Карактеристики на системи за напојување кои користат DDIBP

Буцев И.В.
[заштитена по е-пошта]

Карактеристики на системи за напојување кои користат дизел динамички непрекинати извори на енергија (DDIUPS)

Во следната презентација, авторот ќе се обиде да ги избегне маркетиншките клишеа и ќе се потпира исклучиво на практично искуство. DDIBP од HITEC Power Protection ќе бидат опишани како испитаници.

Уред за инсталација на DDIBP

Уредот DDIBP, од електромеханичка гледна точка, изгледа прилично едноставно и предвидливо.
Главен извор на енергија е Дизел мотор (DE), со доволна моќност, земајќи ја предвид ефикасноста на инсталацијата, за долгорочно континуирано напојување на товарот. Ова, соодветно, наметнува прилично строги барања за неговата сигурност, подготвеност за лансирање и стабилност на работа. Затоа, сосема е логично да се користат бродски DD, кои продавачот ги пребојува од жолта во своја боја.

Како реверзибилен конвертор на механичка енергија во електрична енергија и назад, инсталацијата вклучува мотор-генератор со моќност што ја надминува номиналната моќност на инсталацијата за да ги подобри, пред сè, динамичките карактеристики на изворот на енергија при минливи процеси.

Бидејќи производителот тврди дека непрекинато напојување е, инсталацијата содржи елемент што ја одржува моќноста на товарот за време на преминот од еден режим на работа во друг. За оваа цел служи инертен акумулатор или индукциска спојка. Тоа е масивно тело кое ротира со голема брзина и акумулира механичка енергија. Производителот го опишува својот уред како асинхрон мотор во асинхрон мотор. Оние. Има статор, надворешен ротор и внатрешен ротор. Покрај тоа, надворешниот ротор е цврсто поврзан со заедничката осовина на инсталацијата и ротира синхроно со вратилото на мотор-генераторот. Внатрешниот ротор дополнително се врти во однос на надворешниот и всушност е уред за складирање. За да се обезбеди моќност и интеракција помеѓу поединечните делови, се користат единици за четки со лизгачки прстени.

За да се обезбеди пренос на механичка енергија од моторот до останатите делови од инсталацијата, се користи спојка за преклопување.

Најважен дел од инсталацијата е системот за автоматска контрола, кој со анализа на работните параметри на поединечни делови, влијае на контролата на инсталацијата во целина.
Исто така, најважниот елемент на инсталацијата е реактор, трифазен придушувач со славина за намотување, дизајниран да ја интегрира инсталацијата во системот за напојување и да овозможи релативно безбедно префрлување помеѓу режимите, ограничувајќи ги изедначувачките струи.
И, конечно, помошни, но во никој случај секундарни потсистеми - вентилација, снабдување со гориво, ладење и издувни гасови.

Режими на работа на инсталацијата DDIBP

Мислам дека би било корисно да се опишат различните состојби на инсталацијата DDIBP:

• режим на работа ИСКЛУЧЕНО

Механичкиот дел од инсталацијата е неподвижен. Напојувањето се снабдува со контролниот систем, системот за предзагревање на моторното возило, системот за пловечко полнење за батериите за стартување и единицата за вентилација со кружење. По претходно загревање, инсталацијата е подготвена да започне.

• режим на работа СТАРТ

Кога ќе се даде командата СТАРТ, се вклучува DD, кој ги врти надворешниот ротор на погонот и мотор-генераторот преку преклопната спојка. Како што се загрева моторот, неговиот систем за ладење се активира. Откако ќе достигне работна брзина, внатрешниот ротор на погонот почнува да се врти (полни). Процесот на полнење на уред за складирање индиректно се оценува според струјата што ја троши. Овој процес трае 5-7 минути.

Доколку е достапно надворешно напојување, потребно е одредено време за конечна синхронизација со надворешната мрежа и, кога ќе се постигне доволен степен на ин-фаза, инсталацијата е поврзана со неа.

DD ја намалува брзината на ротација и оди во циклус на ладење, кој трае околу 10 минути, проследен со запирање. Спојката за прелетување се откачува и понатамошната ротација на инсталацијата е поддржана од мотор-генераторот додека се компензира за загубите во акумулаторот. Инсталацијата е подготвена да го напојува товарот и се префрла во режим на UPS.

Во отсуство на надворешно напојување, инсталацијата е подготвена да го напојува товарот и сопствените потреби од мотор-генераторот и продолжува да работи во режим на ДИЗЕЛ.

