Butcev I.V.
[e-pošta zaščitena]
Značilnosti sistemov napajanja z dizelskimi dinamičnimi viri brezprekinitvenega napajanja (DDIUPS)
V nadaljevanju se bo avtor poskušal izogniti marketinškim klišejem in se bo opiral izključno na izkušnje iz prakse. DDIBP podjetja HITEC Power Protection bodo opisani kot preizkušanci.
Naprava za namestitev DDIBP
Naprava DDIBP je z elektromehanskega vidika videti precej preprosta in predvidljiva.
Glavni vir energije je dizelski motor (DE) z zadostno močjo, upoštevajoč učinkovitost naprave, za dolgotrajno neprekinjeno napajanje bremena. To torej nalaga precej stroge zahteve glede njegove zanesljivosti, pripravljenosti za zagon in stabilnosti delovanja. Zato je povsem logična uporaba ladijskih DD, ki jih prodajalec prebarva iz rumene v svojo barvo.
Kot reverzibilni pretvornik mehanske energije v električno energijo in nazaj, naprava vključuje motor-generator z močjo, ki presega nazivno moč naprave, da izboljša predvsem dinamične lastnosti vira energije med prehodnimi procesi.
Ker proizvajalec zahteva neprekinjeno napajanje, je v instalaciji vgrajen element, ki vzdržuje napajanje bremena med prehodi iz enega načina delovanja v drugega. V ta namen služi inercijski akumulator ali indukcijska sklopka. Je masivno telo, ki se vrti z veliko hitrostjo in kopiči mehansko energijo. Proizvajalec svojo napravo opisuje kot asinhroni motor znotraj asinhronega motorja. Tisti. Obstaja stator, zunanji rotor in notranji rotor. Poleg tega je zunanji rotor togo povezan s skupno gredjo naprave in se vrti sinhrono z gredjo motor-generatorja. Notranji rotor se dodatno vrti glede na zunanjega in je pravzaprav shranjevalna naprava. Za zagotavljanje moči in interakcije med posameznimi deli se uporabljajo krtačne enote z drsnimi obroči.
Za zagotovitev prenosa mehanske energije iz motorja na preostale dele napeljave se uporablja prehitevalna sklopka.
Najpomembnejši del naprave je sistem avtomatskega vodenja, ki z analizo obratovalnih parametrov posameznih delov vpliva na krmiljenje naprave kot celote.
Najpomembnejši element inštalacije je tudi reaktor, trifazna dušilka z navitnim odcepom, namenjena integraciji inštalacije v napajalni sistem in omogoča relativno varno preklapljanje med načini, ki omejuje izravnalne tokove.
In končno, pomožni, vendar nikakor ne sekundarni podsistemi - prezračevanje, oskrba z gorivom, hlajenje in izpušni plini.
Načini delovanja naprave DDIBP
Mislim, da bi bilo koristno opisati različna stanja namestitve DDIBP:
- način delovanja OFF
Mehanski del instalacije je negiben. Napajanje se napaja v krmilni sistem, sistem predgretja dizelskega motorja, sistem plavajočega polnjenja za zagonske baterije in recirkulacijsko prezračevalno enoto. Po predgretju je namestitev pripravljena za začetek.
- način delovanja START
Ko je dan ukaz START, se zažene DD, ki vrti zunanji rotor pogona in motor-generator skozi prehitevalno sklopko. Ko se motor segreje, se aktivira njegov hladilni sistem. Ko doseže delovno hitrost, se notranji rotor pogona začne vrteti (polniti). Postopek polnjenja pomnilniške naprave posredno ocenjujemo s tokom, ki ga porabi. Ta postopek traja 5-7 minut.
Če je na voljo zunanje napajanje, traja nekaj časa za končno sinhronizacijo z zunanjim omrežjem in ko je dosežena zadostna stopnja sofaznosti, se instalacija priključi nanj.
DD zmanjša hitrost vrtenja in gre v cikel hlajenja, ki traja približno 10 minut, čemur sledi ustavitev. Prehitevalna sklopka se izklopi in nadaljnje vrtenje napeljave podpira motor-generator, medtem ko kompenzira izgube v akumulatorju. Namestitev je pripravljena za napajanje bremena in preklopi v način UPS.
V odsotnosti zunanjega napajanja je naprava pripravljena za napajanje bremena in lastnih potreb iz motor-generatorja in nadaljuje z delovanjem v DIESEL načinu.
- način delovanja DIESEL
V tem načinu je vir energije DD. Motor-generator, ki ga vrti, napaja breme. Motor-generator kot vir napetosti ima izrazit frekvenčni odziv in ima opazno vztrajnost, ki se z zakasnitvijo odziva na nenadne spremembe velikosti obremenitve. Ker Proizvajalec dopolnjuje naprave z ladijskim DD. Delovanje v tem načinu je omejeno le z rezervami goriva in zmožnostjo vzdrževanja toplotnih pogojev naprave. V tem načinu delovanja raven zvočnega tlaka v bližini instalacije presega 105 dBA.
