Butsev I.V.
[protegit per correu electrònic]
Característiques dels sistemes d'alimentació que utilitzen fonts d'alimentació ininterrompuda dinàmica dièsel (DDIUPS)
En la següent presentació, l'autor intentarà evitar els tòpics de màrqueting i es basarà únicament en l'experiència pràctica. Els DDIBP de HITEC Power Protection es descriuran com a subjectes de prova.
Dispositiu d'instal·lació DDIBP
El dispositiu DDIBP, des d'un punt de vista electromecànic, sembla bastant simple i previsible.
La principal font d'energia és un motor dièsel (DE), amb potència suficient, tenint en compte l'eficiència de la instal·lació, per a l'alimentació continuada a llarg termini de la càrrega. Això, en conseqüència, imposa requisits força estrictes sobre la seva fiabilitat, disponibilitat per al llançament i estabilitat de funcionament. Per tant, és completament lògic utilitzar DD de vaixells, que el venedor torna a pintar de groc al seu propi color.
Com a convertidor reversible d'energia mecànica en energia elèctrica i invers, la instal·lació inclou un motor-generador amb una potència superior a la potència nominal de la instal·lació per millorar, en primer lloc, les característiques dinàmiques de la font d'alimentació durant els processos transitoris.
Com que el fabricant reclama una font d'alimentació ininterrompuda, la instal·lació conté un element que manté l'energia a la càrrega durant les transicions d'un mode de funcionament a un altre. Un acumulador inercial o acoblament d'inducció serveix per a aquesta finalitat. És un cos massiu que gira a gran velocitat i acumula energia mecànica. El fabricant descriu el seu dispositiu com un motor asíncron dins d'un motor asíncron. Aquells. Hi ha un estator, un rotor exterior i un rotor interior. A més, el rotor extern està rígidament connectat a l'eix comú de la instal·lació i gira de manera sincrònica amb l'eix del motor-generador. El rotor intern també gira en relació a l'extern i en realitat és un dispositiu d'emmagatzematge. Per proporcionar potència i interacció entre les parts individuals, s'utilitzen unitats de raspall amb anelles lliscants.
Per garantir la transferència d'energia mecànica del motor a les parts restants de la instal·lació, s'utilitza un embragatge de rodatge.
La part més important de la instal·lació és el sistema de control automàtic, que, mitjançant l'anàlisi dels paràmetres de funcionament de les peces individuals, influeix en el control de la instal·lació en el seu conjunt.
També l'element més important de la instal·lació és un reactor, una bobina trifàsica amb una aixeta de bobinat, dissenyat per integrar la instal·lació al sistema d'alimentació i permetre una commutació relativament segura entre modes, limitant els corrents d'igualització.
I, finalment, subsistemes auxiliars, però en cap cas secundaris: ventilació, subministrament de combustible, refrigeració i evacuació de gasos.
Modes de funcionament de la instal·lació DDIBP
Crec que seria útil descriure els diferents estats d'una instal·lació DDIBP:
- mode de funcionament desactivat
La part mecànica de la instal·lació està immòbil. Es subministra energia al sistema de control, al sistema de preescalfament del vehicle de motor, al sistema de càrrega flotant de les bateries d'arrencada i a la unitat de ventilació de recirculació. Després del preescalfament, la instal·lació està a punt per començar.
- mode de funcionament START
Quan es dóna l'ordre d'arrencada, s'engega el DD, que fa girar el rotor extern de l'accionament i el motor-generador a través de l'embragatge de rodatge. A mesura que el motor s'escalfa, el seu sistema de refrigeració s'activa. Després d'arribar a la velocitat de funcionament, el rotor intern de l'accionament comença a girar (càrrega). El procés de càrrega d'un dispositiu d'emmagatzematge es jutja indirectament pel corrent que consumeix. Aquest procés dura 5-7 minuts.
Si es disposa d'alimentació externa, es necessita un temps per a la sincronització final amb la xarxa externa i, quan s'aconsegueix un grau suficient d'en fase, la instal·lació s'hi connecta.
El DD redueix la velocitat de rotació i entra en un cicle de refrigeració, que triga uns 10 minuts, seguit d'una aturada. L'embragatge de rodatge es desenganxa i la rotació posterior de la instal·lació és suportada pel motor-generador alhora que compensa les pèrdues a l'acumulador. La instal·lació està preparada per alimentar la càrrega i canvia al mode UPS.
En absència d'alimentació externa, la instal·lació està preparada per alimentar la càrrega i les seves pròpies necessitats des del motor-generador i continua funcionant en mode DIESEL.
