🥇Características de los sistemas de suministro de energía que utilizan DDIBP

Características de los sistemas de suministro de energía que utilizan fuentes de energía ininterrumpida dinámicas diésel (DDIUPS)

En la siguiente presentación, el autor intentará evitar los clichés de marketing y se basará únicamente en la experiencia práctica. Los DDIBP de HITEC Power Protection se describirán como sujetos de prueba.

Dispositivo de instalación DDIBP

El dispositivo DDIBP, desde un punto de vista electromecánico, parece bastante simple y predecible.
La principal fuente de energía es un Motor Diesel (DE), con potencia suficiente, teniendo en cuenta la eficiencia de la instalación, para el suministro continuo de energía a la carga a largo plazo. En consecuencia, esto impone requisitos bastante estrictos en cuanto a su fiabilidad, disponibilidad para el lanzamiento y estabilidad de funcionamiento. Por lo tanto, es completamente lógico utilizar DD de barco, que el proveedor vuelve a pintar de amarillo a su propio color.

Como convertidor reversible de energía mecánica en energía eléctrica y viceversa, la instalación incluye un motogenerador con una potencia superior a la nominal de la instalación para mejorar, en primer lugar, las características dinámicas de la fuente de energía durante los procesos transitorios.

Dado que el fabricante afirma tener un sistema de alimentación ininterrumpida, la instalación contiene un elemento que mantiene la energía a la carga durante las transiciones de un modo de funcionamiento a otro. Para ello sirve un acumulador inercial o un acoplamiento inductivo. Es un cuerpo masivo que gira a gran velocidad y acumula energía mecánica. El fabricante describe su dispositivo como un motor asíncrono dentro de un motor asíncrono. Aquellos. Hay un estator, un rotor exterior y un rotor interior. Además, el rotor externo está conectado rígidamente al eje común de la instalación y gira sincrónicamente con el eje del motor-generador. El rotor interno también gira en relación con el externo y en realidad es un dispositivo de almacenamiento. Para proporcionar potencia e interacción entre las piezas individuales, se utilizan unidades de cepillos con anillos colectores.

Para asegurar la transferencia de energía mecánica del motor al resto de partes de la instalación se utiliza un embrague de rueda libre.

La parte más importante de la instalación es el sistema de control automático que, analizando los parámetros de funcionamiento de las partes individuales, influye en el control de la instalación en su conjunto.
Además, el elemento más importante de la instalación es un reactor, una inductancia trifásica con grifo de bobinado, diseñado para integrar la instalación en el sistema de suministro de energía y permitir una conmutación relativamente segura entre modos, limitando las corrientes de compensación.
Y finalmente, los subsistemas auxiliares, pero de ninguna manera secundarios: ventilación, suministro de combustible, refrigeración y escape de gases.

Modos de funcionamiento de la instalación DDIBP.

Creo que sería útil describir los distintos estados de una instalación DDIBP:

modo de funcionamiento APAGADO

La parte mecánica de la instalación está inmóvil. La energía se suministra al sistema de control, al sistema de precalentamiento del vehículo, al sistema de carga flotante para las baterías de arranque y a la unidad de ventilación por recirculación. Después del precalentamiento, la instalación está lista para comenzar.

modo de funcionamiento INICIO

Cuando se da la orden de ARRANQUE, arranca el DD, que hace girar el rotor externo del variador y el motor-generador a través del embrague de rueda libre. A medida que el motor se calienta, se activa su sistema de refrigeración. Después de alcanzar la velocidad de funcionamiento, el rotor interno del variador comienza a girar (cargarse). El proceso de carga de un dispositivo de almacenamiento se juzga indirectamente por la corriente que consume. Este proceso dura entre 5 y 7 minutos.

Si se dispone de alimentación externa, se necesita un tiempo para la sincronización final con la red externa y, cuando se alcanza un grado suficiente de enfase, se conecta la instalación a ella.

El DD reduce la velocidad de rotación y entra en un ciclo de enfriamiento, que dura unos 10 minutos, seguido de una parada. El embrague de rueda libre se desacopla y el motor-generador favorece la rotación adicional de la instalación, compensando al mismo tiempo las pérdidas en el acumulador. La instalación está lista para alimentar la carga y cambia a modo UPS.

