Buttsev I.V.
[sähköposti suojattu]
Diesel Dynamic Uninterruptible Power Sources (DDUIPS) -virtalähdejärjestelmien ominaisuudet
Seuraavassa esityksessä kirjoittaja yrittää välttää markkinoinnin kliseitä ja luottaa yksinomaan käytännön kokemukseen. HITEC Power Protectionin DDIBP:t kuvataan koehenkilöiksi.
DDIBP-asennuslaite
DDIBP-laite näyttää sähkömekaanisesta näkökulmasta melko yksinkertaiselta ja ennustettavalta.
Pääasiallinen energianlähde on dieselmoottori (DE), jonka teho on asennuksen hyötysuhde huomioon ottaen riittävä pitkäkestoiseen jatkuvaan virransyöttöön kuormalle. Tämä asettaa siis varsin tiukat vaatimukset sen luotettavuudelle, käynnistysvalmiudelle ja toiminnan vakaudelle. Siksi on täysin loogista käyttää laivan DD:itä, jotka myyjä maalaa keltaisesta uudelleen omaan väriinsä.
Mekaanisen energian käännettävänä muuntajana sähköenergiaksi ja takaisin laitteisto sisältää moottorigeneraattorin, jonka teho ylittää laitoksen nimellistehon, parantamaan ennen kaikkea virtalähteen dynaamisia ominaisuuksia transienttiprosessien aikana.
Koska valmistaja väittää keskeytymättömän virransyötön, asennuksessa on elementti, joka ylläpitää tehoa kuormalle siirtymisen aikana käyttötilasta toiseen. Inertiaakku tai induktiokytkin palvelee tätä tarkoitusta. Se on massiivinen kappale, joka pyörii suurella nopeudella ja kerää mekaanista energiaa. Valmistaja kuvailee laitettaan asynkroniseksi moottoriksi asynkronisen moottorin sisällä. Nuo. Siinä on staattori, ulkoroottori ja sisäroottori. Lisäksi ulkoroottori on kytketty jäykästi laitteiston yhteiseen akseliin ja pyörii synkronisesti moottorigeneraattorin akselin kanssa. Sisäinen roottori pyörii lisäksi suhteessa ulkoiseen roottoriin ja on itse asiassa tallennuslaite. Tehon ja vuorovaikutuksen aikaansaamiseksi yksittäisten osien välillä käytetään liukurenkailla varustettuja harjayksiköitä.
Mekaanisen energian siirron varmistamiseksi moottorista asennuksen muihin osiin käytetään ylikäyntikytkintä.
Asennuksen tärkein osa on automaattinen ohjausjärjestelmä, joka yksittäisten osien toimintaparametreja analysoimalla vaikuttaa koko asennuksen ohjaukseen.
Myös asennuksen tärkein elementti on reaktori, kolmivaihekuristin, jossa on käämityshana, joka on suunniteltu integroimaan laitteisto virransyöttöjärjestelmään ja mahdollistamaan suhteellisen turvallisen tilan vaihdon rajoittaen tasausvirtoja.
Ja lopuksi apu, mutta ei suinkaan toissijaiset osajärjestelmät - ilmanvaihto, polttoaineen syöttö, jäähdytys ja kaasun poisto.
DDIBP-asennuksen toimintatilat
Mielestäni olisi hyödyllistä kuvata DDIBP-asennuksen eri tiloja:
- käyttötila OFF
Asennuksen mekaaninen osa on liikkumaton. Virta syötetään ohjausjärjestelmään, moottoriajoneuvon esilämmitysjärjestelmään, käynnistysakkujen kelluvaan latausjärjestelmään ja ilmanvaihtokoneeseen. Esilämmityksen jälkeen asennus on valmis alkamaan.
- käyttötila START
Kun START-komento annetaan, DD käynnistyy, joka pyörittää taajuusmuuttajan ulkoroottoria ja moottorigeneraattoria ylikäyntikytkimen kautta. Kun moottori lämpenee, sen jäähdytysjärjestelmä aktivoituu. Käyttönopeuden saavuttamisen jälkeen taajuusmuuttajan sisäinen roottori alkaa pyöriä (latautua). Tallennuslaitteen latausprosessi arvioidaan epäsuorasti sen kuluttaman virran perusteella. Tämä prosessi kestää 5-7 minuuttia.
