Fitur sistem catu daya menggunakan DDIBP

Buttsev I.V.
[email dilindungi]

Fitur sistem catu daya menggunakan Diesel Dynamic Uninterruptible Power Sources (DDIUPS)

Dalam pemaparan berikut, penulis akan mencoba menghindari klise pemasaran dan hanya mengandalkan pengalaman praktis. DDIBP dari HITEC Power Protection akan dijelaskan sebagai subjek uji.

Perangkat instalasi DDIBP

Perangkat DDIBP, dari sudut pandang elektromekanis, terlihat cukup sederhana dan dapat diprediksi.
Sumber energi utama adalah Mesin Diesel (DE), dengan daya yang cukup, dengan mempertimbangkan efisiensi instalasi, untuk suplai daya terus menerus ke beban dalam jangka panjang. Oleh karena itu, hal ini memberlakukan persyaratan yang cukup ketat pada keandalan, kesiapan peluncuran, dan stabilitas operasi. Oleh karena itu, sangat logis untuk menggunakan DD kapal, yang dicat ulang oleh vendor dari kuning menjadi warnanya sendiri.

Sebagai pengubah energi mekanik yang dapat dibalik menjadi energi listrik dan sebaliknya, instalasi mencakup motor-generator dengan daya melebihi daya pengenal instalasi untuk meningkatkan, pertama-tama, karakteristik dinamis sumber daya selama proses transien.

Karena pabrikan mengklaim catu daya tidak pernah terputus, instalasi tersebut berisi elemen yang mempertahankan daya ke beban selama transisi dari satu mode pengoperasian ke mode pengoperasian lainnya. Akumulator inersia atau kopling induksi dapat digunakan untuk tujuan ini. Ini adalah benda masif yang berputar dengan kecepatan tinggi dan mengumpulkan energi mekanik. Pabrikan menggambarkan perangkatnya sebagai motor asinkron di dalam motor asinkron. Itu. Ada stator, rotor luar dan rotor dalam. Selain itu, rotor luar dihubungkan secara kaku ke poros umum instalasi dan berputar secara serempak dengan poros motor generator. Rotor internal juga berputar relatif terhadap rotor eksternal dan sebenarnya merupakan perangkat penyimpanan. Untuk memberikan kekuatan dan interaksi antara masing-masing bagian, unit sikat dengan cincin selip digunakan.

Untuk memastikan transfer energi mekanik dari motor ke bagian instalasi lainnya, digunakan kopling overrunning.

Bagian terpenting dari instalasi adalah sistem kontrol otomatis, yang, dengan menganalisis parameter operasi masing-masing bagian, mempengaruhi kontrol instalasi secara keseluruhan.
Elemen terpenting dari instalasi ini adalah reaktor, tersedak tiga fase dengan keran berliku, yang dirancang untuk mengintegrasikan instalasi ke dalam sistem catu daya dan memungkinkan peralihan antar mode yang relatif aman, membatasi pemerataan arus.
Dan terakhir, subsistem tambahan, tetapi bukan subsistem sekunder - ventilasi, pasokan bahan bakar, pendinginan, dan pembuangan gas.

Mode pengoperasian instalasi DDIBP

Saya rasa akan berguna untuk menjelaskan berbagai status instalasi DDIBP:

• mode operasi MATI

Bagian mekanis dari instalasi tidak bergerak. Tenaga disuplai ke sistem kendali, sistem pemanasan awal kendaraan bermotor, sistem pengisian mengambang untuk baterai starter, dan unit ventilasi resirkulasi. Setelah pemanasan awal, instalasi siap dimulai.

• mode operasi MULAI

Ketika perintah START diberikan, DD dimulai, yang memutar rotor eksternal penggerak dan motor-generator melalui kopling yang berlebihan. Saat mesin memanas, sistem pendinginnya diaktifkan. Setelah mencapai kecepatan pengoperasian, rotor internal penggerak mulai berputar (mengisi daya). Proses pengisian daya perangkat penyimpanan secara tidak langsung dinilai dari arus yang dikonsumsinya. Proses ini memakan waktu 5-7 menit.

