Нагрузочные устройства используются при разработке нового и контроле качества уже произведенного Оборудования. С определенной периодичностью проводится проверка эксплуатируемого Оборудования в соответствии с утверждённой программой проведения испытаний и требованиями действующего законодательства. Нагрузочные устройства используются для настройки режимов работы, отладки автоматики и проверки срабатывания защит, с целью сбора параметров работы Оборудования под нагрузкой, проведения ресурсных испытаний, выявления неисправностей и дефектов, для внесения доработок в конструкцию Оборудования и контроля качества после его изготовления, проведенного ремонта и модернизации.

Часть испытаний Оборудования проводится без использования нагрузочных устройств и состоит в инструментальном измерении основных параметров работы Оборудования, часть из таких измерений проводится в условиях частичной имитации отдельных параметров работы Оборудования и проведения контрольных измерений до начала работы, во время имитации параметров и после ее окончания. В отдельных же случаях – чаще для мощного или потенциально опасного оборудования с длительным сроком эксплуатации и высоким уровнем требований к отказоустойчивости – такая проверка с имитацией части параметров не достаточна. Для подтверждения исправности Оборудования, настройки и отладки заданных режимов работы, проверки соответствия требуемому уровню качества, требуется обеспечить полноценную нагрузку испытуемого Оборудования на номинальных или повышенных параметрах, провести периодические, длительные, нагрузочные или ресурсные испытания.

Современные нагрузочные устройства позволяют обеспечить испытываемому Оборудованию высокий уровень безопасности и контроль качества выдаваемой электроэнергии, регулировать соотношение активной, реактивной и емкостной нагрузок, имеют возможность автоматически отключать подачу питания и выявлять неисправности Оборудования, обеспечивать точную настройку режимов работы Оборудования без риска повреждения другого подключенного к сети оборудования - из-за нештатной работы, конструктивных недостатков или дефектов качества испытуемого Оборудования. Использование нагрузочных устройств при проведении испытаний позволяет избежать опасности нанести ущерб инфраструктуре или подключенному в единую электросеть оборудованию вследствие заштатных режимов работы Оборудования при проведении его наладки и настройки режимов работы, что особенно актуально при проведении испытаний Оборудования на напряжение свыше 1000 В и для частотно-регулируемого Оборудования.

Одним из ярких примеров необходимости проведения нагрузочных испытаний является контроль качества и подготовка к работе аккумуляторов. Нагрузочное устройство, используемое при проведении испытаний, позволяет оценить: емкость аккумуляторной батареи, общее ее состояние, наличие дефектов (определение дефектов контактных групп и дефектов внутренней структуры), позволяет произвести "тренировку" аккумуляторной батареи для подготовки к длительной эксплуатации. Особенно это актуально для мощных батарей с высокими требованиями к обеспечению надежности, эксплуатируемых в составе морских и речных надводных и подводных судов и кораблей.

