🥇Funksjoner av strømforsyningssystemer som bruker DDIBP

Funksjoner for strømforsyningssystemer som bruker Diesel Dynamic Uninterruptible Power Sources (DDIUPS)

I den følgende presentasjonen vil forfatteren forsøke å unngå markedsføringsklisjeer og vil kun stole på praktisk erfaring. DDIBP-er fra HITEC Power Protection vil bli beskrevet som testpersoner.

DDIBP installasjonsenhet

DDIBP-enheten, fra et elektromekanisk synspunkt, ser ganske enkel og forutsigbar ut.
Hovedenergikilden er en dieselmotor (DE), med tilstrekkelig kraft, tatt i betraktning installasjonens effektivitet, for langsiktig kontinuerlig strømforsyning til lasten. Dette stiller derfor ganske strenge krav til pålitelighet, klarhet til lansering og driftsstabilitet. Derfor er det helt logisk å bruke skips-DDer, som leverandøren maler om fra gul til sin egen farge.

Som en reversibel omformer av mekanisk energi til elektrisk energi og tilbake, inkluderer installasjonen en motorgenerator med en effekt som overstiger den nominelle kraften til installasjonen for å forbedre, først av alt, de dynamiske egenskapene til kraftkilden under forbigående prosesser.

Siden produsenten hevder avbruddsfri strømforsyning, inneholder installasjonen et element som opprettholder strøm til lasten under overganger fra en driftsmodus til en annen. En treghetsakkumulator eller induksjonskobling tjener dette formålet. Det er en massiv kropp som roterer i høy hastighet og akkumulerer mekanisk energi. Produsenten beskriver enheten som en asynkronmotor inne i en asynkronmotor. De. Det er en stator, en ytre rotor og en indre rotor. Dessuten er den ytre rotoren stivt forbundet med den felles akselen til installasjonen og roterer synkront med akselen til motorgeneratoren. Den interne rotoren snurrer i tillegg i forhold til den eksterne og er faktisk en lagringsenhet. For å gi kraft og samspill mellom de enkelte delene, brukes børsteenheter med sleperinger.

For å sikre overføring av mekanisk energi fra motoren til de resterende delene av installasjonen, brukes en overløpskobling.

Den viktigste delen av installasjonen er det automatiske kontrollsystemet, som ved å analysere driftsparametrene til individuelle deler påvirker kontrollen av installasjonen som helhet.
Også det viktigste elementet i installasjonen er en reaktor, en trefase choke med en viklingskran, designet for å integrere installasjonen i strømforsyningssystemet og tillate relativt sikker veksling mellom moduser, begrense utjevningsstrømmene.
Og til slutt, hjelpe, men på ingen måte sekundære delsystemer - ventilasjon, drivstoffforsyning, kjøling og gasseksos.

Driftsmoduser for DDIBP-installasjonen

Jeg tror det ville være nyttig å beskrive de forskjellige tilstandene til en DDIBP-installasjon:

driftsmodus AV

Den mekaniske delen av installasjonen er ubevegelig. Strøm tilføres styresystemet, forvarmingssystemet til motorkjøretøyet, flytende ladesystem for startbatterier og resirkulasjonsventilasjonsaggregatet. Etter forvarming er installasjonen klar til å starte.

driftsmodus START

Når START-kommandoen er gitt, starter DD, som spinner den ytre rotoren til drevet og motorgeneratoren gjennom påløpskoblingen. Når motoren varmes opp, aktiveres kjølesystemet. Etter å ha oppnådd driftshastighet, begynner den interne rotoren til drevet å spinne opp (lades). Prosessen med å lade en lagringsenhet blir indirekte bedømt av strømmen den bruker. Denne prosessen tar 5-7 minutter.

Hvis ekstern strøm er tilgjengelig, tar det litt tid for endelig synkronisering med det eksterne nettverket, og når tilstrekkelig grad av in-fase er oppnådd, kobles installasjonen til det.

DD reduserer rotasjonshastigheten og går inn i en avkjølingssyklus, som tar ca. 10 minutter, etterfulgt av et stopp. Påløpsclutchen kobles ut og ytterligere rotasjon av installasjonen støttes av motorgeneratoren mens den kompenserer for tap i akkumulatoren. Installasjonen er klar til å gi strøm til lasten og bytter til UPS-modus.

