Устройство нагрузочное автоматических выключателей

Нагрузочное оборудование – это специально разработанное электротехническое устройство, созданное для имитации реальной электрической нагрузки (в том числе активной, реактивной, полной потребляемой мощности) на источник энергоснабжения (генератор электричества). Нагрузочное оборудование является по сути эквивалентом и полноценной заменой реальных потребителей электрической энергии. Оно применяется для проведения тестов и испытаний промышленных (автономных) дизельных и газовых электрогенераторов, электросетей, систем аккумуляторных батарей и источников бесперебойного питания. Нагрузочный стенд позволяет получить детальные характеристики электроэнергии, вырабатываемой источником энергоснабжения (электрогенератором, двигателем, турбиной, центральной электросетью).

Серийное производство нагрузочных модулей как правило ограничивается мощностным рядом до 5000 кВт. Модели по индивидуальным Т.З. могут быть еще более мощные (как правило: до 50000 кВА).

Тип исполнения нагрузочных модулей может быть разный: на колёсиках, на собственном шасси, без колес и без шасси, в обычном защитном кожухе, во всепогодном кожухе, в контейнере.

Модули нагрузки (которые также называются эквивалентами нагрузки или балластными реостатами) состоят из набора резистивных элементов, автоматических выключателей, контроллеров и сигнализации. Резистивные (нагрузочные) элементы включаются ступенчато или плавно в зависимости от мощности шага, что позволяет тестировать и догружать источник электроснабжения на любой мощности нагрузки. При работе резистивные элементы сильно нагреваются и для их принудительного охлаждения используется большой лопастной вентилятор (или несколько штук в зависимости от модели и мощности модуля). Электронная «начинка» находится под стальным капотом, который эффективно защищает модуль от агрессивных воздействий внешней среды и оберегает её от возможных повреждений при транспортировке. Элементы управления нагрузочной станцией полностью теплоизолированы и располагаются в отдельном отсеке.

Реальная мощность потребителя электроэнергии (всевозможного оборудования, которое подключено к источнику электроснабжения) непостоянна и изменчива под влиянием различных факторов. Нагрузочный модуль выдаёт постоянную стабильную мощность (с отклонением ±5%) и позволяет максимально точно измерить основные электротехнические характеристики источника электроэнергии (мощность, частоту и силу тока, напряжение по фазам и между фазами) в различных условиях эксплуатации. Именно поэтому нагрузочные модули пользуются большим спросом у производителей генераторных установок и крупных промышленных компаний.

Нагрузочные устройства получили широкое распространение благодаря большим возможностям и универсальности в применении: ими можно не только испытывать и тестировать электрогенераторы, но и догружать их до необходимой минимальной выдаваемой мощности (электростанции нельзя загружать менее чем на 1/2 от их номинальной мощности, поскольку, в противном случае, они быстро изнашиваются и выходят из строя). Кроме того модули нагрузки используются и для профилактической обкатки промышленных электростанций, находящихся в резерве, а также в целях выявления уровня надёжности электрогенераторного оборудования, при имитации реальных аварийных ситуаций, когда генераторная установка должна включиться и выйти на номинальную мощность без сбоев, что особенно актуально с учётом того, что во время простоя элементы двигателя теряют свою изначальную прочность без работы. Они также позволяют оценивать процессы, происходящие внутри оборудования, и своевременно диагностировать неисправности источников автономного энегообеспечения.

Наиболее распространенный задачи, которые способны решать нагрузочные модули:

• проверка заявленной выдаваемой мощности промышленных электростанций (электрогенераторных установок);
• профилактическое тестирование и обкатка автономных дизельных и газовых генераторов находящихся в резерве;
• нагрузка генераторных установок во всём диапазоне мощности и во всех режимах работы;
• догрузка электрогенераторов при малой (недостаточной) мощности потребителей электроэнергии (во избежание преждевременного износа двигателя);
• комплексная диагностика и выявление неисправностей на генераторах переменного тока и проверка их двигателей;
• испытание блоков автоматического запуска (АВР) всевозможных электроагрегатов;
• тестирование систем аккумуляторных батарей (АКБ), источников бесперебойного питания (ИБП);
• проверка промышленных электросетей на предприятиях при длительной нагрузке на заданной мощности;
• выявление дефектов силовых линий (кабельных трасс), сетевых кабелей и коммутационного оборудования;
• заводские испытания промышленных многоцилиндровых двигателей и турбин;
• проверка температуры силовых кабелей при номинальной и максимальной (пиковой) нагрузке;
• оптимизация работы основных источников электрической энергии на предприятии;
• нагрузка электростанции активной, реактивной и полной мощностью;
• обнаружение неисправностей контактных групп после монтажа перед вводом кабельной системы в эксплуатацию.

