Butsev I.V.
[email zaštićen]
Karakteristike sistema napajanja koji koriste Diesel Dynamic Uninterruptible Power Sources (DDIUPS)
U narednom izlaganju autor će nastojati izbjeći marketinške klišee i oslanjati se isključivo na praktično iskustvo. DDIBP-ovi iz HITEC Power Protection-a će biti opisani kao ispitanici.
DDIBP instalacioni uređaj
DDIBP uređaj, sa elektromehaničke tačke gledišta, izgleda prilično jednostavno i predvidljivo.
Glavni izvor energije je dizel motor (DE), sa dovoljnom snagom, uzimajući u obzir efikasnost instalacije, za dugotrajno neprekidno napajanje opterećenja. To, shodno tome, nameće prilično stroge zahtjeve za njegovu pouzdanost, spremnost za pokretanje i stabilnost rada. Stoga je potpuno logično koristiti brodske DD, koje prodavač prefarba iz žute u svoju boju.
Kao reverzibilni pretvarač mehaničke energije u električnu energiju i nazad, instalacija uključuje motor-generator čija je snaga veća od nazivne snage instalacije radi poboljšanja, prije svega, dinamičkih karakteristika izvora napajanja tokom prelaznih procesa.
Budući da proizvođač tvrdi da je napajanje neprekinuto, instalacija sadrži element koji održava napajanje za opterećenje tokom prijelaza iz jednog načina rada u drugi. U tu svrhu služi inercijski akumulator ili indukcijska spojnica. To je masivno tijelo koje se vrti velikom brzinom i akumulira mehaničku energiju. Proizvođač opisuje svoj uređaj kao asinhroni motor unutar asinhronog motora. One. Postoji stator, vanjski rotor i unutrašnji rotor. Osim toga, vanjski rotor je čvrsto povezan sa zajedničkom osovinom instalacije i rotira se sinhrono s osovinom motora-generatora. Unutrašnji rotor se dodatno okreće u odnosu na vanjski i zapravo je uređaj za pohranu podataka. Da bi se obezbedila snaga i interakcija između pojedinačnih delova, koriste se jedinice četki sa kliznim prstenovima.
Kako bi se osigurao prijenos mehaničke energije s motora na preostale dijelove instalacije, koristi se kvačilo za pretjecanje.
Najvažniji dio instalacije je sistem automatskog upravljanja, koji analizom radnih parametara pojedinih dijelova utiče na upravljanje instalacijom u cjelini.
Takođe, najvažniji element instalacije je reaktor, trofazna prigušnica sa namotajem, dizajnirana da integriše instalaciju u sistem napajanja i omogući relativno sigurno prebacivanje između režima, ograničavajući izjednačujuće struje.
I na kraju, pomoćni, ali nikako sekundarni podsistemi - ventilacija, dovod goriva, hlađenje i odvod plinova.
Načini rada DDIBP instalacije
Mislim da bi bilo korisno opisati različita stanja DDIBP instalacije:
- način rada OFF
Mehanički dio instalacije je nepomičan. Snagom se napaja upravljački sistem, sistem predgrijavanja motornog vozila, sistem plutajućeg punjenja za starter akumulatore i recirkulacijska ventilacijska jedinica. Nakon predgrijavanja, instalacija je spremna za početak.
- način rada START
Kada je data naredba START, pokreće se DD, koji okreće vanjski rotor pogona i motor-generator kroz kvačilo za pretjecanje. Kako se motor zagreva, aktivira se njegov sistem hlađenja. Nakon postizanja radne brzine, unutrašnji rotor pogona počinje da se okreće (puni). Proces punjenja uređaja za pohranu indirektno se procjenjuje po struji koju troši. Ovaj proces traje 5-7 minuta.
Ako je eksterno napajanje dostupno, potrebno je neko vrijeme za konačnu sinkronizaciju sa vanjskom mrežom i, kada se postigne dovoljan stepen in-faze, instalacija se povezuje na nju.
DD smanjuje brzinu rotacije i prelazi u ciklus hlađenja, koji traje oko 10 minuta, nakon čega slijedi zaustavljanje. Isključuje se kvačilo za prekoračenje i daljnju rotaciju instalacije podržava motor-generator uz kompenzaciju gubitaka u akumulatoru. Instalacija je spremna za napajanje opterećenja i prelazi u UPS način rada.
U nedostatku eksternog napajanja, instalacija je spremna da napaja opterećenje i sopstvene potrebe iz motor-generatora i nastavlja da radi u DIESEL režimu.
