W nowoczesnych podstacjach dokładny projekt systemu zasilania wymaga jasnego zrozumienia obciążeń chwilowych (przejściowych) i tego, jak wpływają one na rozmiar sprzętu, szczególnie w przypadku ładowarek akumulatorów w systemach DC. W tym artykule omówiono koncepcję obciążeń przejściowych, ich implikacje i sposób prawidłowego obliczania pojemności ładowarki w takich warunkach.

1. Czym jest obciążenie chwilowe (przejściowe)?

Obciążenie przejściowe odnosi się do krótkotrwałego zdarzenia o dużym zapotrzebowaniu na moc, które trwa zazwyczaj od kilku milisekund do kilku sekund. Obciążenia te charakteryzują się:

(1) Prąd lub moc o dużej amplitudzie

(2)Krótki czas trwania

(3)Nieprzewidywalny czas

Typowe przykłady:

Prądy rozruchowe podczas rozruchu silnika lub zasilania transformatora (do 5–10× prądu znamionowego)

Przełączanie przepięć z maszyn spawalniczych lub urządzeń indukcyjnych o wysokiej częstotliwości

Zdarzenia awaryjne, takie jak uderzenia piorunów lub zwarcia, powodujące krótkie, ale intensywne skoki obciążenia

2. Dlaczego obciążenia przejściowe są ważne?

(a) Wpływ na urządzenia elektryczne

Elementy elektryczne, takie jak wyłączniki, transformatory i kable, muszą być odpowiednio dobrane pod kątem wytrzymałości:

Prądy szczytowe wytrzymywane

Naprężenie cieplne podczas udarów:
Niedopełnienie tego obowiązku może spowodować uszkodzenie izolacji, przegrzanie lub awarię sprzętu.

(b) Wyzwania dla urządzeń ochronnych

Przekaźniki ochronne mogą błędnie interpretować obciążenia przejściowe jako warunki awarii. Ważne jest, aby:

Ustaw odpowiednie progi ochrony

Rozróżniaj normalne stany przejściowe i rzeczywiste usterki

3. Jak obliczyć pojemność ładowarki (systemy DC podstacji)

Scenariusz:

Ładowarka dostarcza zasilanie do systemu DC, który obsługuje baterie, ochronę sterowania i obciążenia awaryjne. Prawidłowe rozmiary muszą uwzględniać:

Zapotrzebowanie na ładowanie akumulatora

Obciążenia prądu stałego w stanie ustalonym

Potencjalne obciążenia przejściowe (chwilowe)

4. Obliczenia krok po kroku

(a) Określ prąd ładowania

W przypadku akumulatorów litowych i kwasowo-ołowiowych ładowanie stałym prądem wynosi zazwyczaj 0,1C–0,2C, gdzie C to znamionowa pojemność (Ah).

Przykład:
Pojemność akumulatora = 200Ah
Prąd ładowania = 0,1C = 20A

(b) Oblicz moc ładowania

Napięcie ładowania = 2,35 V/ogniwo × 110 ogniw = 258,5 V
Moc ładowania = 20 A × 258,5 V = 5,17 kW

(c) Dodaj inne obciążenia

Obciążenie w stanie ustalonym: np. urządzenia sterujące/zabezpieczające ≈ 1 kW

Obciążenie przejściowe: np. zamknięcie wyłącznika ≈ 3 kW (krótkotrwałe)

(d) Uwzględnij margines wydajności i bezpieczeństwa

Sprawność ładowarki (η): typowo 85%

Współczynnik marży: zwykle 20–30%

5. Wzór końcowy

P _rumak =P _ładowanie +P _{ładunek regularny} +P _{obciążenie przejściowe /} η ×(1+margines)

6. Przykładowe obliczenia

Przypadek A: Ładowanie i obciążenie przejściowe nie nakładają się

Moc ładowania = 5,2 kW

Obciążenie standardowe = 1 kW

Obciążenie przejściowe = wyłączone

P=(5,2+1)×1,2/0,85≈8,75 kW⇒wybierz ładowarkę 10 kW

Przypadek B: ładowanie i obciążenie przejściowe występują jednocześnie (najgorszy scenariusz)

Obciążenie przejściowe = 3 kW wliczone

P=(5,2+1+3)×1,2/0,85≈13,06 kW⇒wybierz ładowarkę 15 kW

Wniosek

Projektowanie dla przejściowych warunków obciążenia jest niezbędne do zapewnienia niezawodności podstacji. Niedoszacowanie szczytowych wymagań może prowadzić do awarii sprzętu i przestoju systemu. Podczas obliczania pojemności ładowarki zawsze należy wziąć pod uwagę:

Wymagania dotyczące ładowania akumulatora

Nakładanie się obciążenia w stanie ustalonym i przejściowym

Marginesy wydajności i bezpieczeństwa

Biorąc pod uwagę powyższe, możesz mieć pewność, że Twoje systemy zasilania prądem stałym działają bezpiecznie, wydajnie i niezawodnie — nawet podczas chwilowych przepięć.