Что такое источник питания, его типы, характеристики (применительно к электроустановкам)

Источник питания (power source) — это электрическое оборудование, предназначенное для производства, аккумулирования электрической энергии или изменения её характеристик (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013).

Источником питания в распределительной электрической сети (см. рисунок 1 ниже) является трансформатор, установленный на понижающей трансформаторной подстанции. Источниками питания также могут быть: местная электростанция, отдельный электрогенератор малой мощности, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, и даже разделительный трансформатор, на основе которого в части электроустановки здания реализуют систему IT.

Характеристики доступных источников питания

При проектировании электрических установок в соответствии с комплексом стандартов IEC 60364 необходимо знать характеристики источников питания. Для того чтобы спроектировать безопасную электроустановку, соответствующую требованиям комплекса стандартов IEC 60364, необходимо получить соответствующую информацию от оператора распределительной электрической сети. Характеристики источников питания должны быть включены в проектную и эксплуатационную документацию электрических установок. Если оператор электрической сети изменяет характеристики источников питания, это может повлиять на безопасность электроустановки.

Приведем эти характеристики (согласно ГОСТ 30331.1-2013):

• Род электрического тока: переменный и (или) постоянный.
• Виды проводников, применяемых в электрических цепях электроустановки:

— переменного тока: фазный (линейный) проводник, нейтральный проводник, защитный проводник;

— постоянного тока: полюсный (линейный) проводник, средний проводник, защитный проводник.

Примечание — В одном проводнике, например — в PEN-, РЕМ- или PEL-проводнике, могут быть объединены функции, выполняемые несколькими проводниками.

• Допустимые значения:

— напряжение и допустимые отклонения напряжения;

— потери напряжения, колебания напряжения и падения напряжения;

— частота и допустимые отклонения частоты;

— максимальный допустимый ток;

— полное сопротивление петли замыкания на землю до ввода в электроустановку;

— ожидаемые токи короткого замыкания.

Стандартные значения напряжения и частоты приведены в IEC 60038.

Защитными мерами предосторожности, присущими источнику питания, являются, например, заземление нейтрали в электрической системе переменного тока или заземление средней части, находящейся под напряжением, в электрической системе постоянного тока.

При этом, приведенные ниже характеристики любого применяемого источника питания и обычный диапазон этих характеристик, если необходимо должны быть определены путем расчета, измерения, сбора материала или проверки:

• номинальное (ые) напряжение (ия);
• род тока и его частота;
• ожидаемый ток короткого замыкания на вводе электроустановки;
• полное сопротивление петли замыкания на землю той части электрической системы, которая расположена снаружи электроустановки;
• соответствие требованиям, предъявляемым электроустановкой, включая — обеспечение максимальной нагрузки;
• тип и номинальные характеристики устройства защиты от сверхтока, установленного на вводе электроустановки.

Эти характеристики следует оценивать как для внешнего, так и для внутреннего источников питания. Требования распространяются на основные источники питания, на источники питания систем безопасности и резервные источники питания.

СОДЕРЖАНИЕ

• 1 Общая классификация 1.1 Функциональные
• 1.2 Упаковка
• 1.3 Метод преобразования мощности

Дополнительные типы источников питания

Помимо основного источника питания также выделят резервный электрический источник питания и электрический источник питания для систем безопасности. Приведем их определения и примеры.

Резервный электрический источник питания — это электрический источник питания, предназначенный для поддержания питания электрической установки или ее частей, или части в случае перерыва нормального питания, но в иных целях, чем безопасность.

Электрический источник питания для систем безопасности — это электрический источник питания, предназначенный для использования в качестве части системы электрического питания для систем безопасности.

Если наличие систем безопасности, имеющих отношение к противопожарным мероприятиям и другим условиям аварийной эвакуации из зданий, требуется, например, органами управления и (или) если обеспечение резервного питания требуется административным лицом, устанавливающим технические требования к электроустановке, характеристики источников питания для систем безопасности и (или) резервных систем должны определяться для каждого в отдельности. Такие источники питания должны иметь соответствующую мощность, надежность, номинальные характеристики и соответствующее время переключения для работы указанного вида.

