EN
Швидкі посилання
Все більше та більше фабрик переходять на акумуляторні системи 48 В, оскільки вони пропонують оптимальне поєднання ефективності, функцій безпеки та сумісності з іншим обладнанням. Коли системи працюють під напругою 48 вольт, для однакової вихідної потужності вони споживають менший струм, що означає менші втрати енергії через опір у дротах (пам’ятайте формулу P = I²R зі школи). Крім того, цей нижчий струм дозволяє компаніям використовувати тонші кабелі, які загалом коштують дешевше. Ще одна велика перевага — питання безпеки. На напрузі 48 вольт ці системи залишаються нижче межі 60 вольт, встановленої як Безпечна наднизька напруга міжнародними стандартами, такими як IEC 61140. Це означає, що працівники не повинні турбуватися про небезпечні електричні дуги під час виконання звичайних завдань з технічного обслуговування, і найчастіше можуть уникнути придбання дорогого захисного обладнання. І що цікаво? Цей рівень напруги вже давно використовується в таких сферах, як телефонні мережі, системи автоматизації на виробництвах і контрольні панелі скрізь. Тож об’єкти можуть підключати ці системи до вже існуючих, не витрачаючи великих коштів на нове електропостачання чи модифікації.
Стандарт 48 В значно спрощує роботу з основними компонентами електроживлення загалом. Багато сучасних систем безперебійного живлення (ИБЖ) та інверторів фактично мають вбудовану підтримку живлення постійним струмом 48 В прямо з коробки. Це означає, що акумулятори можна підключати безпосередньо, уникнувши енерговитратних етапів перетворення змінного струму в постійний або постійного в постійний, які споживають чимало енергії. Особливо цікаво, що такий підхід добре працює й у старих промислових установках. У багатьох фабриках мережі датчиків, програмовані логічні контролери (PLC) та різноманітні керуючі кола досі живляться від мережі 48 В. Завдяки цій існуючій інфраструктурі перехід на літій-іонні акумулятори 48 В відбувається швидко, мінімізує ризики для роботи підприємства та не потребує великих капіталовкладень.
Точна оцінка потреб у промисловій енергетиці є основою надійного проектування резервного живлення з використанням акумуляторів 48 В. Цей процес дозволяє визначити ключові системи, які потребують захисту, та виміряти їхнє енергоспоживання задля запобігання простою.
Почніть зі складання повного списку всього обладнання на об'єкті, а потім виміряйте, скільки електроенергії кожен пристрій дійсно споживає. Для такого завдання чудово підходять токошукові вимірювачі, хоча деякі користувачі надають перевагу системам підрахунку електроенергії у разі більших установок. Переглядаючи список, спочатку зосередьтеся на тих пристроях, які обов’язково мають залишатися в роботі постійно. Такі елементи, як контролери процесів, аварійні вимикачі, що зупиняють обладнання у разі неполадок, і все мережеве обладнання, яке забезпечує зв’язок операцій, безумовно, повинні мати найвищий пріоритет. Що стосується решти обладнання — освітлення в офісних приміщеннях, додаткові обігрівачі чи кондиціонери, не пов’язані напряму з виробничими процесами, — їх можна зазвичай відкласти або навіть тимчасово вимкнути, не спричиняючи серйозних проблем. Обов’язково фіксуйте звичайні показники споживання, але також стежте за раптовими піками попиту на енергію. Електродвигуни та великі компресори відомі тим, що під час запуску споживають струм утричі більший за номінальний, тому важливо точно знати, що відбувається в моменти їхнього ввімкнення.
| Тип обладнання | Діапазон потужності | Критичність |
|---|---|---|
| Системи управління процесами | 300–800 Вт | Високих |
| Сервери та мережеве обладнання | 500–1500 Вт | Високих |
| Компресори систем кондиціонування та опалення | 2000–5000 Вт | Середній |
| Освітлення приміщення | 100–300 Вт | Низький |
Сучасні інструменти прогнозного моделювання зменшують похибку розрахунків на 39 % порівняно з ручними обчисленнями, якщо використовувати їх разом із даними про попереднє навантаження. Розрахуйте загальну добову кількість кВт·год, помноживши середню потужність у ватах на години роботи, після чого додайте 25 % запасу на старіння обладнання та майбутнє розширення.
Більшість промислових об'єктів дотримуються стандартних класифікацій часу роботи у наші дні. Установки рівня Tier III потребують приблизно 99,982% доступності в середньому, тоді як об'єкти рівня Tier II прагнуть до приблизно 99,741%. Розглядаючи цикли навантаження обладнання, існує велика різниця між постійним навантаженням, таким як системи SCADA, та машинами, які часто починають і зупиняють свою роботу протягом експлуатаційного періоду. Для справді критично важливих застосувань багато специфікацій передбачають так звану конфігурацію резервування N+1. Це, по суті, означає наявність резервної потужності, яка перевищує пікові потреби на цілий додатковий модуль. Проте мають значення й екологічні фактори. Продуктивність літій-іонних акумуляторів значно падає, коли температури опускаються нижче нормальних умов експлуатації. При точці замерзання (0 градусів Цельсія) ці акумулятори зазвичай забезпечують лише близько 15–20 відсотків своєї номінальної ємності порівняно з тим, що вони можуть віддавати за стандартної контрольної температури 25 градусів Цельсія.