En ausencia de alimentación externa, la instalación queda preparada para alimentar la carga y sus propias necesidades desde el motogenerador y continúa funcionando en modo DIESEL.

modo de funcionamiento DIESEL

En este modo, la fuente de energía es el DD. El motor-generador al que gira alimenta la carga. El motor-generador como fuente de voltaje tiene una respuesta de frecuencia pronunciada y una inercia notable, respondiendo con retraso a cambios repentinos en la magnitud de la carga. Porque El fabricante completa las instalaciones con DD marino. El funcionamiento en este modo está limitado únicamente por las reservas de combustible y la capacidad de mantener el régimen térmico de la instalación. En este modo de funcionamiento el nivel de presión sonora cerca de la instalación supera los 105 dBA.

Modo de funcionamiento del SAI

En este modo, la fuente de energía es la red externa. El motogenerador, conectado a través de un reactor tanto a la red externa como a la carga, opera en modo compensador síncrono, compensando dentro de ciertos límites la componente reactiva de la potencia de la carga. En general, una instalación DDIBP conectada en serie con una red externa, por definición, empeora sus características como fuente de tensión, aumentando la impedancia interna equivalente. En este modo de funcionamiento, el nivel de presión sonora cerca de la instalación es de unos 100 dBA.

En caso de problemas con la red externa, la unidad se desconecta de ella, se da un comando para arrancar el motor diesel y la unidad cambia al modo DIESEL. Cabe señalar que el arranque de un motor calentado constantemente se produce sin carga hasta que la velocidad de rotación del eje del motor excede las restantes partes de la instalación con el cierre del embrague de rueda libre. El tiempo típico para arrancar y alcanzar las velocidades de funcionamiento del DD es de 3 a 5 segundos.

Modo de funcionamiento BYPASS

Si es necesario, por ejemplo durante el mantenimiento, la potencia de carga se puede transferir a la línea de derivación directamente desde la red externa. El cambio a la línea de derivación y viceversa se produce con una superposición en el tiempo de respuesta de los dispositivos de conmutación, lo que permite evitar incluso una pérdida de energía a corto plazo en la carga porque El sistema de control se esfuerza por mantener la fase entre la tensión de salida de la instalación DDIBP y la red externa. En este caso, el modo de funcionamiento de la propia instalación no cambia, es decir. si el DD estaba funcionando, seguirá funcionando, o la instalación en sí se alimentó desde una red externa, entonces continuará.

modo de funcionamiento PARADA

Cuando se da el comando STOP, la energía de la carga se conmuta a la línea de derivación y se interrumpe el suministro de energía al motor-generador y al dispositivo de almacenamiento. La instalación continúa girando por inercia durante un tiempo y tras detenerse pasa al modo OFF.

Diagramas de conexión DDIBP y sus características.

Instalación única

Esta es la opción más sencilla para utilizar un DDIBP independiente. La instalación puede tener dos salidas: NB (sin interrupción, alimentación ininterrumpida) sin interrupción del suministro eléctrico y SB (interrupción breve, alimentación garantizada) con una interrupción breve del suministro eléctrico. Cada una de las salidas puede tener su propio bypass (ver Fig. 1).

Ris.1

La salida NB suele estar conectada a una carga crítica (IT, bombas de circulación de refrigeración, acondicionadores de aire de precisión), y la salida SB es una carga para la que una interrupción breve del suministro de energía no es crítica (enfriadores de refrigeración). Para evitar una pérdida total de suministro de energía a la carga crítica, la conmutación de la salida de la instalación y el circuito de bypass se realiza con superposición de tiempo, y las corrientes del circuito se reducen a valores seguros debido a la compleja resistencia de la parte. del devanado del reactor.

Se debe prestar especial atención al suministro de energía desde el DDIBP a la carga no lineal, es decir carga, que se caracteriza por la presencia de una cantidad notable de armónicos en la composición espectral de la corriente consumida. Debido a las peculiaridades del funcionamiento del generador síncrono y del esquema de conexión, esto provoca una distorsión de la forma de onda de tensión en la salida de la instalación, así como la presencia de componentes armónicos de la corriente consumida cuando la instalación se alimenta desde una red externa de tensión alterna.

A continuación se muestran imágenes de la forma (ver Fig. 2) y el análisis armónico del voltaje de salida (ver Fig. 3) cuando se alimenta desde una red externa. El coeficiente de distorsión armónica superó el 10% con una modesta carga no lineal en forma de convertidor de frecuencia. Al mismo tiempo, la instalación no pasó al modo diésel, lo que confirma que el sistema de control no monitorea un parámetro tan importante como el coeficiente de distorsión armónica de la tensión de salida. Según las observaciones, el nivel de distorsión armónica no depende de la potencia de la carga, sino de la relación entre las potencias de la carga lineal y no lineal, y cuando se prueba con una carga térmica activa pura, la forma del voltaje en la salida del La instalación es muy cercana a la sinusoidal. Pero esta situación está muy lejos de la realidad, especialmente cuando se trata de alimentar equipos de ingeniería que incluyen convertidores de frecuencia y cargas de TI que tienen fuentes de alimentación conmutadas que no siempre están equipadas con una corrección del factor de potencia (PFC).

