A DDIBP-t használó tápellátó rendszerek jellemzői

Butev I.V.
[e-mail védett]

Dízel dinamikus szünetmentes áramforrást (DDUIPS) használó áramellátó rendszerek jellemzői

A következő előadásban a szerző igyekszik kerülni a marketing kliséket, és kizárólag a gyakorlati tapasztalatokra támaszkodik. A HITEC Power Protection DDIBP-jeit tesztalanyként írjuk le.

DDIBP telepítő eszköz

A DDIBP eszköz elektromechanikai szempontból meglehetősen egyszerűnek és kiszámíthatónak tűnik.
A fő energiaforrás a dízelmotor (DE), amely elegendő teljesítménnyel rendelkezik, figyelembe véve a telepítés hatékonyságát, a terhelés hosszú távú folyamatos áramellátásához. Ez ennek megfelelően meglehetősen szigorú követelményeket támaszt a megbízhatóságra, az indítási készenlétre és a működés stabilitására vonatkozóan. Ezért teljesen logikus a hajós DD-k használata, amelyeket az eladó sárgáról átfest a saját színére.

A mechanikai energia elektromos energiává és visszafordítható átalakítójaként a berendezés tartalmaz egy motor-generátort, amelynek teljesítménye meghaladja a berendezés névleges teljesítményét, elsősorban az áramforrás dinamikus jellemzőinek javítására tranziens folyamatok során.

Mivel a gyártó a szünetmentes tápegységet állítja, a telepítés tartalmaz egy elemet, amely fenntartja a terhelést az egyik üzemmódból a másikba való átmenet során. Erre a célra egy inerciális akkumulátor vagy indukciós csatoló szolgál. Ez egy masszív test, amely nagy sebességgel forog, és mechanikai energiát halmoz fel. A gyártó az aszinkron motoron belüli aszinkron motorként írja le készülékét. Azok. Van egy állórész, egy külső és egy belső forgórész. Ezenkívül a külső forgórész mereven kapcsolódik a berendezés közös tengelyéhez, és szinkronban forog a motor-generátor tengelyével. A belső rotor ráadásul forog a külsőhöz képest, és valójában egy tárolóeszköz. Az egyes részek közötti erő és kölcsönhatás biztosítására csúszógyűrűs kefeegységeket használnak.

A mechanikai energia átvitelének biztosítására a motorról a berendezés többi részébe, túlfutási tengelykapcsolót használnak.

A szerelés legfontosabb része az automata vezérlőrendszer, amely az egyes alkatrészek működési paramétereinek elemzésével a berendezés egészének vezérlését befolyásolja.
Szintén a telepítés legfontosabb eleme egy reaktor, egy háromfázisú, tekercscsappal ellátott fojtó, amelyet úgy terveztek, hogy integrálja a berendezést az áramellátó rendszerbe, és lehetővé tegye a viszonylag biztonságos üzemmódok közötti váltást, korlátozza a kiegyenlítő áramokat.
És végül a kiegészítő, de semmiképpen sem másodlagos alrendszerek - szellőzés, üzemanyag-ellátás, hűtés és gázelszívás.

A DDIBP telepítés működési módjai

Azt hiszem, hasznos lenne leírni a DDIBP telepítés különböző állapotait:

• üzemmód KI

A telepítés mechanikus része mozdulatlan. Az áramellátást a vezérlőrendszer, a gépjármű előfűtő rendszere, az indítóakkumulátorok lebegő töltőrendszere és a recirkulációs szellőztető egység kapja. Az előmelegítés után a telepítés készen áll.

• üzemmód START

A START parancs kiadásakor elindul a DD, amely a hajtás külső forgórészét és a motor-generátort megpörgeti az átfutó tengelykapcsolón keresztül. Ahogy a motor felmelegszik, a hűtőrendszere működésbe lép. Az üzemi fordulatszám elérése után a hajtás belső forgórésze felpörög (töltés). A tárolóeszköz töltésének folyamatát közvetetten az általa fogyasztott áram alapján ítélik meg. Ez a folyamat 5-7 percig tart.

