Вступление
Актуальные требования к современным электросетям – это не только требования по стабильности и качеству электропитания, но ещё и требования к мощности, которые постоянно повышаются. Возросшие потребности в мощностях обусловлены тем, что несмотря на то, что сами электроприборы становятся экономичнее – инверторные технологии, более экономичные схемы – некоторые энергопотребители невозможно оптимизировать, например электронагреватели в чайниках и стиральных машинах. Вместе с этим, постепенно растет и количество бытовой техники в доме. Да, современный телевизор потребляет сравнительно небольшие 100-200 ватт электричества. Однако возьмите таких телевизора 2 – и вот, мощность выросла уже вдвое. А теперь добавим компьютеры, самые современные из которых потребляют от киловатта мощности и выше, чайник, стиральную машину, сушилку для полотенец, какой нибудь бойлер киловатта так на три и в сумме мы легко проходим порог за 5 кВт, а то и за все 7 или даже 9.
Но это всё – квартиры. А теперь масштабируем это всё на жилой дом – бойлер на 20 литров воды превращается в двухконтурный бойлер на 80-100л, водонасосная станцию, циркуляционные насосы отопления… Обычно на такие дома предпочитают ставить аппараты мощностью от 11 кВт. И даже целых три – ведь сеть в такой дом будет заходить уже трехфазная.
Но это всё – частные случаи и согласитесь – не у всех одинаковые потребности в электричестве и размеры дома, хотя случаи бывают и вплоть до 18 кВт на одну фазу. Кто действительно требует максимально возможных мощностей – так это производства, медучреждения, бизнес-центры и другие мастодонты энергопотребления, которым и 18 кВт на фазу – мало. Именно здесь, в этой точке, возникает потребность перешагнуть через порог и поставить что-то гораздо, гораздо более мощное.
Подходы к формированию силовой электролинии
Первое, что нам следует понимать в контексте ситуации с мощным энергопотреблением – нам важна не только мощность, но и качество электропитания. Будет ли это завод с огромным станком или больница с продвинутым медицинским оборудованием – и те, и другие требуют соответствующего качества напряжения. Отсутствие бросков и скачков напряжения, стабильные 220В – практически всё современное оборудование просто отказывается запускаться, если напряжение не находиться в достаточно узком рабочем диапазоне, буквально плюс-минус 10В и отсутствие просадок напряжения во время работы.
Таким образом – нам нужен стабилизатор, который обеспечит нам указанные выше стандарты качества электросети. И в случаи энергосетей до 18 кВт всё достаточно легко – ставим по аппарату на фазу и получаем и качество, и мощность. А как быть, когда просто нет необходимой мощности в модельном ряде? Скажем, 36 кВт на фазу? А 72 кВт на фазу?
Здесь, мы, откровенно говоря, становимся перед выбором. С одной стороны, на рынке есть ретро-стабилизаторы тиристорного класса трехфазного типа, которые обеспечивают мощность, но, к сожаления, не обеспечивают необходимый уровень качества выходного напряжения. Они громоздки, в случаи выхода из строя одной из фаз замене и ремонту подлежит весь аппарат.
С другой стороны, стабилизаторы напряжения Quant обеспечивают необходимое качество электропитания, но их модельный ряд заканчивается на 18 кВт. Как же быть в такой непростой ситуации? Выход один – объединять мощности стабилизаторов.
Подводные камни параллельного включения стабилизаторов
Думаю, ни для кого не секрет, что если мы что-то объединяем в пару под нагрузкой – крайне желательно, чтобы оба элемента работали в паре и не мешали друг другу. В случаи стабилизаторов напряжения, не только Quant, но и любых других, это обязательное условие. Причина кроется в особенностях электрических цепей, а именно: электрический ток всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Напряжение тоже может создавать сопротивление. Если у нас есть два источника напряжения, которые замкнуты между собой – они будут сохранять равновесие и отдавать ток на сторону только пока их потенциалы в вольтах равны друг другу. Но стоит одному из них потерять хотя бы пару вольт – и более сильный источник напряжения начнет гнать ток в более слабый. Условно, можно представить этот процесс как двух борцов, которые стараются вытолкнуть друг друга за ринг. Сила их на нажатие может и равна, однако если они имеют разницу в весе – тяжеловес начнет выталкивать более легковесного оппонента.
В итоге, более “сильный” источник напряжения просто сожжет более слабый. Стабилизаторы Quant, как и любые другие стабилизаторы, как раз и являются такими источниками напряжения.
По умолчанию с завода стабилизаторы Quant имеют небольшое отклонение в напряжении не более пол-вольта. Однако если два стабилизатор подключить напрямую, этой разницы хватит для того, чтобы тот, у ког напряжение чуть выше начал накачивать ток на выход второго. В итоге это приведет к выгоранию более низкого по напряжению стабилизатора по выходу.
Однако есть проблема – есть и решение данной.
Суммирующий или согласовывающий трансформатор
Для того, чтобы разницы в напряжении между двумя стабилизаторами не было, им нужен согласующий или суммирующий трансформатор. Подключите стабилизаторы напряжения к нему, и он сложит вместе потенциал обоих источников напряжения и поделит его строго пополам. Таким образом будет достигнуто полное равновесие между двумя стабилизаторами напряжения.
