Разделы
ИБП AC SOHO (230В) (24)
ИБП AC Power (400В) (339)
Опции к ИБП AC (356)
Распределение питания (29)
Батареи для ИБП (55)
Полный список товаров
Производители
AEG Power Solutions
APC
BB Battery
CSB
Delta Energy Systems
Eaton
Emerson Network Power
EnerSys AD
Exide Technologies
Fiamm
GE
NorthStar
Panasonic
Power Battery Company, Inc..
Riello UPS
Tripp-lite
Yuasa
Статьи
Новые статьи (0)
Тестирования
ИБП (10)
ЦОД (5)
Последние новости
RSS-канал новостей  RSS-канал новостей
Валюта
"Коренной и пристяжной" - о совместной работе ДГУ и ИБП
Автор: Оксана Кузьмина
Статья компании: ООО «Агентство Интермедиа»

Сегодня все большее число ответственных потребите­лей электроэнергии — теле­коммуникационное и ком­пьютерное оборудование, электрооборудование бан­ков, медицинских центров, диспет­черских служб и т.п. — получает пи­тание от систем бесперебойного эле­ктроснабжения (СБЭ).

Самое широкое распростране­ние получили СБЭ централизован­ной и многоуровневой структур. Первые имеют мощный источник бесперебойного питания (ИБП), к которому подключается критичес­кая нагрузка. Во вторых критичес­кая нагрузка подключается как к централизованному ИБП, так и к источникам младшего уровня. В ка­честве резервных источников элек­троэнергии в таких СБЭ, помимо аккумуляторных батарей, все чаще используются дизель-генераторные установки (ДГУ).

Однако иногда довольно сложно убедить клиента в необходимости установить в СБЭ резервный гене­ратор. Альтернативой ему обычно выступают аккумуляторные бата­реи. Производство аккумуляторов хорошо освоено промышленнос­тью; надежные и простые в обслу­живании, они давно и успешно экс­плуатируются.

Вместе с тем, если говорить о мощных системах, работающих при длительных пропаданиях основной сети, становятся заметными и недо­статки аккумуляторных батарей. Главные из них — значительное вре­мя заряда батарей, во время которо­го критическая нагрузка остается фактически без резервного источ­ника электроэнергии; сравнитель­но небольшой срок службы; слож­ности с утилизацией использован­ных аккумуляторов и их высокая стоимость. Все перечисленное оп­ределило рост интереса проекти­ровщиков и потребителей «чистого электропитания» к автономным ге­нераторам.

 

Среди автономных генераторов наибольшей популярностью поль­зуются дизель-генераторные уста­новки. Они универсальны, надеж­ны, долговечны, давно применяют­ся в народном хозяйстве.

И сегодня мощные СБЭ, как пра­вило, включают в себя и ИБП с ак­кумуляторными батареями, и ДГУ.

При питании нагрузки от основной сети или генератора ИБП повыша­ет качество потребляемой электро­энергии: устраняются нестабиль­ность напряжения, отклонения час­тоты, высокочастотные помехи и т.п. (рис. 1а). При кратковременном отключении питания ИБП снабжа­ет нагрузку электроэнергией, запа­сенной в аккумуляторных батареях (рис. 16). При длительном пропада­нии напряжения нагрузка переклю­чается с батареи на резервный гене­ратор (рис. 1в), причем на время пу­ска генератора она остается подклю­ченной к батарее.

 

Рис. 1А. Электропитание нагрузки при различных состояниях сети. Питание ИБП от сети (нормальный режим)

Рис. 1Б. Электропитание нагрузки при различных состояниях сети. Питание ИБП от батарей (при кратковременном пропадании сети)

 

Рис. 1В. Электропитание нагрузки при различных состояниях сети. Питание ИБП от генератора (при длительном пропадании сети)

 

СБЭ в составе работающей ДГУ, ИБП и ответственной нагрузки представляет собой автономную энергетическую систему. Элементы этой системы взаимно влияют друг на друга, и это несколько усложня­ет анализ и выбор как всей СБЭ, так и отдельных ее звеньев. Наиболее часто обсуждаемая проблема — вы­бор мощности ДГУ при известной мощности источника бесперебой­ного питания.

 

Проблема согласования

Проблему согласования мощно­стей ИБП и ДГУ, на наш взгляд, нужно разделить на две. Одна из них наиболее резко проявляется в момент подключения ИБП к генера­тору, другая — в установившемся ре­жиме работы ИБП от генератора.

Рассмотрим процесс подключе­ния нагрузки к генератору несколь­ко подробнее.