Любые источники электроснабжение необходимо проверять на их исправность и работоспособность, особенно это важно для резервных электростанций, которые не постоянно работают под нагрузкой. Своевременное проверка электроснабжающего оборудования под нагрузкой позволит избежать в дальнейшем возникновение неисправностей и поломки оборудования.

К сожалению, бывают случаи, когда не всегда на предприятиях, без нарушения рабочего процесса, имеется возможность оперативно подать нагрузку на резервные станции для их тестирования. В таких ситуациях самым оптимальным и простым решением является нагрузочное оборудование (будь то приобретение или аренда). И как показывает практика, это решение становится наиболее выгодным и с экономической точки зрения (когда ремонт сломанного оборудования и простой предприятия обходятся дороже аренды или приобретения нагрузочного оборудования), и с точки зрения потраченного времени.

При тестировании и догрузки промышленных генераторных станций нагрузочным оборудованием чаще всего проверяют следующие электротехнические характеристики:

• активная мощность (кВт);
• реактивная мощность (кВАр);
• полная мощность (кВА);
• частота тока (Гц);
• сила тока (А);
• напряжения по фазам (В);
• напряжения между фазами (В).

Во время теста генератора производится проверка наличия возможных неисправностей и стабильность работы, а также проверяется температура при работе в различных мощностях. Наиболее точные результаты измерений достигаются при плавном переключении мощности шага нагрузочного модуля, однако чаще используются «нагрузки» со ступенчатой системой переключения шагов. Полученные в результате тестирования данные могут служить основанием для капитального ремонта, возврата станции по гарантии производителю (в случае серьёзного несоответствия оборудования заявленным техническим характеристикам), либо даже его утилизации (в связи с опасностью дальнейшего использования).

Основной причиной отказа дизельных и газовых двигателей автономных электростанций является скопление вредного конденсата (кокса) в газовыхлопной системе, что чаще всего обуславливается длительными простоями или редкостью использования генераторной установки. В случае неполной загруженности (менее 1/2 от номинальной мощности) промышленного двигателя не достигается необходимой рабочей температуры и со временем несгоревшее в нём топливо покрывает поверхность камеры сгорания, что, в свою очередь, существенно снижает его КПД, выдаваемую мощность и срок службы.

Не всегда промышленный генератор на предприятии работает на своей номинальной мощности, что может быть обусловлено недостаточной электрической нагрузкой подключённого к нему оборудования (совокупная мощность всего оборудования подключённого к источнику электроэнергии меньше, чем его номинальная вырабатываемая мощность). Именно поэтому, во избежание преждевременного износа и поломки двигателя (самого дорогого, что есть в электростанции) при недостаточной нагрузке к электрогенератору подключают нагрузочный модуль. Он имитирует реальную электрическую нагрузку и тем самым загружает двигатель генераторной установки до необходимого минимума.

На многих электрогенераторах установлены блоки автоматического ввода резерва (АВР), которые представляют собой достаточно сложные электронные системы, включающие генераторную установку только при исчезновении электричества в центральной сети. Однако, даже на европейских дорогостоящих электростанциях они часто выходят из строя в следствии различных обстоятельств. Нагрузочный модуль позволяет эффективно тестировать автоматику промышленного генератора и точно определять уровень её реальной надёжности (включит ли она электростанцию именно тогда, когда это будет действительно необходимо).

Если Вы хотите, чтобы источник энергоснабжения служил Вам долго — используйте нагрузочное оборудование для проведения регулярных испытаний электростанций, находящихся в резерве, и обкаток новых генераторов для выявления возможных неисправностей и соответствия их заявленным электротехническим характеристикам.

При тестировании и диагностике промышленных электросетей, систем АКБ и ИБП, нагрузочное оборудование может принять на себя полную расчётную мощность, а с помощью измерительных можно снять показания качества и учёта питающей сети в различных условиях загруженности с дискретностью временного интервала около 10 мс. После анализа полученных данных возможно произвести необходимые корректировки в работе налаживаемого оборудования.

Применение нагрузочного оборудования особенно важно с учётом морального и физического износа установленных источников энергоснабжения. Источник электрической энергии вырабатывает её при помощи двигателя, который имеет определённый моторесурс и срок службы по достижении которого агрегат либо выходит из строя, либо работает уже далеко не на пике своих возможностей. А это, в свою очередь, ухудшает качество вырабатываемой электрической энергии и её мощность, что в последствии ведёт к недозагрузке промышленного электрооборудования и последующим поломкам. Именно поэтому своевременное, а также плановое (профилактическое) тестирование источников энергоснабжения крайне важно (особенно это касается резервных генераторов).