- način delovanja UPS
V tem načinu je vir energije zunanje omrežje. Motor-generator, povezan preko reaktorja tako z zunanjim omrežjem kot z obremenitvijo, deluje v načinu sinhronskega kompenzatorja, ki v določenih mejah kompenzira jalovo komponento moči obremenitve. Na splošno instalacija DDIBP, ki je zaporedno povezana z zunanjim omrežjem, po definiciji poslabša svoje značilnosti kot vir napetosti in poveča ekvivalentno notranjo impedanco. V tem načinu delovanja je raven zvočnega tlaka v bližini instalacije približno 100 dBA.
V primeru težav z zunanjim omrežjem se enota izklopi iz le-tega, izda se ukaz za zagon diesel motorja in enota preklopi v način DIESEL. Upoštevati je treba, da se zagon stalno ogrevanega motorja zgodi brez obremenitve, dokler hitrost vrtenja gredi motorja ne preseže preostalih delov namestitve z zaprtjem prehitevalne sklopke. Tipični čas za zagon in doseganje delovnih hitrosti DD je 3-5 sekund.
- Način delovanja BYPASS
Po potrebi, na primer med vzdrževanjem, se moč obremenitve lahko prenese na obvodni vod neposredno iz zunanjega omrežja. Preklop na obvodno linijo in nazaj se pojavi s prekrivanjem odzivnega časa stikalnih naprav, kar vam omogoča, da se izognete celo kratkotrajni izgubi moči obremenitve, ker Krmilni sistem stremi k ohranjanju sozvočja med izhodno napetostjo napeljave DDIBP in zunanjim omrežjem. V tem primeru se način delovanja same instalacije ne spremeni, t.j. če je DD delal, potem bo deloval še naprej, ali pa je bila sama namestitev napajana iz zunanjega omrežja, potem bo nadaljevala.
- način delovanja STOP
Ko je dan ukaz STOP, se moč bremena preklopi na obvodni vod in prekine napajanje motor-generatorja in hranilnika. Naprava se še nekaj časa vrti po vztrajnosti in po zaustavitvi preide v način IZKLOP.
Diagrami povezav DDIBP in njihove značilnosti
Enotna namestitev
To je najpreprostejša možnost za uporabo neodvisnega DDIBP. Inštalacija ima lahko dva izhoda - NB (brez prekinitve, neprekinjeno napajanje) brez prekinitve napajanja in SB (kratek premor, zagotovljeno napajanje) s kratkotrajno prekinitvijo napajanja. Vsak od izhodov ima lahko svoj bypass (glej sliko 1.).
sl.1
Izhod NB je običajno povezan s kritičnim bremenom (IT, hladilne obtočne črpalke, precizne klimatske naprave), izhod SB pa je breme, za katerega kratkotrajna prekinitev napajanja ni kritična (hladilni agregati). Da bi se izognili popolni izgubi napajanja kritične obremenitve, se preklapljanje izhoda instalacije in obvodnega tokokroga izvede s časovnim prekrivanjem, tokovi tokokroga pa se zmanjšajo na varne vrednosti zaradi kompleksne upornosti dela navitja reaktorja.
Posebno pozornost je treba nameniti napajanju iz DDIBP v nelinearno obremenitev, tj. obremenitev, za katero je značilna prisotnost opazne količine harmonikov v spektralni sestavi porabljenega toka. Zaradi posebnosti delovanja sinhronskega generatorja in povezovalnega diagrama to vodi do izkrivljanja napetostne valovne oblike na izhodu instalacije, pa tudi do prisotnosti harmoničnih komponent porabljenega toka, ko se naprava napaja iz zunanje omrežje z izmenično napetostjo.
Spodaj so slike oblike (glej sliko 2) in harmonične analize izhodne napetosti (glej sliko 3) pri napajanju iz zunanjega omrežja. Koeficient harmoničnega popačenja je ob skromni nelinearni obremenitvi v obliki frekvenčnega pretvornika presegel 10 %. Hkrati se naprava ni preklopila na dizelski način, kar potrjuje, da krmilni sistem ne spremlja tako pomembnega parametra, kot je koeficient harmoničnega popačenja izhodne napetosti. Glede na opazovanja stopnja harmoničnega popačenja ni odvisna od moči bremena, ampak od razmerja moči nelinearnega in linearnega bremena, pri testiranju na čisti aktivni, termični obremenitvi pa se oblika napetosti na izhodu namestitev je res blizu sinusne. Toda ta situacija je zelo daleč od realnosti, zlasti ko gre za napajanje inženirske opreme, ki vključuje frekvenčne pretvornike, in bremena IT, ki imajo stikalne napajalnike, ki niso vedno opremljeni s korekcijo faktorja moči (PFC).
sl.2
sl.3
V tem in naslednjih diagramih so tri okoliščine vredne pozornosti:
- Galvanska povezava med vhodom in izhodom instalacije.