Трансформатор рассчитывается на определенную разницу в напряжении и мощность – от мощности сильно зависит его размер и вес. Благодаря качеству и точности наших стабилизаторов напряжения Quant мы можем себе позволить применять трансформаторы для уравнивая 4В разницы между стабилизаторами. В пересчете на максимально возможную мощность для суммирования непосредственно двух стабилизаторов мы получаем 80 ампер умноженных на 4В потенциальной разницы, что равняется 320 ваттам мощности. Совсем небольшой трансформатор диаметром 120 мм и весом порядка 5 килограмм. Кроме того, поскольку точность напряжения наших стабилизаторов составляет 1.1В, реальная разница напряжений в рабочих условиях может быть всего до вольта, что позволяет иметь более чем двойной запас по мощности, обеспечивающий как перегрузочную способность так и невозможность нагрева самого трансформатора.
Сумматор мощности Quant
На базе данных модулей как раз и строится сумматор мощности Quant. Он представляет собой надежно упакованный в стальную скорлупу и электроизолированный трансформатор с клеммами для подключения к нему стабилизаторов и итоговой мощной нагрузки. Сумматор, на момент написания статьи, существует в трехфазном исполнении с блоком контроля фаз. Каждая фаза такого сумматора может объединить два стабилизатора мощностью 17,6 кВт, получив 35, 2 кВт на фазу или 105,6 кВт суммарной мощности.
Блок контроля фаз в связке с суммирующим модулем обеспечивает также пофазный контроль для нагрузок, которым необходимо строго трехфазное питание, например трехфазные моторы. В случае неисправности или отсутствия одной из фаз, блок контроля отключит все три фазы от нагрузки, не допуская повреждения онной.
Кроме того, такая распределенная система весит гораздо меньше, нежели единый блок на необходимую мощность: пиковый вес стабилизаторов Quant мощностей от 11 до 18 кВт составляет 16 кг, а вес самого сумматора – порядка 20 кг. Для сравнения, аналогичный по мощности тиристорный стабилизатор будет иметь вес под 190 кг, и при этом всём не обеспечивает необходимого качества напряжения. Кроме того, никто и никогда не застрахован от случая отказа, ремонта, обновления или просто обслуживания техники – в случае цельного устройства вы вынуждены будете демонтировать его целиком, что при весе в 190 кг будет доставлять определенные трудности. В случае сумматора мощности Quant вы не имеете таких проблем, поскольку демонтажу будет подлежать только один стабилизатор напряжения.
Таким образом мы получаем распределенную систему, состоящую из отдельных модулей. Кроме того, сумматор мощности может применяться для суммирования и меньших мощностей – 11 и 14 кВт.
Однако тут следует сделать важную ремарку: что будет, если отключится только 1 стабилизатор из пары на фазе под серьезной нагрузкой?
В таком случае вся нагрузка ляжет на второй стабилизатор напряжения и он отключиться по порогу двойной перегрузки по току, исключив всю фазу, а блок контроля фаз отключит остальные две фазы, безопасно обесточив всю нагрузку, не допуская ее повреждения. После устранения причины отключения стабилизатора можно снова ввести сборку в эксплуатации – с перегруженным стабилизатором не произойдет ничего.
Анонс
Помимо, собственно, трехфазной сборки сумматора на 105,6 кВт в модельном ряде сумматоров также будут реализованы на том же принципе сумматор мощности без блока контроля фаз – для ситуаций, когда нет необходимости сохранять все три фазы онлайн, индивидуальный блок сумматора на два стабилизатора – для случаев однофазного мощного электроснабжения, и следующий виток мощности – сумматор сумматоров, который объединяет уже суммирующие модули в мощности до 70,4 кВт на фазу, т.е. суммарной мощностью 211,4 кВт.
Кроме того, со временем планируется решить проблему синхронизации нескольких стабилизаторов между собой по напряжению, чтобы избавиться от согласующего трансформатора и соединять стабилизаторы напрямую выходами.
Итоги
Итак, сумматор мощности Quant позволит вам объединить два и более стабилизаторов для того, чтобы обеспечить необходимую именно вам мощность, при этом не теряя фирменного качества стабилизации Quant. Можно ли сейчас обойтись без согласующего трансформатора? К сожалению нет, это необходимая мера, поскольку в противном случае один из стабилизаторов выгорит. Отказоустойчив ли сумматор при отключении одного из стабилизаторов? Однозначно да. Стабилизаторы напряжения Quant не бояться перегрузки и штатно отключают себя, если перегрузка дольше чем это разрешено его мощностью. При двукратной перегрузке стабилизатор Quant отключиться уже через 1 секунду, полностью отключив фазу. Трансформатору же, который обслуживает данную линию, ничего не грозит – ломаться в нем нечему. Так что если вам потребуется обеспечить немалую по мощности нагрузку свыше 18 кВт, не потеряв при этом в качестве стабилизации – сумматор мощности Quant – ваш выбор. Бескомпромиссное решение для мощных силовых линий!