь размером с мяч для гольфа на баржах на реке Томбигби и по железной дороге. По мере того, как уголь выгружается на конвейер, уголь перемещается в большую складскую штабель, достаточно большую, чтобы выдержать двухмесячный спрос.

Завод Lowman может хранить до 250 000 тонн угля. Учитывая высокий спрос, установка может сжигать до 5000 тонн в день, когда потребители потребляют много электроэнергии. Следующим шагом в этом процессе является преобразование угля в электричество.

Преобразование угля в электроэнергию

Производство электроэнергии на угле — это процесс производства электроэнергии из энергии (углерода), хранящейся в угле. Процесс преобразования угля в электричество состоит из нескольких этапов:

1.Машина, называемая пульверизатором (показанная ниже), измельчает уголь в мелкий порошок.

2. Угольный порошок смешивается с горячим воздухом, что помогает ему гореть более эффективно. Вентиляторы первичного воздуха продувают смесь по угольным трубам в топку.

3. Горящий уголь нагревает воду в котле, образуя пар.

4. Пар из котла вращает лопасти турбины, преобразуя тепловую энергию горящего угля в механическую энергию, которая вращает турбину.

5.Вращающаяся турбина используется для питания генератора, машины, которая превращает механическую энергию в электрическую. Это происходит, когда магниты вращаются внутри медной катушки в генераторе.

6. Конденсатор охлаждает пар после его выхода из турбины. Когда пар конденсируется, он снова превращается в воду.

7. Вода перекачивается обратно в бойлер, и цикл начинается снова.

Произведенная электроэнергия затем начинает свой путь к вашему дому через систему передачи, как описано выше.Хотя основной процесс преобразования угля в электричество не изменился за 60 лет, достижения в технологии удаления выбросов привели к созданию более чистого угля.

Технология «Чистый уголь»

Чистые угольные технологии делятся на четыре основные категории: промывка угля, контроль загрязнения существующих электростанций, эффективные технологии сжигания и экспериментальный улавливание и хранение углерода. Исследования и разработки за последние два десятилетия привели к созданию более 20 новых, более дешевых и экологически чистых угольных технологий.Фактически, PowerSouth инвестировала около 400 миллионов долларов в модернизацию оборудования на заводе Lowman для снижения выбросов диоксида серы, оксида азота и ртути. Три угольных энергоблока Лоумена могут производить 556 мегаватт (этого достаточно для питания 300 000 домов и предприятий) за счет сжигания примерно 1,5 миллиона тонн угля в год. За счет интеграции усовершенствованных скрубберов выбросы диоксида серы были сокращены примерно на 92,5 процента (200 000 тонн в сумме), а выбросы оксида азота уменьшены примерно на 80 процентов (18 000 тонн), при этом достигнута дополнительная выгода от снижения содержания ртути при использовании в сочетании со скрубберами. .

Хотя другие страны не контролируют свои выбросы от угля, более чистые угольные технологии помогают снизить выбросы загрязняющих веществ здесь, в США

Производство электроэнергии: природный газ Вернуться к началу

Когда вы думаете об электричестве, вы можете не думать о природном газе, но этот ресурс играет жизненно важную роль в производстве вашей энергии. Природный газ — это топливо, которое требует минимальной обработки, чтобы его можно было использовать в промышленных целях. Он имеет высокую теплотворную способность или содержание Btu и содержит мало примесей по сравнению с некоторыми другими ископаемыми видами топлива.В электроэнергетике исторически природный газ использовался для электростанций промежуточного и пикового режима или станций, которые включались в «пиковые» периоды использования, например, холодным зимним утром или жарким летним днем, когда большая часть населения использует большую нагрузку на электроэнергию. . В последние годы природный газ все больше и больше используется для выработки электроэнергии при базовой нагрузке.

От разведки и открытия до производства электроэнергии, прежде чем природный газ можно будет преобразовать в электричество, необходимо пройти несколько этапов — от определения местоположения ресурса до его полного использования, вы поймете роль природного газа в обеспечении электроэнергией вашего дома.

Разведка

Природный газ находится под землей в месторождениях. Чтобы сделать обоснованные предположения о местонахождении этих месторождений, нужны геологи и геофизики, а также использование технологий. Этот процесс может занять от двух до 10 лет. Геологи обычно начинают с геологических изысканий на поверхности земли, ища характеристики, указывающие на залежи природного газа.

После определения вероятных областей геологи используют такое оборудование, как сейсмографы (аналогичные тем, которые используются для регистрации колебаний землетрясений), магнитометры (для регистрации магнитных свойств) и гравиметры (для измерения гравитационных полей), чтобы исследовать состав земли внизу и определять если окружающая среда благоприятна для залежей природного газа.Если эти тесты положительны, затем выкапываются разведочные скважины, что позволяет геологам воочию увидеть характеристики подземных вод и подтвердить наличие отложений.

Добыча

После подтверждения высокой вероятности залежей газа в этом районе бурильщики начинают трехнедельный 24-часовой процесс раскопок (в некоторых случаях на глубине более 20 000 футов ниже поверхности земли) этих участков — где все еще нет 100-процентной уверенности в том, что месторождения природного газа существуют.

Бурильщики используют два метода: ударное бурение, которое заключается в поднятии и опускании тяжелого металлического долота в землю с образованием ямы; или роторное бурение, при котором для копания используется острое вращающееся долото (очень похожее на ручную дрель). Роторный метод — это, по большей части, наиболее распространенная форма бурения на сегодняшний день. Если находится природный газ, строится скважина; если природный газ не обнаружен, участок или «сухая скважина» очищается, и процесс поиска природного газа начинается снова.Например, с 1995 по 2005 год 60 процентов скважин, пробуренных на природный газ, считались сухими.

При обнаружении отложений открывается канал на поверхность, и, поскольку природный газ легче воздуха, сжатый газ поднимается на поверхность практически без помех. В некоторых случаях электрический заряд посылается в колодец, разрушая скалу вокруг него. После того, как заряды установлены, жидкость для гидроразрыва под высоким давлением, состоящая на 99,51% из воды и песка, направляется в скважину, которая дополнительно разрушает породы, выделяя природный газ.Поскольку газ легче раствора, он поднимается к верху скважины для улавливания. После извлечения из скважины газ проходит по сети трубопроводов для обработки и обработки.

Обработка

Природный газ, используемый в домах, сильно отличается от необработанного природного газа, который поступает из земли. Газ направляется на перерабатывающие предприятия, где извлекаются избыточная вода, жидкости, сера, диоксид углерода и углеводороды, в результате чего получается чистый природный газ.

Прибытие на электростанцию ​​

Обработанный газ поступает на электростанцию ​​по магистральному газопроводу. Эта труба соединяется с газовым двором электростанции, где фильтры дополнительно удаляют примеси, а вся избыточная влага (например, вода или жидкие углеводороды) собирается и удаляется. Газовые станции также кондиционируют газ для оборудования, используемого в производстве электроэнергии, путем регулирования давления в соответствии с проектными требованиями турбины внутреннего сгорания (см. Параграф ниже). Природный газ должен оставаться в «газообразном состоянии», а не конденсироваться в капли жидкости.Если природный газ конденсируется в виде углеводородов в более концентрированной форме, это может вызвать повреждение внутреннего оборудования. Один из методов, используемых для поддержания требуемого газообразного состояния, — это газовые нагреватели, которые помогают поддерживать температуру природного газа выше точки росы.