Ris.2

Ris.3

En este y siguientes diagramas destacan tres circunstancias:

Conexión galvánica entre la entrada y salida de la instalación.
El desequilibrio de la carga de fase de la salida llega a la entrada.
La necesidad de medidas adicionales para reducir los armónicos de la corriente de carga.
Los componentes armónicos de la corriente de carga y la distorsión causada por transitorios fluyen desde la salida a la entrada.

Circuito paralelo

Para mejorar el sistema de suministro de energía, las unidades DDIBP se pueden conectar en paralelo, conectando los circuitos de entrada y salida de unidades individuales. Al mismo tiempo, es necesario comprender que la instalación pierde su independencia y pasa a formar parte del sistema cuando se cumplen las condiciones de sincronismo y en fase; en física esto se denomina en una palabra: coherencia. Desde un punto de vista práctico, esto significa que todas las instalaciones incluidas en el sistema deben funcionar en el mismo modo, es decir, por ejemplo, una opción con funcionamiento parcial desde el DD y funcionamiento parcial desde la red externa no es aceptable. En este caso, se crea una línea de derivación común para todo el sistema (ver Fig. 4).

Con este esquema de conexión, existen dos modos potencialmente peligrosos:

Conexión de la segunda instalación y posteriores al bus de salida del sistema manteniendo las condiciones de coherencia.
Desconectar una única instalación del bus de salida manteniendo las condiciones de coherencia hasta la apertura de los interruptores de salida.

Ris.4

Una parada de emergencia de una única instalación puede provocar una situación en la que ésta comience a ralentizarse, pero el dispositivo de conmutación de salida aún no se ha abierto. En este caso, en poco tiempo, el desfase entre la instalación y el resto del sistema puede alcanzar valores de emergencia, provocando un cortocircuito.

También es necesario prestar atención al equilibrio de carga entre instalaciones individuales. En el equipo considerado aquí, el equilibrio se realiza debido a la característica de caída de carga del generador. Debido a la no idealidad y a las características no idénticas de los casos de instalación entre instalaciones, la distribución también es desigual. Además, al acercarse a los valores máximos de carga, la distribución comienza a verse influenciada por factores aparentemente insignificantes como la longitud de las líneas conectadas, los puntos de conexión a la red de distribución de instalaciones y cargas, así como la calidad (resistencia de transición ) de las propias conexiones.

Siempre debemos recordar que los DDIBP y los dispositivos de conmutación son dispositivos electromecánicos con un momento de inercia significativo y tiempos de retardo notables en respuesta a las acciones de control del sistema de control automático.

Circuito en paralelo con conexión de “media” tensión

En este caso, el generador está conectado al reactor a través de un transformador con una relación de transformación adecuada. Por tanto, el reactor y las máquinas de conmutación funcionan a un nivel de voltaje "promedio" y el generador funciona a un nivel de 0.4 kV (ver Fig. 5).

Ris.5

En este caso de uso, es necesario prestar atención a la naturaleza de la carga final y su diagrama de conexión. Aquellos. si la carga final se conecta a través de transformadores reductores, hay que tener en cuenta que la conexión del transformador a la red de suministro va muy probablemente acompañada de un proceso de inversión de magnetización del núcleo, lo que a su vez provoca una irrupción del consumo de corriente y, en consecuencia, una caída de tensión (ver Fig. 6).

Es posible que el equipo sensible no funcione correctamente en esta situación.

Al menos la iluminación de baja inercia parpadea y los convertidores de frecuencia del motor predeterminados se reinician.

Ris.6

Circuito con bus de salida “dividido”

Para optimizar el número de instalaciones en el sistema de alimentación, el fabricante propone utilizar un esquema con bus de salida “split”, en el que las instalaciones son paralelas tanto en entrada como en salida, estando cada instalación conectada individualmente a más de una. bus de salida. En este caso, el número de líneas de derivación debe ser igual al número de barras de salida (ver Fig. 7).

Debe entenderse que los buses de salida no son independientes y están conectados galvánicamente entre sí a través de los aparatos de conmutación de cada instalación.

