DDIBP를 이용한 전원 공급 시스템의 특징

Butsev I.V.
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DDIUPS(Diesel Dynamic Uninterruptible Power Sources)를 이용한 전원 공급 시스템의 특징

다음 프레젠테이션에서 저자는 마케팅 진부한 표현을 피하고 오로지 실제 경험에 의존할 것입니다. HITEC Power Protection의 DDIBP를 테스트 대상으로 설명합니다.

DDIBP 설치 장치

전기기계적 관점에서 DDIBP 장치는 매우 단순하고 예측 가능해 보입니다.
주요 에너지원은 디젤 엔진(DE)으로, 설치 효율성을 고려하여 부하에 장기간 지속적으로 전력을 공급할 수 있는 충분한 출력을 제공합니다. 따라서 이는 신뢰성, 출시 준비 상태 및 작동 안정성에 대해 매우 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 따라서 판매자가 노란색에서 자체 색상으로 다시 칠하는 선박 구축함을 사용하는 것이 완전히 논리적입니다.

기계 에너지를 전기 에너지로 가역적으로 변환하는 장치로서 설비에는 우선 과도 과정 동안 전원의 동적 특성을 개선하기 위해 설비의 정격 출력을 초과하는 전력을 갖는 모터 발전기가 포함됩니다.

제조업체는 무정전 전원 공급 장치를 요구하므로 설치에는 한 작동 모드에서 다른 작동 모드로 전환하는 동안 부하에 대한 전원을 유지하는 요소가 포함되어 있습니다. 관성 어큐뮬레이터 또는 유도 커플링이 이러한 목적으로 사용됩니다. 고속으로 회전하며 기계적 에너지를 축적하는 거대한 몸체이다. 제조업체는 해당 장치를 비동기 모터 내부의 비동기 모터로 설명합니다. 저것들. 고정자, 외부 회전자 및 내부 회전자가 있습니다. 더욱이, 외부 로터는 설비의 공통 샤프트에 견고하게 연결되어 모터 제너레이터의 샤프트와 동시에 회전합니다. 내부 로터는 외부 로터에 대해 추가로 회전하며 실제로 저장 장치입니다. 개별 부품 간의 힘과 상호 작용을 제공하기 위해 슬립 링이 있는 브러시 장치가 사용됩니다.

모터에서 설비의 나머지 부분으로 기계적 에너지를 전달하기 위해 오버러닝 클러치가 사용됩니다.

설치에서 가장 중요한 부분은 개별 부품의 작동 매개변수를 분석하여 전체 설치 제어에 영향을 미치는 자동 제어 시스템입니다.
또한 설치의 가장 중요한 요소는 권선 탭이 있는 XNUMX상 초크인 리액터로, 설치를 전원 공급 시스템에 통합하고 모드 간 상대적으로 안전한 전환을 허용하여 등화 전류를 제한하도록 설계되었습니다.
마지막으로 환기, 연료 공급, 냉각 및 가스 배출과 같은 보조 하위 시스템은 아닙니다.

DDIBP 설치의 작동 모드

DDIBP 설치의 다양한 상태를 설명하는 것이 유용할 것이라고 생각합니다.

• 작동 모드 꺼짐

설치의 기계적인 부분은 움직이지 않습니다. 제어 시스템, 자동차 예열 시스템, 스타터 배터리용 플로팅 충전 시스템, 재순환 환기 장치에 전원이 공급됩니다. 예열이 완료되면 설치 준비가 완료됩니다.

• 작동 모드 시작

START 명령이 주어지면 DD가 시작되어 오버러닝 클러치를 통해 드라이브의 외부 로터와 모터 제너레이터가 회전합니다. 엔진이 예열되면 냉각 시스템이 활성화됩니다. 작동 속도에 도달하면 드라이브의 내부 로터가 회전(충전)하기 시작합니다. 저장 장치를 충전하는 과정은 소비하는 전류에 따라 간접적으로 판단됩니다. 이 과정은 5~7분 정도 소요됩니다.

