Постоянный ток: будущее энергоснабжения

Энергетическая революция: многие связывают этот термин с переходом на возобновляемые источники энергии, такие как энергия солнца и ветра. Тем не менее, залог успешного перехода к рациональному энергоснабжению заключается не в выработке электроэнергии, а в сокращении ее потребления. Прежде всего, это касается промышленности.

Так как многие двигатели работают на высоких скоростях, есть возможность проводить последующую оптимизацию путем электронного регулирования скорости. Экономический потенциал составляет около 30 процентов, или 50 ТВт-ч. Но частотные преобразователи для регулирования скорости также потребляют энергию, так как они работают с постоянным током, который генерируется путем преобразования переменного тока. Это приводит к потерям вследствие конверсии и эффекту обратного действия из-за гармонических колебаний, которые делают сеть неустойчивой.

Альтернатива: двигатели могут быть подключены к сети с постоянным током (DC), вместо использования преобразователя переменного тока. Идеально для этой цели подошла бы сеть с постоянным напряжением в 380 вольт, так как напряжение промежуточной цепи постоянного тока обычно составляет от 350 до 400 вольт. Отдельные операции с постоянным или переменным током могут быть также легко реализованы.

Преимущества очевидны:

• снижение потерь при преобразовании переменного тока в постоянный ток с помощью центрального преобразователя;
• устойчивость сети вследствие уменьшения гармонических колебаний;
• экономия в отношении компонентов и снижение требований к пространству;
• простое включение возобновляемых и децентрализованных источников энергии, таких как фотоэлектрические установки;
• восстановление энергии, с помощью применения «энергии торможения» и аккумуляторов для хранения.

Учитывая все это, технология постоянного тока позволяет значительно сэкономить средства, что делает переход на нее более привлекательным.

Подобные сценарии являются предметом исследовательского проекта «DC Industrie», который продвигается в 6-й программе исследования энергетики Федерального министерства экономики и энергетики Германии; общий бюджет составляет около десяти миллионов евро.

К участию были привлечены 15 партнеров из разных отраслей, такие как Siemens, Bosch Rexroth и Daimler, а также исследовательские организации, такие как Fraunhofer IPA, и еще одиннадцать партнеров из электротехнической отрасли, включая LAPP.

Цель проекта - «создание интеллектуальной открытой сети постоянного напряжения (DC) для высокоэффективных системных решений с электроприводами в промышленной отрасли».

Испытания будут проводиться при помощи системы управления сетью с привлечением различных производителей и потребителей, после чего и будет дан ответ на вопрос о том, можно ли достичь запланированных целей экономии энергии в двузначном процентном диапазоне.

Компания LAPP предоставляет кабели, которые подходят для применения в сетях с постоянным током. «Участвуя в данном проекте, мы хотим добиться наилучшего понимания требований, предъявляемых к кабелям и линиям для постоянного тока», - объясняет Гвидо Эге, руководитель отдела управления продуктами и их разработки в компании LAPP.

Тема постоянного тока для низкого напряжения также обсуждается органами стандартизации. В дополнение к этому, Ассоциация Электрических Технологий разработала план стандартизации, содержащий многочисленные рекомендации к действиям:

• стандарты продукции с устройствами защиты от утечки токов и короткого замыкания;
• применение гармонизированных стандартов электромагнитной совместимости для оборудования с постоянным напряжением;
• отдельная установка силовых цепей переменного и постоянного тока;
• цветовой код для кабелей постоянного тока;
• спецификация уровней напряжения;
• инструкции по установке.

Например, до сих пор не было стандартов для штепсельных разъемов. Эксперты по стандартизации должны рассматривать здесь исключительно практические требования. Пользователь должен иметь возможность вытаскивать штекерный разъем из гнезда, когда он находится под нагрузкой, то есть когда устройство работает с ним. С обычными штепсельными разъемами переменного тока все очевидно, но при работе с  постоянным током необходимо сделать так, чтобы розетка имела нулевой потенциал при отключении и чтобы световая дуга гасла. В случае переменного тока физика позаботилась об этом; для постоянного тока требуется техническое оборудование.

В компании LAPP разработчики уже думают о том, какие требования будут касаться систем подключения и как они могут быть преобразованы в стандарты. В принципе, кабели для переменного напряжения также подходят и для постоянного. Но существующие знания о старении кабелей, особенно в отношении изоляционного материала, могут не полностью соответствовать реальности в случае  постоянным напряжением. Лабораторные тесты профессора Франка Бергера в TU Ильменау в сотрудничестве с LAPP показывают, что при постоянном токе электрические поля оказывают совсем другое физико-химическое воздействие на пластикат, изолирующий кабель переменного тока. Это, скорее всего, состарит изоляцию кабеля быстрее, так что разработчики должны будут найти новые решения. Более того, стало очевидно, что при постоянном токе эффективность изоляционного материала также изменяется при воздействии разных температур.

Органы стандартизации также обязаны проводить испытания кабелей на прочность без применения напряжения. При постоянном токе, возможно, что эта процедура преуменьшит истинный процесс старения. Сейчас другие тесты должны дать информацию о том, какие факторы, помимо температуры, могут повлиять на свойства оболочки. Например, окружающая среда или механические воздействия. И не менее интересно, каким образом будет выглядеть тестовая установка, которая воспроизводит эти факторы наиболее реалистично.

Кабели для применения с постоянным напряжением не являются чем-то новым для LAPP. Компания предлагает множество сложных решений для применения в этой области. Одним из примеров является ассортимент продукции ÖLFLEX® SOLAR, кабели для применения в фотогальванических установках. В качестве другого примера можно еще привести системы зарядки для электрических и гибридных автомобилей от Lapp Systems, такие как LAPP HELIX, спиральные зарядные кабели, которые способны скручиваются - это экономит до 40% веса. Решения для электромобилей относятся к числу наиболее быстрорастущих областей в LAPP.

Компания LAPP также работает над новыми направлениями - производство органических фотогальванических модулей с использованием тонких кабелей, создающих постоянный ток. А также у LAPP есть новый кабель, разработанный специально для применения с постоянным напряжением до 600 вольт – ÖLFLEX® DC 130H. Желтый цвет оболочки и цвета изоляции жил разработаны в соответствии с предварительным вариантом нового стандарта VDE.