Así, a pesar de las garantías del fabricante, este circuito representa una fuente de alimentación con redundancia interna, en el caso de un circuito en paralelo, que tiene varias salidas interconectadas galvánicamente.

Ris.7

Aquí, como en el caso anterior, es necesario prestar atención no sólo al equilibrio de carga entre instalaciones, sino también entre buses de salida.

Además, algunos clientes se oponen categóricamente al suministro de alimentos "sucios", es decir, utilizando un bypass para la carga en cualquier modo de funcionamiento. Con este enfoque, por ejemplo en los centros de datos, un problema (sobrecarga) en uno de los radios provoca una falla del sistema con un apagado completo de la carga útil.

Ciclo de vida de DDIBP y su impacto en el sistema de suministro de energía en su conjunto.

No debemos olvidar que las instalaciones DDIBP son dispositivos electromecánicos que requieren una actitud atenta, cuando menos, reverente y un mantenimiento periódico.

El programa de mantenimiento incluye desmantelamiento, parada, limpieza, lubricación (una vez cada seis meses), así como cargar el generador a una carga de prueba (una vez al año). Normalmente, se necesitan dos días hábiles para realizar el mantenimiento de una instalación. Y la ausencia de un circuito especialmente diseñado para conectar el generador a la carga de prueba conduce a la necesidad de desenergizar la carga útil.

Por ejemplo, tomemos un sistema redundante de 15 DDIUPS operativos en paralelo conectados a voltaje "promedio" a un bus doble "dividido" en ausencia de un circuito dedicado para conectar la carga de prueba.

Con estos datos iniciales, para dar servicio al sistema durante 30(!) días calendario en el modo de día por medio, será necesario desenergizar uno de los buses de salida para conectar la carga de prueba. Por tanto, la disponibilidad de suministro de energía para la carga útil de uno de los buses de salida es - 0,959, y de hecho incluso 0,92.

Además, volver al circuito de suministro de energía de carga útil estándar requerirá encender la cantidad requerida de transformadores reductores, lo que, a su vez, provocará múltiples caídas de voltaje en todo (!) el sistema asociado con la inversión de magnetización de los transformadores.

Recomendaciones para el uso de DDIBP

De lo anterior, se desprende una conclusión poco reconfortante: en la salida del sistema de suministro de energía que utiliza un DDIBP, hay un voltaje ininterrumpido de alta calidad (!) cuando se cumplen todas las siguientes condiciones:

La fuente de alimentación externa no tiene inconvenientes importantes;
La carga del sistema es constante en el tiempo, activa y de naturaleza lineal (las dos últimas características no se aplican a los equipos del centro de datos);
No hay distorsiones en el sistema causadas por la conmutación de elementos reactivos.

En resumen, se pueden formular las siguientes recomendaciones:

Separe los sistemas de suministro de energía de los equipos de ingeniería y de TI y divida estos últimos en subsistemas para minimizar la influencia mutua.
Dedique una red separada para garantizar la capacidad de dar servicio a una sola instalación con la capacidad de conectar una carga de prueba exterior con una capacidad igual a una sola instalación. Preparar el sitio y las instalaciones de cableado para la conexión a estos efectos.
Monitoree constantemente el equilibrio de carga entre buses de energía, instalaciones individuales y fases.
Evite el uso de transformadores reductores conectados a la salida del DDIBP.
Pruebe y registre cuidadosamente el funcionamiento de los dispositivos de conmutación de energía y automatización para recopilar estadísticas.
Para verificar la calidad del suministro de energía a la carga, pruebe las instalaciones y sistemas utilizando una carga no lineal.
Al realizar el servicio, desmonte las baterías de arranque y pruébelas individualmente, porque... A pesar de la presencia de los llamados ecualizadores y un panel de inicio de respaldo (RSP), debido a una batería defectuosa, es posible que el DD no se inicie.
Tome medidas adicionales para minimizar los armónicos de la corriente de carga.
Documentar los campos sonoros y térmicos de las instalaciones, los resultados de las pruebas de vibración para una rápida respuesta ante las primeras manifestaciones de diversos tipos de problemas mecánicos.
Evite paradas prolongadas de las instalaciones, tome medidas para distribuir uniformemente los recursos del motor.
Completar la instalación con sensores de vibración para prevenir situaciones de emergencia.
Si los campos acústicos y térmicos cambian, aparecen vibraciones u olores extraños, retire inmediatamente las instalaciones de servicio para realizar más diagnósticos.

PD: El autor agradecería sus comentarios sobre el tema del artículo.

Fuente: habr.com

Características de los sistemas de suministro de energía que utilizan DDIBP.