외부 전원이 있는 경우 외부 네트워크와 최종 동기화하는 데 시간이 걸리며, 충분한 동위상이 달성되면 해당 장치에 연결됩니다.

DD는 회전 속도를 줄이고 냉각 주기로 들어갑니다. 이 주기는 약 10분 정도 소요된 후 정지됩니다. 오버러닝 클러치가 풀리고 설비의 추가 회전이 모터 제너레이터에 의해 지원되는 동시에 어큐뮬레이터의 손실을 보상합니다. 설비는 부하에 전력을 공급하고 UPS 모드로 전환할 준비가 되었습니다.

외부 전원 공급 장치가 없는 경우 설치는 모터 발전기에서 부하 및 자체 요구 사항에 전력을 공급할 준비가 되어 있으며 DIESEL 모드에서 계속 작동합니다.

• 작동 모드 디젤

이 모드에서 에너지원은 DD입니다. 이에 의해 회전하는 모터 발전기가 부하에 전력을 공급합니다. 전압 소스인 모터 발전기는 뚜렷한 주파수 응답을 가지며 눈에 띄는 관성을 가지며 부하 크기의 갑작스러운 변화에 지연으로 반응합니다. 왜냐하면 제조업체는 이 모드에서 해양 DD 작동으로 설치를 완료합니다. 이는 연료 보유량과 설치의 열 체제를 유지하는 능력에 의해서만 제한됩니다. 이 작동 모드에서는 설치 근처의 음압 수준이 105dBA를 초과합니다.

• UPS 작동 모드

이 모드에서 에너지원은 외부 네트워크입니다. 리액터를 통해 외부 네트워크와 부하 모두에 연결된 모터 발전기는 동기 보상기 모드에서 작동하여 특정 한계 내에서 부하 전력의 무효 구성 요소를 보상합니다. 일반적으로 외부 네트워크와 직렬로 연결된 DDIBP 설비는 정의상 전압원으로서의 특성이 저하되어 등가 내부 임피던스가 증가합니다. 이 작동 모드에서 설치 근처의 음압 수준은 약 100dBA입니다.

외부 네트워크에 문제가 있는 경우 장치 연결이 끊어지고 디젤 엔진을 시동하라는 명령이 내려지며 장치는 DIESEL 모드로 전환됩니다. 오버러닝 클러치가 닫혀 모터 샤프트의 회전 속도가 설치의 나머지 부분을 초과할 때까지 부하 없이 지속적으로 가열되는 모터의 발사가 발생한다는 점에 유의해야 합니다. DD의 시동 및 작동 속도 도달에 걸리는 일반적인 시간은 3~5초입니다.

• 바이패스 작동 모드

예를 들어 유지 관리 등 필요한 경우 부하 전력을 외부 네트워크에서 직접 바이패스 라인으로 전송할 수 있습니다. 바이패스 라인으로의 전환과 역전환은 스위칭 장치의 응답 시간이 겹치면서 발생하므로 부하에 대한 단기 전력 손실도 방지할 수 있습니다. 제어 시스템은 DDIBP 설치의 출력 전압과 외부 네트워크 간의 위상을 동일하게 유지하려고 노력합니다. 이 경우 설치 자체의 작동 모드는 변경되지 않습니다. DD가 작동 중이면 계속 작동하거나 설치 자체가 외부 네트워크에서 전원을 공급받은 경우 계속됩니다.

• 작동 모드 중지

STOP 명령이 주어지면 부하 전력이 바이패스 라인으로 전환되고 모터 발전기 및 저장 장치에 대한 전력 공급이 중단됩니다. 설치는 관성에 의해 일정 시간 동안 계속 회전하고 정지 후 OFF 모드로 전환됩니다.

DDIBP 연결 다이어그램 및 해당 기능

단일 설치

이는 독립적인 DDIBP를 사용하는 가장 간단한 옵션입니다. 설치에는 전원 공급을 중단하지 않는 NB(무정지, 무정전 전원)와 단기 전원 중단이 있는 SB(단기 중단, 전원 보장)의 두 가지 출력이 있을 수 있습니다. 각 출력에는 자체 바이패스가 있을 수 있습니다(그림 1 참조).

