Введение

Аварийная энергосистема — это независимый источник электрической энергии, обеспечивающий работу важных электрических систем при отключении основного электроснабжения. Система резервного питания может включать в себя резервный генератор, аккумуляторы и другое оборудование. Аварийные энергосистемы устанавливаются для защиты жизни и имущества от последствий потери основного электропитания. Это разновидность системы бесперебойного питания. Они находят применение в самых разных областях: от жилых домов до больниц, научных лабораторий, центров обработки данных, телекоммуникационного оборудования и судов. Аварийные энергосистемы могут использовать генераторы, глубокого разряда аккумуляторы, накопители энергии на маховиках или топливные элементы.

История

Системы аварийного питания использовались еще во время Второй мировой войны на военных кораблях. В бою корабль может потерять работоспособность своих котлов, которые приводят в действие паровые турбины, питающие генератор корабля. В такой ситуации один или несколько дизельных двигателей используются для привода резервных генераторов. Ранние переключатели использовали ручное управление: два переключателя располагались горизонтально, в линию, и положение "включено" на них было направлено друг к другу. Между ними помещали штангу. Для работы с переключателем необходимо было отключить один источник питания, переместить штангу на другую сторону и включить другой источник.

Работа в зданиях

Главные источники электропитания могут быть потеряны из-за оборванных линий электропередач, неисправностей на подстанции, неблагоприятных погодных условий, плановых отключений или, в крайних случаях, системного сбоя в энергосети. В современных зданиях большинство систем аварийного электроснабжения были и остаются основанными на генераторах. Обычно эти генераторы приводятся в действие дизельными двигателями, хотя в небольших зданиях могут использоваться генераторы, работающие на бензиновых двигателях. Некоторые крупные здания оснащены газовыми турбинами, но для выработки электроэнергии им может потребоваться от 5 до 30 минут. В последнее время все шире применяются аккумуляторы глубокого разряда и другие технологии, такие как накопители энергии на маховиках или топливные элементы. Эти последние системы не выделяют загрязняющих газов, что позволяет размещать их внутри здания. Кроме того, как второе преимущество, для хранения топлива не требуется возводить отдельное помещение. В системах с обычными генераторами для подключения аварийного электропитания используется автоматический переключатель нагрузки. Одна сторона переключателя подключена как к нормальному, так и к аварийному источнику питания, а другая – к нагрузке, отнесенной к аварийной. Если на нормальной стороне отсутствует электропитание, переключатель нагрузки с помощью соленоида переключает трехполюсный двойной переключатель. Это переводит питание с нормального на аварийное. Отключение нормального электропитания также запускает систему запуска генератора от аккумулятора, аналогично использованию автомобильного аккумулятора для запуска двигателя. Как только переключатель нагрузки переключится и генератор запустится, аварийное электропитание здания восстанавливается (после кратковременного отключения при потере нормального электропитания). В отличие от аварийных светильников, аварийное освещение – это не тип осветительного прибора, а схема включения обычных светильников здания, обеспечивающая освещенный путь для безопасной эвакуации или освещающая служебные помещения, такие как машинные и электрощитовые. Знаки эвакуации, системы пожарной сигнализации (не работающие от резервных аккумуляторов) и электрические насосы для спринклерной системы пожаротушения почти всегда питаются от аварийного электропитания. К оборудованию, работающему от аварийного электропитания, могут также относиться дымоизолирующие клапаны, вентиляторы для удаления дыма, лифты, двери для людей с ограниченными возможностями и розетки в служебных помещениях. В больницах аварийные розетки используются для питания систем жизнеобеспечения и мониторингового оборудования. Некоторые здания могут даже использовать аварийное электропитание в рамках обычной деятельности, например, театр может использовать его для питания сценического оборудования, руководствуясь принципом "шоу должно продолжаться".