Jika daya eksternal tersedia, diperlukan beberapa waktu untuk sinkronisasi akhir dengan jaringan eksternal dan, ketika tingkat fase yang memadai tercapai, instalasi akan tersambung ke jaringan tersebut.

DD mengurangi kecepatan putaran dan memasuki siklus pendinginan, yang memakan waktu sekitar 10 menit, diikuti dengan berhenti. Kopling overrunning melepaskan dan rotasi lebih lanjut dari instalasi didukung oleh motor-generator sambil mengkompensasi kerugian pada akumulator. Instalasi siap memberi daya pada beban dan beralih ke mode UPS.

Dengan tidak adanya catu daya eksternal, instalasi siap memberi daya pada beban dan kebutuhannya sendiri dari motor-generator dan terus beroperasi dalam mode DIESEL.

• mode operasi DIESEL

Dalam mode ini, sumber energinya adalah DD. Motor-generator yang diputar olehnya menggerakkan beban. Motor-generator sebagai sumber tegangan memiliki respons frekuensi yang nyata dan memiliki inersia yang nyata, merespons dengan penundaan terhadap perubahan besaran beban yang tiba-tiba. Karena Pabrikan melengkapi instalasi dengan DD kelautan. Operasi dalam mode ini hanya dibatasi oleh cadangan bahan bakar dan kemampuan untuk mempertahankan rezim termal instalasi. Dalam mode pengoperasian ini, tingkat tekanan suara di dekat instalasi melebihi 105 dBA.

• Mode pengoperasian UPS

Dalam mode ini, sumber energi adalah jaringan eksternal. Motor-generator, yang dihubungkan melalui reaktor ke jaringan eksternal dan beban, beroperasi dalam mode kompensator sinkron, memberikan kompensasi dalam batas tertentu komponen reaktif daya beban. Secara umum, instalasi DDIBP yang dihubungkan secara seri dengan jaringan eksternal, menurut definisi, memperburuk karakteristiknya sebagai sumber tegangan, sehingga meningkatkan impedansi internal yang setara. Dalam mode pengoperasian ini, tingkat tekanan suara di dekat instalasi sekitar 100 dBA.

Jika terjadi masalah dengan jaringan eksternal, unit terputus, perintah diberikan untuk menghidupkan mesin diesel dan unit beralih ke mode DIESEL. Perlu dicatat bahwa peluncuran motor yang dipanaskan terus-menerus terjadi tanpa beban sampai kecepatan putaran poros motor melebihi bagian instalasi lainnya dengan penutupan kopling overrunning. Waktu tipikal untuk memulai dan mencapai kecepatan pengoperasian DD adalah 3-5 detik.

• Mode operasi BYPASS

Jika perlu, misalnya selama pemeliharaan, daya beban dapat ditransfer ke jalur bypass langsung dari jaringan eksternal. Peralihan ke jalur bypass dan sebaliknya terjadi dengan tumpang tindih waktu respons perangkat switching, yang menghindari hilangnya daya beban jangka pendek karena Sistem kendali berupaya menjaga keselarasan antara tegangan keluaran instalasi DDIBP dan jaringan eksternal. Dalam hal ini, mode operasi instalasi itu sendiri tidak berubah, mis. jika DD berfungsi, maka akan terus berfungsi, atau instalasi itu sendiri diberdayakan dari jaringan eksternal, maka akan dilanjutkan.

• mode operasi BERHENTI

Ketika perintah STOP diberikan, daya beban dialihkan ke jalur bypass, dan pasokan daya ke motor-generator dan perangkat penyimpanan terputus. Instalasi terus berputar secara inersia selama beberapa waktu dan setelah dihentikan masuk ke mode OFF.

Diagram koneksi DDIBP dan fitur-fiturnya

Instalasi tunggal

Ini adalah pilihan paling sederhana untuk menggunakan DDIBP independen. Instalasi dapat memiliki dua output - NB (tanpa putus, daya tidak terputus) tanpa mengganggu pasokan listrik dan SB (putus pendek, daya terjamin) dengan gangguan daya jangka pendek. Setiap keluaran dapat memiliki bypassnya sendiri (lihat Gambar 1.).