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NB 출력은 일반적으로 임계부하(IT, 냉동순환펌프, 정밀공조기)에 연결되고, SB 출력은 단기적인 전원공급 중단이 중요하지 않은 부하(냉동냉동기)에 연결됩니다. 임계 부하에 대한 전원 공급의 완전한 손실을 방지하기 위해 설치 출력과 바이패스 회로의 스위칭은 시간 중첩으로 수행되며 부품의 복잡한 저항으로 인해 회로 전류는 안전한 값으로 감소됩니다. 리액터 권선의.

DDIBP에서 비선형 부하로의 전원 공급에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 이는 소비 전류의 스펙트럼 구성에 눈에 띄는 양의 고조파가 존재하는 것을 특징으로 합니다. 동기식 발전기 작동의 특성과 연결 다이어그램으로 인해 설치 출력의 전압 파형이 왜곡되고 설치에 전원이 공급될 때 소비되는 전류의 고조파 성분이 존재하게 됩니다. 외부 교류 전압 네트워크.

아래는 외부 네트워크에서 전원을 공급받았을 때 출력 전압의 형상(그림 2 참조)과 고조파 분석 이미지(그림 3 참조)입니다. 주파수 변환기 형태의 적당한 비선형 부하에서 고조파 왜곡 계수가 10%를 초과했습니다. 동시에 설치가 디젤 모드로 전환되지 않았으며 이는 제어 시스템이 출력 전압의 고조파 왜곡 계수와 같은 중요한 매개 변수를 모니터링하지 않음을 확인합니다. 관찰에 따르면 고조파 왜곡 수준은 부하 전력이 아니라 비선형 및 선형 부하의 전력 비율에 따라 달라지며 순수 활성 열 부하에서 테스트할 때 출력의 전압 형태에 따라 달라집니다. 설치는 실제로 정현파에 가깝습니다. 그러나 이러한 상황은 현실과는 거리가 매우 멀습니다. 특히 주파수 변환기를 포함하는 엔지니어링 장비에 전력을 공급하는 경우와 PFC(역률 보정)가 항상 장착되어 있지 않은 스위칭 전원 공급 장치가 있는 IT 부하의 경우 더욱 그렇습니다.

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이 다이어그램과 후속 다이어그램에서는 세 가지 상황이 주목할 만합니다.

• 설비의 입력과 출력 사이의 갈바닉 연결.
• 출력의 위상 부하 불균형이 입력에 도달합니다.
• 부하 전류 고조파를 줄이기 위한 추가 조치가 필요합니다.
• 부하 전류의 고조파 성분과 과도 현상으로 인한 왜곡이 출력에서 ​​입력으로 흐릅니다.

병렬 회로

전원 공급 시스템을 향상시키기 위해 DDIBP 장치를 병렬로 연결하여 개별 장치의 입력 및 출력 회로를 연결할 수 있습니다. 동시에, 동기 및 동위상 조건이 충족되면 설치가 독립성을 잃고 시스템의 일부가 된다는 점을 이해해야 합니다. 물리학에서는 이를 일관성이라는 한 단어로 지칭합니다. 실용적인 관점에서 이는 시스템에 포함된 모든 설치가 동일한 모드에서 작동해야 함을 의미합니다. 예를 들어 DD에서 부분적으로 작동하는 옵션은 허용되지 않으며 외부 네트워크에서 부분적으로 작동하는 것은 허용되지 않습니다. 이 경우 바이패스 라인은 전체 시스템에 공통으로 생성됩니다(그림 4 참조).

이 연결 방식에는 잠재적으로 위험한 두 가지 모드가 있습니다.

• 일관성 조건을 유지하면서 두 번째 및 후속 설치를 시스템 출력 버스에 연결합니다.
• 출력 스위치가 열릴 때까지 일관성 조건을 유지하면서 출력 버스에서 단일 설치를 분리합니다.