Операция в авиации

Системы аварийного питания в авиации могут использоваться как на борту воздушного судна, так и на земле. Для коммерческих и военных самолетов критически важно поддерживать питание основных систем в аварийной ситуации. Это достигается с помощью ветряных турбин (Ram air turbines) или аккумуляторных источников аварийного питания, что позволяет пилотам поддерживать радиосвязь и продолжать навигацию с использованием MFD, GPS, приемника VOR или курсового гироскопа в течение более часа. Маркерный радиомаяк, система глиссады и другие средства инструментальной посадки (такие как микроволновые передатчики) потребляют много энергии и имеют решающее значение для выполнения задачи, поэтому их надежная работа от аккумуляторного питания даже в течение короткого времени невозможна. Следовательно, когда требуется абсолютная надежность (например, при проведении операций категории 3 в аэропорту), обычно система питается от дизель-генератора с автоматическим переключением на основное электроснабжение в случае отказа генератора. Это позволяет избежать прерывания передачи сигнала во время разгона генератора до рабочей скорости. Это отличается от общепринятого представления об аварийных системах питания, где резервные генераторы рассматриваются как вспомогательные по отношению к основному электроснабжению.

Защита электронных устройств

Компьютеры, сети связи и другие современные электронные устройства нуждаются не только в электроэнергии, но и в её стабильном потоке для непрерывной работы. Если напряжение источника значительно падает или полностью пропадает, эти устройства выйдут из строя, даже если потеря питания длится лишь долю секунды. Из-за этого даже резервный генератор не обеспечивает достаточной защиты из-за времени, необходимого для запуска. Для более надежной защиты от перебоев в электроснабжении используется дополнительное оборудование, такое как сетевые фильтры, инверторы или, в некоторых случаях, источники бесперебойного питания (ИБП). Системы ИБП могут быть локальными (для одного устройства или одной розетки) или охватывать всё здание. Локальный ИБП – это небольшое устройство, которое помещается под столом или в телекоммуникационную стойку и питает небольшое количество устройств. ИБП для всего здания может иметь различные конструкции, в зависимости от области применения. Он напрямую питает систему розеток, предназначенных для питания от ИБП, и может обеспечивать электроэнергией большое количество устройств. Поскольку телефонные станции используют постоянный ток, аккумуляторная комната здания обычно подключается непосредственно к потребителям и постоянно находится под напряжением выпрямителей, которые обычно преобразуют переменный ток от сети в постоянный. При отключении электроэнергии аккумуляторная батарея сразу же берет на себя нагрузку, без необходимости переключения. Благодаря этой простой, хотя и дорогостоящей системе, некоторые станции связи не испытывали перебоев в электроснабжении с 1920-х годов.

Структура и эксплуатация станций

В последние годы крупные энергоблоки электростанций обычно проектируются по блочной системе, в которой необходимые устройства, включая котел, турбогенератор и его повышающий и вспомогательный трансформаторы, надежно соединены в единый блок. Менее распространенная схема предусматривает объединение двух блоков с одним общим вспомогательным трансформатором станции. Поскольку каждый турбогенератор имеет собственный вспомогательный трансформатор, он автоматически подключается к сети. Для запуска энергоблока вспомогательное оборудование питается от другого блочного (вспомогательного) или станционного вспомогательного трансформатора. Время переключения от трансформатора одного блока к другому рассчитано на автоматическую, мгновенную работу в случае необходимости включения системы аварийного питания. Крайне важно, чтобы питание вспомогательного оборудования не прерывалось во время отключения станции (состояние, известное как полная потеря электроснабжения, когда все основные блоки временно отключаются). Вместо этого, во время отключений электросеть должна оставаться работоспособной. Возникновение проблем обычно связано с реле обратной мощности и частотными реле на линиях электропередачи из-за серьезных возмущений в сети. В таких ситуациях необходимо включить аварийное питание станции, чтобы предотвратить повреждение оборудования и опасные ситуации, такие как выброс водорода из генераторов в окружающую среду.

Контроль системы аварийной подачи энергии

Для системы аварийного питания 208 В переменного тока используется центральная аккумуляторная система с автоматическим управлением, расположенная в здании электростанции, чтобы избежать прокладки длинных кабелей электропитания. Эта центральная аккумуляторная система состоит из блоков свинцово-кислотных аккумуляторных элементов, формирующих систему на 12 или 24 В постоянного тока, а также резервных аккумуляторов, каждый из которых оснащен собственным зарядным устройством. Кроме того, необходим датчик напряжения, способный принимать 208 В переменного тока, и автоматическая система, способная сигнализировать и активировать аварийную цепь питания при отказе основного питания станции на 208 В переменного тока.