Нагрузочные устройства используются в составе сложного энергетического оборудования и турбоагрегатов как элемент противоаварийной защиты или как составной элемент Оборудования, обеспечивающий возможность резкого сброса и наброса нагрузки Оборудования - при необходимости на такое нагрузочное устройство можно сбросить часть или весь объем поступающей энергии и тем самым добиться стабильной безаварийной и плавной работы энергетического оборудования и турбин. Рассмотрим вариант применения нагрузочных устройств для поддержания постоянной нагрузки в силовой цепи - при эксплуатации мощного генератора с приводом от газовой турбины или двигателя внутреннего сгорания (ДВС), работающего в сети с одним устройством-потребителем соизмеримой мощности в качестве нагрузки. Прямое включение такой нагрузки к сети сопровождается недопустимой перегрузкой генератора и повышенным моментом силы на турбине или ДВС. При резком увеличении нагрузки снижается частота напряжения в сети вследствие падения оборотов двигателя или турбины под влиянием возросшей пусковой нагрузки. В такой ситуации, если турбина или ДВС не оборудованы дополнительными средствами защиты, или они неисправны, может возникнуть эффект помпажа газовой турбины, который способен вызвать ее разрушение, ДВС же от перегрузок может надолго выйти из строя или заглохнуть. Решается эта проблема чаще всего применением устройства плавного пуска. При резком отключении от сети нагрузки по мощности соизмеримой с мощностью генератора, вследствие резкого сброса нагрузки с вала газовой турбины, может произойти срыв плавного прохождения воздуха через компрессор. Ротор турбины и генератора обладают инерционностью и, если резко сбросить нагрузку, газовая турбина может уйти в разнос со значительным увеличением числа оборотов вала и достичь оборотов, вызывающих резонанс, что приведет к увеличению частоты напряжения в сети и выходу из строя турбины и подключенных в сеть чувствительных к повышенной частоте устройств. Увеличение и уменьшение частоты напряжения в сети одинаково способны создать аварийную ситуацию, что недопустимо. Решается проблема резкого сброса нагрузки включением в сеть на небольшое время дополнительного защитного элемента - нагрузочного устройства, которое плавно снижает мощность на валу генератора, предоставляя автоматике турбины время для корректировки режимов работы и плавного снижения оборотов. Как для плавного пуска, так и для плавного останова с использованием нагрузочного устройства достаточно от 10 секунд до несколько минут - в этот период времени через него проходит вся мощность заменяемой нагрузочным устройством полезной нагрузки. В описанной ситуации нагрузочное устройство буквально спасает дорогостоящее оборудование и позволяет продолжить работу без необходимости простоев на время перезапуска или ремонта, вызванных перегрузками.

Еще одним примером применения мощных нагрузочных устройств резистивного типа является применение их в качестве токоограничивающих резисторов в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. В таких случаях их называют "балластными" резисторами или токоограничивающими. Например, при пуске высоковольтного асинхронного двигателя с фазным ротором подключаются мощные нагрузочные устройства (резисторы) на период пуска в цепь ротора. При резком торможении больших инерционных механизмов, что наиболее часто встречается на транспорте, электродвигатели переходят в режим генератора - возникает необходимость выброса, сгенерированной электродвигателем избыточной электроэнергии. На помощь приходят нагрузочные устройства, которые, согласно применению, называют - тормозные резисторы. Назначение тормозного резистора - преобразовать в тепло энергию торможения поезда, крупного судна (корабля), массивных регулируемых турбогенераторных установок и турбокомпрессорных установок с электроприводом, конвейера или прокатного стана.

По назначению нагрузочные устройства могут быть могут быть: испытательные, защитные, балластные или тормозные. Нагрузочные устройства обычно имеют мощность от десятков киловатт до десятков мегаватт. Рабочее напряжение нагрузочных устройств высокой мощности лежит в широких диапазоне – от 380 В до 15000 В.

К современным нагрузочным устройствам предъявляется множество требований, однако в зависимости от назначения нагрузочного устройства они подразделяются на следующие основные типы:

• испытательное нагрузочное устройство (обычно мобильное) используемое в основном для проведения регламентированных законодательством периодических испытаний Оборудования, выявления неисправностей, при вводе в эксплуатацию нового Оборудования или Оборудования после проведенного ремонта (модернизации) на площадке размещения в рамках программы проведения испытаний или программы пуско-наладочных работ;
• нагрузочное устройство в составе электрического испытательного стенда, который используется при разработке новых видов Оборудования, испытаний уникального, мощного и потенциально опасного Оборудования, в том числе применяемого на объектах атомной отрасли, в судостроении, авиастроении и космической сфере;

• защитное нагрузочное устройство - выполняющее роль элемента защиты сложной системы Оборудования, размещаемое в его составе на постоянной основе на площадке эксплуатации такого Оборудования. Следует отметить, что защитное нагрузочное устройство в составе сложного Оборудования – это всего один из элементов обеспечения безопасности и отказоустойчивости системы в целом, который не должен иметь поражающих факторов и мешать нормальной эксплуатации, а также накладывать существенные ограничения на размещения Оборудования защиту которого он обеспечивает.