Ha rendelkezésre áll külső táp, akkor némi időbe telik a végső szinkronizálás a külső hálózattal, és megfelelő fokú in-fázis elérése esetén a rendszer rácsatlakozik.

A DD csökkenti a forgási sebességet, és hűtési ciklusba lép, amely körülbelül 10 percet vesz igénybe, majd leáll. Az átfutó tengelykapcsoló kiold, és a berendezés további forgását a motor-generátor támogatja, miközben kompenzálja az akkumulátor veszteségét. A telepítés készen áll a terhelés táplálására, és UPS üzemmódba kapcsol.

Külső tápegység hiányában a berendezés készen áll a terhelés és saját szükségleteinek táplálására a motor-generátorról, és továbbra is DIESEL üzemmódban működik.

• üzemmód DÍZEL

Ebben az üzemmódban az energiaforrás a DD. Az általa forgatott motor-generátor táplálja a terhelést. A motor-generátor, mint feszültségforrás kifejezett frekvencia-válaszú és észrevehető tehetetlenséggel rendelkezik, késéssel reagál a terhelés nagyságának hirtelen változásaira. Mert A gyártó a berendezéseket tengeri DD-üzemmóddal egészíti ki ebben az üzemmódban, amelyet csak az üzemanyag-tartalékok és a létesítmény hőszabályozásának fenntartásának képessége korlátoz. Ebben az üzemmódban a hangnyomásszint a berendezés közelében meghaladja a 105 dBA-t.

• UPS üzemmód

Ebben az üzemmódban az energiaforrás a külső hálózat. A reaktoron keresztül a külső hálózathoz és a terheléshez kapcsolódó motorgenerátor szinkron kompenzátor üzemmódban működik, bizonyos határok között kompenzálja a terhelési teljesítmény meddő összetevőjét. Általánosságban elmondható, hogy egy külső hálózattal sorba kapcsolt DDIBP-berendezés definíció szerint rontja feszültségforrás tulajdonságait, növelve az egyenértékű belső impedanciát. Ebben az üzemmódban a hangnyomásszint a berendezés közelében körülbelül 100 dBA.

A külső hálózattal kapcsolatos problémák esetén az egységet lekapcsolják róla, parancsot adnak a dízelmotor indítására, és az egység DIESEL üzemmódba kapcsol. Meg kell jegyezni, hogy az állandóan fűtött motor indítása terhelés nélkül történik mindaddig, amíg a motor tengelyének forgási sebessége meg nem haladja a berendezés többi részeit az átfutó tengelykapcsoló zárásával. A DD beindításának és működési sebességének elérésének jellemző ideje 3-5 másodperc.

• BYPASS üzemmód

Szükség esetén, például karbantartás során, a terhelési teljesítmény közvetlenül a külső hálózatról átvihető a bypass vezetékre. A bypass vezetékre és visszakapcsolás a kapcsolókészülékek válaszidejének átfedésével történik, ami lehetővé teszi, hogy elkerülje a terhelés rövid távú áramkiesését is, mert A vezérlőrendszer arra törekszik, hogy a DDIBP-berendezés kimeneti feszültsége és a külső hálózat közötti fázisban maradjon. Ebben az esetben magának a telepítésnek az üzemmódja nem változik, pl. ha a DD működött, akkor továbbra is működik, vagy magát a telepítést külső hálózatról táplálták, akkor folytatódik.

• üzemmód STOP

A STOP parancs kiadásakor a terhelési teljesítmény átkapcsol a bypass vezetékre, és megszakad a motor-generátor és a tároló tápellátása. A berendezés még egy ideig tehetetlenségi nyomatékkal forog, majd leállítás után OFF módba kerül.

DDIBP csatlakozási diagramok és jellemzőik

Egyszeri telepítés

Ez a legegyszerűbb lehetőség független DDIBP használatához. A telepítésnek két kimenete lehet - NB (szakadásmentes, szünetmentes táp) a tápellátás megszakítása nélkül és SB (rövid szünet, garantált teljesítmény) rövid távú áramkimaradás esetén. Mindegyik kimenetnek lehet saját bypassa (lásd 1. ábra).