• режим на работа ДИЗЕЛ

Во овој режим, изворот на енергија е DD. Мотор-генераторот што се ротира од него го напојува товарот. Мотор-генераторот како извор на напон има изразен фреквентен одговор и има забележлива инерција, реагирајќи со задоцнување на ненадејните промени во големината на оптоварувањето. Бидејќи Производителот ги комплетира инсталациите со морската работа DD во овој режим е ограничена само со резервите на гориво и способноста да се одржи термичкиот режим на инсталацијата. Во овој режим на работа, нивото на звучен притисок во близина на инсталацијата надминува 105 dBA.

• Режим на работа на UPS-от

Во овој режим, изворот на енергија е надворешната мрежа. Мотор-генераторот, поврзан преку реактор и на надворешната мрежа и на оптоварувањето, работи во режим на синхрони компензатор, компензирајќи во одредени граници на реактивната компонента на моќноста на оптоварувањето. Општо земено, инсталацијата DDIBP поврзана во серија со надворешна мрежа, по дефиниција, ги влошува нејзините карактеристики како извор на напон, зголемувајќи ја еквивалентната внатрешна импеданса. Во овој режим на работа, нивото на звучен притисок во близина на инсталацијата е околу 100 dBA.

Во случај на проблеми со надворешната мрежа, единицата се исклучува од неа, се дава команда да се запали дизел моторот и единицата се префрла во режим на ДИЗЕЛ. Треба да се забележи дека лансирањето на постојано загреан мотор се случува без оптоварување додека брзината на вртење на вратилото на моторот не ги надмине преостанатите делови од инсталацијата со затворање на спојката што се преклопува. Типичното време за вклучување и достигнување на работните брзини на DD е 3-5 секунди.

• BYPASS режим на работа

Доколку е потребно, на пример, за време на одржувањето, моќта на товарот може да се пренесе на бајпас линијата директно од надворешната мрежа. Префрлувањето на линијата за бајпас и назад се случува со преклопување на времето на одговор на преклопните уреди, што ви овозможува да избегнете дури и краткорочно губење на моќноста на товарот, бидејќи Контролниот систем се стреми да одржува во фаза помеѓу излезниот напон на инсталацијата DDIBP и надворешната мрежа. Во овој случај, режимот на работа на самата инсталација не се менува, т.е. ако DD работеше, тогаш ќе продолжи да работи, или самата инсталација се напојуваше од надворешна мрежа, тогаш ќе продолжи.

• режим на работа СТОП

Кога ќе се даде командата STOP, моќноста на оптоварувањето се префрла на бајпас линијата и напојувањето на мотор-генераторот и уредот за складирање се прекинува. Инсталацијата продолжува да се ротира по инерција некое време и по стопирањето оди во режим OFF.

Дијаграми за поврзување на DDIBP и нивните карактеристики

Единечна инсталација

Ова е наједноставната опција за користење на независен DDIBP. Инсталацијата може да има два излеза - NB (без прекин, непрекинато напојување) без прекин на напојувањето и SB (краток прекин, гарантирано напојување) со краткотраен прекин на напојувањето. Секој од излезите може да има свој бајпас (види Сл. 1.).

Сл. 1

Излезот NB обично се поврзува со критично оптоварување (ИТ, циркулациони пумпи за ладење, прецизни климатизери), а излезот SB е оптоварување за кое краткотрајниот прекин на напојувањето не е критичен (ладилни чилери). Со цел да се избегне целосно губење на напојувањето на критичното оптоварување, префрлувањето на излезот за инсталација и колото за бајпас се врши со временско преклопување, а струите на колото се намалуваат на безбедни вредности поради сложениот отпор на дел. на намотката на реакторот.

Посебно внимание треба да се посвети на напојувањето од DDIBP до нелинеарното оптоварување, т.е. оптоварување, кое се карактеризира со присуство на забележлива количина на хармоници во спектралниот состав на потрошената струја. Поради особеностите на работата на синхрониот генератор и дијаграмот за поврзување, ова доведува до нарушување на напонската бранова форма на излезот од инсталацијата, како и присуство на хармонични компоненти на потрошената струја кога инсталацијата се напојува од надворешна мрежа со наизменичен напон.

Подолу се прикажани слики од обликот (види слика 2) и хармонична анализа на излезниот напон (види слика 3) кога се напојува од надворешна мрежа. Коефициентот на хармониско нарушување надмина 10% со скромно нелинеарно оптоварување во форма на фреквентен конвертор. Во исто време, инсталацијата не се префрли на режим на дизел, што потврдува дека контролниот систем не следи толку важен параметар како што е коефициентот на хармониско нарушување на излезниот напон. Според набљудувањата, нивото на хармониско изобличување не зависи од моќноста на оптоварувањето, туку од односот на моќноста на нелинеарното и линеарното оптоварување, а кога се тестира на чисто активно, термичко оптоварување, обликот на напонот на излезот од инсталацијата е навистина блиску до синусоидална. Но, оваа ситуација е многу далеку од реалноста, особено кога станува збор за напојување на инженерска опрема која вклучува конвертори на фреквенција и ИТ оптоварувања кои имаат прекинувачки напојувања кои не се секогаш опремени со корекција на факторот на моќност (PFC).