Основными требованиями, предъявляемыми к современному защитному нагрузочному устройству, являются:

• готовность принять на себя до 100% и более от номинальной мощности Оборудования;
• возможность оперативного регулирования потребляемой мощности плавно или ступенчато;
• низкий уровень издаваемого шума;
• не иметь поражающих и опасных производственных факторов, таких как оголенные элементы устройства под напряжением, раскаленные поверхности, потоки раскаленного воздуха;
• иметь высокий уровень надежности и отказоустойчивости;
• выдерживать длительные нагрузки на полную мощность, иметь высокий уровень готовности к принятию нагрузок в любой момент и иметь высокий уровень собственной теплоемкости для обеспечения продолжительного времени функционирования без активного охлаждения воздухом или водой на случай возникновения заштатных аварийных ситуаций.

Основные требования к нагрузочным устройствам, используемым для проведения нагрузочных испытаний:

• способность полностью повторять характеристики реальной нагрузки с целью смоделировать переходный процесс, и/или частотно-зависимое поведение источника питания(генератора)– устанавливать и точно поддерживать все требуемые параметры нагрузки, а также изменять мощность с требуемым шагом изменения (или плавно), включая возможность обеспечения резкого сброса или наброса нагрузки;
• воссоздать смоделированные потенциальные аварийные ситуации в реальной нагрузке в соответствии с программой испытаний, проверить реакцию источника питания и прочего подключенного оборудования на них – то есть обеспечивать проведение стресс-тестов Оборудования;
• для испытаний Оборудования общепромышленного назначения иметь средний уровень надежности и отказоустойчивости;
• для длительных и ресурсных испытаний уникального, мощного, специального Оборудования, включая судовое оборудование, авиационное оборудование, оборудование космической отрасли и оборудование атомной отрасли нагрузочные устройства должны иметь высокий уровень надежности и отказоустойчивости, и отсутствие опасных производственных и поражающих факторов.

При испытаниях энергетического оборудования, его наладке, чаще всего недостаточно простой имитации, к которой прибегают при наладке системы защит Оборудования - требуется полноценная активная нагрузка. Активная нагрузка потребляет активную энергию, которая создает полезную работу, формирует на валу генератора реальный момент сопротивления. Совместно с активной энергией существует реактивная энергия – это вид энергии, которая формирует реальный ток в электрической цепи, греет провода, размагничивает трансформаторы и генераторы, но при этом полезную работу не совершает. Иногда ее называют энергией обмена – реактивная энергия, не совершая полезной работы циркулирует между генератором и нагрузкой по кругу. Для создания реактивной нагрузки используется реактивное нагрузочное оборудование, а емкостное нагрузочное оборудование имитирует емкостную нагрузку. При формировании нагрузочным устройством аналога реальной нагрузки на генератор требуется потребитель как реактивной (в редких случаях емкостной), так и активной мощности. Сформировать потребитель реактивной или емкостной мощности не сложно. Для этого с давних пор применяют устройства с достаточно большой индуктивностью (L), способные выдерживать ток в десятки и сотни ампер –компенсирующие реакторы или дроссели. Реакторы или дроссели, обладая простой конструкцией, практически не требуют обслуживания, а также интенсивного охлаждения, так как такие устройства не совершают полезной работы и почти не греются, имеют кратно меньшие массо-габаритные характеристики и стоимость по сравнению с нагрузочными модулями, формирующим активную нагрузку сопоставимой мощности. В активной нагрузке вся потребленная энергия от генератора выделяется в виде тепла – от сотен киловатт до десятков мегаватт такая мощность выделяется, например при полноценных нагрузочных испытаниях энергетической установки крупного морского судна или стресс-теста электростанции. Весь объем образованного тепла необходимо либо «впитать» в собственную теплоемкость нагрузочного устройства либо отвести от него. Нагрузочных устройства с внушительной теплоемкостью обычно имеют соответствующие внушительные размеры, на практике высокая теплоемкость устройств нужна либо при использовании в качестве тормозного резистора с большими перерывами между циклами торможения, либо как средство, повышающее пассивную безопасность. Существует два основных способа отвода тепла от нагрузочных устройств – при помощи потока воздуха или воды.