Турбины внутреннего сгорания / Генератор

Достигнув необходимого давления и температуры, газ попадает в турбину внутреннего сгорания, которая очень похожа на реактивный двигатель. В сочетании со сжатым воздухом, генерируемым в передней части двигателя (также известной как камера сгорания), сжигание природного газа заставляет лопасти турбины вращаться.Турбина соединена с генератором через вал. Этот вал заставляет генератор вращаться и преобразует механическую энергию в электрическую, используя магниты и медную проволоку для создания электрического заряда. Затем эта мощность передается на повышающий трансформатор и распределительную станцию ​​электростанции перед подачей в систему передачи.

Система комбинированного цикла природного газа

После того, как турбина сжигает природный газ, можно производить больше энергии за счет использования системы комбинированного цикла.Эта система забирает тепло выхлопных газов турбины (от 900 до 1150 ° F) и отправляет его в парогенератор-утилизатор (HRSG).
HRSG забирает отработанные горячие газы и использует их для преобразования воды в пар. Затем этот пар направляется в паровую турбину, которая, как и турбина внутреннего сгорания, подключена к генератору для выработки электроэнергии. Пар направляется в конденсатор, который охлаждает пар, превращая его обратно в воду, где он повторно используется в HRSG, и процесс вода / пар повторяется.

Производство электроэнергии: гидроэнергетика Вернуться к началу

В раннем возрасте нас учили, что вода и электричество несовместимы. Как бы это ни было верно, знаете ли вы, что вода используется для выработки электроэнергии? Звучит странно, но одним из старейших источников, используемых для производства энергии, который существует уже сотни лет, является гидроэнергетика — вода используется для питания машин или производства электроэнергии.

Соединенные Штаты являются четвертым по величине производителем гидроэлектроэнергии в мире после Китая, Канады и Бразилии.Гидроэнергетика — крупнейший возобновляемый источник энергии для производства электроэнергии в Соединенных Штатах. В 2013 году на гидроэнергетику приходилось примерно шесть процентов от общего объема производства электроэнергии в США и 52 процента от всех возобновляемых источников энергии. Общая мощность гидроэлектроэнергии в США составляет около 100000 мегаватт (МВт), обеспечивая электроэнергией более 28 миллионов американских домов. Кроме того, в США гидроэнергия производится в среднем по 7 центов за киловатт-час (кВтч) по сравнению с другими средними показателями возобновляемой энергии, такими как ветер — 18 центов за кВтч, солнечная энергия — 13 центов за кВтч и биомасса — 10 центов за кВтч. .

Гидроэнергетика стала широко использоваться в начале 1880-х годов, когда была разработана технология передачи электроэнергии на большие расстояния.

• Плотина — Большинство гидроэлектростанций опираются на плотину, которая задерживает воду, создавая большой резервуар.
• Впускное отверстие — Затворы на плотине открываются, и сила тяжести тянет воду через напорный трубопровод, трубопровод, который ведет к турбине. Вода создает давление, когда течет по этой трубе.
• Турбина — Вода ударяется и вращает большие лопасти турбины, которая прикреплена к генератору над ней посредством вала.Современные гидротурбины могут преобразовывать до 90 процентов доступной энергии в электричество.
• Генераторы — Когда лопасти турбины вращаются, то же самое происходит с рядом электромагнитов на вращающейся части генератора. Гигантские магниты вращаются мимо медных катушек, создавая электричество. После того, как генераторы вырабатывают электричество, оно передается на электрическую подстанцию, а затем передается в ваш дом.
• Отток — Отработанная вода сбрасывается из турбины и иногда проходит по трубопроводам (отводам) и снова попадает в реку вниз по течению.

Вода в резервуаре считается запасенной энергией. Уровень резервуара над турбиной называется «напором» и определяет величину давления и объема, доступного для выработки электроэнергии. Чем больше напор, тем больше доступной энергии для производства электроэнергии. Когда ворота открыты, вода, протекающая через затвор, становится кинетической энергией, потому что находится в движении. Вращающаяся турбина, в свою очередь, приводит в движение генератор.

Энергетика: атомная промышленность Наверх

По мере того, как Америка ищет экологически чистые решения в области энергетики, существует одна форма эффективного производства чистой энергии, которую наша страна не исследовала последние 57 лет — ядерная.По сравнению с другими странами, которые с большей готовностью используют ядерную энергию, в США в настоящее время имеется только 62 действующих в коммерческих целях атомных электростанций со 100 ядерными реакторами в 31 государстве. На каждой атомной электростанции обычно работает от 400 до 700 человек.

Несмотря на то, что ядерная энергия эффективна, требуется много шагов, чтобы превратить ее в полезную форму энергии для вашего дома. Ниже мы рассмотрим, что нужно для использования топлива, такого как уран, и его преобразования в энергию для вашего дома.

Горное дело

Производство ядерной энергии начинается в шахтах, где горняки ищут урановую руду, которая служит топливом для производства ядерной энергии.Для получения этого химического элемента уранодобывающие компании используют несколько методов: открытая (открытый), подземная добыча и добыча методом подземного выщелачивания. Подземная добыча урана требует тех же основных шагов, что и для любого другого типа добычи, например угля.

Фрезерный

После того, как урановая руда удалена из грунта d, она должна быть обработана «измельчением», которое включает в себя последовательность этапов физической и химической обработки. Конечный продукт помола образует желтый кек (названный из-за его порошкообразной текстуры и желтоватого цвета).

Преобразование и обогащение

Бочки с желтым кеком должны пройти еще один процесс, чтобы превратиться в топливо, которое можно использовать на электростанциях. Природный уран состоит из двух типов: U-235 и U-238. Только U-235 может использоваться для производства энергии, но он составляет менее 1 процента природного урана. Таким образом, для использования урана в качестве топлива на атомной электростанции диапазон U-235 должен быть повышен или «обогащен» до газообразного состояния.

Чтобы понять, как работает обогащение, представьте молекулы газа в виде частиц песка, взвешенных в воздухе. Все молекулы одна за другой проходят через тысячи фильтров или сит. Поскольку более легкие частицы U-235 движутся быстрее, чем более тяжелые частицы U-238, большее их количество проникает через каждое сито. По мере прохождения большего количества сит концентрация U-235 увеличивается. Процесс продолжается до тех пор, пока концентрация U-235 не будет повышена или обогащена до 3-5 процентов.

Производство топлива

Однако, прежде чем его можно будет превратить в ядерное топливо, обогащенный фторид урана в газообразном состоянии превращается в диоксид урана — твердое вещество.Затем его прессуют в керамические шарики размером с кончик мизинца человека. Топливные таблетки вставляются и складываются встык в тонкие термостойкие металлические трубки или топливные стержни, размер которых может варьироваться от 12 до 17 футов в высоту. Топливные стержни объединяются в пучки твэлов, и в среднем в каждую активную зону реактора загружается 157 пучков твэлов (каждый весом примерно 1450 фунтов). По мере того, как U-235 истощается, процесс деления или расщепления атомов замедляется, поэтому требуется замена топливных пучков каждые 18-24 месяца.

Производство электроэнергии

Когда пучки твэлов помещаются в реактор, происходит процесс расщепления атомов урана, когда они бомбардируются свободными нейтронами — также известный как деление, — который создает энергию, которая выделяется в виде тепла. Однако управляющие стержни, изготовленные из химического элемента бора, помещаются в пучки твэлов, чтобы замедлить или полностью остановить деление атомов урана, давая электростанции возможность точно контролировать количество выделяемого тепла.

Тепло, выделяемое при делении, направляется в реактор с водой под давлением (PWR), где он нагревает воду до 500 ° F, но не дает ей закипеть, как в скороварке. Затем парогенераторы забирают речную воду и направляют ее в трубы, содержащие воду, нагретую PWR, для преобразования речной воды в пар. Затем пар направляется в турбины, чтобы начать процесс производства электроэнергии. Затем пар выпускается через градирни.