Сл. 2

Сл. 3

Во овој и во следните дијаграми, вреди да се забележат три околности:

• Галванска врска помеѓу влезот и излезот на инсталацијата.
• Нерамнотежата на фазното оптоварување од излезот стигнува до влезот.
• Потребата од дополнителни мерки за намалување на хармониците на струјата на оптоварување.
• Хармоничните компоненти на струјата на оптоварување и изобличувањето предизвикано од транзиенти течат од излезот кон влезот.

Паралелно коло

Со цел да се подобри системот за напојување, единиците DDIBP можат да се поврзат паралелно, поврзувајќи ги влезните и излезните кола на поединечни единици. Во исто време, неопходно е да се разбере дека инсталацијата ја губи својата независност и станува дел од системот кога се исполнети условите на синхронизам и во фаза; во физиката тоа се означува со еден збор - кохерентност. Од практична гледна точка, тоа значи дека сите инсталации вклучени во системот мора да работат во ист режим, т.е., на пример, опција со делумно работење од DD, а делумна работа од надворешна мрежа не е прифатлива. Во овој случај, линијата за бајпас е креирана заедничка за целиот систем (види Сл. 4).

Со оваа шема за поврзување, постојат два потенцијално опасни начини:

• Поврзување на втората и следните инсталации со излезната магистрала на системот додека се одржуваат условите за кохерентност.
• Исклучување на една инсталација од излезната магистрала додека се одржуваат условите за кохерентност додека не се отворат излезните прекинувачи.

Сл. 4

Итно исклучување на една инсталација може да доведе до ситуација кога таа почнува да се забавува, но излезниот прекинувачки уред сè уште не е отворен. Во овој случај, за кратко време, фазната разлика помеѓу инсталацијата и остатокот од системот може да достигне вредности за итни случаи, предизвикувајќи краток спој.

Исто така, треба да обрнете внимание на балансирањето на оптоварувањето помеѓу поединечните инсталации. Во опремата што се разгледува овде, балансирањето се врши поради паѓачкото оптоварување карактеристично за генераторот. Поради неговата неидеалност и неидентични карактеристики на инстанци за инсталација помеѓу инсталациите, дистрибуцијата е исто така нерамна. Дополнително, при приближување до вредностите на максималното оптоварување, дистрибуцијата почнува да биде под влијание на такви навидум безначајни фактори како што се должината на поврзаните линии, точките на поврзување со дистрибутивната мрежа на инсталации и оптоварувања, како и квалитетот (отпор на транзиција ) на самите врски.

Секогаш мораме да запомниме дека DDIBP и преклопните уреди се електромеханички уреди со значителен момент на инерција и забележителни времиња на одложување како одговор на контролните дејства од системот за автоматска контрола.

Паралелно коло со „средно“ напонско поврзување

Во овој случај, генераторот е поврзан со реакторот преку трансформатор со соодветен сооднос на трансформација. Така, реакторот и преклопните машини работат на „просечно“ напонско ниво, а генераторот работи на ниво од 0.4 kV (види слика 5).

Сл. 5

Со овој случај на употреба, треба да обрнете внимание на природата на конечното оптоварување и дијаграмот за неговото поврзување. Оние. ако финалното оптоварување е поврзано преку трансформатори кои се спуштаат, мора да се има на ум дека поврзувањето на трансформаторот со напојната мрежа е многу веројатно придружено со процес на враќање на магнетизацијата на јадрото, што пак предизвикува наплив на тековната потрошувачка и, следствено, пад на напонот (види слика 6).

Чувствителната опрема може да не работи правилно во оваа ситуација.

Најмалку светлото со ниска инерција трепка и стандардните конвертори на фреквенцијата на моторот се рестартираат.

Сл. 6

Коло со „поделена“ излезна шина

Со цел да се оптимизира бројот на инсталации во системот за напојување, производителот предлага да се користи шема со „поделена“ излезна магистрала, во која инсталациите се паралелни и во влез и во излез, при што секоја инсталација поединечно е поврзана со повеќе од една излезна магистрала. Во овој случај, бројот на бајпас линии мора да биде еднаков на бројот на излезни магистрали (види Сл. 7).