На данный момент существует несколько основных способов сформировать активную нагрузку, при использовании любого из них процесс функционирования такого устройства неизбежно сопровождается совершением определенного количества полезной работы или выделением тепловой энергии. Преобразование энергии в тепло наиболее экономически оправданный, контролируемый и управляемый процесс, поэтому он используется в большинстве случаев. Таким образом, нагрузочные устройства активной мощности различаются в первую очередь способом утилизации тепла, которое выделяется в огромном количестве. Обычно это либо воздушное, либо водяное охлаждение.

Нагрузочное устройство воздушного охлаждения – наиболее распространенный и простой в изготовлении тип устройств формирования активной нагрузки. Такие устройства оптимальны там, где требуется мобильность и автономность работы. Нагрузочные устройства воздушного охлаждения оптимальны для проведения кратковременных и периодических испытаний, не требующих высокого уровня надежности и отказоустойчивости. Работа нагрузочного устройства воздушного охлаждения, формирующего мощную активную нагрузку, сопровождается потреблением для отвода тепла многих сотен, тысяч или даже миллионов кубических метров воздуха в час, так как удельная теплоемкость и теплопроводность воздуха сравнительно невелика. Такой объем требуемого для охлаждения воздуха приводит к необходимости строительства нагрузочных устройств титанических размеров, охлаждаемых естественной конвекцией воздуха - что в большинстве случаев экономически нецелесообразно, либо организацией принудительного обдува воздухом охлаждаемых резистивных элементов нагрузочного устройства, что сопровождается высоким уровнем шума от вентиляторов. Воздух на выходе из нагрузочного устройства воздушного охлаждения нагревается до 300-400С и выше — это влечет за собой необходимость обеспечения значительной зоны безопасности по направлению распространения раскаленных воздушных потоков, которые представляют собой источник повышенной опасности для жизни и здоровья людей, диких животных и птиц. Кроме того, потоки раскаленного воздуха является источником пожарной опасности, что накладывает ряд ограничений по размещению таких устройств. В воздухе, используемом для охлаждения нагрузочных устройств воздушного охлаждения, всегда присутствуют насекомые, пыль, пух и прочие загрязнители, которые попадая в механизмы вентиляторов или сгорая на раскаленных резистивных элементах, имеющих температуры до тысячи градусов, провоцируют выход из строя вентиляторов и замыкания между резистивными элементами, либо загрязнение резистивных элементов с уменьшением теплопроводности, вызывающим перегрев. Все вышеперечисленное при условии продолжительной работы без профилактической чистки, проверки и оперативного ремонта приводит к выходу из строя нагрузочного устройства воздушного охлаждения. Таким образом, нагрузочные устройства с воздушным охлаждением неизбежно занимают большой объем пространства и, как правило, находят применение при мощностях от несколько десятков киловатт до нескольких мегаватт на максимальное напряжение до 10,5 кВ. При напряжении свыше 1000 В в подавляющем большинстве нагрузочных устройств воздушного охлаждения установлен понижающий трансформатор на полную мощность устройства что увеличивает и так большую массу и габариты таких устройств, существенно повышая их стоимость.

Следует отметить, что для проведения испытаний постоянным током использование нагрузочных устройств воздушного охлаждения на напряжение свыше 2000 В становиться фактически невозможным по причине невозможности использования понижающих трансформаторов в звене постоянного тока и низкого уровня электрической прочности изоляции резистивных элементов типа ТЭН.

При мощности нагрузки в несколько мегаватт и тем более десятков мегаватт жидкостное (водяное) охлаждение имеет преимущества. Жидкостное охлаждение нагрузочных устройств обеспечивает компактность за счет многократно большей теплоемкости воды, имеющей к тому же на три порядка большую плотность и многократно большую собственную удельную теплоемкость и теплопроводность – что в совокупности обеспечивает высокий уровень надежности и отказоустойчивости, низкую шумность нагрузочного устройства. Но требует наличия источника жидкости (воды) или устройства для ее охлаждения: радиатор (АВО), градирня или иной способ охлаждения жидкости. Это обстоятельство накладывает самое существенное ограничение на применение такого способа отвода тепла.