- način rada DIZEL
U ovom načinu rada, izvor energije je DD. Motor-generator koji se njime okreće pokreće opterećenje. Motor-generator kao izvor napona ima izražen frekventni odziv i osjetnu inerciju, reagujući sa zakašnjenjem na nagle promjene veličine opterećenja. Jer Proizvođač dovršava instalacije s brodskim DD rad u ovom načinu rada ograničen je samo rezervama goriva i mogućnošću održavanja toplinskog režima instalacije. U ovom režimu rada, nivo zvučnog pritiska u blizini instalacije prelazi 105 dBA.
- UPS režim rada
U ovom načinu rada, izvor energije je vanjska mreža. Motor-generator, povezan preko reaktora i na vanjsku mrežu i na opterećenje, radi u modusu sinkronog kompenzatora, kompenzujući u određenim granicama reaktivnu komponentu snage opterećenja. Općenito, DDIBP instalacija povezana u seriju s vanjskom mrežom, po definiciji, pogoršava svoje karakteristike kao izvora napona, povećavajući ekvivalentnu internu impedanciju. U ovom režimu rada, nivo zvučnog pritiska u blizini instalacije je oko 100 dBA.
U slučaju problema s vanjskom mrežom, jedinica se isključuje iz nje, daje se naredba za pokretanje dizel motora i jedinica se prebacuje u DIESEL način rada. Treba napomenuti da se pokretanje stalno grijanog motora događa bez opterećenja sve dok brzina rotacije osovine motora ne premaši preostale dijelove instalacije sa zatvaranjem kvačila za prelazak. Tipično vrijeme za pokretanje i postizanje radnih brzina DD je 3-5 sekundi.
- BYPASS način rada
Ako je potrebno, na primjer, tijekom održavanja, snaga opterećenja se može prenijeti na bajpas liniju direktno iz vanjske mreže. Prebacivanje na bajpas liniju i nazad se dešava sa preklapanjem u vremenu odziva komutacionih uređaja, što vam omogućava da izbegnete čak i kratkotrajni gubitak snage na opterećenje jer Upravljački sistem nastoji održavati u fazi između izlaznog napona DDIBP instalacije i vanjske mreže. U tom slučaju se način rada same instalacije ne mijenja, tj. ako je DD radio, onda će nastaviti raditi, ili se sama instalacija napajala iz vanjske mreže, onda će se nastaviti.
- način rada STOP
Kada se zada naredba STOP, napajanje opterećenja se prebacuje na bajpas liniju, a napajanje motora-generatora i uređaja za skladištenje se prekida. Instalacija nastavlja rotirati po inerciji neko vrijeme i nakon zaustavljanja prelazi u OFF mod.
DDIBP dijagrami povezivanja i njihove karakteristike
Pojedinačna instalacija
Ovo je najjednostavnija opcija za korištenje nezavisnog DDIBP-a. Instalacija može imati dva izlaza - NB (bez prekida, neprekidno napajanje) bez prekida napajanja i SB (kratki prekid, garantovano napajanje) sa kratkotrajnim prekidom napajanja. Svaki od izlaza može imati svoj bajpas (vidi sliku 1.).
Slika 1
NB izlaz je obično povezan sa kritičnim opterećenjem (IT, cirkulacione pumpe za hlađenje, precizni klima uređaji), a SB izlaz je opterećenje za koje kratkotrajni prekid napajanja nije kritičan (rashladni agregati). Kako bi se izbjegao potpuni gubitak napajanja kritičnog opterećenja, prebacivanje instalacijskog izlaza i premosnog kruga se vrši s vremenskim preklapanjem, a struje kola se smanjuju na sigurne vrijednosti zbog složenog otpora dijela. namotaja reaktora.
Posebnu pažnju treba obratiti na napajanje od DDIBP do nelinearnog opterećenja, tj. opterećenje, koje karakterizira prisustvo primjetne količine harmonika u spektralnom sastavu potrošene struje. Zbog specifičnosti rada sinhronog generatora i dijagrama povezivanja, to dovodi do izobličenja valnog oblika napona na izlazu instalacije, kao i prisutnosti harmonijskih komponenti potrošene struje kada se instalacija napaja iz eksternu mrežu naizmjeničnog napona.
Ispod su slike oblika (vidi sliku 2) i harmonijska analiza izlaznog napona (vidi sliku 3) kada se napaja iz vanjske mreže. Koeficijent harmonijske distorzije je premašio 10% uz skromno nelinearno opterećenje u obliku frekventnog pretvarača. Istovremeno, instalacija se nije prebacila na dizel način rada, što potvrđuje da upravljački sustav ne prati tako važan parametar kao što je koeficijent harmonijskog izobličenja izlaznog napona. Prema zapažanjima, nivo harmonijske distorzije ne zavisi od snage opterećenja, već od odnosa snaga nelinearnog i linearnog opterećenja, a kada se testira na čisto aktivnom, termičkom opterećenju, oblik napona na izlazu instalacija je stvarno bliska sinusnoj. Ali ova situacija je jako daleko od stvarnosti, posebno kada je u pitanju napajanje inženjerske opreme koja uključuje frekventne pretvarače, i IT opterećenja koja imaju prekidačka napajanja koja nisu uvijek opremljena korekcijom faktora snage (PFC).