- mode de funcionament DIESEL
En aquest mode, la font d'energia és el DD. El motor-generador que fa girar alimenta la càrrega. El motor-generador com a font de tensió té una resposta de freqüència pronunciada i té una inèrcia notable, responent amb un retard als canvis sobtats en la magnitud de la càrrega. Perquè El fabricant completa les instal·lacions amb funcionament DD marítim en aquest mode només està limitat per les reserves de combustible i la capacitat de mantenir el règim tèrmic de la instal·lació. En aquest mode de funcionament, el nivell de pressió acústica prop de la instal·lació supera els 105 dBA.
- Mode de funcionament del SAI
En aquest mode, la font d'energia és la xarxa externa. El motor-generador, connectat a través d'un reactor tant a la xarxa externa com a la càrrega, funciona en el mode compensador síncron, compensant dins de determinats límits el component reactiu de la potència de càrrega. En general, una instal·lació DDIBP connectada en sèrie amb una xarxa externa, per definició, empitjora les seves característiques com a font de tensió, augmentant la impedància interna equivalent. En aquest mode de funcionament, el nivell de pressió acústica prop de la instal·lació és d'uns 100 dBA.
En cas de problemes amb la xarxa externa, la unitat se'n desconnecta, es dóna una ordre per engegar el motor dièsel i la unitat passa al mode DIESEL. Cal tenir en compte que el llançament d'un motor constantment escalfat es produeix sense càrrega fins que la velocitat de gir de l'eix del motor supera les parts restants de la instal·lació amb el tancament de l'embragatge de rodatge. El temps típic per engegar i assolir les velocitats de funcionament del DD és de 3-5 segons.
- Mode de funcionament BYPASS
Si cal, per exemple, durant el manteniment, la potència de càrrega es pot transferir a la línia de derivació directament des de la xarxa externa. El canvi a la línia de bypass i la tornada es produeix amb un solapament en el temps de resposta dels dispositius de commutació, que permet evitar fins i tot una pèrdua de potència a curt termini de la càrrega perquè El sistema de control s'esforça per mantenir en fase entre la tensió de sortida de la instal·lació DDIBP i la xarxa externa. En aquest cas, el mode de funcionament de la pròpia instal·lació no canvia, és a dir. si el DD funcionava, continuarà funcionant, o la instal·lació en si s'alimentava des d'una xarxa externa, llavors continuarà.
- mode de funcionament STOP
Quan es dóna l'ordre STOP, la potència de càrrega es canvia a la línia de bypass i s'interromp el subministrament d'alimentació al motor-generador i al dispositiu d'emmagatzematge. La instal·lació continua girant per inèrcia durant un temps i després d'aturar-se passa al mode OFF.
Esquemes de connexió DDIBP i les seves característiques
Instal·lació única
Aquesta és l'opció més senzilla per utilitzar un DDIBP independent. La instal·lació pot tenir dues sortides - NB (sense interrupció, potència ininterrompuda) sense interrompre l'alimentació i SB (interrupció curta, potència garantida) amb una interrupció de curta durada de l'alimentació. Cada una de les sortides pot tenir el seu propi bypass (vegeu la figura 1.).
Fig. 1
La sortida NB sol estar connectada a una càrrega crítica (IT, bombes de circulació de refrigeració, aparells d'aire condicionat de precisió) i la sortida SB és una càrrega per a la qual no és crítica una interrupció a curt termini del subministrament elèctric (refrigeradors). Per tal d'evitar una pèrdua total de subministrament d'alimentació a la càrrega crítica, la commutació de la sortida de la instal·lació i el circuit de bypass es realitza amb solapament de temps i els corrents del circuit es redueixen a valors segurs a causa de la complexa resistència de la part. del bobinat del reactor.
S'ha de prestar especial atenció a la font d'alimentació des del DDIBP a la càrrega no lineal, és a dir. càrrega, que es caracteritza per la presència d'una quantitat notable d'harmònics en la composició espectral del corrent consumit. A causa de les peculiaritats del funcionament del generador síncron i del diagrama de connexió, això comporta una distorsió de la forma d'ona de tensió a la sortida de la instal·lació, així com la presència de components harmònics del corrent consumit quan la instal·lació s'alimenta des de una xarxa externa de tensió alterna.
A continuació es mostren imatges de la forma (vegeu la figura 2) i l'anàlisi harmònic de la tensió de sortida (vegeu la figura 3) quan s'alimenta des d'una xarxa externa. El coeficient de distorsió harmònica va superar el 10% amb una càrrega no lineal modesta en forma de convertidor de freqüència. Al mateix temps, la instal·lació no va canviar al mode dièsel, cosa que confirma que el sistema de control no controla un paràmetre tan important com el coeficient de distorsió harmònica de la tensió de sortida. Segons les observacions, el nivell de distorsió harmònica no depèn de la potència de càrrega, sinó de la relació entre les potències de la càrrega no lineal i lineal, i quan es prova amb una càrrega tèrmica activa pura, la forma de tensió a la sortida del la instal·lació és molt propera a la sinusoïdal. Però aquesta situació està molt allunyada de la realitat, sobretot quan es tracta d'alimentar equips d'enginyeria que inclouen convertidors de freqüència i càrregues d'IT que tenen fonts d'alimentació commutades que no sempre estan equipades amb una correcció del factor de potència (PFC).