Почему же резистивные нагрузочные устройства с жидкостным охлаждением, имея явные преимущества перед устройствами воздушного охлаждения, особенно при мощностях в мегаватты, не получили широкого распространения?

Действительно, когда речь идет о нагрузочном устройстве мощностью в несколько сотен киловатт и напряжению до 1000 В, альтернативу воздушным резисторам могут составить резистивные устройства жидкостного (водяного) охлаждения на базе трубчатых электронагревателей (ТЭН), которые имеют значительно меньшие габариты, вес и менее требовательны к размещению. Однако, конструкция ТЭН, имея максимальную прочность изоляции около 4,5 кВ, не позволяет применять их при напряжении более 1000–1500 В в соответствии с действующими нормативами по эксплуатации энергоустановок. До недавнего времени, при всем желании, у промышленности просто не было возможности создавать мощные высоковольтные резистивные устройства с прямым водяным охлаждением.

Специалисты Лира-С разработали и запатентовали в 2021 году технологию изготовления мощных водоохлаждаемых керамических резистивных элементов и резистивных модулей РБМВ (РБМВ-М) на их основе, способных работать при рабочем напряжении до 15 кВ, преобразуя в тепло электрическую энергию. Например, модуль РБМВ-1М с габаритными размерами не более ШхВхГ- 1200х2000х1200 мм и массе около 800 кг имеет единичную мощность до 2650 кВт и возможность ступенчатого регулирования с шагом мощности от 50 кВт. На основе таких модулей стало возможным создавать нагрузочные устройства активной мощностью на десятки и даже сотни мегаватт с прямым охлаждением любой жидкостью – чистой или загрязненной пресной или морской водой, различными видами гликолей и другими жидкостями. Резистивный модуль РБМВ-1М и нагрузочные устройства на его основе имеет ряд преимуществ:

универсальность - работают от переменного и постоянного тока, частота и форма кривой напряжения не оказывают на работу устройства никакого влияния. Резистивные модули успешно работают напрямую от нестабилизированного источника мощности, например, ветрогенератора или солнечной батареи;

рабочее напряжение в диапазоне от 380 В до 15 кВ постоянного и переменного тока;

электробезопасность - токоведущие части изолированы от нагреваемой жидкости и корпуса керамической изоляцией с прочностью изоляции более 35 кВ, не имеет открытых токоведущих частей. Способны выдерживать 4-кратные перегрузки продолжительностью до 5 секунд;

безопасность - не имеет в своем составе поддерживающих горение материалов (на 98% состоит из негорючих материалов), не выделяющих при эксплуатации ядовитые вещества. 

Впервые задача создания мощного нагрузочного устройства типа тормозной резистор, который способен кратковременно выдержать ток более 1000А при постоянном напряжении 7200В, возникла перед коллективом ООО "Лира-С" в 2018 году при совместной деятельности с Крыловским Государственным научным центром при реализации проекта 10510 (атомный ледокол Лидер), когда потребовалось преобразовать избыточную электроэнергию торможения в объеме 28 МДж в тепло за 3 с. в каждом резисторе. В результате проведенного НИОКР были сконструированы уникальные керамические резистивные элементы поглотители – которые совместили в одном устройстве такие качества как высокая электрическая прочность (до 80 кВ) и высокий уровень теплопроводности, способность выдержать большой импульс тока и многократные перегрузки. Выделение тепла при работе керамических поглотителей оказалось столь значительным, что потребовалось разработать новый способ отвода тепла от резистивной сборки во избежание разрушающего действия значительных тепловых градиентов по всей площади. Все наработки, полученные и апробированные при создании мощного высоковольтного водоохлаждаемого тормозного резистора для атомного ледокола, были реализованы в нагрузочном резистивном модуле РБМВ-М, эффективность которого была подтверждена в ходе эксплуатации и проведения длительного цикла испытаний на 40 МВт электрическом стенде Крыловского научного государственного центра. 