Выбытие

В год типичная атомная электростанция производит 20 метрических тонн отработанного ядерного топлива.Атомная промышленность производит в общей сложности около 2000 метрических тонн отработанного топлива в год. За последние четыре десятилетия вся отрасль произвела около 60 000 метрических тонн отработанного ядерного топлива. Если бы использованные тепловыделяющие сборки были уложены встык и бок о бок, это покрыло бы футбольное поле глубиной около семи ярдов. Большинство американских атомных электростанций хранят отходы либо в сухом хранилище, либо в бассейне для отработавшего топлива. Поскольку вода является естественным радиационным барьером, отработавшее топливо загружается в герметичные стальные или железобетонные контейнеры, известные как контейнеры, а затем осторожно доставляется в облицованный сталью бетонный бассейн с водой для хранения.

Сухое хранение на месте осуществляется аналогичным образом: отработанное топливо помещается в бетонные и стальные контейнеры, которые устанавливаются на специальной площадке. Каждая бочка может весить 300 000 фунтов и достаточно прочна, чтобы выдержать удар быстро движущегося грузовика или даже поезда без каких-либо повреждений.

Другие страны, такие как Япония, Россия и страны Европы, перерабатывают отработавшее ядерное топливо путем отделения урана и плутония от отходов топливных стержней, а затем повторно обогащают восстановленный уран для повторного использования в качестве топлива.

Безопасность прежде всего

АЭС США хорошо спроектированы, обслуживаются обученным персоналом, защищены от нападения и подготовлены в случае возникновения чрезвычайной ситуации. В дополнение к резервным системам, которые контролируют и регулируют то, что происходит внутри реактора, атомные электростанции США также используют ряд физических барьеров для предотвращения утечки радиоактивного материала. Все, от топливных таблеток до топливных стержней, заключено в материалы, ограничивающие радиационное воздействие. Все эти предметы содержатся в массивной железобетонной конструкции, называемой защитной оболочкой, со стенами толщиной четыре фута.Отсутствие защитной конструкции — вот что привело к выходу из строя Чернобыльской АЭС в России, чего не может произойти в Соединенных Штатах, поскольку все станции должны иметь защитные конструкции и другие средства безопасности.

Для выработки электроэнергии, произведенной с помощью ядерной энергии, требуется много шагов. Однако ядерная энергетика позволяет нам иметь чистый альтернативный источник энергии. Если принять во внимание процесс планирования, который включает в себя метеорологические, сейсмические исследования и исследования населения, на строительство атомной станции, от планирования до эксплуатации, может уйти до 10-15 лет.Но при этом эффективный источник энергии может доставить электроэнергию в ваш дом.

Энергетика: возобновляемые источники энергии Наверх

Благодаря современным технологиям каждый день используются новые источники энергии. Возобновляемая энергия также называется «чистой» или «зеленой» энергией, потому что она практически не имеет выбросов и может быть восполнена за короткий период времени. Чаще всего используются четыре возобновляемых источника: ветер, солнечная фотоэлектрическая энергия, геотермальная энергия и биомасса. Гидроэнергетика также является возобновляемым ресурсом, о чем говорилось выше.

Развитие возобновляемых источников энергии для коммерческого использования в зоне обслуживания CAEC, в том числе ветровой, солнечной, геотермальной энергии и биомассы, считается экономически нецелесообразным по сравнению с более традиционными вариантами. Тем не менее, давайте посмотрим на процесс генерации этих природных топливных ресурсов.

Ветер

Ветряные машины (также называемые ветряными турбинами) используют лопасти для сбора кинетической энергии ветра. Когда дует ветер, он обтекает лопасти, создавая подъемную силу, как на крыльях самолета, заставляя их вращаться.Лопасти соединены с приводным валом, который вращает электрогенератор.

Стоимость коммерческих ветряных турбин варьируется от 1 до 2 миллионов долларов за мегаватт (МВт) установленной мощности. На разработку проектов может уйти более семи лет, из которых 2,5 года находятся на стадии планирования. Одна турбина мощностью 1 МВт, работающая с производительностью 45 процентов, будет вырабатывать около 3,9 миллиона киловатт (кВт) электроэнергии в год, удовлетворяя потребности примерно 500 домашних хозяйств в год. Однако средний оборот ветряной турбины составляет примерно 25 процентов.В США в ветроэнергетике занято около 85 000 человек.

Основная проблема использования ветра в качестве источника энергии заключается в том, что ветер непостоянен и не всегда дует, когда требуется электричество. Энергия ветра не может быть сохранена, и не все ветры можно использовать для удовлетворения потребностей в электроэнергии. Жизнеспособность ветряного проекта в нашем районе еще больше затрудняется из-за более высоких затрат на строительство морских установок и риска разрушения ветровой электростанции из-за ураганных ветров, которые иногда встречаются на наших южных побережьях.

Многие потенциальные ветряные электростанции, на которых ветряная энергия может производиться в больших масштабах, должны располагаться в местах, удаленных от населенных пунктов, где требуется энергия. Это ставит ветроэнергетику в невыгодное положение с точки зрения затрат на новые подстанции и линии электропередачи.

Солнечная

Солнечная энергия преобразуется в электричество с помощью фотоэлектрических (PV) устройств или «солнечных батарей». Солнечная энергия (тепло) кипятит воду; пар приводит в движение турбину; турбина вращает обычный генератор, который затем вырабатывает электроэнергию.Строительство солнечной электростанции мощностью 10 гигаватт (ГВт) обойдется примерно в 100 миллиардов долларов, а для электростанции мощностью 500 мегаватт (МВт), которая может обеспечить электроэнергией 100000 домашних хозяйств, потребуется 4000 акров, тогда как для электростанции, работающей на природном газе мощностью 500 МВт, потребуется 40 акров и угольная фабрика 300 соток. В нашем районе солнечная энергия будет обеспечивать около 15 процентов необходимой энергии за 24 часа, а в оставшееся время потребуется еще один источник топлива.

Геотермальная

Электростанции производят геотермальную энергию, используя сухой пар земли или горячую воду, получаемую при рытье колодцев.Либо сухой пар, либо горячая вода выводится на поверхность по трубам и перерабатывается в электроэнергию на электростанции. Поскольку геотермальные электростанции используют меньшие участки земли, стоимость земли обычно ниже, чем у других электростанций.

Geothermal — это ресурс базовой нагрузки, доступный 24 часа в сутки, каждый день в году. Он не зависит от погодных условий и не требует затрат на топливо. Однако бурение геотермальных резервуаров и их поиск может быть дорогостоящей задачей. Первоначальная стоимость месторождения и электростанции составляет около 2500 долларов за установленный кВт в США.S., и даже от 3000 до 5000 долларов за небольшую электростанцию ​​мощностью менее 1 МВт. Бурение каждой наблюдательной скважины может сильно различаться в зависимости от геологических и других условий. Геотермальная энергия очень специфична для местности, и наряду с теплом, исходящим от земли, в процессе также могут рассеиваться токсичные химические вещества.

Соединенные Штаты вырабатывают в среднем 15 миллиардов киловатт-часов (кВт-ч) геотермальной энергии в год, а электростанции сосредоточены в основном в западной части страны.

Биомасса

Энергия биомассы включает свалочный метан, древесные отходы, побочные продукты сельского хозяйства и этанол. Сегодня большая часть электроэнергии из биомассы вырабатывается с использованием парового цикла. В этом процессе биомасса сжигается в котле для получения пара. Затем пар вращает турбину, которая подключена к генератору, вырабатывающему электричество.