Fig. 1

Output NB biasanya dihubungkan ke beban kritis (IT, pompa sirkulasi pendingin, AC presisi), dan output SB adalah beban yang tidak kritis terhadap gangguan pasokan listrik jangka pendek (pendingin pendingin). Untuk menghindari hilangnya pasokan daya sepenuhnya ke beban kritis, peralihan keluaran instalasi dan rangkaian bypass dilakukan dengan tumpang tindih waktu, dan arus rangkaian dikurangi ke nilai aman karena resistansi kompleks dari bagian tersebut. dari belitan reaktor.

Perhatian khusus harus diberikan pada suplai daya dari DDIBP ke beban nonlinier, yaitu. beban, yang ditandai dengan adanya sejumlah harmonik yang nyata dalam komposisi spektral arus yang dikonsumsi. Karena kekhasan pengoperasian generator sinkron dan diagram koneksi, hal ini menyebabkan distorsi bentuk gelombang tegangan pada output instalasi, serta adanya komponen harmonik dari arus yang dikonsumsi ketika instalasi diberi daya dari jaringan tegangan bolak-balik eksternal.

Di bawah ini adalah gambar bentuk (lihat Gambar 2) dan analisis harmonik tegangan keluaran (lihat Gambar 3) ketika diberi daya dari jaringan eksternal. Koefisien distorsi harmonik melebihi 10% dengan beban nonlinier sederhana dalam bentuk konverter frekuensi. Pada saat yang sama, instalasi tidak beralih ke mode diesel, yang menegaskan bahwa sistem kontrol tidak memantau parameter penting seperti koefisien distorsi harmonik dari tegangan keluaran. Berdasarkan pengamatan, tingkat distorsi harmonik tidak bergantung pada daya beban, tetapi pada rasio daya beban nonlinier dan linier, dan ketika diuji pada beban termal aktif murni, bentuk tegangan pada keluaran dari pemasangannya sangat dekat dengan sinusoidal. Namun situasi ini sangat jauh dari kenyataan, terutama ketika menyangkut peralatan teknik yang mencakup konverter frekuensi, dan beban TI yang memiliki catu daya switching yang tidak selalu dilengkapi dengan koreksi faktor daya (PFC).

Fig. 2

Fig. 3

Dalam diagram ini dan diagram selanjutnya, ada tiga keadaan yang perlu diperhatikan:

• Sambungan galvanis antara input dan output instalasi.
• Ketidakseimbangan beban fasa dari keluaran mencapai masukan.
• Perlunya tindakan tambahan untuk mengurangi harmonisa arus beban.
• Komponen harmonik arus beban dan distorsi yang disebabkan oleh aliran transien dari keluaran ke masukan.

Sirkuit Paralel

Untuk meningkatkan sistem catu daya, unit DDIBP dapat dihubungkan secara paralel, menghubungkan sirkuit input dan output dari masing-masing unit. Pada saat yang sama, perlu dipahami bahwa instalasi kehilangan independensinya dan menjadi bagian dari sistem ketika kondisi sinkronisme dan fase terpenuhi; dalam fisika hal ini disebut dalam satu kata - koherensi. Dari sudut pandang praktis, ini berarti bahwa semua instalasi yang termasuk dalam sistem harus beroperasi dalam mode yang sama, misalnya, opsi dengan pengoperasian sebagian dari DD, dan pengoperasian sebagian dari jaringan eksternal tidak dapat diterima. Dalam hal ini, jalur bypass dibuat umum untuk seluruh sistem (lihat Gambar 4).

Dengan skema koneksi ini, ada dua mode yang berpotensi berbahaya:

• Menghubungkan instalasi kedua dan selanjutnya ke bus keluaran sistem dengan tetap menjaga kondisi koherensi.
• Memutuskan sambungan satu instalasi dari bus keluaran dengan tetap mempertahankan kondisi koherensi hingga sakelar keluaran dibuka.