Конструктивно резистивный модуль РБМВ-М представляет собой резистивную сборку в корпусе, выполненном по типу кожухотрубного теплообменника. Корпус и более чем 200 трубок, в которые вставлены керамические резистивные элементы поглотители изготовлены из коррозиестойкой нержавеющей стали. Резистивные элементы-поглотители соединены последовательно-параллельно в группы в зависимости от условий эксплуатации и технических требований Заказчика по уровню напряжения, требуемому сопротивлению и количеству ступеней модуля. Резистивная сборка расположена в цилиндрическом корпусе со всеми необходимыми конструктивными решениями, призванными компенсировать разнородные тепловые расширения и гидроудары. Прочный, полностью сварной корпус РБМВ-1М конструктивно способен выдерживать давление до 200 атм. и исключает возможность протечки, не требует замены уплотнителей в течение всего срока службы. В модулях РБМВ-1М могут быть реализованы как трехфазные симметричные нагрузочные резисторы, так и однофазные гальванически не связанные резисторы. Таким образом, становится возможной управление мощностью нагрузки наиболее простым и надежным способом - подключением ступеней.

В конструкции РБМВ-М исключены гальванические пары (за исключением элементов анодной защиты), которая может быть реализована в особых случаях по требованию Заказчика. В отличие от кожухотрубных теплообменников, в РБМВ-1М задача охлаждающей жидкости - максимально равномерно охладить поглотители. Поэтому циркуляция потока охлаждающей жидкости внутри корпуса РБМВ-1М смоделирована и реализована оригинальным запатентованным способом. Элементы РБМВ-1М, при использовании для охлаждения морской воды, выполнены из специальной дуплексной стали с большим содержанием молибдена, что позволяет эксплуатировать модули РБМВ-М практически с любой охлаждающей жидкостью. Прямое охлаждение резистивных элементов любой доступной водой, очищенной от механических примесей или гликолями, открывает широкую перспективу для применения РБМВ-1М на морском, речном транспорте, в составе мощных испытательных стендов и в промышленном производстве. 

Современные нагрузочные устройства с воздушным охлаждением имеют существенное преимущество перед водоохлаждаемым нагрузочными устройствами в том, что им не требуется источник водоснабжения. Но, как всегда, бывает в инженерном деле и науке каждое принятое конструктивное решение имеет свою цену или оборотную сторону. Такой ценой для нагрузочного устройства воздушного охлаждения является:

• кратно большие по сравнению с водоохлаждаемым нагрузочным устройством сопоставимой активной мощности габаритные размеры и массу, что обусловлено законами физики - на три порядка меньшей плотностью воздуха и многократно меньшей удельной теплоемкостью и теплопроводностью по сравнению с водой. Большая масса и габаритные размеры увеличивают материалоемкость и стоимость таких устройств и накладывает ограничения на размещение, что в большинстве случаев при высоком уровне рассеиваемой мощности делает затруднительным их размещение на водном транспорте;
• высокая температура выдуваемого раскаленного воздуха является опасным производственным и поражающих фактором, потенциальным источником возникновения пожаров и представляет угрозу для жизни и здоровья производственного персонала, животных и птиц, что накладывает существенные ограничения на размещение в соответствии с действующим законодательством в сфере пожарной безопасности, санитарными нормами и требованиями законодательства в сфере охраны окружающей среды;
• высокий уровень шума работающих вентиляторов накладывает ограничения по размещению в соответствии с санитарными нормами и правилами;
• низкий уровень пассивной безопасности - полный выход из строя или автоматическое отключение в течение нескольких секунд при подаче нагрузки и отсутствии питания на вентиляторах - вследствие низкого уровня собственной теплоемкости, обусловленный отсутствием в составе емкостей, наполненных одним из самых теплоемких веществ на планете – водой;
• необходимость использования понижающих трансформаторов при напряжении свыше 2000 В, что увеличивает габариты и стоимость таких устройств;
• необходимость регулярной чистки резистивных элементов и обслуживания вентиляторов или установки высокопроизводительных фильтров на большой расход воздуха, тоже в свою очередь требующих чистки и регулярного обслуживания;
• практическую невозможность использования в звене постоянного тока при напряжении свыше 2000 В;
• значительно меньшее время наработки на отказ резистивных элементов обусловленных существенно большим нагревом, менее интенсивным охлаждением, вызванным меньшей теплоемкостью и теплопроводностью воздуха по сравнению с водой и большим градиентом (перепадом) температур между температурой охлаждаемого резистивного элемента и температурой воздуха по сравнению с таким перепадом температур между резистивными элементами и водой в нагрузочном устройстве с водным охлаждением. 

