תכונות של מערכות אספקת חשמל באמצעות DDIBP

Butsev I.V.
[מוגן בדוא"ל]

תכונות של מערכות אספקת חשמל המשתמשות במקורות כוח אל פסק דינמיים (DDIUPS)

במצגת הבאה ינסה המחבר להימנע מקלישאות שיווקיות ויסתמך אך ורק על ניסיון מעשי. DDIBPs מבית HITEC Power Protection יתוארו כנבדקים.

מכשיר התקנת DDIBP

מכשיר ה-DDIBP, מנקודת מבט אלקטרו-מכאנית, נראה די פשוט וצפוי.
מקור האנרגיה העיקרי הוא מנוע דיזל (DE), בעל כוח מספיק, תוך התחשבות ביעילות ההתקנה, לאספקת חשמל רציפה לטווח ארוך לעומס. זה, בהתאם, מטיל דרישות מחמירות למדי לאמינותו, נכונותו לשיגור ויציבות הפעולה. לכן, זה הגיוני לחלוטין להשתמש ב-DDs של ספינה, שהספק צובע מחדש מצהוב לצבע שלו.

כממיר הפיך של אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית ובחזרה, המתקן כולל מנוע-גנרטור בעל הספק העולה על ההספק הנקוב של המתקן כדי לשפר, קודם כל, את המאפיינים הדינמיים של מקור הכוח במהלך תהליכים חולפים.

מכיוון שהיצרן טוען לאספקת אל פסק, המתקן מכיל אלמנט השומר על הספק לעומס במהלך מעברים ממצב פעולה אחד למשנהו. מצבר אינרציאלי או צימוד אינדוקציה משרתים מטרה זו. זהו גוף מסיבי שמסתובב במהירות גבוהה וצובר אנרגיה מכנית. היצרן מתאר את המכשיר שלו כמנוע אסינכרוני בתוך מנוע אסינכרוני. הָהֵן. יש סטטור, רוטור חיצוני ורוטור פנימי. יתר על כן, הרוטור החיצוני מחובר בצורה נוקשה לציר המשותף של המתקן ומסתובב באופן סינכרוני עם הציר של המנוע-גנרטור. הרוטור הפנימי מסתובב בנוסף ביחס לזה החיצוני ומהווה למעשה התקן אחסון. כדי לספק כוח ואינטראקציה בין החלקים הבודדים, משתמשים ביחידות מברשת עם טבעות החלקה.

כדי להבטיח את העברת האנרגיה המכנית מהמנוע לשאר חלקי המתקן, נעשה שימוש במצמד חריג.

החלק החשוב ביותר בהתקנה הוא מערכת הבקרה האוטומטית, אשר על ידי ניתוח הפרמטרים התפעוליים של חלקים בודדים משפיעה על הבקרה של המתקן בכללותו.
כמו כן, המרכיב החשוב ביותר של המתקן הוא כור, משנק תלת פאזי עם ברז מתפתל, שנועד לשלב את המתקן במערכת אספקת החשמל ולאפשר מעבר בטוח יחסית בין מצבים, הגבלת זרמי השוויון.
ולבסוף, תתי מערכות עזר, אבל בשום אופן לא משניות - אוורור, אספקת דלק, קירור ופליטת גז.

מצבי הפעלה של התקנת DDIBP

אני חושב שיהיה שימושי לתאר את המצבים השונים של התקנת DDIBP:

• מצב הפעלה כבוי

החלק המכני של המתקן הוא ללא תנועה. הכוח מסופק למערכת הבקרה, למערכת החימום המוקדם של הרכב המנוע, למערכת הטעינה הצפה לסוללות המתנע וליחידת האוורור המחזורית. לאחר חימום מוקדם, ההתקנה מוכנה להתחיל.

• מצב הפעלה START

כאשר ניתנת פקודת START, ה-DD מתחיל, אשר מסובב את הרוטור החיצוני של הכונן ואת מחולל המנוע דרך מצמד החריפה. כשהמנוע מתחמם, מערכת הקירור שלו מופעלת. לאחר הגעה למהירות הפעולה, הרוטור הפנימי של הכונן מתחיל להסתחרר (להטען). תהליך הטעינת התקן אחסון נשפט בעקיפין לפי הזרם שהוא צורך. תהליך זה אורך 5-7 דקות.