Мора да се разбере дека излезните магистрали не се независни и се галвански поврзани едни со други преку прекинувачките уреди на секоја инсталација.

Така, и покрај уверувањата на производителот, ова коло претставува едно напојување со внатрешен вишок, во случај на паралелно коло, кое има неколку галвански меѓусебно поврзани излези.

Сл. 7

Овде, како и во претходниот случај, неопходно е да се обрне внимание не само на балансирањето на оптоварувањето помеѓу инсталациите, туку и помеѓу излезните автобуси.

Исто така, некои клиенти категорично се противат на снабдувањето со „валкана“ храна, т.е. користејќи бајпас на товарот во кој било режим на работа. Со овој пристап, на пример во центрите за податоци, проблем (преоптоварување) на еден од краците доведува до пад на системот со целосно исклучување на товарот.

Животниот циклус на DDIBP и неговото влијание врз системот за напојување како целина

Не смееме да заборавиме дека инсталациите на DDIBP се електромеханички уреди кои бараат внимателен, во најмала рака, почитуван однос и периодично одржување.

Распоредот за одржување вклучува деактивирање, исклучување, чистење, подмачкување (еднаш на секои шест месеци), како и полнење на генераторот до тест оптоварување (еднаш годишно). Обично потребни се два работни дена за да се сервисира една инсталација. И отсуството на специјално дизајнирано коло за поврзување на генераторот со оптоварувањето за тестирање доведува до потреба да се деактивира товарот.

На пример, да земеме редундантен систем од 15 паралелни работни DDIUPS поврзани со „просечен“ напон на двојна „сплит“ магистрала во отсуство на посветено коло за поврзување на тест оптоварувањето.

Со такви првични податоци, за сервисирање на системот 30(!) календарски денови во секој втор ден режим, ќе биде неопходно да се исклучи една од излезните магистрали за да се поврзе тест оптоварувањето. Така, достапноста на напојување до носивоста на еден од излезните автобуси е - 0,959, а всушност дури и 0,92.

Дополнително, враќањето во стандардното коло за напојување со носивост ќе бара вклучување на потребниот број трансформатори кои се спуштаат, што, пак, ќе предизвика повеќекратни падови на напонот низ целиот(!) систем поврзан со превртување на магнетизацијата на трансформаторите.

Препораки за користење на DDIBP

Од горенаведеното, се сугерира неутешен заклучок - на излезот од системот за напојување со помош на DDIBP, присутен е висококвалитетен (!) непрекинат напон кога се исполнети сите следни услови:

• Надворешното напојување нема значителни недостатоци;
• Оптоварувањето на системот е константно со текот на времето, активно и линеарно по природа (последните две карактеристики не се однесуваат на опремата на центарот за податоци);
• Нема нарушувања во системот предизвикани од префрлување на реактивни елементи.

Сумирајќи, може да се формулираат следниве препораки:

• Одделете ги системите за напојување на инженерската и ИТ опремата и поделете ги на потсистеми за да го минимизирате взаемното влијание.
• Посветете посебна мрежа за да обезбедите можност за сервисирање на една инсталација со можност за поврзување на тест оптоварување на отворено со капацитет еднаков на една инсталација. Подгответе ја локацијата и кабелските капацитети за поврзување за овие цели.
• Постојано следете го балансот на оптоварување помеѓу магистралите за напојување, поединечните инсталации и фазите.
• Избегнувајте користење на спуштачки трансформатори поврзани на излезот на DDIBP.
• Внимателно тестирајте и снимајте ја работата на уредите за автоматизација и прекинување на напојувањето со цел да се соберат статистики.
• За да го потврдите квалитетот на напојувањето на товарот, тестирајте ги инсталациите и системите со користење на нелинеарно оптоварување.
• При сервисирање, расклопете ги батериите за стартување и тестирајте ги поединечно, бидејќи ... И покрај присуството на таканаречените еквилајзери и резервниот старт панел (RSP), поради една неисправна батерија, DD може да не се вклучи.
• Преземете дополнителни мерки за минимизирање на хармониците на струјата на оптоварување.
• Документирајте ги звучните и топлинските полиња на инсталациите, резултатите од тестовите за вибрации за брз одговор на првите манифестации на различни видови механички проблеми.
• Избегнувајте долгорочни прекини на инсталациите, преземете мерки за рамномерно распоредување на моторните ресурси.
• Завршете ја инсталацијата со сензори за вибрации за да спречите итни ситуации.
• Доколку се променат звучните и топлинските полиња, се појават вибрации или туѓи мириси, веднаш извадете ги инсталациите од употреба за понатамошна дијагностика.

PS Авторот би бил благодарен за повратните информации за темата на статијата.

Извор: www.habr.com