Оптимальными сферами применения для нагрузочных устройств воздушного охлаждения с точки зрения их технико-экономических показателей и удобства использования являются:

• проведения непродолжительных регулярных, периодических и нагрузочных испытаний устройств переменного тока на напряжение не выше 2000В, либо до 10 кВ с использованием понижающих трансформаторов. Из-за вышеперечисленных особенностей конструкции требуется чистка, проверки работоспособности и проведение оперативного ремонта после окончания каждого испытания;
• использования в качестве защитного устройства на переменное напряжение до 10 кВ в местах, где полностью отсутствует доступ к источнику водоснабжения. 

Современные нагрузочные устройства с водяным (жидкостным) охлаждением производства Лира-С с модулями РБМВ-М, формирующими активную составляющую нагрузки, имеют ряд существенных преимуществ перед нагрузочными устройствами воздушного охлаждения:

• кратно меньшие по сравнению с нагрузочным устройством воздушного охлаждения сопоставимой активной мощности габаритные размеры и массу, что обусловлено законами физики - на три порядка большей плотностью воды и многократно большей удельной теплоемкостью и теплопроводностью по сравнению с воздухом. Меньшая масса и габаритные размеры уменьшают материалоемкость и стоимость таких устройств и позволяет разместить такие устройства в ограниченном пространстве, в большинстве случаев оправдано применение водоохлаждаемых нагрузочных устройств на крупном транспорте с мощными электроприводами;
• отсутствие опасных производственных и поражающих факторов, выбросов в атмосферу и загрязнений в сбрасываемой нагретой воде (при сбросе в природный водоем нагретая вода разбавляется до приемлемых температур для обеспечения отсутствия негативного воздействия на окружающую среду), водоохлаждаемые нагрузочные устройства не относятся к опасным промышленным объектам, что обуславливает отсутствие ограничений на размещение в соответствии с действующим законодательством в сфере промышленной безопасности, пожарной безопасности, санитарных норм и правил, законодательства в сфере охраны окружающей среды;
• минимальный уровень шума от работы питательных насосов не накладывает ограничений по размещению в соответствии с санитарными нормами и правилами;
• повышенный уровень пассивной безопасности – гарантируется работоспособность до нескольких минут при подаче нагрузки и отсутствии питания на циркуляционных насосах–за счет высокого уровня собственной теплоемкости, обеспеченных значительной массой воды в теплообменных резистивных модулях, которая является одним из самых теплоемких веществ на планете;
• возможность работы на постоянном и переменном токе и напряжении до 15000 В без использования понижающих трансформаторов, частота и форма кривой напряжения не оказывают на работу нагрузочного устройства никакого влияния. Водоохлаждаемые нагрузочные устройства способны успешно работать напрямую от нестабилизированного источника мощности, например, ветрогенератора или солнечной батареи;
• объем работ по техническому обслуживанию крайне незначительный и в большинстве случаев не требует вывода нагрузочного устройства из эксплуатации, промывка гидравлических систем требуется не чаще двух раз в год;
• возможность использования в звене постоянного тока при напряжении до 15000 В;
• значительно увеличенное время наработки на отказ (повышенная надежность) резистивных элементов обусловленное многократно меньшим нагревом по сравнению с воздушным охлаждением, вследствие интенсивного охлаждения, вызванного кратно большей теплоемкостью и теплопроводностью воды по сравнению с воздухом и меньшим градиентом (перепадом) температур между температурой охлаждаемого резистивного элемента и температурой воды;
• технология Лира-С обеспечивает возможность создания нагрузочных устройств мощностью в сотни мегаватт. 