1. ábra

Az NB kimenet általában kritikus terheléshez kapcsolódik (IT, hűtőkeringető szivattyúk, precíziós klímaberendezések), az SB kimenet pedig olyan terhelés, amelynél nem kritikus az áramellátás rövid távú megszakítása (hűtőhűtők). A kritikus terhelés áramellátásának teljes elvesztésének elkerülése érdekében a telepítési kimenet és a bypass áramkör kapcsolása időbeli átfedéssel történik, és az áramköri áramok biztonságos értékekre csökkennek az alkatrész összetett ellenállása miatt. a reaktor tekercsének.

Különös figyelmet kell fordítani a tápellátásra a DDIBP-től a nemlineáris terhelésig, pl. terhelés, amelyet az elfogyasztott áram spektrális összetételében észrevehető mennyiségű harmonikus jelenléte jellemez. A szinkrongenerátor működésének sajátosságai és a kapcsolási rajz miatt ez a feszültség hullámforma torzulásához vezet a berendezés kimenetén, valamint a felvett áram harmonikus összetevőinek jelenlétéhez, amikor a berendezés tápfeszültségről kap. külső váltakozó feszültségű hálózat.

Az alábbiakban képek láthatók az alakról (lásd 2. ábra) és a kimeneti feszültség harmonikus elemzéséről (lásd a 3. ábrát), amikor külső hálózatról táplálják. A harmonikus torzítási együttható meghaladta a 10%-ot egy szerény nemlineáris terhelés mellett, frekvenciaváltó formájában. Ugyanakkor a telepítés nem vált dízel üzemmódra, ami megerősíti, hogy a vezérlőrendszer nem figyel olyan fontos paramétert, mint a kimeneti feszültség harmonikus torzítási együtthatója. A megfigyelések szerint a harmonikus torzítás mértéke nem a terhelési teljesítménytől függ, hanem a nemlineáris és lineáris terhelés teljesítményeinek arányától, valamint tiszta aktív, termikus terhelésen tesztelve a feszültség alakjától a terhelési teljesítménytől. a telepítés nagyon közel áll a szinuszoshoz. Ez a helyzet azonban nagyon távol áll a valóságtól, különösen, ha olyan mérnöki berendezések táplálásáról van szó, amelyek frekvenciaváltókat tartalmaznak, és olyan IT-terheléseket, amelyek kapcsolóüzemű tápegységei nem mindig vannak felszerelve teljesítménytényező-korrekcióval (PFC).

2. ábra

3. ábra

Ezen és a következő ábrákon három körülmény figyelemre méltó:

• Galvanikus kapcsolat a berendezés bemenete és kimenete között.
• A kimenet fázisterhelésének kiegyensúlyozatlansága eléri a bemenetet.
• További intézkedések szükségessége a terhelőáram-harmonikusok csökkentésére.
• A terhelési áram és a tranziensek okozta torzítás harmonikus összetevői a kimenetről a bemenetre áramlanak.

Párhuzamos áramkör

Az áramellátó rendszer bővítése érdekében a DDIBP egységek párhuzamosan kapcsolhatók, összekapcsolva az egyes egységek bemeneti és kimeneti áramköreit. Ugyanakkor meg kell érteni, hogy az installáció elveszti függetlenségét, és a rendszer részévé válik, ha a szinkron és az in-phase feltételei teljesülnek; a fizikában ezt egy szóval - koherenciával - jelölik. Gyakorlati szempontból ez azt jelenti, hogy a rendszerben lévő összes telepítésnek ugyanabban az üzemmódban kell működnie, azaz például a DD-ről részleges működésű opció, a külső hálózatról történő részleges működés pedig nem elfogadható. Ebben az esetben a bypass vezeték az egész rendszerre közösen jön létre (lásd 4. ábra).

Ezzel a csatlakozási sémával két potenciálisan veszélyes mód létezik:

• A második és az azt követő telepítések csatlakoztatása a rendszer kimeneti buszához a koherencia feltételeinek megőrzése mellett.
• Egyetlen telepítés leválasztása a kimeneti buszról, miközben a koherencia feltételeit fenntartja a kimeneti kapcsolók kinyitásáig.