אם יש כוח חיצוני זמין, לוקח זמן מה לסנכרון סופי עם הרשת החיצונית, וכאשר מושגת מידה מספקת של פאזה, ההתקנה מחוברת אליה.

ה-DD מפחית את מהירות הסיבוב ונכנס למחזור קירור, שאורך כ-10 דקות, ולאחריו עצירה. מצמד החריגה מתנתק וסיבוב נוסף של המתקן נתמך על ידי המנוע-גנרטור תוך פיצוי על הפסדים במצבר. ההתקנה מוכנה להפעיל את העומס ועוברת למצב UPS.

בהיעדר אספקת חשמל חיצונית, המתקן מוכן להפעיל את העומס והצרכים שלו מהמנוע-גנרטור וממשיך לפעול במצב DIESEL.

• מצב הפעלה DIESEL

במצב זה, מקור האנרגיה הוא ה-DD. מחולל המנוע המסובב על ידו מפעיל את העומס. מחולל המנוע כמקור מתח הוא בעל תגובת תדר בולטת ובעל אינרציה ניכרת, המגיב באיחור לשינויים פתאומיים בגודל העומס. כי היצרן משלים את ההתקנות עם פעולת DD ימית במצב זה מוגבל רק על ידי עתודות דלק והיכולת לשמור על המשטר התרמי של ההתקנה. במצב פעולה זה, רמת לחץ הקול ליד המתקן עולה על 105 dBA.

• מצב הפעלה של UPS

במצב זה, מקור האנרגיה הוא הרשת החיצונית. מחולל המנוע, המחובר באמצעות כור הן לרשת החיצונית והן לעומס, פועל במצב מפצה סינכרוני, ומפצה בגבולות מסוימים את הרכיב התגובתי של כוח העומס. באופן כללי, התקנת DDIBP המחוברת בסדרה עם רשת חיצונית, בהגדרה, מחמירה את המאפיינים שלה כמקור מתח, ומגדילה את העכבה הפנימית המקבילה. במצב פעולה זה, רמת לחץ הקול ליד המתקן היא כ-100 dBA.

במקרה של בעיות ברשת החיצונית, היחידה מנותקת ממנה, ניתנת פקודה להתנעת מנוע הדיזל והיחידה עוברת למצב DIESEL. יש לציין כי ההשקה של מנוע מחומם כל הזמן מתרחשת ללא עומס עד שמהירות הסיבוב של פיר המנוע עולה על החלקים הנותרים של המתקן עם סגירת המצמד החורג. הזמן האופייני להתנעה ולהגעה למהירויות הפעלה של ה-DD הוא 3-5 שניות.

• מצב הפעלה עוקף

במידת הצורך, למשל, במהלך תחזוקה, ניתן להעביר את כוח העומס לקו העוקף ישירות מהרשת החיצונית. המעבר לקו העוקף ובחזרה מתרחש עם חפיפה בזמן התגובה של מכשירי המיתוג, מה שמאפשר למנוע אפילו אובדן חשמל קצר טווח לעומס מכיוון מערכת הבקרה שואפת לשמור על שלב בין מתח המוצא של התקנת DDIBP לבין הרשת החיצונית. במקרה זה, מצב ההפעלה של ההתקנה עצמה אינו משתנה, כלומר. אם ה-DD פעל, אז הוא ימשיך לעבוד, או שההתקנה עצמה הופעלה מרשת חיצונית, אז היא תמשיך.

• מצב הפעלה STOP

כאשר ניתנת הפקודה STOP, מתח העומס מועבר לקו העוקף, ואספקת החשמל למנוע-גנרטור ולהתקן האחסון מופסק. ההתקנה ממשיכה להסתובב באינרציה למשך זמן מה ולאחר עצירה היא עוברת למצב OFF.

דיאגרמות חיבור DDIBP ותכונותיהם

התקנה בודדת

זוהי האפשרות הפשוטה ביותר לשימוש ב-DDIBP עצמאי. להתקנה יכולות להיות שתי יציאות - NB (ללא הפסקה, אל-פסק) ללא הפסקת אספקת החשמל ו-SB (הפסקה קצרה, הספק מובטח) עם הפסקת חשמל לטווח קצר. לכל אחת מהיציאות יכול להיות מעקף משלה (ראה איור 1.).

