Постійний струм - майбутнє енергопостачання

Промислові приводи - найбільші споживачі електроенергії в Німеччині. Заощадити електроенергію можливо шляхом переходу на живлення постійним струмом. Промисловість, дослідні організації та органи зі стандартизації вже працюють над майбутнім енергопостачання.

Багато хто пов'язує цей термін з переходом на використання відновлюваної енергії, такої як енергія сонця та вітру. Проте важливим є те, що потенціал для переходу до стійких джерел енергії полягає не у виробництві електроенергії, а в зменшенні її споживання. Це стосується перш за все промисловості. У Німеччині промисловістю споживається 48 % потужності - близько 250 тераватт-годин на рік. З них, майже 70% споживається електроприводами. Відповідно вони є важелем для економії енергії. Використання енергозаощаджуючих двигунів може зберегти 10% енергії - 17 тераватт-годин на рік. Існує ще один шлях економії енергіі – електронна система контролю швидкості, оскільки багато двигунів працюють на великій швидкості коли це навіть не потрібно. Таким чином можна заощадити 30% енергії, або 50 тераватт-годин. Але частотні перетворювачі для регулювання швидкості також витрачають енергію, оскільки вони працюють з напругою постійного струму, яка повинна бути згенерована шляхом трансформації зі змінного струму. Це призводить до втрат при перетворюванні, та ефекту зворотного впливу, викликаного гармоніками, що спричиняють нестабільність основних мереж.

Альтернатива: двигуни можуть живитися безпосередньо напругою постійного струму, а не через випрямлячі струму. Ідеально для цієї мети буде основна мережа постійного струму на 380 вольтів, оскільки напруга проміжної ланки постійного струму, як правило, становить від 350 до 400 вольтів. Крім того, можна забезпечити можливість вибору – живитися від напруги постійного або змінного струму.

Переваги:

- нижчі втрати при перетворенні змінного струму в постійний внаслідок централізованого перетворення;

- більша стабільність мереж енергосистеми шляхом зменшення гармонік;

- полегшення підключення відновлювальних, децентралізованих джерел енергії, таких як фотоелектрика;

- рекуперація енергії, наприклад використання енергії гальмування та накопичування в батареях.

З огляду на все, технологія постійного струму є багатообіцяючою з точки зору економії коштів, а отже привабливою пропозицією.

Ця тема є предметом дослідницького проекту "DC Industrie", який має підтримку в рамках шостої програми досліджень енергетики Федерального міністерства економіки та енергетики Німеччини; Загальний бюджет становить близько 10 мільйонів євро. Залучено 15 партнерів з різних галузей промисловості, таких як Siemens, Bosch Rexroth та Daimler, а також дослідницьких галузей - Fraunhofer IPA, а також 11 партнерів, включаючи Lapp Group. Метою проекту є "Раціональна, відкрита мережа постійного струму в промисловості для високоефективних системних рішень з електроприводами ". Випробування будуть проводитися на мережевій системі управління із залученням різних виробників та споживачів, в результаті чого буде надано відповідь (у двозначному процентному діапазоні) на питання про те, чи можна досягнути цільових енергозберігаючих цілей.. Lapp забезпечує кабелі, призначені для постійного струму. "Під час участі у проекті ми хочемо краще зрозуміти вимоги, що пред'являються до кабелів і ліній постійного струму", - пояснює Гвідо Еге, керівник відділу з управління та розробки продуктів компанії Lapp.

Предмет дискусії - постійний струм для низької напруги - зараз також обговорюється органами стандартизації. Крім того, Асоціація електричних технологій розробила стандартизований план дій, що містить численні рекомендації:

- стандарти якості продукції з пристроями захисту від короткого замикання;
- застосування єдиного стандарту електромагнітної сумісності для обладнання постійного струму;
- окрема установка схем живлення змінного та постійного струму;
- код кольорів для кабелів постійного струму;
- специфікація рівнів напруги;
- Інструкції та рекомендації з монтажу.

Наприклад, до сьогодні не існувало стандартів для штекерних з'єднань. Експерти зі стандартизації повинні врахувати цілком практичні вимоги. Користувач повинен мати можливість витягнути роз'єм штекера з розетки, коли вона знаходиться під навантаженням, тобто коли пристрій працює. Коли мова йде про звичайні роз'єми змінного струму, все зрозуміло, але з напругою постійного струму необхідно переконатися, що розетка має нульовий потенціал при відімкненні й електрична дуга погашена. У випадку напруги змінного струму - про це піклується фізика. У випадку напруги постійного струму - потрібні технічні установки.

Спеціалісти Lapp вже думають щодо вимог для систем зв'язку та як їх можна перетворити в стандарти. В принципі, кабелі для напруги змінного струму також підходять для напруги постійного струму. Присутні знання про механічне старіння кабелів, особливо матеріал ізоляції, не можна в повній мірі застосувати до кабелів для напруги постійного струму. В результаті лабораторних випробувань професора Френка Бергера в TU Ilmenau у співпраці з Lapp Group, виявилось, що при постійному та при змінному струмі, електричні поля мають різний фізико-хімічний вплив на пластикову ізоляцію кабелю. Це може пришвидшити процес старіння ізоляції кабелю, тому проектувальники повинні знайти нові рішення. Крім того, ефективність ізоляційного матеріалу при різних температурах під постійним струмом також різна. Органи стандартизації, у свою чергу, також повинні проводити випробування на витривалість кабелю, не застосовуючи напруги. Випробування під постійним струмом, ймовірно, дасть хибні дані щодо процесу старіння кабелю. Ще потрібно дослідити чи є у випадку застосування напруги постійного струму, інші фактори, що можуть впливати, такі як навколишнє середовище, механічні впливи, наприклад, радіус вигину. І якою повинна бути тестова установка, що максимально реалістично відтворює ці фактори.

Кабелі для напруги постійного струму - не є абсолютно новими для Lapp. Компанія пропонує багато складних рішень для застосування в цій галузі. Одним із прикладів є асортимент продукції ÖLFLEX® SOLAR, кабелі для розподілу енергії на фотогальванічних установках. Іншим прикладом є, розроблені компанією Lapp Systems, зарядні системи для електричних та гібридних автомобілів, таких як Lapp HELIX, спіральний зарядний кабель, що сам скручується і на 40% легше аналогів. Рішення для e-mobility є однією з областей, що швидко зростають в рамках Lapp Group. Lapp також розробив інноваційний процес з’єднування фотоелектричних модулів, які також виробляють напругу постійного струму. Це з’єднування є водонепроникним, при цьому використовуються тонкі кабелі. Результат цього винаходу можна було спостерігати на виставці Expo 2015 у Мілані. 

Разом із системою ÖLFLEX DC 130H, Lapp має ще одне рішення - кабель для напруги постійного струму до 600 вольтів. Кольори основної ізоляції та жовті оболонки відповідають стандарту VDE.