Правильний вибір розміру акумуляторної батареї 48 В починається з визначення необхідної кількості кіловат-годин (кВт·год). Основний розрахунок виглядає приблизно так: візьміть критичне навантаження у кіловатах і помножте його на тривалість резервного живлення, яке вам потрібно. Потім поділіть це число на дві величини — по-перше, на відсоток глибини розряду, по-друге — на коефіцієнт ефективності системи. Більшість літієвих акумуляторів можуть працювати з глибиною розряду близько 80–90%, що майже вдвічі більше, ніж у свинцево-кислих акумуляторів — близько 50%. Припустимо, комусь потрібно 10 кВт потужності на чотири години за глибини розряду 80% та ефективності системи 95%. Розрахунок дає нам приблизно 52,6 кВт·год. Щоб перетворити це значення на ампер-години для системи 48 В, просто помножте кВт·год на 1000, а потім поділіть на 48 вольт. У результаті отримаємо приблизно 1096 ампер-годин. Використання цього методу допомагає уникнути придбання надто малої батареї, зберігаючи при цьому розумну вартість у довгостроковій перспективі та забезпечуючи гарну продуктивність з самого початку.
Коли ми хочемо продовжити резервне електроживлення більше ніж на один день, ми просто множимо наше звичайне добове споживання на кількість днів, на яку потрібно це забезпечити. Розглянемо приклад: якщо об'єкт споживає близько 120 кіловат-годин на день і потребує трьох повних днів автономії зі збереженням глибини розряду 80%, розрахунок виглядатиме так. Беремо 120 кВт·год × 3 доби = 360, потім ділимо на 0,8 через вимогу у 80%, що дає нам приблизно 450 кВт·год необхідної ємності. Проте ніхто не працює за ідеальних умов. Сам по собі холодний клімат може скоротити ємність акумуляторів приблизно на 20%, коли температура опускається нижче точки замерзання. Літієві акумулятори також втрачають ефективність з часом — близько 3% щороку. А коли виникають раптові піки струмового навантаження, система зазнає просадки напруги, що робить фактичну корисну ємність ще нижчою, ніж очікувалося. З цієї причини більшість інженерів додають ще додатково 25–30%, просто щоб бути в безпеці. Це збільшує наш первинний розрахунок з 450 до приблизно 562 кВт·год загальної ємності, забезпечуючи стабільну роботу навіть за наявності несподіваних проблем під час тривалих перебоїв у живленні.
Резервні системи в промислових умовах зазвичай використовують послідовно-паралельні схеми для підтримки стабільної вихідної напруги 48 В, навіть коли змінюються навантаження. Коли акумулятори з'єднуються послідовно, досягається потрібний рівень напруги. Паралельне підключення збільшує загальну ємність (вимірюється в А·год), завдяки чому система може довше працювати під час відключень електропостачання. Основна перевага такої конфігурації полягає в тому, що вона запобігає нерівномірному протіканню струму, яке часто призводить до передчасного виходу акумуляторів з ладу. Наприклад, поширена конфігурація 4S4P означає чотири групи по чотири акумулятори, з'єднані разом. Це забезпечує бажані 48 вольт і одночасно збільшує загальну ємність у чотири рази. Особливо важливо забезпечити рівномірний потік струму через усі паралельні з'єднання. Більшість досвідчених техніків знають, що для утримання відхилень на рівні нижче 5% необхідне ретельне проектування шин і точне узгодження елементів. Результати термографічних випробувань, проведених на реальних промислових об’єктах, постійно підтверджують ці дані.
Для тих, хто експлуатує об'єкти рівня III або IV і прагне досягти оптимального показника часу безвідмовної роботи 99,995 %, резервування N+1 є не просто бажаним, а абсолютно необхідним. Якщо один модуль виходить з ладу, робота продовжується без перебоїв. Модульний підхід передбачає наявність сучасних вбудованих вимикачів, які можуть відключити несправну частину за пів секунди. Що стосується розширення, такі системи спроектовані таким чином, щоб легко масштабуватися завдяки стандартним інтерфейсам стійок. Підприємства можуть поступово нарощувати потужність, додаючи по 5 кВт·год за необхідністю. При цьому немає потреби в складному перемиканні проводки. Компанії повідомляють про економію близько 60% на модернізації при переході з традиційних монолітних систем. Недавні дослідження 2023 року підтверджують це, демонструючи, скільки грошей можна заощадити з часом завдяки такій гнучкій інфраструктурі.