איור 1

יציאת ה-NB מחוברת בדרך כלל לעומס קריטי (IT, משאבות סירקולציה לקירור, מזגנים מדויקים), ותפוקת ה-SB היא עומס שהפסקה קצרת טווח באספקת החשמל אינה קריטית עבורו (צ'ילרים לקירור). על מנת למנוע אובדן מוחלט של אספקת החשמל לעומס הקריטי, מיתוג פלט ההתקנה ומעגל המעקף מתבצע עם חפיפה בזמן, וזרמי המעגל מופחתים לערכים בטוחים עקב ההתנגדות המורכבת של חלק של פיתול הכור.

יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לאספקת החשמל מה-DDIBP לעומס הלא ליניארי, כלומר. עומס, המאופיין בנוכחות של כמות ניכרת של הרמוניות בהרכב הספקטרלי של הזרם הנצרך. בשל המוזרויות של פעולת הגנרטור הסינכרוני ותרשים החיבור, הדבר מוביל לעיוות של צורת גל המתח במוצא המתקן, כמו גם לנוכחות של רכיבים הרמוניים של הזרם הנצרך כאשר המתקן מופעל מ רשת מתח חילופין חיצונית.

להלן תמונות של הצורה (ראה איור 2) וניתוח הרמוני של מתח המוצא (ראה איור 3) כאשר הוא מופעל מרשת חיצונית. מקדם העיוות ההרמוני עלה על 10% עם עומס לא ליניארי צנוע בצורה של ממיר תדרים. יחד עם זאת, ההתקנה לא עברה למצב דיזל, מה שמאשר שמערכת הבקרה אינה מפקחת על פרמטר חשוב כל כך כמו מקדם העיוות ההרמוני של מתח המוצא. על פי תצפיות, רמת העיוות ההרמוני אינה תלויה בהספק העומס, אלא ביחס בין ההספקים של העומס הלא-ליניארי והלינארי, וכאשר נבדק על עומס תרמי פעיל טהור, צורת המתח במוצא ה- ההתקנה ממש קרובה לסינוסי. אבל המצב הזה רחוק מאוד מהמציאות, במיוחד כשמדובר בהנעת ציוד הנדסי הכולל ממירי תדרים, ועומסי IT שיש להם ספקי כוח מיתוג שלא תמיד מצוידים בתיקון מקדם הספק (PFC).

איור 2

איור 3

בתרשים זה ובדיאגרמות הבאות, שלוש נסיבות ראויות לציון:

• חיבור גלווני בין הקלט והפלט של המתקן.
• חוסר האיזון של עומס הפאזה מהפלט מגיע לקלט.
• הצורך באמצעים נוספים להפחתת הרמוניות זרם עומס.
• רכיבים הרמוניים של זרם העומס ועיוות הנגרמים על ידי מעברים זורמים מהפלט לכניסה.

מעגל מקביל

על מנת לשפר את מערכת אספקת החשמל, ניתן לחבר יחידות DDIBP במקביל, ולחבר את מעגלי הקלט והיציאה של יחידות בודדות. יחד עם זאת, יש להבין כי המתקן מאבד את עצמאותו והופך לחלק מהמערכת כאשר מתקיימים תנאי הסנכרון והפאזה, בפיזיקה מתייחסים לזה במילה אחת - קוהרנטיות. מבחינה מעשית המשמעות היא שכל המתקנים הכלולים במערכת חייבים לפעול באותו מצב, כלומר, למשל, אופציה עם הפעלה חלקית מה-DD, והפעלה חלקית מהרשת החיצונית אינה מקובלת. במקרה זה נוצר קו העוקף המשותף לכל המערכת (ראה איור 4).

עם ערכת חיבור זו, ישנם שני מצבים שעלולים להיות מסוכנים:

• חיבור המתקנים השניים והאחרים לאפיק הפלט של המערכת תוך שמירה על תנאי קוהרנטיות.
• ניתוק התקנה בודדת מאפיק המוצא תוך שמירה על תנאי קוהרנטיות עד לפתיחת מתגי המוצא.

