Бесперебойное электроснабжение

За последние годы широкое распространение получили гибридно-пленочные микросхемы с высокой степенью интеграции, часто в бескорпусном исполнении (микросборки). Они называются большими гибридными интегральными схемами — (БГИС). Активные элементы таких микросхем выполняют в виде бескорпусных ИМС, каждая из которых может объединить до нескольких сотен транзисторных структур.

* Гибридная ИМС, показанная на 13.3, содержит нанесенные на стеклянную или керамическую подложку пленочные проводники, пленочный резистор и конденсатор, а также диод и транзистор в бескорпусном исполнении.

Минимальная наработка до отказа должна составлять 10 000 ч, срок хранения ИМС в корпусном исполнении— не менее 6 лет, в бескорпусном исполнении в герметичной упаковке — не менее 2 лет.

Механическую прочность выводов определяют проведением испытаний на многократные изгибы и растяжения. В бескорпусном исполнении гибкие выводы также подвергают испытаниям на изгиб и растяжение, жесткие выводы — на сдвиг, балочные — на изгиб и растяжение. Количество изгибов, величину усилия и время действия усилия на растяжение устанавливают для каждого типа ИМС в нормативно-технической документации.

Материалом для изготовления светочувствительного слоя фоторезистора , служит сернистый свинец, сульфид кадмия и селенид кадмия. Такой материал в виде фото-резистивного слоя наносят на диэлектрическое основание (подложку) из стекла. Для защиты от влаги светочувствительный слой покрывают прозрачным лаком. Подложку с полупроводниковым слоем помещают в металлический или пластмассовый корпус, имеющий окошко для прохождения светового потока. Фоторезисторы для микромодульных схем выпускают в бескорпусном исполнении. На 2.26, а показана общая конструкция

В качестве источников света используют миниатюрные лампочки накаливания и газоразрядные лампочки, однако в большей степени электролюминесцентные конденсаторы и светодиоды, выпускаемые в бескорпусном исполнении, а также в виде интегральных матриц с высокой плотностью упаковки. Наибольшее распространение в качестве фотоприемников получили в настоящее время фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры, сопротивления которых изменяются с освещенностью, а для их изготовления могут быть использованы методы интегральной технологии. Открытые оптические каналы, т. е. просто воздушные зазоры между источником света и фотоприемником, применяются редко. Чаще в качестве оптической среды используются твердые иммерсионные среды: полимерные органические соединения, халкогенидные стекла, стекловолоконные световоды. Последние обладают наиболее высокими изоляционными свойствами. Оптроны с гибкими стекло-волоконными световодами по своему назначению аналогичны коротким линиям фотонной связи.

Активные компоненты. В качестве активных компонентов гибридных ИМС применяются дискретные полупроводниковые диоды, транзисторы, тиристоры, полупроводниковые ИМС, ГИМС чаще в бескорпусном исполнении. Используя эти компоненты, особенно ИМС, можно гибко решать ряд сложных инженерных задач по созданию нетиповых функциональных узлов, применяемых в радиоэлектронной аппаратуре. При этом для достижения оптимальных электрических параметров на одной подложке гибридной ИМС можно совмещать активные компоненты, выполненные по разным технологиям: биполярной, МОП и т. д. Использование дискретных активных компонентов позволяет в ряде случаев создать образцы силовых гибридных ИМС, что представляет серьезные трудности на современном этапе при совместном изготовлении маломощных и мощных активных элементов на одном кристалле в виде полупроводниковой ИМС. Проводники и контактные площадки. Объединение пленочных пассивных элементов и навесных компонентов в гибридную ИМС осуществляется пленочными проводниками и контактными площадками. Такие элементы

новки и надежность; стоимость в этом случае играет второстепенную роль. Для бортовой аппаратуры используют ИС в микрокорпусах либо в бескорпусном исполнении, для размещения которых требуются МПП из стеклотекстолита, полиимидной пленки, керамики, выполненные по третьему классу плотности и выше (аддитивные и полуаддитивные методы). Основания из металла используют для теплонапряженных плат (источников питания) и когда надо обеспечить высокую механическую прочность или сложную форму. На выбор материала основания влияет частотный диапазон сигналов. Для плат, работающих в диапазоне ВЧ, выбирают материал с малыми значениями е и tg5 (стеклотекстолит, фторопласт, гетинакс, текстолит), а для плат, работающих в диапазоне СВЧ,— материалы с большим значением е (что позволяет уменьшить размеры плат) и малыми потерями (ситалл, поликор, керамика 22ХС, оксид бериллия ВеО, брокерит Ве2О4, фюлыированные диэлектрики на основе фторопласта или смесей органической связки с неорганическими наполнителями, имеющими Б « 10).

Наибольшее распространение получили гибридные СВЧ-ИМС в диапазоне частот от 1 до 15 ГГц, изготовляемые на диэлектрических или ферритовых подложках. Пассивные элементы образуют осаждением тонких или толстых пленок, а активные (в корпусном или бескорпусном исполнении) крепят к подложке и присоединяют к пассивной части схемы.

В качестве активных элементов СВЧ-ИМС могут служить полупроводниковые приборы СВЧ, выполняющие при низких уровнях мощности все основные радиотехнические функции. Эти приборы в бескорпусном исполнении малы (объем не превышает долей кубического миллиметра) и хорошо вписываются в гибридные микросхемы. В гибридных СВЧ-ИМС уже применяются СВЧ-усилители на транзисторах, генераторы на транзисторных цепочках, лавинно-пролетных диодах и диодах Ганна, переключатели и фазовращатели на диодах p-i-n- и р-л-типов, смесители на диодах с барьером Шотки и т. д.