Jos ulkoista tehoa on saatavilla, kestää jonkin aikaa lopullinen synkronointi ulkoisen verkon kanssa ja kun riittävä samanvaiheinen aste on saavutettu, asennus liitetään siihen.
DD hidastaa pyörimisnopeutta ja siirtyy jäähdytysjaksoon, joka kestää noin 10 minuuttia, jonka jälkeen se pysähtyy. Ylikäynnistetty kytkin vapautuu ja asennuksen pyörimistä edelleen tukee moottorigeneraattori kompensoimalla akun häviöitä. Asennus on valmis syöttämään kuormaa ja siirtyy UPS-tilaan.
Ulkoisen virtalähteen puuttuessa laitteisto on valmis syöttämään kuormaa ja omia tarpeitaan moottorigeneraattorista ja jatkaa toimintaansa DIESEL-tilassa.
- käyttötila DIESEL
Tässä tilassa energialähde on DD. Sen pyörittämä moottorigeneraattori käyttää kuormaa. Moottorigeneraattorilla jännitelähteenä on selvä taajuusvaste ja huomattava inertia, joka reagoi viiveellä äkillisiin kuormituksen suuruuden muutoksiin. Koska Valmistaja täydentää asennukset merikäyttöisellä DD-toiminnalla tässä tilassa vain polttoainevarat ja kyky ylläpitää laitoksen lämpötilaa. Tässä käyttötilassa äänenpainetaso laitteiston lähellä ylittää 105 dBA.
- UPS-käyttötila
Tässä tilassa energialähde on ulkoinen verkko. Reaktorin kautta sekä ulkoiseen verkkoon että kuormaan kytketty moottorigeneraattori toimii synkronisessa kompensaattoritilassa kompensoiden tietyissä rajoissa kuormitustehon loiskomponenttia. Yleisesti ottaen DDIBP-asennus, joka on kytketty sarjaan ulkoisen verkon kanssa, heikentää määritelmänsä mukaan ominaisuuksiaan jännitelähteenä ja lisää vastaavaa sisäistä impedanssia. Tässä käyttötilassa äänenpainetaso asennuksen lähellä on noin 100 dBA.
Jos ulkoisessa verkossa on ongelmia, yksikkö irrotetaan siitä, annetaan komento käynnistää dieselmoottori ja laite siirtyy DIESEL-tilaan. On huomattava, että jatkuvasti lämmitettävän moottorin käynnistys tapahtuu ilman kuormitusta, kunnes moottorin akselin pyörimisnopeus ylittää asennuksen muut osat, kun ylikäyntikytkin suljetaan. Tyypillinen aika DD:n käynnistymiseen ja käyttönopeuksien saavuttamiseen on 3-5 sekuntia.
- BYPASS-käyttötila
Tarvittaessa esim. huollon aikana kuormitusteho voidaan siirtää ohituslinjalle suoraan ulkoisesta verkosta. Vaihto ohituslinjalle ja takaisin tapahtuu päällekkäin kytkinlaitteiden vasteajassa, mikä antaa sinun välttää jopa lyhytaikaisen tehon menetyksen kuormaan, koska Ohjausjärjestelmä pyrkii pitämään saman vaiheen DDIBP-asennuksen lähtöjännitteen ja ulkoisen verkon välillä. Tällöin itse asennuksen toimintatapa ei muutu, ts. jos DD toimi, se jatkaa toimintaansa tai itse asennus sai virtansa ulkoisesta verkosta, niin se jatkuu.
- käyttötila STOP
Kun STOP-komento annetaan, kuormitusteho kytketään ohituslinjalle ja virransyöttö moottorigeneraattorille ja tallennuslaitteelle katkeaa. Asennus jatkaa pyörimistä hitaudella jonkin aikaa ja pysähtymisen jälkeen menee OFF-tilaan.
DDIBP-kytkentäkaaviot ja niiden ominaisuudet
Yksittäinen asennus
Tämä on yksinkertaisin vaihtoehto itsenäisen DDIBP:n käyttämiseen. Asennuksessa voi olla kaksi lähtöä - NB (ei katkoa, keskeytymätön virta) ilman virransyöttöä ja SB (lyhytkatko, taattu teho) lyhytaikaisella virrankatkolla. Jokaisella lähdöllä voi olla oma ohitus (katso kuva 1.).