Из этих ресурсов метановый газ со свалок имеет самый высокий потенциал для производства электроэнергии из возобновляемых источников на юго-востоке страны.Для высвобождения метана из разлагающихся отходов собирают газ с помощью ряда скважин, стратегически расположенных по всей территории полигона. Скважины соединены серией труб, ведущих к более крупным трубам, по которым газ доставляется на завод, вырабатывающий электричество из возобновляемых видов топлива. Вся система трубопроводов находится под вакуумом, создаваемым воздуходувками на объекте, в результате чего свалочный газ выходит из скважин. Как только нагнетатели подают газ на завод, двигатели внутреннего сгорания используют газ в качестве топлива и вращают генераторы для производства электроэнергии.

Преобразование свалочного газа (LFG) в электричество снижает выбросы метана, парникового газа в 23 раза более сильного, чем углекислый газ. По состоянию на июль этого года в США действовало около 636 энергетических проектов по производству свалочного газа (80 из которых связаны с электрическими кооперативами), в результате чего в 2013 году было произведено почти 16 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. В Алабаме есть пять действующих проектов: Болдуин, Джексон, Монтгомери, Морган и Сент-Клер.

CAEC в настоящее время предлагает своим членам возможность использовать эту возобновляемую альтернативу с программой Green Power Choice, партнерством между PowerSouth (наш кооператив по производству и передаче электроэнергии) и Waste Management.В рамках этого проекта электричество вырабатывается из метана, производимого на региональной полигоне Спрингхилл в Кэмпбеллтоне, штат Флорида. Покупка двух блоков зеленой энергии в месяц в течение года приравнивается к переработке 480 фунтов алюминия (15 322 банки) или переработке 1766 фунтов алюминия. газета. Блоки состоят из 100 киловатт-часов (кВтч) электроэнергии и могут быть включены в счет за электроэнергию по цене 2 доллара за блок.

Новое энергетическое будущее будет опираться на несколько источников энергии. И хотя возобновляемые источники энергии будут играть ключевую роль в нашем энергетическом будущем, они не могут удовлетворить растущий спрос на электроэнергию в одиночку.Безопасное и надежное энергетическое будущее должно включать сочетание передовых экологически чистых источников угля, ядерной энергии, природного газа и возобновляемых источников энергии.

Сеть и сеть при строительстве

Там, где линии электроснабжения расположены поблизости, электроснабжение от сети или сети, как правило, является наиболее экономичным вариантом. В городских и многих сельских районах снабжение надежно и легко подключается.

На этой странице:

• затраты на подключение к сети
• сечение сетевого кабеля
• прокладка сетевого кабеля
• кабели
• электроснабжение нескольких домохозяйств.

Стоимость подключения к сети

Текущие затраты на подключение к сети значительно варьируются в зависимости от требований к энергии и расстояния до подключения.

Например:

• Однофазный городской дом с 20-метровым подземным сетевым кабелем и подключением к опоре будет стоить примерно 1000 долларов.
• Блочное подключение в сельской местности с установленным новым или модернизированным питающим трансформатором и 800 м Трехфазный сетевой кабель низкого напряжения 400 В (LV) или высокого напряжения 11000 В (HV) может стоить более 100 000 долларов.

Сетчатый источник питания обычно устанавливается в рамках развития, но в некоторых ситуациях от владельца может потребоваться внести свой вклад в установку трансформатора и модернизацию линий. В этих ситуациях право собственности, как правило, остается за линейной компанией.

Размер сетевого кабеля

Размер кабеля зависит от максимальной нагрузки, длины и допустимой нагрузки кабеля, а также от любых требований компании к поставке пилотного кабеля для управления реле управления горячей водой.(Это становится все реже, поскольку большинство компаний-поставщиков используют частотно-регулируемые реле или реле пульсации.)

Для определения размера сетевого кабеля для дома:

Монтаж сетевого кабеля

Новые дома обычно подключаются к электросети с помощью подземного кабеля, в то время как старые дома чаще имеют воздушное соединение. Подземная установка предпочтительна для сокращения текущего обслуживания, а также для безопасности и эстетики. В некоторых регионах стоимость длинных участков может потребовать прокладки кабеля.

Стоимость подключения к услуге может быть минимизирована за счет использования общей траншеи для всех входящих услуг, которые могут включать воду, газ, телекоммуникации, канализацию, ливневую канализацию, питание ворот, камеру и домофон, освещение ворот или проезжей части и ландшафтное освещение. Минимальные разделительные расстояния между коммуникациями в траншее и минимальное покрытие кабелей указаны в AS / NZS 3000: 2018.

При использовании общей траншеи установку системы электроснабжения может потребоваться согласовать на месте с рядом других предприятий.

Требования местных властей или органов снабжения к допускам, покрытию и подстилке могут отличаться от стандартных в некоторых регионах.

Желоб для коммунальных служб

План расположения типовых услуг для отдельного дома

Кабели

Кабели могут быть медными или алюминиевыми.Алюминиевые кабели, как правило, имеют большой диаметр, поэтому более длинные кабели обычно изготавливаются из алюминия, а более короткие — из меди.

Кабели должны быть проложены в соответствии с одним из вариантов, приведенных в AS / NZS 3000: 2018:

• Сетевой кабель для городской или загородной прокладки с длиной кабеля до 50 метров часто бывает одножильным 16 мм ² нейтральный экран или трехжильный 16 мм ² нейтральный экран.
• Сетевой кабель для сельской местности и кабельных трасс длиной до 200 метров — 95 мм ² четырехжильный алюминиевый с ударопрочной оболочкой.

Требования к защите и разделению силовых и телекоммуникационных кабелей

Поперечное сечение вводной телекоммуникационной установки

Электроснабжение нескольких домохозяйств

Несколько домохозяйств, например, деревня для престарелых или небольшой район, могут использовать общий сетевой кабель.Электроснабжение от сети измеряется в точке входа в группу домовладений, после чего у каждого домохозяйства будет контрольный счетчик для измерения индивидуального потребления энергии. Преимущество состоит в том, что существует только одна плата за подключение к электросети, распределяемая между всеми домохозяйствами.

Схема общего блока питания

Схема подключения общего источника питания

Обновлено: 5 июля 2018 г.

Форма проектирования источника питания

— Abbott Technologies

Abbott Technologies разрабатывает индивидуальные блоки питания для широкого спектра применений, где экологические, электрические, габаритные, функциональные проблемы или надежность не позволяют использовать стандартные или модифицированные стандартные блоки.В таких случаях наша команда дизайнеров работает с вашими сотрудниками от концепции дизайна до утверждения первой статьи, чтобы убедиться, что наше индивидуальное устройство соответствует всем спецификациям, указанным в вашем техническом задании.