Fig. 2
Fig. 3
En aquest diagrama i en els següents, cal destacar tres circumstàncies:
- Connexió galvànica entre l'entrada i la sortida de la instal·lació.
- El desequilibri de la càrrega de fase de la sortida arriba a l'entrada.
- Necessitat de mesures addicionals per reduir els harmònics de corrent de càrrega.
- Els components harmònics del corrent de càrrega i la distorsió causada pels transitoris flueixen de la sortida a l'entrada.
Circuit paral·lel
Per tal de millorar el sistema d'alimentació, les unitats DDIBP es poden connectar en paral·lel, connectant els circuits d'entrada i sortida d'unitats individuals. Al mateix temps, cal entendre que la instal·lació perd la seva independència i passa a formar part del sistema quan es compleixen les condicions de sincronisme i en fase; en física, això s'anomena en una paraula: coherència. Des d'un punt de vista pràctic, això vol dir que totes les instal·lacions incloses en el sistema han de funcionar en el mateix mode, és a dir, per exemple, una opció amb funcionament parcial des del DD, i el funcionament parcial des de la xarxa externa no és acceptable. En aquest cas, la línia de bypass es crea comú a tot el sistema (vegeu la figura 4).
Amb aquest esquema de connexió, hi ha dos modes potencialment perillosos:
- Connexió de la segona i les instal·lacions posteriors al bus de sortida del sistema mantenint les condicions de coherència.
- Desconnectar una única instal·lació del bus de sortida mantenint les condicions de coherència fins que s'obrin els interruptors de sortida.
Fig. 4
L'aturada d'emergència d'una única instal·lació pot provocar una situació en què comença a alentir-se, però el dispositiu de commutació de sortida encara no s'ha obert. En aquest cas, en poc temps, la diferència de fase entre la instal·lació i la resta del sistema pot arribar a valors d'emergència, provocant un curtcircuit.
També cal parar atenció a l'equilibri de càrrega entre instal·lacions individuals. En els equips considerats aquí, l'equilibri es realitza a causa de la caiguda de càrrega característica del generador. A causa de la seva no idealitat i les característiques no idèntiques de les instàncies d'instal·lació entre instal·lacions, la distribució també és desigual. A més, en apropar-se als valors de càrrega màxima, la distribució comença a veure's influenciada per factors aparentment insignificants com la longitud de les línies connectades, els punts de connexió a la xarxa de distribució d'instal·lacions i càrregues, així com la qualitat (resistència a la transició). ) de les pròpies connexions.
Cal recordar sempre que les DDIBP i els dispositius de commutació són dispositius electromecànics amb un moment d'inèrcia important i temps de retard notables en resposta a les accions de control des del sistema de control automàtic.
Circuit paral·lel amb connexió de "mitja tensió".
En aquest cas, el generador està connectat al reactor mitjançant un transformador amb una relació de transformació adequada. Així, el reactor i les màquines de commutació funcionen a un nivell de tensió "mitjana", i el generador funciona a un nivell de 0.4 kV (vegeu la figura 5).
Fig. 5
Amb aquest cas d'ús, cal parar atenció a la naturalesa de la càrrega final i al seu diagrama de connexió. Aquells. si la càrrega final es connecta mitjançant transformadors reductors, cal tenir en compte que la connexió del transformador a la xarxa de subministrament és molt probable que s'acompanyi d'un procés d'inversió de magnetització del nucli, que al seu torn provoca un augment del consum de corrent i, en conseqüència, una caiguda de tensió (vegeu la figura 6).
Els equips sensibles poden no funcionar correctament en aquesta situació.
Almenys la il·luminació de baixa inèrcia parpelleja i els convertidors de freqüència del motor predeterminats es reinicien.
Fig. 6
Circuit amb un bus de sortida “split”.
Per tal d'optimitzar el nombre d'instal·lacions del sistema d'alimentació, el fabricant proposa utilitzar un esquema amb un bus de sortida “split”, en el qual les instal·lacions són paral·leles tant en entrada com en sortida, amb cada instal·lació connectada individualment a més d'una. bus de sortida. En aquest cas, el nombre de línies de bypass ha de ser igual al nombre de busos de sortida (vegeu la figura 7).
S'ha d'entendre que els busos de sortida no són independents i estan connectats galvànicament entre si mitjançant els dispositius de commutació de cada instal·lació.