Kuva 1
NB-lähtö on yleensä kytketty kriittiseen kuormaan (IT, jäähdytyskiertopumput, tarkkuusilmastointilaitteet), ja SB-lähtö on kuorma, jolle lyhytaikainen virransyötön katkos ei ole kriittinen (jäähdytysjäähdyttimet). Jotta vältetään virransyötön täydellinen katkeaminen kriittiseen kuormaan, asennuksen lähdön ja ohituspiirin kytkentä suoritetaan ajallisesti päällekkäin, ja piirien virrat pienennetään turvallisiin arvoihin osan monimutkaisen vastuksen vuoksi. reaktorin käämityksestä.
Erityistä huomiota tulee kiinnittää tehonsyöttöön DDIBP:stä epälineaariseen kuormaan, ts. kuorma, jolle on ominaista huomattava määrä harmonisia kulutetun virran spektrikoostumuksessa. Synkronisen generaattorin toiminnan ja kytkentäkaavion erityispiirteistä johtuen tämä johtaa jännitteen aaltomuodon vääristymiseen laitteiston lähdössä sekä kulutetun virran harmonisten komponenttien esiintymiseen, kun laitteisto saa virtaa ulkoinen vaihtojänniteverkko.
Alla on kuvia muodosta (katso kuva 2) ja harmonisen analyysin lähtöjännitteestä (katso kuva 3), kun se saa virran ulkoisesta verkosta. Harmoninen särökerroin ylitti 10 % vaatimattomalla epälineaarisella kuormituksella taajuusmuuttajan muodossa. Samaan aikaan asennus ei siirtynyt dieseltilaan, mikä vahvistaa, että ohjausjärjestelmä ei valvo niin tärkeää parametria kuin lähtöjännitteen harmoninen särökerroin. Havaintojen mukaan harmonisen särön taso ei riipu kuormitustehosta, vaan epälineaarisen ja lineaarisen kuorman tehojen suhteesta ja puhtaalla aktiivisella, lämpökuormalla testattuna, jännitteen muodosta kuorman ulostulossa. asennus on todella lähellä sinimuotoista. Mutta tämä tilanne on hyvin kaukana todellisuudesta, varsinkin kun on kyse teknisten laitteiden, jotka sisältävät taajuusmuuttajat, ja IT-kuormien, joissa on kytkentävirtalähteitä, joita ei aina ole varustettu tehokertoimen korjauksella (PFC) virransyöttö.
Kuva 2
Kuva 3
Tässä ja myöhemmissä kaavioissa kolme asiaa ovat huomionarvoisia:
- Galvaaninen yhteys asennuksen tulon ja lähdön välillä.
- Lähdön vaihekuorman epätasapaino saavuttaa tulon.
- Lisätoimenpiteiden tarve kuormitusvirran harmonisten vähentämiseksi.
- Kuormavirran harmoniset komponentit ja transientien aiheuttamat säröt virtaavat lähdöstä tuloon.
Rinnakkaispiiri
Tehonsyöttöjärjestelmän tehostamiseksi DDIBP-yksiköitä voidaan kytkeä rinnakkain yhdistämällä yksittäisten yksiköiden tulo- ja lähtöpiirit. Samalla on ymmärrettävä, että asennus menettää itsenäisyytensä ja tulee osaksi järjestelmää, kun synkronoinnin ja vaiheen ehdot täyttyvät; fysiikassa tähän viitataan yhdellä sanalla - koherenssi. Käytännön näkökulmasta tämä tarkoittaa, että kaikkien järjestelmään kuuluvien asennuksien on toimittava samassa tilassa, eli esimerkiksi lisävarusteena osittaisella käytöllä DD:stä, ja osittainen käyttö ulkoisesta verkosta ei ole hyväksyttävää. Tässä tapauksessa ohituslinja luodaan yhteiseksi koko järjestelmälle (katso kuva 4).
Tässä yhteysjärjestelmässä on kaksi mahdollisesti vaarallista tilaa:
- Toisen ja sitä seuraavat asennukset kytketään järjestelmän lähtöväylään samalla kun säilytetään koherenssin olosuhteet.
- Yksittäisen asennuksen irrottaminen lähtöväylästä säilyttäen samalla koherenssiolosuhteet, kunnes lähtökytkimet avataan.
Kuva 4
Yksittäisen asennuksen hätäpysäytys voi johtaa tilanteeseen, jossa se alkaa hidastua, mutta lähtökytkentälaite ei ole vielä avautunut. Tässä tapauksessa asennuksen ja muun järjestelmän välinen vaihe-ero voi lyhyessä ajassa saavuttaa hätäarvot aiheuttaen oikosulun.