• Продукты включают :
  • Источники питания переменного тока постоянного тока
    • от 5 до 2500 Вт
    • Изолированный и неизолированный
    • Одно- и трехфазный вход
    • Скорректированный коэффициент мощности
    • Высокая эффективность
    • Входы питания, соответствующие стандартам MIL-STD-1399, MIL-STD-704
    • Соответствие стандарту MIL-STD-461 EMI
    • Соответствие стандартам MIL-STD-810, MIL-STD-167, MIL-S-901 по охране окружающей среды
    • Сборные узлы с полным конформным покрытием и стойки, встроенные в дом
  • DC Преобразователи постоянного тока
    • Изолированный и неизолированный
    • Широкий диапазон входных / выходных напряжений (понижение, повышение)
    • Широкий диапазон уровней мощности
    • Широкий спектр форм-факторов
    • Входы питания, соответствующие стандартам MIL-STD-704, MIL-STD-1275
    • Соответствие стандарту MIL-STD-461 EMI
    • Соответствие стандартам MIL-STD-810, MIL-STD-167, MIL-S-901 по охране окружающей среды
    • Сборные узлы с полным конформным покрытием и стойки, встроенные в дом

  Преобразователи переменного тока постоянного тока

  • • Истинный синусоидальный выход
    • Большой выбор конфигураций входного и выходного напряжения
    • Доступны линейные и коммутационные модели
    • Различные уровни мощности

  Блоки выпрямителя трансформатора

  • • Изолированный и неизолированный
    • Широкий диапазон конфигураций входного и выходного напряжения
    • Доступны варианты 60 Гц и 400 Гц
    • Регулируемый и нерегулируемый
    • Уровни мощности от 50 Вт до 60 кВт
    • Высокая наработка на отказ и низкий коэффициент нелинейных искажений
    • Соответствие входным требованиям MIL-STD-1399, MIL-STD-704, DO-160
    • Соответствие стандарту MIL-STD-461 EMI
    • Соответствие стандартам MIL-STD-810, MIL-STD-167, MIL-S-901 по охране окружающей среды
• Модифицированные и индивидуальные решения может быть получен из квалифицированных стандартных продуктов и проверенных конструкций для сокращения затрат и времени выполнения заказа.
  • Форм-фактор — усиленный, легкий, без рамки, VME, VITA 62 / VPX
  • Входная мощность — одно- и трехфазное
  • Выходное напряжение и количество выходов
  • Уровни мощности
  • Функции BIT и удаленный ввод / вывод команд / состояний
  • Дополнительные соответствия MIL-STD
  • Разъемы / Окончания
  • Указанные материалы / отделка

Форма проектирования источника питания

Базовая форма дизайна

% PDF-1.4
%
2 0 obj
> поток
application / postscriptAdobe Illustrator CS22007-08-24T10: 56: 30-07: 002007-08-24T10: 56: 30-07: 002007-08-24T10: 56: 30-07: 00

uuid: BA14EF2D53C111DC83B6888F314AC56 Cuuid: BA14EF2E53C111DC83B6888F314AC56 Cuuid: BA14EF2C53C111DC83B6888F314AC56Cuuid: BA14EF2B53C111DC83B6888F314AC56C
конечный поток
эндобдж
4 0 obj
> поток

конечный поток
эндобдж
3 0 obj
> поток

Проектирование и динамическое моделирование гибридной энергосистемы для дома в Нигерии

В этом документе представлены дизайн и динамическое моделирование гибридной энергосистемы для дома в Нигерии.Тепловое моделирование рассматриваемого дома выполняется с помощью программного обеспечения BEopt для точного изучения потерь тепла через стены, окна, двери и крышу дома. Анализ этой тепловой модели используется для определения данных о почасовой нагрузке. Проектирование оптимальной гибридной системы электроснабжения дома выполняется с помощью программного обеспечения HOMER Pro. Гибридная система питания состоит из дизельного генератора и автономной фотоэлектрической системы. Предлагаемая фотоэлектрическая система состоит из фотоэлектрических массивов, повышающего преобразователя постоянного тока, контроллера MPPT, однофазного полномостового инвертора, регулятора режима напряжения инвертора (ПИ-регулятор) и однофазного повышающего трансформатора.Динамическое моделирование предлагаемого компонента фотоэлектрической системы гибридной энергосистемы выполняется в среде MATLAB / Simulink для изучения качества электроэнергии, гармоник, воздействия нагрузки, переходных процессов напряжения и т. Д. Системы, и результаты моделирования представлены в статье. .

1. Введение

Электричество — одно из основных благ человека, поскольку оно широко используется в различных сферах жизни. Таким образом, необходимость в надежном источнике питания невозможно переоценить. К сожалению, электроснабжение в развивающихся странах, таких как Нигерия, ненадежно, что усложняет жизнь.Нигерия — федеративная республика в Западной Африке, граничащая с Бенином на западе, Чадом и Камеруном на востоке и Нигером на севере. Его побережье на юге находится в Гвинейском заливе Атлантического океана. В его состав входят 36 штатов и Федеральная столичная территория, где расположена столица Абуджа [1]. Нигерию часто называют «гигантом Африки» из-за ее большого населения и экономики. Нигерия с населением 186 миллионов человек является самой густонаселенной страной Африки и седьмой по численности населения страной в мире [1].Нигерия является 12-м по величине производителем нефти в мире и 8-м по величине экспортером, а также 10-м по величине доказанными запасами. Помимо нефти, Нигерия также богата другими природными ресурсами, включая природный газ, олово, железную руду, уголь, известняк, ниобий, свинец, цинк и пахотные земли. Несмотря на эти богатые природные ресурсы, страна не может производить достаточно электроэнергии, чтобы поддерживать население страны. В настоящее время количество вырабатываемой электроэнергии составляет около 9 процентов от требуемой мощности, необходимой для полной электрификации страны (требуется мощность около 80 000 МВт, но установлено лишь 7 445 МВт) [2]; таким образом, страна продолжает испытывать крайнюю нехватку электроэнергии и длительные периоды отключения электроэнергии, так что в типичном нигерийском домашнем хозяйстве электроэнергия подается в среднем на 5 часов в день.На протяжении многих лет для удовлетворения своих потребностей в электроэнергии домашним хозяйствам приходилось полагаться в основном на частных производителей электроэнергии. Однако растущие цены на нефтепродукты, используемые для питания этих генераторов, вызывают серьезную озабоченность у среднего домохозяйства. Кроме того, шум и дым от этих генераторов оказывают существенное влияние на окружающую среду, поскольку пары продолжают вносить свой вклад в углеродный след домов. Чтобы избежать этого негативного воздействия на окружающую среду использования ископаемого топлива, важно найти способы экономичного использования чистых и устойчивых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, для удовлетворения потребностей дома в электроэнергии.В различных литературных источниках, представленных в [3], сообщается об огромном потенциале солнечных ресурсов от 3,5 кВтч / м ² / день до 7,0 кВтч / м ² / день в Нигерии и средней продолжительности солнечного сияния 6,25 часа в день. Это подтверждается еженедельными агрометеорологическими данными за апрель 2018 г. для декадного бюллетеня Нигерийского метеорологического агентства (NiMet) [4], которые показывают, что средняя солнечная радиация для северного города, такого как Зария, составляет 23,4 МДж / м ² / день ( 6,5 кВтч / м ² / день), а для южного города, такого как Бенин-Сити, — 17.3 МДж / м ² / сутки (4,81 кВтч / м ² / сутки). Несмотря на эти большие солнечные ресурсы, Нигерии еще предстоит полностью интегрировать солнечную энергию в свою структуру производства энергии.