איור 4

כיבוי חירום של התקנה בודדת יכול להוביל למצב שבו הוא מתחיל להאט, אך התקן מיתוג הפלט טרם נפתח. במקרה זה, תוך זמן קצר, הפרש הפאזות בין המתקן לשאר המערכת יכול להגיע לערכי חירום, ולגרום לקצר חשמלי.

אתה גם צריך לשים לב לאיזון עומסים בין התקנות בודדות. בציוד הנחשב כאן, האיזון מתבצע עקב עומס הנפילה המאפיין את הגנרטור. בשל חוסר האידיאליות והמאפיינים הלא זהים של מופעי התקנה בין מתקנים, גם ההתפלגות אינה אחידה. בנוסף, כאשר מתקרבים לערכי העומס המרבי, החלוקה מתחילה להיות מושפעת מגורמים חסרי משמעות לכאורה כמו אורך הקווים המחוברים, נקודות החיבור לרשת ההפצה של התקנות ועומסים, כמו גם האיכות (התנגדות מעבר ) של הקשרים עצמם.

עלינו לזכור תמיד ש-DDIBPs והתקני מיתוג הם מכשירים אלקטרו-מכאניים עם מומנט אינרציה משמעותי וזמני עיכוב ניכרים בתגובה לפעולות בקרה ממערכת הבקרה האוטומטית.

מעגל מקביל עם חיבור מתח "בינוני".

במקרה זה, הגנרטור מחובר לכור באמצעות שנאי עם יחס טרנספורמציה מתאים. לפיכך, הכור ומכונות המיתוג פועלים ברמת מתח "ממוצעת", והגנרטור פועל ברמה של 0.4 קילו וולט (ראה איור 5).

איור 5

במקרה שימוש זה, עליך לשים לב לאופי העומס הסופי ולתרשים החיבור שלו. הָהֵן. אם העומס הסופי מחובר באמצעות שנאים יורדים, יש לזכור כי חיבור השנאי לרשת האספקה ​​מלווה בסבירות גבוהה בתהליך היפוך מגנטיזציה של הליבה, אשר בתורו גורם לכניסה של צריכת זרם ו, כתוצאה מכך, ירידת מתח (ראה איור 6).

ציוד רגיש עלול שלא לפעול כהלכה במצב זה.

לפחות תאורת האינרציה הנמוכה מהבהבת וממירי תדר המנוע המוגדרים כברירת מחדל מופעלים מחדש.

איור 6

מעגל עם אפיק פלט "מפוצל".

על מנת לייעל את מספר ההתקנות במערכת אספקת החשמל, היצרן מציע להשתמש בסכימה עם אפיק פלט "מפוצל", שבו ההתקנות מקבילות הן בקלט והן בפלט, כאשר כל התקנה מחוברת בנפרד ליותר מאחד אוטובוס פלט. במקרה זה, מספר הקווים העוקפים חייב להיות שווה למספר אפיקי הפלט (ראה איור 7).

יש להבין שאוטובוסי המוצא אינם עצמאיים ומחוברים זה לזה באופן גלווני באמצעות התקני המיתוג של כל התקנה.

לפיכך, למרות הבטחות היצרן, מעגל זה מייצג ספק כוח אחד עם יתירות פנימית, במקרה של מעגל מקביל, בעל מספר יציאות המחוברות זו לזו.

איור 7

כאן, כמו במקרה הקודם, יש צורך לשים לב לא רק לאיזון עומסים בין מתקנים, אלא בין אוטובוסים פלט.

כמו כן, חלק מהלקוחות מתנגדים באופן מוחלט לאספקת מזון "מלוכלך", כלומר. שימוש במעקף לעומס בכל מצב הפעלה. בגישה זו, למשל במרכזי נתונים, בעיה (עומס יתר) באחד החישורים מובילה לקריסת מערכת עם כיבוי מוחלט של המטען.

מחזור החיים של DDIBP והשפעתו על מערכת אספקת החשמל כולה

אסור לשכוח שמתקנים DDIBP הם מכשירים אלקטרומכניים הדורשים יחס קשוב, בלשון המעטה, יראת כבוד ותחזוקה תקופתית.