Примечание 1 — Необходимость установки систем безопасности и их характеристики, как правило, регламентируют уполномоченные органы управления, требования которых следует соблюдать.

Примечание 2 — Примерами систем безопасности являются: системы обнаружения пожара, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, аварийного освещения на путях эвакуации людей, аварийной вентиляции и противодымной защиты, внутреннего противопожарного водопровода, установки для пожарных насосов, лифты для пожарных команд, оборудование для отвода дыма и тепла, ответственное медицинское оборудование.

Источниками питания для систем безопасности могут быть:

• аккумуляторные батареи;
• гальванические батареи;
• генераторные установки, независимые от источника питания, применяемого в нормальном режиме;
• отдельная линия электропередачи распределительной электрической сети, фактически независимая от линии электропередачи, используемой в нормальном режиме

Источником питания системы безопасности может быть:

• неавтоматический источник питания, запуск которого осуществляется оператором;
• автоматический источник питания, запуск которого осуществляется независимо от оператора.

В зависимости от времени переключения автоматические источники питания классифицируют следующим образом:

• без перерыва питания: автоматический источник питания может обеспечить непрерывное питание при заданных условиях во время переходного периода, например, при изменениях напряжения и частоты;
• с очень коротким перерывом питания: автоматический источник питания может обеспечивать питание в течение 0,15 с;
• с коротким перерывом питания: автоматический источник питания может обеспечивать питание в течение 0,5 с;
• со средним перерывом питания: автоматический источник питания может обеспечивать питание в течение 15 с;
• с продолжительным перерывом питания: автоматический источник питания может обеспечивать питание за промежуток времени, превышающий 15 с.

Ссылки [ править ]

1. Цитата из патента США № 4937722, Высокоэффективный импульсный источник питания с прямой связью
   :
   Источник питания может также включать ломовую цепь, защищающую его от повреждений путем зажима выхода на землю, если оно превышает определенное напряжение.
   «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2013-04-21 . Проверено 8 мая 2008 .CS1 maint: archived copy as title (link)
2. Цитата из патента США № 5402059:Проблема может возникнуть при отключении нагрузки на выходе импульсного источника питания от источника питания. Когда это происходит, выходной ток источника питания уменьшается (или исчезает, если все нагрузки отключаются). Если выходной ток становится достаточно малым, выходное напряжение источника питания может достигать пикового значения вторичного напряжения трансформатора источника питания. Это происходит потому, что при очень малом выходном токе на катушке индуктивности LC-фильтра низких частот не падает большое напряжение (если оно вообще есть). Конденсатор в LC-фильтре нижних частот заряжается до пикового напряжения вторичной обмотки трансформатора. Это пиковое напряжение обычно значительно выше среднего напряжения вторичной обмотки трансформатора. Чем выше напряжение на конденсаторе, и, следовательно, также на выходе источника питания, может повредить компоненты в источнике питания. Более высокое напряжение может также повредить любые оставшиеся электрические нагрузки, подключенные к источнику питания.
   «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2012-09-07 . Проверено 8 мая 2008 .CS1 maint: archived copy as title (link)
3. «В чем разница между однофазными и трехфазными источниками питания переменного тока?» . Aegis Power Systems
   . Aegis Power Systems . Проверено 28 декабря 2015 года .
4. «Биполярные источники питания работают во всем диапазоне напряжений» . Электронный дизайн
   . 2012-10-19 . Проверено 26 июля 2022 .
5. «Обзор методов охлаждения для источников питания переменного и постоянного тока» . Aegis Power Systems
   . Aegis Power Systems.
6. Malmstadt, Энке и Крауч, электроника и приборы для ученых, The Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc., 1981, ISBN 0-8053-6917-1 , Глава 3.
7. «Преобразователи энергии для электромобилей» . Aegis Power Systems
   . Aegis Power Systems.