2. Обзор литературы

Отдельные лица и исследователи по всей Нигерии на протяжении многих лет использовали в своих интересах наличие обильных солнечных ресурсов и простоту их использования для разработки фотоэлектрических (PV) систем для удовлетворения своих частных потребностей в энергии. Udoakah et al. [5] разработали фотоэлектрическую систему мощностью 1 кВА для электротехнической лаборатории инженерного факультета Университета Уйо, чтобы решить проблему внезапных сбоев питания во время лабораторных занятий.Основные компоненты их автономной фотоэлектрической системы включают две солнечные панели мощностью 150 Вт, соединенные параллельно (фотоэлектрический модуль), инверторный блок, одну батарею глубокого цикла на 12 В, 100 Ач, блок контроллера заряда и блок автоматического управления для автоматического переключаться с инвертора на общественное питание всякий раз, когда оно доступно, и наоборот. В другом месте Okoye et al. [3] предложил решение для проектирования автономной солнечной фотоэлектрической системы и анализ модели затрат с использованием как интуитивных, так и численных методов.Авторы рассмотрели постоянную потребность в электрической нагрузке дома в трех разных крупных городах Нигерии: Онитша, расположенный в юго-восточном регионе; Кано, расположенный в северо-западном регионе; и Лагос, расположенный в юго-западном регионе, в качестве тематических исследований с использованием в своем анализе наборов метеорологических данных о солнечной радиации для этих городов за 2016 год. В своем решении они использовали интуитивно понятные и численные методы для расчета необходимой площади и емкости фотоэлектрических модулей, количества фотоэлектрических модулей, соответствующих емкостей батареи, инвертора и контроллера заряда, используя модель анализа стоимости жизненного цикла для исследования оптимальное стоимостное решение для проектирования фотоэлектрической системы, которое учитывает первоначальные капитальные вложения, текущую стоимость батареи, инвертора, контроллера заряда и баланс стоимости системы для оценки чистой приведенной стоимости фотоэлектрической системы, а также расчетная будущая стоимость системы с использованием соответствующих ставок дисконтирования для каждого из компонентов фотоэлектрической системы.Akinyele и Rayudu [6] предложили решение для проектирования автономной фотоэлектрической системы для решения проблем с электроснабжением в двух сельских домохозяйствах в Нигерии с использованием программного обеспечения HOMER для моделирования и анализа фотоэлектрической системы и стоимости. В своем исследовании они рассмотрели сценарии потребления энергии двумя домохозяйствами в поселении Агвандодо в Гвагвалада, Абуджа, с умеренными нагрузками. Учитывая средние нагрузки и часы работы бытовой техники для каждого из этих домов, они использовали инструменты MATLAB и HOMER для получения дневных профилей нагрузки для двух домов.Затем они использовали программное обеспечение HOMER для получения оптимизированных размеров компонентов автономных фотоэлектрических систем для домов и затрат.

В еще одной разработке Adaramola et al. [7] представили технико-экономический анализ применения гибридной фотоэлектрической солнечно-дизельной энергетической системы для удаленных районов в северной части Нигерии с использованием Джоса и его окрестностей в штате Плато в качестве примера. В их решении электрическая энергия 1,5 МВтч в день с суточной пиковой нагрузкой 236 кВт была смоделирована для сельской местности с населением около 1500 домохозяйств и с предположением, что каждое домохозяйство потребляет 1 кВтч энергии в день.Затем эти значения были использованы для определения номинальных характеристик других компонентов предлагаемой гибридной фотоэлектрической солнечно-дизельной системы, включая фотоэлектрические модули, дизельный генератор, аккумулятор и преобразователь энергии.

В большинстве упомянутых выше публикаций требования к энергии для их гибридной / фотоэлектрической системы оценивались путем расчета потребности в мощности каждого устройства в доме и оценки приблизительного количества часов, в течение которых каждое устройство будет потреблять энергию в день. Проблема с этим методом оценки потребности в энергии для проектирования фотоэлектрической системы заключается в том, что он не учитывает тип и размер расположения электрических приборов, строительные материалы, ориентацию и размеры дома, а также потери тепла через стены, окна, двери и крыши дома.Кроме того, интуитивно понятные и численные методы оценки потребности в энергии, представленные в других статьях выше, имеют некоторые недостатки. Хотя интуитивно понятная методология относительно проста для вычислений по сравнению с численным методом, у нее часто есть недостаток, заключающийся в том, что часто происходит завышение или занижение размеров всей системы из-за того, что не моделируются взаимодействия между компонентами подсистемы [3]. С другой стороны, численный метод представляет собой сложное решение, подверженное ошибкам, поскольку оно включает в себя множество оценок параметров.

В этой статье перечисленные выше недостатки устранены при проектировании гибридной энергосистемы. Этот документ включает в себя три основные задачи. Во-первых, завершается детальное тепловое моделирование выбранного дома с помощью программы BEopt. Во-вторых, представлено оптимальное проектирование гибридной энергосистемы с использованием программного обеспечения HOMER Pro. Наконец, вместе с результатами моделирования представлено динамическое моделирование в MATLAB / Simulink оптимального компонента фотоэлектрической системы предлагаемой гибридной энергосистемы. В частности, результаты этого исследования включают следующее:
(i) Тепловое моделирование дома с учетом важных параметров, таких как тип и размер дома, расположение и ориентация дома, материалы, использованные при строительстве дома, количество и типы приборов в доме, а также количество жильцов, а также потери тепла через стены и окна.В результате такого моделирования был получен подробный почасовой и годовой профиль нагрузки дома. Насколько известно авторам из изученных литературных источников, это никогда не делалось для определения профилей нагрузки в этом регионе (ii) Определение оптимального сочетания возобновляемых источников энергии и размера обычных дизельных генераторов гибридной энергосистемы для конкретных условий. дом в Нигерии (iii) Оценка оптимальной конфигурации системы для достижения энергетической независимости дома (iv) Динамическое моделирование MATLAB / Simulink компонента фотоэлектрической системы предлагаемой гибридной энергосистемы для изучения качества электроэнергии, гармоник, воздействия нагрузки и переходные напряжения при различных условиях, характерных для рассматриваемого дома

3.Тепловое моделирование дома в BEopt

Чтобы спроектировать гибридную энергосистему для домашнего хозяйства, важно точно определить энергетические потребности домашнего хозяйства, для которого система спроектирована. Этого можно добиться с помощью теплового моделирования дома [8]. Программное обеспечение для оптимизации энергопотребления зданий (BEopt), разработанное Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, предоставляет возможности для оценки проектов жилых зданий и определения оптимального с точки зрения затрат решения на различных уровнях экономии энергии всего дома на пути к нулевой чистой энергии [8, 9] .Он обеспечивает подробный анализ на основе моделирования, основанный на конкретных характеристиках дома, таких как размер, архитектура, заполняемость, год выпуска, местоположение и тарифы на коммунальные услуги. BEopt может использоваться для анализа как нового строительства, так и модернизации существующих домов, а также односемейных отдельно стоящих и многоквартирных домов путем оценки проектов отдельных зданий, параметрического анализа и оптимизации на основе затрат [9]. Выбранный дом находится в городе Бенин (6 ° 200 северной широты и 5 ° 380 восточной долготы), штат Эдо, Нигерия.Это бунгало, выходящее на южную сторону, общей площадью 2375 кв. Футов, с одной входной дверью и одной задней дверью, одной большой гостиной, пятью спальнями, тремя ванными комнатами, одной кухней, окнами разных размеров, коридорами, бетонными стенами, потолками, и алюминиевые крыши. Вид дома сбоку показан на Рисунке 1. Используя конкретные параметры дома для теплового моделирования и симуляций BEopt (Рисунок 2), было обнаружено, что дом требует ежегодного потребления энергии в размере 17 485 кВтч / год (около 2 кВт в среднем). нагрузка), как показано на рисунке 3.Сгенерированные дневные, ежемесячные и годовые профили нагрузки дома показаны на рисунке 4. Однако компонент фотоэлектрической системы гибридной энергосистемы рассчитан на нагрузку 1,5 кВт с предположением, что дополнительные холодильники и тяжелые кондиционеры включали в BEopt моделирование будет удалено перед переключением на фотоэлектрическую систему.