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단일 설치의 비상 종료로 인해 속도가 느려지기 시작하지만 출력 스위칭 장치가 아직 열리지 않은 상황이 발생할 수 있습니다. 이 경우 짧은 시간 내에 설비와 나머지 시스템 사이의 위상차가 비상 값에 도달하여 단락이 발생할 수 있습니다.

또한 개별 설치 간의 로드 밸런싱에도 주의를 기울여야 합니다. 여기서 고려하는 장비에서는 발전기의 부하하강 특성으로 인해 밸런싱이 수행됩니다. 설치 간 설치 사례의 비이상성과 동일하지 않은 특성으로 인해 분포도 고르지 않습니다. 또한 최대 부하 값에 접근하면 연결된 선의 길이, 설치 및 부하의 배전 네트워크 연결 지점, 품질(전이 저항)과 같이 겉보기에 사소해 보이는 요소의 영향을 받기 시작합니다. ) 연결 자체.

우리는 DDIBP와 스위칭 장치가 자동 제어 시스템의 제어 동작에 반응하여 상당한 관성 모멘트와 눈에 띄는 지연 시간을 갖는 전기 기계 장치라는 점을 항상 기억해야 합니다.

"중간" 전압 연결을 사용한 병렬 회로

이 경우 발전기는 적절한 변압비를 갖는 변압기를 통해 반응기에 연결됩니다. 따라서 리액터와 스위칭 기계는 "평균"전압 레벨에서 작동하고 발전기는 0.4kV 레벨에서 작동합니다 (그림 5 참조).

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이 사용 사례에서는 최종 로드의 특성과 연결 다이어그램에 주의를 기울여야 합니다. 저것들. 최종 부하가 강압 변압기를 통해 연결되는 경우 변압기를 공급 네트워크에 연결하면 코어의 자화 반전 과정이 수반될 가능성이 높으며 이로 인해 전류 소비가 돌입할 수 있다는 점을 명심해야 합니다. 결과적으로 전압 강하가 발생합니다(그림 6 참조).

이 상황에서는 민감한 장비가 올바르게 작동하지 않을 수 있습니다.

최소한 저관성 조명이 깜박이고 기본 모터 주파수 변환기가 다시 시작됩니다.

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"분할" 출력 버스가 있는 회로

전원 공급 시스템의 설치 수를 최적화하기 위해 제조업체는 "분할" 출력 버스가 있는 구성표를 사용할 것을 제안합니다. 이 구성에서는 설치가 입력과 출력 모두에서 병렬이고 각 설치가 하나 이상의 장치에 개별적으로 연결됩니다. 출력 버스. 이 경우 바이패스 라인의 수는 출력 버스의 수와 동일해야 합니다(그림 7 참조).

출력 버스는 독립적이지 않으며 각 설치의 스위칭 장치를 통해 서로 전기적으로 연결되어 있다는 점을 이해해야 합니다.

따라서 제조업체의 보증에도 불구하고 이 회로는 내부 중복성을 갖춘 하나의 전원 공급 장치를 나타냅니다. 병렬 회로의 경우 갈바니 전기로 상호 연결된 여러 출력이 있습니다.

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여기서는 이전 사례와 마찬가지로 설치 간 로드 밸런싱뿐만 아니라 출력 버스 간 로드 밸런싱에도 주의를 기울일 필요가 있습니다.

또한 일부 고객은 “더러운” 식품 공급을 단호히 반대합니다. 모든 작동 모드에서 부하에 대한 바이패스를 사용합니다. 예를 들어 데이터 센터에서 이 접근 방식을 사용하면 스포크 중 하나에 문제(과부하)가 발생하면 페이로드가 완전히 종료되어 시스템 충돌이 발생합니다.

DDIBP의 수명주기와 전원 공급 시스템 전체에 미치는 영향

우리는 DDIBP 설치가 세심하고 경건한 태도와 주기적인 유지 관리가 필요한 전기 기계 장치라는 사실을 잊어서는 안 됩니다.