I mangel av ekstern strømforsyning er installasjonen klar til å drive lasten og sine egne behov fra motorgeneratoren og fortsetter å operere i DIESEL-modus.

driftsmodus DIESEL

I denne modusen er energikilden DD. Motorgeneratoren som roteres av den driver lasten. Motorgeneratoren som spenningskilde har en uttalt frekvensrespons og har merkbar treghet, og reagerer med en forsinkelse på plutselige endringer i laststørrelsen. Fordi Produsenten fullfører installasjonene med marine DD-drift i denne modusen er kun begrenset av drivstoffreserver og muligheten til å opprettholde installasjonens termiske regime. I denne driftsmodusen overstiger lydtrykknivået nær installasjonen 105 dBA.

UPS driftsmodus

I denne modusen er energikilden det eksterne nettverket. Motorgeneratoren, koblet gjennom en reaktor til både det eksterne nettverket og lasten, opererer i synkron kompensatormodus, og kompenserer innenfor visse grenser den reaktive komponenten av lasteffekten. Generelt sett forverrer en DDIBP-installasjon koblet i serie med et eksternt nettverk per definisjon dens egenskaper som spenningskilde, og øker den tilsvarende interne impedansen. I denne driftsmodusen er lydtrykknivået nær installasjonen ca. 100 dBA.

Ved problemer med det eksterne nettverket kobles enheten fra det, en kommando gis for å starte dieselmotoren og enheten bytter til DIESEL-modus. Det skal bemerkes at lanseringen av en konstant oppvarmet motor skjer uten belastning inntil rotasjonshastigheten til motorakselen overstiger de resterende delene av installasjonen med lukking av overløpskoblingen. Den typiske tiden for å starte opp og nå driftshastigheter til DD er 3-5 sekunder.

BYPASS driftsmodus

Ved behov, for eksempel under vedlikehold, kan lastkraften overføres til bypass-ledningen direkte fra det eksterne nettverket. Bytting til bypass-linjen og tilbake skjer med en overlapping i responstiden til koblingsenhetene, noe som lar deg unngå til og med et kortvarig tap av strøm til lasten fordi Kontrollsystemet streber etter å opprettholde i fase mellom utgangsspenningen til DDIBP-installasjonen og det eksterne nettverket. I dette tilfellet endres ikke driftsmodusen til selve installasjonen, dvs. hvis DD fungerte, vil den fortsette å fungere, eller selve installasjonen ble drevet fra et eksternt nettverk, så fortsetter den.

driftsmodus STOPP

Når STOPP-kommandoen er gitt, kobles laststrømmen til bypass-linjen, og strømforsyningen til motorgeneratoren og lagringsenheten avbrytes. Installasjonen fortsetter å rotere av treghet i noen tid, og etter stopp går den i AV-modus.

DDIBP-koblingsskjemaer og deres funksjoner

Enkel installasjon

Dette er det enkleste alternativet for å bruke en uavhengig DDIBP. Installasjonen kan ha to utganger - NB (ingen brudd, avbruddsfri strøm) uten avbrudd i strømforsyningen og SB (kort brudd, garantert strøm) med et kortvarig strømbrudd. Hver av utgangene kan ha sin egen bypass (se fig. 1.).

Figur 1

NB-utgangen er vanligvis koblet til en kritisk belastning (IT, kjølesirkulasjonspumper, presisjonsklimaanlegg), og SB-utgangen er en belastning som et kortvarig avbrudd i strømforsyningen ikke er kritisk for (kjølekjølere). For å unngå fullstendig tap av strømforsyning til den kritiske belastningen, utføres vekslingen av installasjonsutgangen og bypass-kretsen med tidsoverlapping, og kretsstrømmene reduseres til sikre verdier på grunn av den komplekse motstanden til delen av reaktorviklingen.

Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot strømforsyningen fra DDIBP til den ikke-lineære lasten, dvs. belastning, som er preget av tilstedeværelsen av en merkbar mengde harmoniske i den spektrale sammensetningen av den forbrukte strømmen. På grunn av særegenhetene ved driften av den synkrone generatoren og koblingsskjemaet, fører dette til en forvrengning av spenningsbølgeformen ved utgangen til installasjonen, samt tilstedeværelsen av harmoniske komponenter av den forbrukte strømmen når installasjonen drives fra et eksternt vekselspenningsnettverk.

Nedenfor er bilder av formen (se fig. 2) og harmonisk analyse av utgangsspenningen (se fig. 3) når den drives fra et eksternt nettverk. Den harmoniske forvrengningskoeffisienten overskred 10 % med en beskjeden ikke-lineær belastning i form av en frekvensomformer. Samtidig byttet ikke installasjonen til dieselmodus, noe som bekrefter at kontrollsystemet ikke overvåker en så viktig parameter som den harmoniske forvrengningskoeffisienten til utgangsspenningen. I følge observasjoner avhenger ikke nivået av harmonisk forvrengning av lasteffekten, men av forholdet mellom kraftene til den ikke-lineære og lineære lasten, og når testet på en ren aktiv, termisk last, spenningsformen ved utgangen av installasjonen er veldig nær sinusformet. Men denne situasjonen er veldig langt fra virkeligheten, spesielt når det gjelder å drive ingeniørutstyr som inkluderer frekvensomformere, og IT-belastninger som har byttestrømforsyninger som ikke alltid er utstyrt med en effektfaktorkorreksjon (PFC).