4. Оптимальная конструкция гибридной системы питания с HOMER Pro

Гибридная система питания состоит из различных компонентов.При проектировании гибридной энергосистемы учитываются такие факторы, как размер компонентов, конфигурации системы, достаточность различных возобновляемых источников энергии в этом регионе, экономика проекта с изменяющимися нагрузками и стоимостью компонентов, жизненный цикл системы, чистая текущая стоимость система, стоимость энергии для конечного пользователя, затраты на обслуживание и годовые эксплуатационные расходы гибридной системы помогут лицу, принимающему решение, определить наиболее рентабельные решения гибридной системы для удовлетворения электрических нагрузок, для которых она разрабатывается. [10].Программное обеспечение гибридной оптимизации нескольких источников энергии (HOMER), разработанное Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, моделирует микроэнергетические системы с одним или несколькими источниками энергии (например, фотоэлектрические и ветряные турбины) и помогает проектировать автономные и подключенные к сети системы в наиболее рентабельные способы с учетом вышеперечисленных факторов [10, 11]. Он моделирует различные конфигурации, чтобы найти наименее затратные комбинации, которые соответствуют рассматриваемым электрическим нагрузкам. Возможности оптимизации и анализа чувствительности HOMER помогают ответить на такие важные вопросы проектирования, как «Какие технологии наиболее рентабельны? Какого размера должны быть компоненты? Что произойдет с экономикой проекта, если изменятся затраты или нагрузки? Достаточно ли возобновляемых источников энергии? » [11].Из тепловой модели дома с помощью программного обеспечения BEopt сгенерированные данные о годовой почасовой нагрузке (рис. 4) для дома были экспортированы в программное обеспечение HOMER Pro для определения размеров генератора / фотоэлектрической системы и оптимального проектирования гибридной энергосистемы. Моделирование было выполнено с использованием данных солнечного излучения в месте расположения дома (Рисунок 5), фактических фотоэлектрических модулей, преобразователей и батарей, а оптимизированная конфигурация гибридной энергосистемы показана на Рисунке 6. На Рисунке 7 показана гибридная система энергоснабжения, оптимизированная HOMER. проектирование на основе имеющихся технико-экономических данных.Такая система, рассчитанная на 25-летний жизненный цикл, будет иметь общую чистую приведенную стоимость (NPC) в размере 106 307,90 долларов США, приведенную стоимость энергии (CoE) в размере 0,4734 доллара США за кВт · ч и ежегодные эксплуатационные расходы в размере 5650,04 доллара США. Система также будет иметь избыточную энергию в размере 14,9%, которую можно использовать для питания лампочек вне забора дома. Дизель-генератор поможет обеспечить резервное питание в течение продолжительных экстремальных погодных условий, когда резервное питание от основной батареи от фотоэлектрической системы недоступно.Остальная часть этой статьи посвящена проектированию и динамическому моделированию предлагаемого компонента фотоэлектрической системы в оптимальной гибридной энергосистеме.

5. Предлагаемые компоненты фотоэлектрической системы

Предлагаемая фотоэлектрическая система представляет собой автономную фотоэлектрическую систему, состоящую из фотоэлектрических массивов, повышающего преобразователя постоянного тока, контроллера MPPT, аккумуляторной батареи, преобразователя постоянного тока в переменный ( инвертор), инверторный регулятор режима напряжения, однофазный повышающий трансформатор и однофазные нагрузки переменного тока рассматриваемого дома.На рисунке 8 показана блок-схема предлагаемой фотоэлектрической системы.

5.1. Фотоэлектрические массивы

Фотоэлектрические элементы (ФЭ) используются для преобразования солнечного света непосредственно в электричество [12, 13]. Солнечный элемент представляет собой диод с PN-переходом, в котором ток течет в обратном направлении. Несколько солнечных элементов составляют фотоэлектрические модули. Массив PV состоит из цепочек модулей, соединенных параллельно, каждая цепочка состоит из модулей, соединенных последовательно [13]. Температура и уровень облучения — два основных фактора, влияющих на выходную мощность фотоэлектрической матрицы.Изменение температуры и уровня облучения приводит к изменению напряжения и тока, а также мощности, вырабатываемой фотоэлектрическими системами [14]. На рисунке 9 показана модель солнечного элемента, использующая источник тока IL (ток, генерируемый светом), диод (параметры I0 и nI), последовательное сопротивление и шунтирующее сопротивление для представления зависимых от освещенности и температурных ВАХ [14]. ВАХ диода для одиночного модуля определяются уравнениями (1) и (2) ниже [14]. Фотоэлектрическая батарея, используемая для этого проекта, представляет собой фотоэлектрическую батарею Jinko Solar JMK300M-72, производимую Jinko Solar.Массив состоит из 4-х рядов по 12 панелей фотоэлектрических модулей, обеспечивающих максимальную выходную мощность 14,4 кВт (). Вольт-амперные и паспортные характеристики фотоэлектрической матрицы при различных температурах и уровнях облучения показаны на рисунке 10.
где — ток диода (А), — напряжение диода (В), — ток насыщения диода (А), — коэффициент идеальности диода, число, близкое к 1,0, — это коэффициент Больцмана JK-1, — температура элемента ( K), а — количество последовательно соединенных ячеек в модуле.

5.2. Повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный

Повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный стабилизирует и увеличивает (повышает) нерегулируемое напряжение постоянного тока от фотоэлектрической матрицы до выходного напряжения шины постоянного тока, 48 В, необходимого для зарядки аккумулятора. Выходное напряжение повышающего преобразователя постоянного тока подается в инвертор для преобразования в переменное напряжение. Принципиальная схема повышающего преобразователя постоянного тока показана на рисунке 11. Из принципиальной схемы выходное напряжение и ток повышающего преобразователя постоянного тока задаются уравнениями (3) и (4) соответственно [15].Из уравнений видно, что выход преобразователя зависит как от входа, так и от рабочего цикла,. Следовательно, при фиксированном входе выход можно контролировать, контролируя его рабочий цикл.
где — рабочий цикл преобразователя.

5.3. Контроллер MPPT

В любой момент времени точка на кривой ВАХ, в которой работает солнечный модуль, называется рабочей точкой (OP) и соответствует заданной освещенности (G) и температуре (T), которые являются географическими условиями.Без какого-либо внешнего электрического управления OP модуля в значительной степени определяется изменениями в линии и нагрузке, наблюдаемой модулем на его выходе [13]. Кривая ВАХ представляет мощность, произведенную и переданную нагрузке. Поэтому важно, чтобы солнечный модуль работал на максимальной мощности (MPP). Для максимальной выходной мощности важно заставить модуль работать на OP, соответствующем точке максимальной мощности. При изменении G и T кривая I-V изменяется, что означает, что предыдущий MPP (OP) больше не действителен, и создается новый MPP.Таким образом, чтобы иметь MPP постоянно, необходимо отслеживать изменения в кривой I-V, чтобы узнать новый MPP, процесс, называемый отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT). Это достигается с помощью различных алгоритмов. В этой статье алгоритм MPPT с инкрементной проводимостью выбран из-за его эффективности и точности [13]. Напряжение и ток от фотоэлектрической матрицы являются входами алгоритма, а генерируемые им импульсы используются для управления рабочим циклом повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный. Этот алгоритм не зависит от характеристик солнечной панели, скорее, напряжение на клеммах панели изменяется в соответствии с его значением относительно максимального напряжения точки питания.Уравнения (5) и (6) и рисунок 12 иллюстрируют алгоритм. На рисунке 13 показана блок-схема этого алгоритма. В этом проекте алгоритм реализован с использованием блоков Simulink.
где — мощность, — напряжение, — ток, — инкрементная проводимость и — проводимость панели. В MPPT или.