Fig. 4

Pematian darurat pada satu instalasi dapat menyebabkan situasi di mana ia mulai melambat, namun perangkat pengalih keluaran belum terbuka. Dalam hal ini, dalam waktu singkat, perbedaan fasa antara instalasi dan sistem lainnya dapat mencapai nilai darurat sehingga menyebabkan korsleting.

Anda juga perlu memperhatikan penyeimbangan beban antar instalasi individual. Pada peralatan yang dibahas di sini, penyeimbangan dilakukan karena karakteristik beban jatuh dari generator. Karena karakteristik instalasi antar instalasi yang tidak ideal dan tidak identik, maka distribusinya juga tidak merata. Selain itu, ketika mendekati nilai beban maksimum, distribusi mulai dipengaruhi oleh faktor-faktor yang tampaknya tidak signifikan seperti panjang saluran yang terhubung, titik-titik sambungan ke jaringan distribusi instalasi dan beban, serta kualitas (resistansi transisi). ) dari koneksi itu sendiri.

Kita harus selalu ingat bahwa DDIBP dan perangkat switching adalah perangkat elektromekanis dengan momen inersia yang signifikan dan waktu tunda yang nyata sebagai respons terhadap tindakan kontrol dari sistem kontrol otomatis.

Rangkaian paralel dengan sambungan tegangan “sedang”.

Dalam hal ini generator dihubungkan ke reaktor melalui trafo dengan rasio transformasi yang sesuai. Dengan demikian, reaktor dan mesin switching beroperasi pada level tegangan “rata-rata”, dan generator beroperasi pada level 0.4 kV (lihat Gambar 5).

Fig. 5

Dengan kasus penggunaan ini, Anda perlu memperhatikan sifat beban akhir dan diagram koneksinya. Itu. jika beban akhir disambungkan melalui trafo step-down, harus diingat bahwa penyambungan trafo ke jaringan suplai kemungkinan besar disertai dengan proses pembalikan magnetisasi inti, yang pada gilirannya menyebabkan lonjakan konsumsi arus dan, akibatnya, terjadi penurunan tegangan (lihat Gambar 6).

Peralatan sensitif mungkin tidak beroperasi dengan benar dalam situasi ini.

Setidaknya lampu inersia rendah berkedip dan konverter frekuensi motor default dihidupkan ulang.

Fig. 6

Sirkuit dengan bus keluaran “terpisah”.

Untuk mengoptimalkan jumlah instalasi dalam sistem catu daya, pabrikan mengusulkan untuk menggunakan skema dengan bus keluaran “terpisah”, di mana instalasi-instalasi tersebut paralel baik dalam input maupun output, dengan setiap instalasi dihubungkan secara individual ke lebih dari satu bus keluaran. Dalam hal ini, jumlah jalur bypass harus sama dengan jumlah bus keluaran (lihat Gambar 7).

Harus dipahami bahwa bus keluaran tidak independen dan dihubungkan secara galvanis satu sama lain melalui perangkat switching dari setiap instalasi.

Jadi, terlepas dari jaminan pabrikan, rangkaian ini mewakili satu catu daya dengan redundansi internal, dalam kasus rangkaian paralel, yang memiliki beberapa keluaran yang saling berhubungan secara galvanis.

Fig. 7

Di sini, seperti pada kasus sebelumnya, perhatian harus diberikan tidak hanya pada penyeimbangan beban antar instalasi, tetapi juga antar bus keluaran.

Selain itu, beberapa pelanggan dengan tegas menolak penyediaan makanan “kotor”, mis. menggunakan bypass ke beban dalam mode operasi apa pun. Dengan pendekatan ini, misalnya di pusat data, masalah (kelebihan beban) pada salah satu jari-jari menyebabkan sistem crash dengan penghentian total payload.

Siklus hidup DDIBP dan dampaknya terhadap sistem penyediaan tenaga listrik secara keseluruhan

Kita tidak boleh lupa bahwa instalasi DDIBP adalah perangkat elektromekanis yang memerlukan perhatian, sikap hormat, dan perawatan berkala.