Sinun on myös kiinnitettävä huomiota yksittäisten asennusten väliseen kuormituksen tasapainottamiseen. Tässä tarkastelluissa laitteissa tasapainotus tapahtuu generaattorin putoavan kuormituksen vuoksi. Epäideaalisuutensa ja asennustapahtumien epäidenttisten ominaisuuksien vuoksi asennusten välillä jakautuminen on myös epätasaista. Lisäksi maksimikuormitusarvoja lähestyttäessä jakautumiseen alkavat vaikuttaa sellaiset näennäisesti merkityksettömät tekijät, kuten liitettyjen johtojen pituus, liitäntäpisteet asennusten ja kuormien jakeluverkkoon sekä laatu (siirtymäkestävyys). ) itse liitännöistä.
On aina muistettava, että DDIBP:t ja kytkinlaitteet ovat sähkömekaanisia laitteita, joilla on merkittävä hitausmomentti ja havaittavissa olevat viiveajat vastauksena automaattisen ohjausjärjestelmän ohjaustoimiin.
Rinnakkaispiiri "keskijänniteliitännällä".
Tässä tapauksessa generaattori on kytketty reaktoriin muuntajan kautta, jolla on sopiva muunnossuhde. Siten reaktori ja kytkinkoneet toimivat "keskimääräisellä" jännitetasolla ja generaattori toimii 0.4 kV:n tasolla (ks. kuva 5).
Kuva 5
Tässä käyttötapauksessa sinun on kiinnitettävä huomiota loppukuorman luonteeseen ja sen kytkentäkaavioon. Nuo. jos loppukuorma kytketään alas-alennusmuuntajien kautta, on pidettävä mielessä, että muuntajan liittämiseen syöttöverkkoon liittyy erittäin todennäköistä sydämen magnetoinnin käänteisprosessi, joka puolestaan aiheuttaa virrankulutuksen ja seurauksena jännitehäviö (katso kuva 6).
Herkät laitteet eivät välttämättä toimi oikein tässä tilanteessa.
Ainakin pieniinertiavalo vilkkuu ja moottorin oletustaajuusmuuttajat käynnistetään uudelleen.
Kuva 6
Piiri "jaetulla" lähtöväylällä
Tehonsyöttöjärjestelmän asennusten määrän optimoimiseksi valmistaja ehdottaa, että käytetään "jaetun" lähtöväylän järjestelmää, jossa asennukset ovat rinnakkain sekä tulo- että lähdössä, ja jokainen asennus on liitetty erikseen useampaan kuin yhteen. lähtöväylä. Tässä tapauksessa ohituslinjojen lukumäärän on oltava yhtä suuri kuin lähtöväylien lukumäärä (katso kuva 7).
On ymmärrettävä, että lähtöväylät eivät ole itsenäisiä ja ne on kytketty galvaanisesti toisiinsa kunkin asennuksen kytkinlaitteiden kautta.
Siten, valmistajan vakuutuksista huolimatta, tämä piiri edustaa yhtä teholähdettä, jossa on sisäinen redundanssi, jos kyseessä on rinnakkaispiiri, jossa on useita galvaanisesti kytkettyjä lähtöjä.
Kuva 7
Tässä, kuten edellisessä tapauksessa, on kiinnitettävä huomiota paitsi asennusten väliseen kuormituksen tasapainottamiseen myös lähtöväylöiden välillä.
Myös jotkut asiakkaat vastustavat kategorisesti "likaisen" ruoan toimittamista, ts. käyttämällä kuorman ohitusta missä tahansa käyttötilassa. Tällä lähestymistavalla esimerkiksi datakeskuksissa ongelma (ylikuormitus) yhdessä pinnassa johtaa järjestelmän kaatumiseen ja hyötykuorman täydelliseen sammumiseen.
DDIBP:n elinkaari ja sen vaikutus tehonsyöttöjärjestelmään kokonaisuutena
Emme saa unohtaa, että DDIBP-asennukset ovat sähkömekaanisia laitteita, jotka vaativat huomaavaista, vähintäänkin kunnioittavaa asennetta ja säännöllistä huoltoa.