5.4. Аккумуляторная система

Основная цель аккумуляторного блока — хранить дополнительную электроэнергию, генерируемую солнечной фотоэлектрической системой, и доставлять накопленную электроэнергию на бытовые электрические нагрузки, когда фотоэлектрическая система недоступна.Система аккумуляторов состоит из 24 аккумуляторов (6 параллельных рядов, каждая из которых соответствует 4 батареям) типа свинцово-кислотных аккумуляторов Trojan SSIG 12, 255 на 12 В. Номинальное напряжение аккумулятора составляет 48 В (), общая емкость — 1542 Ач (), а его автономность составляет 29,9 часа, что означает, что аккумуляторная система может обеспечивать питание дома почти на полтора дня, если фотоэлектрическая система отключена на техническое обслуживание или не вырабатывает электроэнергию из-за плохих погодных условий. Блочная модель Simulink для свинцово-кислотной батареи используется для моделирования этих параметров батареи.

5.5. Преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор)

Инвертор преобразует входное напряжение постоянного тока в симметричное напряжение переменного тока желаемой величины и частоты [16]. Инвертор источника однофазного напряжения в этой системе преобразует фиксированное постоянное напряжение (48 В) от повышающего преобразователя постоянного тока в однофазное переменное напряжение (48 В) с фиксированной частотой 50 Гц. В данной статье рассматривается однофазный полномостовой инвертор с переключателями на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT). Он состоит из четырех прерывателей: четырех переключателей / затворов S1, S2, S3 и S4 и четырех транзисторов T1, T2, T3 и T4.При одновременном включении T1 и T2 входное напряжение появляется на нагрузке, а для T3 и T4 напряжение меняется на противоположное (-Vs). На рисунке 14 показан типичный однофазный инвертор на базе полномостового IGBT [17].

5.6. Контроллер режима напряжения инвертора

На выходное напряжение инвертора легко влияют изменения линии и других параметров системы [16]. Следовательно, существует необходимость в правильной схеме управления для поддержания постоянного напряжения независимо от нарушений в системе.Схема регулятора режима напряжения предложена в данной работе в связи с ее надежностью и простотой реализации [16, 17]. Как показано на рисунке 15, напряжение постоянного тока повышающего преобразователя измеряется и сравнивается с эталонным значением. Произведенная ошибка отправляется на ПИ-регулятор, и ПИ-регулятор выдает выходной сигнал, который является величиной постоянного тока. Эта величина постоянного тока умножается на синусоидальное значение, чтобы преобразовать его в значение переменного тока, которое затем сравнивается с треугольной формой волны для получения импульсов для управления переключателями / затворами инвертора [16].

5.7. Однофазный повышающий трансформатор

Трансформатор — это электрическое устройство, используемое для передачи электрической энергии с одного уровня на другой с той же частотой с помощью изменяющегося магнитного поля. Он состоит из двух обмоток, первичной и вторичной обмоток, разделенных магнитопроводом. Когда трансформатор используется для «увеличения» напряжения на его вторичной обмотке относительно первичной, он называется повышающим трансформатором, а когда он используется для «уменьшения» напряжения на вторичной обмотке относительно первичной, он называется понижающим трансформатором [18].В этом исследовании используется однофазный повышающий трансформатор для повышения выходного напряжения 48 В от инвертора до 220 В при 50 Гц для соответствия бытовой нагрузке переменного тока.

6. Предлагаемое динамическое моделирование фотоэлектрической системы с помощью MATLAB / Simulink

Динамическое моделирование и имитация — необходимый первый шаг в проектировании, оптимизации и анализе производительности. Чтобы изучить динамическое поведение компонента фотоэлектрической системы предлагаемой гибридной энергосистемы в отношении качества электроэнергии, гармоник, воздействия нагрузки и переходных процессов напряжения, компонент фотоэлектрической системы был смоделирован в среде MATLAB / Simulink в различных условиях, специфичных для конкретной среды. дом.Полная модель MATLAB / Simulink показана на рисунке 16. Каждая из подсистем была разработана с использованием стандартных уравнений и расчетных и стандартных параметров из таблиц данных производителей.

6.1. Результаты динамического моделирования

Наиболее важные результаты динамического моделирования показаны на рисунках 17–22. На рисунке 18 показано солнечное излучение и температура, при которых работает фотоэлектрическая батарея, а также генерируемая выходная мощность. На рисунке 19 показаны ток, состояние заряда (SOC) и напряжение (48 В) батареи, а по SOC видно, что батарея заряжается фотоэлектрической системой для будущего использования.На рисунке 20 показано выходное постоянное напряжение постоянного тока (48 В) повышающего преобразователя постоянного тока в постоянный, а на рисунке 21 показано генерируемое переменное напряжение и частота инвертора (48 В, 50 Гц), подаваемые на трансформатор. Трансформатор увеличивает это напряжение с той же частотой до 220 В для бытовых нагрузок переменного тока, как показано на рисунке 22. Все динамические симуляции проводились всего за 3 секунды.

7. Работа в будущем

В будущем может быть добавлена ​​система управления батареями (контроллер состояния заряда) и более сложная схема управления инвертором (например,g., ориентированное на напряжение управление, VOC) рекомендуется для более быстрого реагирования в случаях серьезных сбоев в системе, таких как внезапная перегрузка. Кроме того, аппаратная реализация предлагаемой автономной фотоэлектрической системы должна быть проведена для реальных испытаний.

8. Выводы

В этом документе тепловое моделирование дома в Бенин-Сити, штат Эдо, Нигерия, было выполнено с помощью программного обеспечения BEopt с учетом таких важных параметров, как тип и размер дома, местоположение, ориентация дома, материалы, использованные при постройке дома, количество и типы бытовой техники в доме, а также количество жителей.Это связано с тем, что эти параметры влияют на фактические потребности дома в энергии. Зная о потребностях дома в энергии (17 485 кВт / ч) из теплового моделирования BEopt, программный пакет HOMER Pro был использован для поиска оптимального решения автономной гибридной энергосистемы для выбранного дома. Для этого сгенерированный годовой профиль нагрузки дома из моделирования теплового моделирования BEopt был импортирован в программное обеспечение HOMER Pro, и через его окно добавления / удаления различные компоненты предлагаемой гибридной энергосистемы, такие как солнечные фотоэлектрические батареи, дизельный генератор, преобразователи и аккумулятор были выбраны для моделирования.В этом моделировании учитывались параметры проекта, такие как срок службы проекта и экономические параметры (т. Е. Затраты, полученные с веб-сайтов производителей компонентов), а также доступное солнечное излучение в этом регионе, которое было загружено из Национальной базы данных солнечного излучения с помощью Окно ресурсов HOMER. В HOMER Pro были смоделированы различные системы и проведен технико-экономический анализ с учетом таких факторов, как размер компонентов, конфигурации системы, адекватность различных возобновляемых источников энергии, экономика проекта с изменяющимися нагрузками и стоимостью компонентов, жизненный цикл системы, чистая текущая стоимость системы, стоимость энергии для конечного пользователя, затраты на техническое обслуживание и годовые эксплуатационные расходы гибридной энергосистемы при определении оптимального решения гибридной энергосистемы для удовлетворения электрических нагрузок дома.Было обнаружено, что оптимальная гибридная энергосистема состоит из обычного дизельного генератора и солнечной фотоэлектрической системы. Чтобы проверить качество электроэнергии, гармоники, влияние нагрузки и переходные процессы напряжения предлагаемого компонента солнечной фотоэлектрической системы гибридной энергосистемы, динамическое моделирование было выполнено в среде MATLAB / Simulink при различных условиях системы.

alexxlab