Slika 2
Slika 3
U ovom i narednim dijagramima, tri su okolnosti vrijedne pažnje:
- Galvanska veza između ulaza i izlaza instalacije.
- Neravnoteža faznog opterećenja sa izlaza dolazi do ulaza.
- Potreba za dodatnim mjerama za smanjenje harmonika struje opterećenja.
- Harmonične komponente struje opterećenja i izobličenja uzrokovana tranzijentima teku od izlaza do ulaza.
Paralelni krug
U cilju poboljšanja sistema napajanja, DDIBP jedinice se mogu povezati paralelno, povezujući ulazna i izlazna kola pojedinih jedinica. Istovremeno, potrebno je shvatiti da instalacija gubi svoju samostalnost i postaje dio sistema kada se ispune uvjeti sinhronizma i infaze, što se u fizici naziva jednom riječju – koherentnost. Sa praktične tačke gledišta, to znači da sve instalacije uključene u sistem moraju raditi u istom režimu, tj., na primjer, opcija s djelomičnim radom iz DD, a djelomični rad iz vanjske mreže nije prihvatljiv. U ovom slučaju, bajpas linija se kreira zajednička za cijeli sistem (vidi sliku 4).
S ovom šemom povezivanja postoje dva potencijalno opasna načina rada:
- Povezivanje druge i narednih instalacija na sistemsku izlaznu magistralu uz održavanje uvjeta koherentnosti.
- Isključivanje jedne instalacije sa izlazne magistrale uz održavanje uslova koherentnosti dok se izlazni prekidači ne otvore.
Slika 4
Isključivanje jedne instalacije u nuždi može dovesti do situacije u kojoj ona počne usporavati, ali izlazni sklopni uređaj se još nije otvorio. U tom slučaju, u kratkom vremenu, fazna razlika između instalacije i ostatka sistema može dostići vrijednosti za hitne slučajeve, uzrokujući kratki spoj.
Također morate obratiti pažnju na balansiranje opterećenja između pojedinačnih instalacija. U opremi koja se ovdje razmatra, balansiranje se vrši zbog karakteristike pada opterećenja generatora. Zbog svoje neidealnosti i neidentičnih karakteristika instanci instalacije između instalacija, raspodjela je također neravnomjerna. Osim toga, pri približavanju maksimalnim vrijednostima opterećenja, na distribuciju počinju da utiču takvi naizgled beznačajni faktori kao što su dužina priključnih vodova, tačke priključka na distributivnu mrežu instalacija i opterećenja, kao i kvaliteta (prelazni otpor ) samih veza.
Uvijek moramo imati na umu da su DDIBP i sklopni uređaji elektromehanički uređaji sa značajnim momentom inercije i primjetnim vremenima kašnjenja kao odgovor na upravljačke akcije iz automatskog upravljačkog sistema.
Paralelno kolo sa “srednjenaponskim” priključkom
U ovom slučaju, generator je povezan na reaktor preko transformatora sa odgovarajućim omjerom transformacije. Dakle, reaktor i sklopne mašine rade na „prosečnom“ naponskom nivou, a generator radi na nivou od 0.4 kV (vidi sliku 5).
Slika 5
U ovom slučaju korištenja, morate obratiti pažnju na prirodu konačnog opterećenja i njegov dijagram povezivanja. One. ako je konačno opterećenje priključeno preko opadajućih transformatora, mora se imati na umu da je povezivanje transformatora na mrežu za napajanje vrlo vjerovatno praćeno procesom preokretanja magnetizacije jezgre, što zauzvrat uzrokuje nalet potrošnje struje i, posljedično, pad napona (vidi sliku 6).
Osetljiva oprema možda neće raditi ispravno u ovoj situaciji.
Najmanje treperi svjetlo niske inercije i zadani pretvarači frekvencije motora se ponovo pokreću.
Slika 6
Kolo sa “split” izlaznom sabirnicom
Kako bi se optimizirao broj instalacija u sistemu napajanja, proizvođač predlaže korištenje sheme sa “split” izlaznom magistralom, u kojoj su instalacije paralelne i na ulazu i na izlazu, pri čemu je svaka instalacija pojedinačno povezana na više od jedne izlazna sabirnica. U ovom slučaju, broj bajpas linija mora biti jednak broju izlaznih sabirnica (vidi sliku 7).
Mora se shvatiti da izlazne sabirnice nisu nezavisne i da su galvanski povezane jedna s drugom preko sklopnih uređaja svake instalacije.
Dakle, uprkos uveravanjima proizvođača, ovo kolo predstavlja jedno napajanje sa internom redundantnošću, u slučaju paralelnog kola, sa više galvanski povezanih izlaza.