Виды источников

Существует несколько видов устройств для выработки тока, каждый из которых имеет свои основные показатели, характеристики и особенности, приведённые в следующей таблице:

Вам это будет интересно Обозначение разного электрооборудованья на схемах
Важно! Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки, которые определяются принципом использования, а также исходными показателями вырабатываемой энергии.

Механические источники

Механические агрегаты являются самыми простыми по принципу их использования и обустройства. Характеристика таких генераторов очень проста для понимания. В специальных устройствах вырабатывается энергия, которая впоследствии преобразуется в электричество. Такие приборы используются на тепловых электростанциях и гидроэлектростанциях.

Тепловые источники

Тепловые варианты источников обеспечивают уникальный принцип работы. Энергия вырабатывается благодаря образованию термопары, которая. Это означает, что на концах проводников обеспечивается расчётная разность температур, элементы взаимодействуют между собой, создавая электрическое поле.

Обратите внимание! Радиоактивные термопары используют в космической промышленности. Эффективность такого использования возможна благодаря долгому сроку службы и эффективным показателям вырабатываемой мощности.

В результате подобного движения заряженных частиц от горячей части проводника к холодной возникает электроток. При этом, чем больше разница температур, тем выше показатель результативной энергии. На практике термопары нередко входят в состав измерительных приборов.

Световые источники

Световые устройства ля выработки электроэнергии считаются самыми экологичными, эффективными и относительно дешевыми. Специальная панель из полупроводников поглощает световые частицы, которые при таком взаимодействии выдают определенное напряжение.

При этом, световые панели имеют небольшой показатель КПД – 15 %. Панели такого типа нашли широкое применение – от бытовых приборов до инновационных разработок в космической отрасли.

Важно! Световые источники начали использоваться вместо литиевых батарей из-за высокой стоимости последних. Несмотря на то, что многие объекты промышленности требуют значительного переоснащения для перехода на световые источники, конечная экономия возникает уже на первичных этапах эксплуатации.

Химические источники

В данную группу входит 3 основных устройства, отличающиеся строением и принципом работы:

• Гальванический элемент – это вариант для выработки электроэнергии, который может быть использован один раз. То есть, после полной разрядки, повторное накопление заряда на внутреннем веществе невозможно. В состав таких приборов входят солевые, литиевые или щелочные батарейки.
• Аккумуляторы – подразделяются на несколько типов: свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые.
• Тепловые элементы – используются в космической и инновационной промышленности для производства кратковременного тока с высокими показателями. Практическое применение агрегатов основано на потребностях в резервных источниках питания.

Вам это будет интересно Особенности конденсаторов

Важно! Химико-тепловые устройства требуют первоначального нагрева до 500–600 °С, чтобы активизировать твердый электролит.

В каждой сфере промышленности используется собственный вариант с конкретными параметрами. В бытовых условиях применяются, в основном, батарейки; в производственной – аккумуляторы.

Принцип действия

Каждая маркировка источников тока определяет принцип его действия. В стандартной ситуации выработка энергии производится посредством взаимодействия составляющих частей, а именно:

• Механический тип. В результате взаимодействия деталей механизма, возникает трение. Благодаря такому явлению, возникает статическое электричество, преобразуемое в ток.
• Механические конструкции работают посредством образования последовательно движущихся заряженных частиц. Явление возникает благодаря взаимодействию химического элемента с электролитом. Заряженные частицы покидают структуру кристаллической решётки металла, входя в состав проводящей жидкости.
• Солнечные батареи (световые источники) работают за счет выбивания заряженных частиц из диэлектрической (кремниевой) основы под воздействием светового потока. Благодаря этому возникает постоянное напряжение.
• Тепловые. Как правило, это 2 последовательно соединенных металлических основания. Одна часть нагревается, а вторая остается охлажденной. При изменении температурного режима возникает разница температур, в результате чего происходит движение заряженных частиц.

Вам это будет интересно Соединение резисторов

Важно! Любое изменение в строении вещества может привести к необратимым последствиям, которые проявятся при работе устройства.