4. ábra

Egyetlen telepítés vészleállítása olyan helyzethez vezethet, amikor az elkezd lelassulni, de a kimeneti kapcsolókészülék még nem nyitott ki. Ebben az esetben rövid időn belül a telepítés és a rendszer többi része közötti fáziskülönbség elérheti a vészhelyzeti értéket, ami rövidzárlatot okozhat.

Figyelni kell az egyes telepítések közötti terheléselosztásra is. Az itt vizsgált berendezésekben a kiegyenlítés a generátorra jellemző eső terhelés miatt történik. Nem ideálissága és a telepítési példányok telepítések közötti nem azonos jellemzői miatt az eloszlás is egyenetlen. Ezenkívül a maximális terhelési értékekhez közeledve az eloszlást olyan jelentéktelennek tűnő tényezők kezdik befolyásolni, mint a csatlakoztatott vezetékek hossza, a berendezések és terhelések elosztóhálózatához való csatlakozási pontok, valamint a minőség (átmeneti ellenállás). ) maguknak a kapcsolatoknak.

Mindig emlékeznünk kell arra, hogy a DDIBP-k és a kapcsolókészülékek olyan elektromechanikus eszközök, amelyek jelentős tehetetlenségi nyomatékkal és észrevehető késleltetési idővel rendelkeznek az automatikus vezérlőrendszer vezérlési műveleteire reagálva.

Párhuzamos áramkör „közepes” feszültségű csatlakozással

Ebben az esetben a generátor megfelelő transzformációs arányú transzformátoron keresztül csatlakozik a reaktorhoz. Így a reaktor és a kapcsológépek „átlagos” feszültségszinten, a generátor pedig 0.4 kV-os szinten üzemel (lásd 5. ábra).

5. ábra

Ennél a használati esetnél figyelni kell a végső terhelés jellegére és a csatlakozási rajzra. Azok. ha a végső terhelést lecsökkentő transzformátorokon keresztül csatlakoztatják, akkor szem előtt kell tartani, hogy a transzformátor táphálózatra történő csatlakoztatása nagy valószínűséggel a mag mágneses megfordítási folyamatával jár együtt, ami viszont áramfelvételt okoz, és következésképpen feszültségesés (lásd 6. ábra).

Előfordulhat, hogy az érzékeny berendezések nem működnek megfelelően ebben a helyzetben.

Legalább az alacsony tehetetlenségi nyomatékú világítás villog, és az alapértelmezett motorfrekvencia-átalakítók újraindulnak.

6. ábra

Áramkör „osztott” kimeneti busszal

Az áramellátó rendszerben található telepítések számának optimalizálása érdekében a gyártó egy „osztott” kimeneti busszal rendelkező sémát javasol, amelyben a telepítések mind a bemenetben, mind a kimenetben párhuzamosak, és minden telepítés külön-külön többhöz csatlakozik. kimeneti busz. Ebben az esetben a bypass vonalak számának meg kell egyeznie a kimeneti buszok számával (lásd 7. ábra).

Meg kell érteni, hogy a kimeneti buszok nem függetlenek, és galvanikusan kapcsolódnak egymáshoz az egyes berendezések kapcsolókészülékein keresztül.

Így a gyártó biztosítéka ellenére ez az áramkör egyetlen belső redundanciával rendelkező tápegységet jelent, párhuzamos áramkör esetén több galvanikusan összekapcsolt kimenettel.

7. ábra

Itt, mint az előző esetben, nem csak a telepítések közötti terheléselosztásra kell figyelni, hanem a kimeneti buszok között is.

Ezenkívül egyes vásárlók kategorikusan tiltakoznak a „piszkos” élelmiszerek szállítása ellen, pl. a terhelés megkerülésével bármilyen üzemmódban. Ezzel a megközelítéssel például az adatközpontokban az egyik küllő problémája (túlterhelés) a rendszer összeomlásához vezet a hasznos teher teljes leállásával.

A DDIBP életciklusa és hatása az áramellátó rendszer egészére

Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a DDIBP berendezések elektromechanikus eszközök, amelyek figyelmes, enyhén szólva áhítatos hozzáállást és időszakos karbantartást igényelnek.