Slika 7
Ovdje, kao iu prethodnom slučaju, potrebno je obratiti pažnju ne samo na balansiranje opterećenja između instalacija, već i između izlaznih sabirnica.
Takođe, pojedini kupci se kategorički protive nabavci “prljave” hrane, tj. korištenje premosnice do opterećenja u bilo kojem načinu rada. Sa ovim pristupom, na primjer u podatkovnim centrima, problem (preopterećenje) na jednom od žbica dovodi do pada sistema sa potpunim gašenjem korisnog opterećenja.
Životni ciklus DDIBP-a i njegov uticaj na sistem napajanja u celini
Ne smijemo zaboraviti da su DDIBP instalacije elektromehanički uređaji koji zahtijevaju pažljiv, u najmanju ruku, pun poštovanja i periodično održavanje.
Raspored održavanja uključuje stavljanje iz pogona, gašenje, čišćenje, podmazivanje (jednom u šest mjeseci), kao i punjenje generatora na probno opterećenje (jednom godišnje). Obično su potrebna dva radna dana za servisiranje jedne instalacije. A nepostojanje posebno dizajniranog kruga za povezivanje generatora s ispitnim opterećenjem dovodi do potrebe za de-napajanjem korisnog opterećenja.
Na primjer, uzmimo redundantni sistem od 15 paralelno operativnih DDUPS povezanih na "prosječni" napon na dvostruku "split" magistralu u nedostatku namjenskog kola za povezivanje testnog opterećenja.
Sa takvim početnim podacima, za servisiranje sistema u trajanju od 30(!) kalendarskih dana u režimu svakog drugog dana, biće potrebno da se isključi jedna od izlaznih sabirnica za povezivanje probnog opterećenja. Dakle, dostupnost napajanja za nosivost jedne od izlaznih sabirnica je - 0,959, a zapravo čak 0,92.
Osim toga, vraćanje na standardno kolo napajanja korisnog opterećenja će zahtijevati uključivanje potrebnog broja opadajućih transformatora, što će zauzvrat uzrokovati višestruke padove napona u cijelom(!) sistemu koji su povezani sa preokretom magnetizacije transformatora.
Preporuke za korištenje DDIBP-a
Iz gore navedenog nameće se neutešan zaključak - na izlazu sistema napajanja koji koristi DDIBP, prisutan je kvalitetan (!) neprekidni napon kada su ispunjeni svi sledeći uslovi:
- Eksterno napajanje nema značajnih nedostataka;
- Opterećenje sistema je konstantno tokom vremena, aktivno i linearno po prirodi (zadnje dvije karakteristike se ne odnose na opremu centra podataka);
- U sistemu nema distorzija uzrokovanih prebacivanjem reaktivnih elemenata.
Da rezimiramo, mogu se formulirati sljedeće preporuke:
- Odvojiti sisteme napajanja inženjerske i informatičke opreme, te ove potonje podijeliti na podsisteme kako bi se minimizirao međusobni uticaj.
- Odvojite zasebnu mrežu kako biste osigurali mogućnost servisiranja jedne instalacije uz mogućnost povezivanja vanjskog testnog opterećenja s kapacitetom jednakim jednoj instalaciji. Pripremite lokaciju i kablovske objekte za povezivanje za ove svrhe.
- Stalno pratite balans opterećenja između energetskih sabirnica, pojedinačnih instalacija i faza.
- Izbjegavajte korištenje step-down transformatora spojenih na izlaz DDIBP-a.
- Pažljivo testirajte i zabilježite rad automatizacije i sklopnih uređaja kako biste prikupili statističke podatke.
- Da biste provjerili kvalitetu napajanja opterećenja, testirajte instalacije i sisteme pomoću nelinearnog opterećenja.
- Prilikom servisiranja rastavite starter akumulatore i testirajte ih pojedinačno, jer... Uprkos prisutnosti takozvanih ekvilajzera i rezervnog startnog panela (RSP), zbog jedne neispravne baterije, DD se možda neće pokrenuti.
- Poduzmite dodatne mjere za minimiziranje harmonika struje opterećenja.
- Dokumentirajte zvučna i termička polja instalacija, rezultate vibracijskih ispitivanja za brzu reakciju na prve manifestacije raznih vrsta mehaničkih problema.
- Izbjegnite dugotrajne zastoje instalacija, poduzmite mjere za ravnomjernu raspodjelu motornih resursa.
- Dovršite instalaciju sa senzorima vibracija kako biste spriječili hitne situacije.
- Ako se zvučna i termalna polja promijene, pojave vibracije ili strani mirisi, odmah isključite instalacije radi dalje dijagnostike.
PS Autor bi bio zahvalan na povratnim informacijama o temi članka.
izvor: www.habr.com