לוח התחזוקה כולל השבתה, השבתה, ניקוי, שימון (אחת לחצי שנה), וכן העמסת הגנרטור לעומס בדיקה (אחת לשנה). בדרך כלל נדרשים שני ימי עסקים לטפל בהתקנה אחת. והיעדר מעגל שתוכנן במיוחד לחיבור הגנרטור לעומס הבדיקה מוביל לצורך לנטרל את המטען.

לדוגמא, ניקח מערכת מיותרת של 15 DDIUPS פועלים במקביל המחוברים במתח "ממוצע" לאוטובוס "מפוצל" כפול בהיעדר מעגל ייעודי לחיבור עומס הבדיקה.

עם נתונים ראשוניים כאלה, כדי לשרת את המערכת במשך 30(!) ימים קלנדריים בכל מצב יום אחר, יהיה צורך לנטרל את אחד מאוטובוסי המוצא כדי לחבר את עומס הבדיקה. לפיכך, זמינות אספקת החשמל למטען של אחד מאוטובוסי הפלט היא - 0,959, ולמעשה אפילו 0,92.

בנוסף, חזרה למעגל אספקת הכוח הסטנדרטי של המטען תדרוש הפעלת המספר הדרוש של שנאים מופחתים, אשר, בתורו, יגרום לנפילות מתח מרובות בכל המערכת(!) הקשורה להיפוך מגנטיזציה של השנאים.

המלצות לשימוש ב-DDIBP

מהאמור לעיל, מסתמנת מסקנה לא מנחמת - במוצא של מערכת אספקת החשמל באמצעות DDIBP, קיים מתח רצוף איכותי (!) כאשר מתקיימים כל התנאים הבאים:

• לספק כוח חיצוני אין חסרונות משמעותיים;
• עומס המערכת קבוע לאורך זמן, פעיל וליניארי באופיו (שני המאפיינים האחרונים אינם חלים על ציוד מרכזי נתונים);
• אין עיוותים במערכת הנגרמים ממיתוג אלמנטים תגובתיים.

לסיכום, ניתן לגבש את ההמלצות הבאות:

• הפרד את מערכות אספקת החשמל של ציוד הנדסה ו-IT, וחלק את האחרון לתת-מערכות כדי למזער השפעה הדדית.
• הקדש רשת נפרדת כדי להבטיח את היכולת לתת שירות להתקנה בודדת עם יכולת לחבר עומס בדיקה חיצוני בקיבולת השווה להתקנה בודדת. הכן את האתר ומתקני הכבלים לחיבור למטרות אלו.
• פקח כל הזמן את איזון העומס בין אפיקי חשמל, התקנות בודדות ופאזות.
• הימנע משימוש בשנאים מטה המחוברים ליציאה של ה-DDIBP.
• בדוק ותעד בקפידה את פעולתם של התקני אוטומציה והחלפת חשמל על מנת לאסוף נתונים סטטיסטיים.
• כדי לוודא את איכות אספקת החשמל לעומס, בדוק התקנות ומערכות באמצעות עומס לא ליניארי.
• בעת הטיפול, יש לפרק את סוללות המתנע ובדוק אותן בנפרד, כי... למרות הנוכחות של מה שנקרא אקולייזרים ופאנל התחלה לגיבוי (RSP), עקב סוללה אחת פגומה, ייתכן שה-DD לא יתחיל.
• נקוט באמצעים נוספים כדי למזער הרמוניות זרם עומס.
• תיעוד שדות הקול והתרמיות של מתקנים, תוצאות בדיקות רעידות לתגובה מהירה לביטויים ראשונים של בעיות מכניות מסוגים שונים.
• הימנע מהשבתה ארוכת טווח של התקנות, נקוט באמצעים לפיזור שווה של משאבי המנוע.
• השלם את ההתקנה עם חיישני רעידות כדי למנוע מצבי חירום.
• אם הקול והשדות התרמיים משתנים, מופיעים רטט או ריחות זרים, הוציאו מיד את המתקנים משירות לאבחון נוסף.

נ.ב. המחבר יהיה אסיר תודה על משוב על נושא המאמר.

מקור: www.habr.com