Промышленное освоение МС стало возможным благодаря решению применять полуфабрикаты ИС в бескорпусном исполнении. Вскоре бескорпусные ИС, транзисторы, диоды, конденсаторы вошли в каталоги централизованно поставляемой элементной базы, причем часть полупроводниковых устройств стала поступать на сборку в виде неразрезанных полупроводниковых пластин, содержащих десятки и сотни готовых элементов. В последнем, наиболее эффективном варианте трудным оказалось распределение ответственности за качество элементной базы между поставщиком и потребителем, потому что передача потребителю операций разделения пластин, подсоединения выводов и защиты от окружа-щей среды вносила неопределенность в этот воп Разработка новых методов контроля, прогрессивных технологических, сборочных приспособлений и регламентирующих документов позволила преодолеть указанную трудность.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются при преобладании электроприемников I и II категорий, бесперебойное электроснабжение которых необ-ходимо по требованиям технологического процесса производства или для устранения опасностей для жизни людей, а также в энергоемких цехах предприятий при большой удельной плотности нагрузки4 5уд (достигающей 4 кВ-А/м2 и более).

Указанная схема позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей электроэнергии предприятия, при этом в нормальном режиме оба трансформатора находятся в работе. В аварийной ситуации при снятии напряжения с ввода /, если не будет восстановлено напряжение в течение 3—5 с, включается

бесперебойное электроснабжение потребителей как по количеству электроэнергии, так и мощности;

Надежность — свойство электроустановки, участка электрической сети или энергосистемы в целом обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей электроэнергией нормированного качества. Повреждение оборудования в любой части схемы по возможности не должно нарушать электроснабжение, выдачу электроэнергии в энергосистему, транзит мощности через шины. Надежность схемы должна соответствовать характеру (категории) потребителей, получающих питание от данной электроустановки.

в работе генераторы могут обеспечить бесперебойное электроснабжение наиболее ответственных нагрузок. Во-вторых, при параллельной работе можно в случае снижения нагрузки (например, в ночное время или в выходные дни) отключать часть генераторов, что повышает экономичность эксплуатации энергетических установок.

Число трансформаторов определяется требованиями надежности электроснабжения. С этих позиций наилучшим является вариант с установкой двух трансформаторов, обеспечивающий практически бесперебойное электроснабжение предприятия или цеха. На 6-1 приведена схема с установкой одного и двух трансформаторов. На 6-2 даны схемы их замещения. В схеме на рис 6-2 изображены элементы непи (с одним и двумя трансформаторами), соединенные последовательно: шинный разъединитель, выключатель на стороне высшего напряжения, трансформатор, выключатель на стороне низшего напряжения или автомат и разъединитель или штепсельный разъем на стороне низшего напряжения.

практически бесперебойное электроснабжение предприятия или цеха. На 3-16 приведены схемы с установкой одного и двух трансформаторов. На 4-20 даны схемы их замещения. В схеме на 4-20

Всеми мерами преследовалась одна цель — обеспечить надежную работу энергетических систем и бесперебойное электроснабжение потребителей.

В существующей практике проектирования и эксплуатации ЭЭС преимущественно используются опосредованные нормативы [80]. Нормативное значение показателя надежности системы (вероятность отсутствия любого дефицита мощности в часы максимальной нагрузки системы) находит применение в качестве вспомогательного показателя для выбора величины резервов мощности в концентрированных узлах ЭЭС при проектных проработках вариантов ее развития [81, 82]. Кроме того, сформированные варианты проверяются на способность обеспечивать бесперебойное электроснабжение при выходе из строя (или выводе в ремонт) любого наиболее крупного элемента системы, а также обеспечивать уровень функционирования не ниже заданного при более тяжелых режимах [81, 82]*. В системах газо-, нефте-, теплоснабжения и ЭК в целом прямые нормативы надежности в настоящее время отсутствуют.

При указанном увеличении пропускной способности связи НГК — Урал обеспечивает бесперебойное электроснабжение потребителей НГК и при отказах на связи НГК — Сибирь. Такие же результаты получены и при переносе электрических станций мощностью 10 ГВт с Урала в зону НГК. Необходимая пропускная способность связи НГК — Урал при этом соответствует 7—8 ГВт. Последняя, очевидно, может быть выполнена одноцепной. В этом варианте отказы элементов схемы внешнего электроснабжения не будут приводить к нарушению электроснабжения потребителей НГК. Расчеты свидетельствуют о том, что за счет повышения пропускной способности связи НГК с объединением Урала можно обеспечить надежное электроснабжение потребителей НГК и при получении значительной доли электроэнергии от внешних источников.

Все проведенные расчеты были выполнены при замещении НГК одним узлом. Такое допущение требует проверки, так как территория, охватываемая системой, простирается с севера на юг и с запада на восток на 600—700 км. Поэтому было проведено дополнительное исследование при моделировании узла НГК с шестью узлами (на 8.8, узлы 6—11). Результаты расчета переходного процесса при отказах линий связей с ГЭС и с Сибирью представлены соответственно на 8.9 и 8. 10. Они свидетельствуют о том, что при принятых в расчете пропускных способностях связей между узлами в НГК обеспечиваются устойчивость системы, а следовательно, и бесперебойное электроснабжение потребителей. На 8.10 обращает на себя внимание колебание узлов по связям 7—10 и 10—11. Оно обусловлено малой инерционностью узла 10 вследствие отсутствия в нем собственных электростанций. В этом узле должны быть