Figur 2

Figur 3

I dette og påfølgende diagrammer er tre omstendigheter bemerkelsesverdige:

Galvanisk kobling mellom inngang og utgang på installasjonen.
Ubalansen i fasebelastningen fra utgangen når inngangen.
Behovet for ytterligere tiltak for å redusere belastningsstrømharmoniske.
Harmoniske komponenter av laststrømmen og forvrengning forårsaket av transienter flyter fra utgangen til inngangen.

Parallell krets

For å forbedre strømforsyningssystemet kan DDIBP-enheter kobles parallelt, og kobler inngangs- og utgangskretsene til individuelle enheter. Samtidig er det nødvendig å forstå at installasjonen mister sin uavhengighet og blir en del av systemet når betingelsene for synkronisme og i-fase er oppfylt; i fysikk refereres dette til med ett ord - koherens. Fra et praktisk synspunkt betyr dette at alle installasjoner som inngår i systemet må operere i samme modus, det vil si for eksempel et alternativ med delvis drift fra DD, og delvis drift fra eksternt nettverk er ikke akseptabelt. I dette tilfellet opprettes bypass-ledningen felles for hele systemet (se fig. 4).

Med dette tilkoblingsskjemaet er det to potensielt farlige moduser:

Koble den andre og påfølgende installasjonene til systemets utgangsbussen samtidig som koherensforholdene opprettholdes.
Koble en enkelt installasjon fra utgangsbussen mens koherensforhold opprettholdes til utgangsbryterne åpnes.

Figur 4

En nødstans av en enkelt installasjon kan føre til en situasjon der den begynner å avta, men utgangsbryterenheten har ennå ikke åpnet. I dette tilfellet, på kort tid, kan faseforskjellen mellom installasjonen og resten av systemet nå nødverdier og forårsake kortslutning.

Du må også være oppmerksom på lastbalansering mellom individuelle installasjoner. I utstyret som vurderes her, utføres balansering på grunn av generatorens fallende lastkarakteristikk. På grunn av sin ikke-idealitet og ikke-identiske egenskaper ved installasjonsforekomster mellom installasjoner, er fordelingen også ujevn. I tillegg, når man nærmer seg maksimale belastningsverdier, begynner fordelingen å bli påvirket av slike tilsynelatende ubetydelige faktorer som lengden på de tilkoblede linjene, tilkoblingspunktene til distribusjonsnettverket for installasjoner og laster, samt kvaliteten (overgangsmotstand ) av selve forbindelsene.

Vi må alltid huske at DDIBP-er og koblingsenheter er elektromekaniske enheter med et betydelig treghetsmoment og merkbare forsinkelsestider som svar på kontrollhandlinger fra det automatiske kontrollsystemet.

Parallell krets med "middels" spenningstilkobling

I dette tilfellet er generatoren koblet til reaktoren gjennom en transformator med et passende transformasjonsforhold. Dermed opererer reaktoren og koblingsmaskinene på et "gjennomsnittlig" spenningsnivå, og generatoren opererer på et nivå på 0.4 kV (se fig. 5).

Figur 5

Med denne brukssaken må du være oppmerksom på arten av den endelige lasten og dens tilkoblingsskjema. De. hvis den endelige lasten er koblet til gjennom nedtrappingstransformatorer, må det tas i betraktning at tilkobling av transformatoren til forsyningsnettverket er høyst sannsynlig ledsaget av en magnetiseringsreverseringsprosess av kjernen, som igjen forårsaker en innstrømming av strømforbruk og, følgelig et spenningsfall (se fig. 6).

Det kan hende at sensitivt utstyr ikke fungerer som det skal i denne situasjonen.

I det minste blinker belysningen med lav treghet og standard motorfrekvensomformere startes på nytt.

Figur 6

Krets med en "delt" utgangsbuss

For å optimere antall installasjoner i strømforsyningssystemet, foreslår produsenten å bruke et opplegg med en "delt" utgangsbuss, der installasjonene er parallelle både i inngang og utgang, med hver installasjon individuelt koblet til mer enn en utgangsbuss. I dette tilfellet må antall bypass-linjer være lik antall utgangsbusser (se fig. 7).

Det må forstås at utgangsbussene ikke er uavhengige og er galvanisk forbundet med hverandre gjennom bryterenhetene til hver installasjon.