Аккумуляторные батареи и источники бесперебойного питания, к сожалению, также имеют неприятное свойство со временем изнашиваться и терять свои изначальные электротехнические характеристики. Кроме того, они имеют ряд особенностей эксплуатации (например, правильная зарядка и перезарядка), несоблюдение которых в очень скором времени приводит к их износу. Аккумуляторная батарея разряжается если она не используется длительное время. Периодически надо не только заряжать системы аккумуляторных батарей, но и разряжать их. Для этого и служит «нагрузка», которая позволяет испытывать их на длительность автономной работы и качества выдаваемой ими электрической энергии.

Штатное и дополнительное оборудование ГУ

Если ГУ выполняет роль резервной, она оснащается «Системой автоматического ввода резерва» (АВР), которая немедленно отключает всех обслуживаемых потребителей от электросети и подключает к генератору при выключении электроэнергии в общей сети (без прерывания электрического тока). При внезапном включении сети электроснабжения работающий генератор может сгореть. Именно АВР защищает генератор в такой ситуации. Существуют и ручные переключатели, которые в нужный момент (при аварии) приводятся в действие вручную либо с помощью электропривода, включенного оператором, отсоединяя потребителей от сети электроснабжения и подключая к резервному источнику электропитания.

Размыкатель отключает подачу питания от генератора в случае какой-либо неисправности в установке, замыкания на массу. Его не нужно путать с тепловым автоматом – размыкателем цепи. На каждую электрическую цепь (или фазу) устанавливается отдельный плавкий предохранитель или тепловой размыкатель.

Кроме того, в конструкцию генераторной установки могут входить переключатели, позволяющие подключать генератор к разным цепям или контурам или изменять величину мощности на выходе. Такие переключатели позволяют при необходимости переводить на розетку всю мощность генератора без прерывания тока.

Регуляторы оборотов двигателя. Частота тока ГУ зависит от частоты вращения двигателя, которая регулируется за счет изменения количества топлива и воздуха, подаваемых в двигатель. Для этого обычно используются механические системы с электронными следящими электроприводами, которые отслеживают частоту вращения двигателя, например, по количеству разрядов в свечах зажигания (для искровых ДВС), а также с помощью центробежного датчика оборотов.

Если генератор подает питание для электронной аппаратуры, чувствительной к изменениям частоты тока, ГУ оснащается более дорогим электронным регулятором, обеспечивающим более точное регулирование частоты вращения. Поэтому при выборе ГУ нужно сначала про­анализировать чувствительность оборудования к колебаниям частоты тока, а потом выбирать, каким регулятором должна быть оснащена ГУ.

Автоматическая система холостого хода уменьшает обороты двигателя, когда электрическая нагрузка исчезает, и снова выводит двигатель на режим рабочих оборотов, когда нагрузка снова появляется.

Аварийный датчик уровня масла в картере двигателя (обычно поплавкового типа) автоматически выключает двигатель генераторной установки, если уровень масла опускается ниже допустимого предела.

Для предотвращения загрязнения окружающей среды некоторые генераторные установки оснащаются несущими поддонами, в которых собирается пролившаяся жидкость в случае разрыва шланга. Топливозаправочные горловины оборудуются специальными воронками, которые не дают пролиться топливу во время заправки.

В стандартную комплектацию ГУ входят электрические розетки для подключения различных потребителей. Они могут быть рассчитаны на разные допустимые величины силы тока (от 6 до 32 А), а также на разные конструкции вилок.

Варианты выбора.

Если вам нужно пусковое устройство на случай внезапно севшего «в чистом поле» аккумулятора, обратите внимание на автономные пусковые устройства. Выбирайте те, что обеспечивают пусковой ток хотя бы 250А. Такие устройства стоят от 4000 рублей и смогут вас однажды очень сильно выручить – если вы не забудете держать его заряженным.

В случае сильного мороза автономные устройства уже не помогут. Если вы опасаетесь «встать» в минус 30 градусов, берите пуско-зарядное устройство с питанием от сети, способное выдавать 200-300А. Оно обойдется вам в 2000-7000 рублей.

Если вы не хотите утруждать себя выбором режимов и токов, а желаете иметь простое в обращении устройство для зарядки аккумулятора – берите автоматическое зарядное устройство. Лучше выбирать из тех, на которых можно видеть, каким током сейчас идет зарядка. Они стоят 1600-4000 рублей.

Если же в вашем распоряжении имеется солидный автопарк легковых и грузовых автомобилей, вам следует выбирать из мощных зарядно-пусковых устройств, выдающих от 300А. Цена на них находится в диапазоне 9000-14000 рублей.