유지 관리 일정에는 해체, 정지, 청소, 윤활(XNUMX개월에 한 번)은 물론 발전기를 테스트 부하에 로드하는 것(XNUMX년에 한 번)이 포함됩니다. 일반적으로 하나의 설치를 서비스하는 데 영업일 기준 XNUMX일이 소요됩니다. 그리고 발전기를 테스트 부하에 연결하기 위해 특별히 설계된 회로가 없으면 페이로드의 전원을 차단해야 합니다.

예를 들어, 테스트 부하를 연결하기 위한 전용 회로가 없는 경우 이중 "분할" 버스에 "평균" 전압으로 연결된 15개의 병렬 작동 DDIUPS로 구성된 이중화 시스템을 가정해 보겠습니다.

이러한 초기 데이터를 사용하여 격일 모드로 30(!)일 동안 시스템을 서비스하려면 출력 버스 중 하나의 전원을 차단하여 테스트 부하를 연결해야 합니다. 따라서 출력 버스 중 하나의 페이로드에 대한 전원 공급 가용성은 -0,959이고 실제로는 0,92입니다.

또한 표준 페이로드 전원 공급 장치 회로로 돌아가려면 필요한 수의 강압 변압기를 켜야 하며, 이는 결국 변압기의 자화 반전과 관련된 전체(!) 시스템 전체에 걸쳐 여러 번의 전압 강하를 유발합니다.

DDIBP 사용에 대한 권장사항

위의 내용에서 만족스럽지 못한 결론이 나옵니다. DDIBP를 사용하는 전원 공급 시스템의 출력에는 다음 조건이 모두 충족되면 고품질(!) 무정전 전압이 존재합니다.

• 외부 전원 공급 장치에는 큰 단점이 없습니다.
• 시스템 부하는 시간이 지나도 일정하며 본질적으로 활성 및 선형입니다(마지막 두 특성은 데이터 센터 장비에는 적용되지 않음).
• 반응성 요소 전환으로 인해 시스템에 왜곡이 발생하지 않습니다.

요약하면 다음과 같은 권장 사항을 공식화할 수 있습니다.

• 엔지니어링 장비와 IT 장비의 전원 공급 시스템을 분리하고, 후자를 하위 시스템으로 나누어 상호 영향을 최소화합니다.
• 단일 설치와 동일한 용량의 실외 테스트 부하를 연결할 수 있는 기능으로 단일 설치를 서비스할 수 있는 기능을 보장하기 위해 별도의 네트워크를 전용으로 사용합니다. 이러한 목적을 위해 연결을 위한 현장 및 케이블 시설을 준비하십시오.
• 전원 버스, 개별 설치 및 단계 간의 부하 균형을 지속적으로 모니터링합니다.
• DDIBP 출력에 연결된 강압 변압기를 사용하지 마십시오.
• 통계를 수집하기 위해 자동화 및 전력 전환 장치의 작동을 주의 깊게 테스트하고 기록합니다.
• 부하에 대한 전원 공급 품질을 확인하려면 비선형 부하를 사용하여 설치 및 시스템을 테스트하십시오.
• 정비 시 스타터 배터리를 분해하여 개별적으로 테스트하십시오. 소위 이퀄라이저와 백업 시작 패널(RSP)이 있음에도 불구하고 배터리 결함으로 인해 DD가 시작되지 않을 수 있습니다.
• 부하 전류 고조파를 최소화하기 위한 추가 조치를 취하십시오.
• 다양한 유형의 기계적 문제가 처음 나타나는 경우 신속하게 대응하기 위해 설치물의 소음 및 열장, 진동 테스트 결과를 문서화합니다.
• 장기간의 설치 중단 시간을 방지하고 모터 자원을 균등하게 분배하는 조치를 취하십시오.
• 긴급 상황을 방지하기 위해 진동 센서 설치를 완료하십시오.
• 소리 및 열장이 변하거나 진동 또는 이물질 냄새가 나타나면 추가 진단을 위해 즉시 설치 서비스를 중단하십시오.

추신: 저자는 기사 주제에 대한 피드백을 보내주시면 감사하겠습니다.

출처 : habr.com