Així, malgrat les garanties del fabricant, aquest circuit representa una font d'alimentació amb redundància interna, en el cas d'un circuit paral·lel, amb diverses sortides interconnectades galvànicament.
Fig. 7
Aquí, com en el cas anterior, cal parar atenció no només a l'equilibri de càrrega entre instal·lacions, sinó entre busos de sortida.
A més, alguns clients s'oposen categòricament al subministrament d'aliments "bruts", és a dir. utilitzant un bypass a la càrrega en qualsevol mode de funcionament. Amb aquest enfocament, per exemple als centres de dades, un problema (sobrecàrrega) en un dels radis provoca un error del sistema amb l'aturada completa de la càrrega útil.
Cicle de vida de DDIBP i el seu impacte en el sistema d'alimentació en el seu conjunt
No hem d'oblidar que les instal·lacions DDIBP són aparells electromecànics que requereixen una actitud atenta, com a mínim, reverent i un manteniment periòdic.
El programa de manteniment inclou la baixa, l'aturada, la neteja, la lubricació (un cop cada sis mesos), així com la càrrega del generador a una càrrega de prova (un cop a l'any). Normalment es triguen dos dies laborables a donar servei a una instal·lació. I l'absència d'un circuit especialment dissenyat per connectar el generador a la càrrega de prova comporta la necessitat de desactivar la càrrega útil.
Per exemple, prenem un sistema redundant de 15 DDIUPS de funcionament en paral·lel connectats a una tensió "mitjana" a un bus "dividit" doble en absència d'un circuit dedicat per connectar la càrrega de prova.
Amb aquestes dades inicials, per donar servei al sistema durant 30 (!) dies naturals en mode de dia alternatiu, caldrà desactivar un dels busos de sortida per connectar la càrrega de prova. Per tant, la disponibilitat d'alimentació per a la càrrega útil d'un dels busos de sortida és de - 0,959 i, de fet, fins i tot de 0,92.
A més, tornar al circuit d'alimentació de càrrega útil estàndard requerirà encendre el nombre necessari de transformadors reductors, que, al seu torn, provocaran múltiples caigudes de tensió a tot el (!) sistema associat amb la inversió de magnetització dels transformadors.
Recomanacions per a l'ús de DDIBP
A partir de l'anterior, es suggereix una conclusió poc reconfortant: a la sortida del sistema d'alimentació que utilitza un DDIBP, hi ha una tensió ininterrompuda d'alta qualitat (!) quan es compleixen totes les condicions següents:
- La font d'alimentació externa no té inconvenients significatius;
- La càrrega del sistema és constant al llarg del temps, de naturalesa activa i lineal (les dues últimes característiques no s'apliquen als equips del centre de dades);
- No hi ha distorsions en el sistema causades per la commutació d'elements reactius.
En resum, es poden formular les següents recomanacions:
- Separar els sistemes d'alimentació dels equips d'enginyeria i informàtica, i dividir aquests últims en subsistemes per minimitzar la influència mútua.
- Dediqueu una xarxa separada per garantir la capacitat de donar servei a una única instal·lació amb la possibilitat de connectar una càrrega de prova exterior amb una capacitat igual a una única instal·lació. Prepareu el lloc i les instal·lacions de cablejat per a la connexió amb aquests propòsits.
- Superviseu constantment l'equilibri de càrrega entre busos elèctrics, instal·lacions individuals i fases.
- Eviteu utilitzar transformadors reductors connectats a la sortida del DDIBP.
- Proveu i registreu acuradament el funcionament dels dispositius d'automatització i commutació d'alimentació per tal de recollir estadístiques.
- Verificar la qualitat de l'alimentació de la càrrega, prova les instal·lacions i els sistemes utilitzant una càrrega no lineal.
- Durant el manteniment, desmunteu les bateries d'arrencada i proveu-les individualment, perquè... Malgrat la presència dels anomenats equalitzadors i un panell d'inici de seguretat (RSP), a causa d'una bateria defectuosa, és possible que el DD no s'iniciï.
- Prendre mesures addicionals per minimitzar els harmònics de corrent de càrrega.
- Documentar els camps sonors i tèrmics de les instal·lacions, els resultats de les proves de vibració per a una resposta ràpida a les primeres manifestacions de diversos tipus de problemes mecànics.
- Eviteu temps d'inactivitat a llarg termini de les instal·lacions, preneu mesures per distribuir uniformement els recursos del motor.
- Completar la instal·lació amb sensors de vibració per evitar situacions d'emergència.
- Si canvien els camps sonors i tèrmics, apareixen vibracions o olors estranyes, poseu immediatament fora de servei les instal·lacions per a més diagnòstics.
PS L'autor agrairia els comentaris sobre el tema de l'article.
Font: www.habr.com