Til tross for produsentens forsikringer, representerer denne kretsen en strømforsyning med intern redundans, i tilfelle av en parallellkrets, med flere galvanisk sammenkoblede utganger.

Figur 7

Her, som i forrige tilfelle, er det nødvendig å være oppmerksom ikke bare på lastbalansering mellom installasjoner, men mellom utgangsbusser.

Noen kunder protesterer også kategorisk mot tilførsel av "skitten" mat, dvs. ved hjelp av en bypass til lasten i enhver driftsmodus. Med denne tilnærmingen, for eksempel i datasentre, fører et problem (overbelastning) på en av eikene til et systemkrasj med fullstendig avstengning av nyttelasten.

Livssyklusen til DDIBP og dens innvirkning på strømforsyningssystemet som helhet

Vi må ikke glemme at DDIBP-installasjoner er elektromekaniske enheter som krever oppmerksomt, for å si det mildt, ærbødig holdning og periodisk vedlikehold.

Vedlikeholdsplanen inkluderer avvikling, avstengning, rengjøring, smøring (en gang hvert halvår), samt lasting av generatoren til en testbelastning (en gang i året). Vanligvis tar det to virkedager å utføre service på én installasjon. Og fraværet av en spesialdesignet krets for å koble generatoren til testbelastningen fører til behovet for å deaktivere nyttelasten.

La oss for eksempel ta et redundant system med 15 parallelle DDIUPS koblet med "gjennomsnittlig" spenning til en dobbel "delt" buss i fravær av en dedikert krets for tilkobling av testbelastningen.

Med slike startdata, for å betjene systemet i 30(!) kalenderdager i annenhver dagmodus, vil det være nødvendig å koble fra en av utgangsbussene for å koble til testbelastningen. Dermed er tilgjengeligheten av strømforsyning til nyttelasten til en av utgangsbussene - 0,959, og faktisk til og med 0,92.

I tillegg vil retur til standard strømforsyningskrets for nyttelast kreve å slå på det nødvendige antallet nedtrappingstransformatorer, som igjen vil forårsake flere spenningsfall gjennom hele(!) systemet forbundet med magnetiseringsreversering av transformatorene.

Anbefalinger for bruk av DDIBP

Fra det ovenstående antyder en ikke trøstende konklusjon seg selv - ved utgangen av strømforsyningssystemet som bruker en DDIBP, er høykvalitets (!) uavbrutt spenning til stede når alle følgende betingelser er oppfylt:

Ekstern strømforsyning har ingen vesentlige ulemper;
Systembelastningen er konstant over tid, aktiv og lineær av natur (de to siste egenskapene gjelder ikke datasenterutstyr);
Det er ingen forvrengninger i systemet forårsaket av bytte av reaktive elementer.

For å oppsummere kan følgende anbefalinger formuleres:

Skill strømforsyningssystemene til ingeniør- og IT-utstyr, og del sistnevnte inn i delsystemer for å minimere gjensidig påvirkning.
Dediker et eget nettverk for å sikre muligheten til å betjene en enkelt installasjon med muligheten til å koble til en utendørs testlast med en kapasitet lik en enkelt installasjon. Klargjør tomt og kabelanlegg for tilkobling for disse formålene.
Overvåk konstant lastbalansen mellom kraftbusser, individuelle installasjoner og faser.
Unngå å bruke nedtrappingstransformatorer koblet til utgangen på DDIBP.
Test og registrer nøye driften av automatiserings- og strømbryterenheter for å samle inn statistikk.
For å verifisere kvaliteten på strømforsyningen til lasten, test installasjoner og systemer med en ikke-lineær last.
Ved service, demonter startbatteriene og test dem individuelt, fordi... Til tross for tilstedeværelsen av såkalte equalizere og et backup-startpanel (RSP), kan det hende at DD ikke starter på grunn av ett defekt batteri.
Ta ytterligere tiltak for å minimere belastningsstrømharmoniske.
Dokumenter lyd- og termiske felt til installasjoner, resultatene av vibrasjonstester for en rask respons på de første manifestasjonene av ulike typer mekaniske problemer.
Unngå langvarig nedetid på installasjoner, iverksett tiltak for å fordele motorressurser jevnt.
Fullfør installasjonen med vibrasjonssensorer for å forhindre nødsituasjoner.
Hvis lyd og termiske felt endres, vibrasjoner eller fremmed lukt, må installasjonene umiddelbart tas ut av drift for videre diagnostikk.

PS Forfatteren vil være takknemlig for tilbakemeldinger om emnet for artikkelen.

Kilde: www.habr.com

Funksjoner av strømforsyningssystemer som bruker DDIBP