Для начала вспомним, что наи­более важными характеристиками ИБП являются так называемые «ди­апазон напряжения без перехода на батареи» и «диапазон частот без перехода на батареи» — условия, при которых ИБП работает в ре­жиме On-Line, не переходя на бата­рею. Этот диапазон у большинства производителей определен как UНОМ(+10/-15%) и fНОМ (±10%). Ука­занные характеристики могут сыг­рать большую роль при переводе ИБП на генератор, и вот почему: при «набросе» нагрузки наблюда­ются значительные динамические изменения выходного напряжения генератора и частоты приводного двигателя.

На рис. 2 показано, как изменяется напряжение на выходе генератора при «набросе» нагрузки. График описывает поведение генератора NEWAGE Stamford HCI 434D) мощностью 295 кВА. Видно, что при подключении нагрузки (295 кВА) напряжение изменяется на 15%. Хочу подчеркнуть, что речь идет именно о резком скачкообразном изменении напряжения, вызванном подключением нагрузки. Несмотря на то, что дизель-генераторы комплектуются автоматическими регуляторами, стабилизирующими напряжение в установившемся режиме на уровне ±0,5 или ±1,5%, при под­ключении нагрузки неизбежные «просадки» составляют 15—20% от номинального значения. Итак, при «набросе» нагрузки напряжение или частота генератора могут вый­ти за допустимые пределы. ИБП воспримет это как пропадание сети и перейдет на батарею. Генератор окажется в режиме электрического холостого хода и через некоторое время восстановит номинальное напряжение и частоту. ИБП, вос­приняв это как появление сети, вновь перейдет с батареи на гене­ратор. Подключение нагрузки опять вызовет «просадку» напря­жения и частоты генератора — и цикл повторится. Автору известны случаи, когда совместная работа ДГУ и ИБП ограничивалась только такими непрерывными подключе­ниями и отключениями, вследст­вие чего батареи были полностью разряжены и критическая нагрузка потеряна.

 

Рис. 2. Зависимость напряжения на выходе генератора при «набросе» нагрузки

 

Решить эту проблему можно дву­мя путями: завысить мощность ДГУ или использовать ИБП с плавным переключением нагрузки с батареи на сеть. Процедура плавного перево­да нагрузки, в частности, реализова­на в ИБП компании General Electric Digital Energy IMV серий SitePro и Image.

 

О влияниях ИБП на сеть

Мы рассмотрели процессы и эф­фекты, возникающие при подключе­нии мощного ИБП к генератору. До­пустим, нам удалось обеспечить включение ДГУ на ИБП. При их сов­местной работе на передний план выступает проблема, вызванная на­личием в ИБП выпрямителя. Им­пульсные схемы выпрямителей ИБП служат причиной искажения вход­ных токов. На рис. 3 и 4 показана форма входных токов, характерная для 6-пульсных и 12-пульсных тири­сторных выпрямителей. Как видно, при 12-пульсном выпрямителе фор­ма тока несколько ближе к синусои­де, чем при 6-пульсной схеме.

 

Рис. 3. Форма входных токов, характерная для 6-пульсных тиристорных выпрямителей

Рис. 4. Форма входных токов, характерная для 12-пульсных тиристорных выпрямителей

 

Несинусоидальные токи, замы­каясь по обмоткам автономного ге­нератора, вызывают дополнитель­ные потери мощности в «стали» и «меди» генератора, а значит, сни­жают величину мощности, отдава­емой в нагрузку. Влияние нелиней­ных токов на ДГУ этим не исчерпы­вается. Несинусоидальные токи якоря, участвуя в создании магнит­ного поля машины, приводят к ис­кажению синусоидальности выход­ного напряжения ДГУ. Хотя неси­нусоидальное напряжение и не ока­жет влияния на ответственную на­грузку, защищенную ИБП, оно часто приводит к повреждению или отказу других потребителей, под­ключенных непосредственно к ДГУ. Кроме того, сильное несину­соидальное напряжение иногда слу­жит причиной некорректной рабо­ты автоматического регулятора на­пряжения и вызывает аварийные остановки ДГУ. Коэффициент несинусоидальности выходного на­пряжения автономного синхронно­го генератора не должен быть выше 8—10%.

Предотвратить дефицит мощно­сти, отводимой в нагрузку, перегрев генератора и искажение синусоидаль­ности выходного напряжения ДГУ можно путем выбора устройства с большей номинальной мощностью.

 

Правила подбора ДГУ

Существуют вполне определен­ные рекомендации по выбору мощ­ности ДГУ при известной мощнос­ти ИБП, которые учитывают нели­нейность токов, допустимую величи­ну несинусоидальности напряжения генератора и его внутренние параме­тры. Согласно этим рекомендациям, мощность ИБП определяется как

Sибп =Sген * (Хd, сх/Хd, ген)

где Sибп — номинальная мощ­ность ИБП;

Sген — номинальная мощность ге­нератора;

Xd, ген — сверхпереходное индук­тивное сопротивление генератора по продольной оси ротора при синусо­идальной нагрузке (обычно Xd, ген = 0,11—0,15 о.е. и указывается в пас­портных данных генератора);

Xd, cх — сверхпереходное индук­тивное сопротивление генератора по продольной оси ротора при нели­нейной нагрузке.