Huoltoaikataulu sisältää käytöstäpoiston, seisokkien, puhdistuksen, voitelun (kerran puolen vuoden välein) sekä generaattorin kuormituksen koekuormitukseen (kerran vuodessa). Yhden asennuksen huoltaminen kestää yleensä kaksi arkipäivää. Ja erityisesti suunnitellun piirin puuttuminen generaattorin kytkemiseksi testikuormaan johtaa tarpeeseen katkaista hyötykuorma.
Otetaan esimerkiksi redundanttijärjestelmä, jossa on 15 rinnakkain toimivaa DDUIPS:ää, jotka on kytketty "keskimääräisellä" jännitteellä kaksinkertaiseen "jaettuun" väylään ilman testikuorman kytkemiseen tarkoitettua piiriä.
Tällaisilla alkutiedoilla, jotta järjestelmää voidaan huoltaa 30(!) kalenteripäivän ajan joka toinen päivätilassa, on tarpeen kytkeä yksi lähtöväylistä jännitteettömiksi testikuorman kytkemiseksi. Näin ollen virransyötön saatavuus yhden lähtöväylän hyötykuormaan on -0,959 ja itse asiassa jopa 0,92.
Lisäksi paluu tavalliseen hyötykuorman tehonsyöttöpiiriin vaatii päällekytkennän vaaditun määrän alaspäinmuuntajia, mikä puolestaan aiheuttaa useita jännitehäviöitä koko (!) järjestelmässä, jotka liittyvät muuntajien magnetoinnin käänteiseen.
DDIBP:n käyttöä koskevia suosituksia
Yllä olevasta ei ole lohdullinen johtopäätös - DDIBP:tä käyttävän tehonsyöttöjärjestelmän lähdössä on korkealaatuinen (!) keskeytymätön jännite, kun kaikki seuraavat ehdot täyttyvät:
- Ulkoisella virtalähteellä ei ole merkittäviä haittoja;
- Järjestelmän kuormitus on ajan mittaan vakio, aktiivinen ja lineaarinen (kaksi viimeistä ominaisuutta eivät koske konesalin laitteita);
- Järjestelmässä ei ole vääristymiä, jotka aiheutuvat reaktiivisten elementtien kytkemisestä.
Yhteenvetona voidaan esittää seuraavat suositukset:
- Erottele suunnittelu- ja IT-laitteiden tehonsyöttöjärjestelmät ja jaa viimeksi mainitut osajärjestelmiin keskinäisen vaikutuksen minimoimiseksi.
- Varaa erillinen verkko varmistaaksesi yhden asennuksen huoltokyvyn ja mahdollisuuden liittää ulkona toimivan testikuorman, jonka kapasiteetti vastaa yhtä asennusta. Valmistele paikka ja kaapelitilat liittämistä varten näitä tarkoituksia varten.
- Tarkkaile jatkuvasti tehoväylien, yksittäisten asennusten ja vaiheiden välistä kuormitusta.
- Vältä DDIBP:n lähtöön kytkettyjen alennusmuuntajien käyttöä.
- Testaa ja tallenna huolellisesti automaatio- ja tehokytkinlaitteiden toiminta tilastojen keräämiseksi.
- Tarkistaaksesi kuorman virransyötön laadun, testaa asennuksia ja järjestelmiä käyttämällä epälineaarista kuormaa.
- Huollon aikana pura käynnistysakkut ja testaa ne yksitellen, koska... Huolimatta ns. taajuuskorjainten ja varakäynnistyspaneelin (RSP) olemassaolosta, DD ei ehkä käynnisty yhden viallisen akun vuoksi.
- Suorita lisätoimenpiteitä kuormitusvirran harmonisten minimoimiseksi.
- Dokumentoi asennusten ääni- ja lämpökentät, tärinätestien tulokset, jotta voit reagoida nopeasti erilaisten mekaanisten ongelmien ensimmäisiin ilmenemismuotoihin.
- Vältä asennusten pitkiä seisokkeja ja ryhdy toimenpiteisiin moottoriresurssien tasaiseksi jakamiseksi.
- Täydennä asennus tärinäantureilla hätätilanteiden estämiseksi.
- Jos ääni- ja lämpökentät muuttuvat, tärinää tai vieraita hajuja ilmenee, poista laitteistot välittömästi käytöstä lisädiagnostiikkaa varten.
PS Kirjoittaja olisi kiitollinen palautteesta artikkelin aiheesta.
Lähde: will.com