A karbantartási ütemterv tartalmazza a leszerelést, leállítást, tisztítást, kenést (félévente egyszer), valamint a generátor próbaterhelésre való terhelését (évente egyszer). Általában két munkanapot vesz igénybe egy telepítés szervizelése. És a generátor tesztterheléshez való csatlakoztatására szolgáló speciálisan kialakított áramkör hiánya a hasznos teher feszültségmentesítéséhez vezet.

Például vegyünk egy 15 párhuzamosan működő DDUIPS redundáns rendszert, amely „átlagos” feszültséggel egy dupla „split” buszra van csatlakoztatva, a tesztterhelés csatlakoztatására szolgáló dedikált áramkör hiányában.

Ilyen kezdeti adatok mellett a rendszer 30(!) naptári napos, minden második napi üzemmódban történő kiszolgálásához szükséges lesz az egyik kimeneti busz feszültségmentesítése a tesztterhelés csatlakoztatásához. Így az egyik kimeneti busz hasznos terhelésének tápellátása - 0,959, sőt, még 0,92 is.

Ezen túlmenően, a normál hasznos tápáramkörhöz való visszatéréshez a szükséges számú lecsökkentő transzformátor bekapcsolása szükséges, ami viszont többszörös feszültségesést okoz a teljes(!) rendszerben a transzformátorok mágnesezettségének megfordításával összefüggésben.

Javaslatok a DDIBP használatához

A fentiekből egy nem megnyugtató következtetés vonható le - a DDIBP-t használó tápegység kimenetén jó minőségű (!) megszakítás nélküli feszültség van jelen, ha az alábbi feltételek mindegyike teljesül:

• A külső tápegységnek nincs jelentős hátránya;
• A rendszer terhelése időben állandó, aktív és lineáris jellegű (az utolsó két jellemző nem vonatkozik az adatközponti berendezésekre);
• Nincsenek torzulások a rendszerben, amit a reaktív elemek kapcsolása okozna.

Összefoglalva, a következő ajánlások fogalmazhatók meg:

• A mérnöki és informatikai berendezések áramellátó rendszereit különítse el, utóbbiakat pedig alrendszerekre bontsa a kölcsönös befolyásolás minimalizálása érdekében.
• Külön hálózatot jelöljön ki, hogy biztosítsa egyetlen telepítés kiszolgálásának lehetőségét, és egyetlen telepítés kapacitásával megegyező kapacitású kültéri tesztterhelést is tudjon csatlakoztatni. E célokra készítse elő a helyszínt és a kábellétesítményeket a csatlakozáshoz.
• Folyamatosan figyelje a teljesítménybuszok, az egyes telepítések és fázisok közötti terhelési egyensúlyt.
• Kerülje a DDIBP kimenetére csatlakoztatott lecsökkentő transzformátorok használatát.
• Gondosan tesztelje és rögzítse az automatizálási és teljesítménykapcsoló eszközök működését a statisztikák gyűjtése érdekében.
• A terhelés tápellátásának minőségének ellenőrzéséhez tesztelje a berendezéseket és rendszereket nem lineáris terhelés segítségével.
• Szervizeléskor szerelje szét az indítóakkumulátorokat és tesztelje egyenként, mert... Az úgynevezett hangszínszabályzók és a tartalék indítópanel (RSP) jelenléte ellenére egy hibás akkumulátor miatt előfordulhat, hogy a DD nem indul el.
• Tegyen további intézkedéseket a terhelési áram harmonikusainak minimalizálására.
• Dokumentálja a berendezések hang- és hőterét, a rezgésvizsgálatok eredményeit, hogy gyorsan reagálhasson a különféle típusú mechanikai problémák első megnyilvánulásaira.
• Kerülje el a telepítések hosszú távú leállását, tegyen intézkedéseket a motorerőforrások egyenletes elosztására.
• Fejezze be a telepítést rezgésérzékelőkkel a vészhelyzetek elkerülése érdekében.
• Ha a hang- és hőmező megváltozik, rezgés vagy idegen szagok jelennek meg, azonnal kapcsolja ki a berendezést további diagnosztika céljából.

PS A szerző hálás lenne a cikk témájával kapcsolatos visszajelzésért.

Forrás: will.com