Jadwal perawatan meliputi dekomisioning, shutdown, pembersihan, pelumasan (setiap enam bulan sekali), serta memuat genset ke beban uji (setahun sekali). Biasanya diperlukan waktu dua hari kerja untuk melayani satu instalasi. Dan tidak adanya sirkuit yang dirancang khusus untuk menghubungkan generator ke beban uji menyebabkan perlunya mematikan energi muatan.

Sebagai contoh, mari kita ambil sistem redundan yang terdiri dari 15 DDIUPS operasi paralel yang dihubungkan pada tegangan “rata-rata” ke bus “terpisah” ganda tanpa adanya sirkuit khusus untuk menghubungkan beban uji.

Dengan data awal seperti itu, untuk melayani sistem selama 30(!) hari kalender dalam mode harian lainnya, salah satu bus keluaran perlu dimatikan untuk menghubungkan beban uji. Dengan demikian, ketersediaan pasokan listrik ke muatan salah satu bus keluaran adalah - 0,959, dan bahkan 0,92.

Selain itu, kembali ke rangkaian catu daya muatan standar akan memerlukan pengaktifan sejumlah trafo step-down yang diperlukan, yang, pada gilirannya, akan menyebabkan penurunan tegangan berganda di seluruh sistem (!) yang terkait dengan pembalikan magnetisasi trafo.

Rekomendasi penggunaan DDIBP

Dari penjelasan di atas, kesimpulan yang tidak menyenangkan muncul - pada output sistem catu daya yang menggunakan DDIBP, terdapat tegangan tak terputus berkualitas tinggi (!) ketika semua kondisi berikut terpenuhi:

• Catu daya eksternal tidak memiliki kekurangan yang signifikan;
• Beban sistem konstan dari waktu ke waktu, aktif dan linier (dua karakteristik terakhir tidak berlaku untuk peralatan pusat data);
• Tidak ada distorsi dalam sistem yang disebabkan oleh peralihan elemen reaktif.

Ringkasnya, rekomendasi berikut dapat dirumuskan:

• Pisahkan sistem catu daya untuk peralatan teknik dan TI, dan bagi yang terakhir menjadi subsistem untuk meminimalkan pengaruh timbal balik.
• Mendedikasikan jaringan terpisah untuk memastikan kemampuan melayani satu instalasi dengan kemampuan menghubungkan beban uji luar ruangan dengan kapasitas yang sama dengan satu instalasi. Siapkan lokasi dan fasilitas kabel untuk sambungan untuk tujuan ini.
• Pantau terus keseimbangan beban antara bus daya, instalasi individual, dan fase.
• Hindari penggunaan trafo step-down yang dihubungkan ke output DDIBP.
• Uji dan catat dengan cermat pengoperasian perangkat otomasi dan peralihan daya untuk mengumpulkan statistik.
• Untuk memverifikasi kualitas pasokan daya ke beban, uji instalasi dan sistem menggunakan beban non-linier.
• Saat melakukan servis, bongkar baterai starter dan uji satu per satu, karena... Meskipun terdapat apa yang disebut equalizer dan panel start cadangan (RSP), karena satu baterai yang rusak, DD mungkin tidak dapat dijalankan.
• Ambil tindakan tambahan untuk meminimalkan harmonisa arus beban.
• Dokumentasikan medan suara dan panas instalasi, hasil uji getaran untuk respons cepat terhadap manifestasi pertama berbagai jenis masalah mekanis.
• Hindari penghentian instalasi yang berkepanjangan, ambil tindakan untuk mendistribusikan sumber daya motor secara merata.
• Selesaikan pemasangan dengan sensor getaran untuk mencegah situasi darurat.
• Jika medan suara dan panas berubah, getaran atau bau asing muncul, segera nonaktifkan instalasi untuk diagnostik lebih lanjut.

PS Penulis akan berterima kasih atas masukan mengenai topik artikel.

Sumber: www.habr.com