Оптимальными сферами применения для нагрузочных устройств водяного охлаждения производства Лира-С с точки зрения их технико-экономических показателей и удобства использования являются:

• проведения длительных периодических и нагрузочных испытаний, ресурсных испытаний Оборудования переменного и постоянного тока на напряжение от 380 В до 15000 В без необходимости обслуживания, промывки и оперативного ремонта после окончания каждого испытания;
• использования в качестве постоянно подключенного защитного устройства в составе Оборудования на постоянный и переменный ток напряжением до 15 кВ в местах, где имеется доступ к любому источнику водоснабжения.

Нагрузочные устройства отличаются по принципу действия и имеют свои достоинства и недостатки.

Принцип действия основан на прямом нагреве воды путем протекания тока непосредственно через воду. Чаще всего в литературе упоминание о них можно встретить под названием "солевой реостат". Устройства с очень простой конструкцией, достаточно компактные, их возможно изготовить на рабочее напряжение до 10 кВ и на единичную мощность до нескольких мегаватт, может работать при постоянном и переменном токе, позволяет плавно регулировать сопротивление путем простого поднятия электродов из электролита. Однако, их эксплуатация сопряжена с множеством сложностей. Невозможно организовать прямое охлаждение водой, поскольку устройство может работать только с электролитом со строго определенной концентрацией соли. Морская вода слишком электропроводная, а пресная – недостаточно электропроводна для безопасной работы такого типа устройства. Отведение тепла возможно только через теплообменник, что сложно и дорого. Поэтому чаще всего нагрузочные устройства такого типа используют кратковременно, пока не нагреются, и затем делают продолжительную паузу для их остывания. Из-за описанного неудобства, а также из-за опасности взрыва вследствие выделения газов из-за неизбежных процессов электролиза, ионные нагрузочные устройства широкого распространения не получили.

Принцип действия основан на нагреве магнитного материала в переменном магнитном поле за счет вихревых токов. Основным достоинством данного метода преобразования электроэнергии в тепло является отсутствие какой-либо гальванической связи между нагреваемым объектом (стальным сердечником) и токоведущими частями, находящимися под напряжением. Достаточно легко организовать отвод тепла от нагрузочного устройства с индукционным принципом работы. Для этого необходимо разметить стальной сердечник в какую-либо жидкость: сердечник будет разогреваться и отдавать тепло окружающей его среде (например, воде). В роли сердечника может выступать даже отрезок стальной трубы. Очень удобный способ, но есть свои недостатки. Для работы индукционного нагрузочного устройства необходим переменный ток. При работе в сети с частотой напряжения 50 Гц индукционное нагрузочное устройство имеет удельную массу до 10 кг на 1 кВт установленной мощности, что накладывает некоторое ограничение на практическое применение (чаще всего, это несколько сотен кВт). Для уменьшения массы устройства требуется повышать его рабочую частоту, что делается при помощи полупроводникового преобразователя частоты, стоимость которого крайне велика и растет по экспоненте с ростом мощности ПЧ. Если нагрузочное устройство требуется для работы в сети с постоянным током, то индукционное нагрузочное устройство также должно иметь в своем составе преобразователь частоты. Преобразователь частоты позволяет точно управлять процессом преобразования электрической энергии и точно формировать заданную нагрузку, при этом стоимость и сложность его эксплуатации чрезвычайно велики.

Резистивное нагрузочное устройство с водяным охлаждением не создает шума от вентиляторов, значительно компактнее и занимает значительно меньше места и его возможно разместить в закрытом помещении или закрытом контейнере, в непосредственной близости к людям, не имеет ограничений по размещению и не создает защитную зону отчуждения, включая санитарно-защитную зону.