При 6-пульсной нагрузке Xd, cх со­ставляет около 0,4 о.е., при 12-пульс- ной — около 0,9 о.е.

Таким образом, при 6-пульсной схеме выпрямления

Sген = Sибп * (2,75... 3,75).

При 12-пульсной схеме выпрям­ления

Sген= Sибп * (1,22… 1,66).

Следовательно, уменьшая нели­нейность нагрузки, можно выбрать генератор меньшей мощности. Та­ким образом, к методам снижения нелинейности нагрузки ДГУ отно­сятся:

- применение 12-пульсной схемы выпрямления вместо 6-пульсной;
- применение выпрямителей на IGBT-транзисторах;
- применение входных фильтров высших гармоник.

В заключение представим неко­торые соображения, которыми сле­дует руководствоваться при выборе ИБП и ДГУ при построении систе­мы электроснабжения ответствен­ной нагрузки.

 

1. Класс ИБП — On-Line, как един­ственный, защищающий нагрузку от всех существующих неполадок в электросети: высоковольтных выбро­сов, всплесков напряжения, элект­ромагнитных и радиочастотных по­мех, кратковременного повышения или понижения напряжения, иска­жения его формы и, что особенно важно при питании ИБП от ДГУ, от нестабильности частоты.

 

2. Мощность ИБП выбирается, исходя из требований нагрузки.

 

3. ИБП в обязательном порядке комплектуются аккумуляторными ба­тареями. По статистике, около 90% сбоев электроснабжения длятся не более 1—3 минут, поэтому совсем от­казаться от аккумуляторных батарей и использовать при каждом пропада­нии напряжения ДГУ неправильно. Во-первых, частые пуски и останов­ки значительно снижают срок служ­бы генераторного агрегата, в частно­сти, до 36% от общего износа дизель­ного двигателя приходится на износ при запусках. Во-вторых, резервная ДГУ обладает некоторой инерцией— механической и электромагнитной. Время выхода дизельного двигателя на номинальную частоту вращения составляет 5—10 секунд (при низких температурах—больше); время уста­новления номинального выходного напряжения на зажимах генератора при подаче возбуждения — до 6 се­кунд. Вследствие такой инерции ДГУ, нагрузка, допускающая пере­рывы в питании не более 10 мс (ли­бо вообще не допускающая бестоко- вых пауз), может быть обесточена в течение несколько секунд.

В общем случае время резервиро­вания аккумуляторов выбирается в диапазоне 5—10 минут.

 

4. Принимаются меры для сни­жения нелинейных искажений то­ков, вносимых ИБП в питающую сеть, — применяются ИБП с выпря­мителями на IGBT-транзисторах, с 12-пульсными тиристорными вы­прямителями или с активными вы­прямителями. Вместе с тем, мы с осторожностью даем рекомендации по использованию входных фильт­ров высших гармоник для этих це­лей. ИБП с гармоническим фильт­ром представляет собой емкостную нагрузку для генератора, которая при подключении может вызвать резкое увеличение выходного на­пряжения ДГУ и срабатывание ава­рийной защиты.

Поэтому каждый случай совме­стной работы ДГУ и ИБП с гармо­ническим фильтром должен рассма­триваться индивидуально.

 

5. При выборе ИБП отдается предпочтение источникам с систе­мой плавного перевода ИБП на пи­тание с батареи на сеть.

 

6. При выборе мощности ДГУ учитываются:

- мощность ИБП;
- степень создаваемых им искаже­ний входного тока;
- внутренние параметры ДГУ, в частности Хd;
- диапазоны напряжения и часто­ты сети, при которых ИБП не пере­ходит в автономный режим работы;
- изменение напряжения и частоты ДГУ при 100% «набросе» нагрузки.

 

7. ДГУ комплектуются автома­тическим регулятором выходного напряжения и электронным регу­лятором скорости приводного дви­гателя.

Как показывает наш опыт, вы­бор звеньев СБЭ с учетом приве­денных выше требований обеспе­чивает согласованную и устойчи­вую совместную работу ИБП и ДГУ. Дополнительное преимуще­ство СБЭ с ДГУ — практически не­ограниченное время работы в ав­тономном режиме, т.е. полная неза­висимость электроснабжения от­ветственной нагрузки от неполадок основной сети.

 

Данная статья опубликована в журнале Сети и Бизнес №2(3) 2002.

Для получения подробностей, пройдите по следующей ссылке: http://www.sib.com.ua/arhiv_2002/arhiv_2002.htm
Эта статья была опубликована 12 Ноябрь 2014 г..
Число отзывов: 0
Написать отзыв