- Neuravnoteženost fazne obremenitve iz izhoda doseže vhod.
- Potreba po dodatnih ukrepih za zmanjšanje tokovnih harmonikov obremenitve.
- Harmonične komponente bremenskega toka in popačenja, ki jih povzročajo prehodni pojavi, tečejo od izhoda do vhoda.
Vzporedni krog
Za izboljšanje napajalnega sistema lahko enote DDIBP povežemo vzporedno, tako da povežemo vhodna in izhodna vezja posameznih enot. Ob tem je treba razumeti, da inštalacija izgubi samostojnost in postane del sistema, ko so izpolnjeni pogoji sinhronizma in sofaznosti, kar v fiziki imenujemo z eno besedo – koherenca. S praktičnega vidika to pomeni, da morajo vse inštalacije, ki so vključene v sistem, delovati v istem režimu, tj. npr. opcija z delnim delovanjem iz DD, delno delovanje iz zunanjega omrežja pa ni sprejemljiva. V tem primeru se ustvari obvodna linija, ki je skupna celotnemu sistemu (glej sliko 4).
Pri tej shemi povezave obstajata dva potencialno nevarna načina:
- Priključitev druge in naslednjih inštalacij na sistemsko izhodno vodilo ob ohranjanju pogojev skladnosti.
- Odklop posamezne instalacije od izhodnega vodila ob ohranjanju pogojev skladnosti, dokler se izhodna stikala ne odprejo.
sl.4
Zasilna zaustavitev posamezne instalacije lahko privede do situacije, ko se začne upočasnjevati, vendar se izhodna stikalna naprava še ni odprla. V tem primeru lahko v kratkem času fazna razlika med napeljavo in preostalim sistemom doseže zasilne vrednosti, kar povzroči kratek stik.
Pozorni morate biti tudi na razporeditev obremenitve med posameznimi inštalacijami. V tukaj obravnavani opremi se uravnoteženje izvaja zaradi padajoče obremenitve, ki je značilna za generator. Zaradi svoje neidealnosti in neidentičnih karakteristik inštalacij med inštalacijami je tudi porazdelitev neenakomerna. Poleg tega, ko se približamo maksimalnim vrednostim obremenitve, na porazdelitev začnejo vplivati tako navidezno nepomembni dejavniki, kot so dolžina priključenih vodov, priključne točke na distribucijsko omrežje inštalacij in obremenitve, pa tudi kakovost (prehodni upor ) samih povezav.
Vedno se moramo zavedati, da so DDIBP in stikalne naprave elektromehanske naprave z znatnim vztrajnostnim momentom in opaznimi zakasnitvami kot odziv na krmilne ukrepe iz avtomatskega krmilnega sistema.
Vzporedno vezje s "srednje" napetostno povezavo
V tem primeru je generator povezan z reaktorjem preko transformatorja z ustreznim transformacijskim razmerjem. Tako reaktor in stikalni stroji delujejo na "povprečni" napetostni ravni, generator pa deluje na ravni 0.4 kV (glej sliko 5).
sl.5
Pri tem primeru uporabe morate biti pozorni na naravo končne obremenitve in njen povezovalni diagram. Tisti. če je končna obremenitev priključena preko padajočih transformatorjev, je treba upoštevati, da priključitev transformatorja na napajalno omrežje zelo verjetno spremlja proces magnetizacije jedra, kar posledično povzroči naval tokovne porabe in, posledično padec napetosti (glej sliko 6).
Občutljiva oprema v tem primeru morda ne bo delovala pravilno.
Vsaj lučka za nizko vztrajnost utripa in privzeti frekvenčni pretvorniki motorja se znova zaženejo.
sl.6
Vezje z "razdeljenim" izhodnim vodilom
Za optimizacijo števila inštalacij v napajalnem sistemu proizvajalec predlaga uporabo sheme z “split” izhodnim vodilom, pri katerem so inštalacije vzporedne tako na vhodu kot na izhodu, pri čemer je vsaka inštalacija posebej povezana z več kot enim izhodom. avtobus. V tem primeru mora biti število obvodnih vodov enako številu izhodnih vodil (glej sliko 7).
Treba je razumeti, da izhodna vodila niso neodvisna in so med seboj galvansko povezana prek stikalnih naprav vsake instalacije.
Tako kljub zagotovilom proizvajalca to vezje predstavlja en napajalnik z notranjo redundanco, v primeru vzporednega vezja, ki ima več galvansko povezanih izhodov.
sl.7
Tukaj, tako kot v prejšnjem primeru, je treba paziti ne samo na uravnoteženje obremenitve med inštalacijami, temveč tudi med izhodnimi vodili.
Prav tako nekateri kupci kategorično nasprotujejo dobavi "umazane" hrane, tj. z uporabo obvoda do obremenitve v katerem koli načinu delovanja. S tem pristopom, na primer v podatkovnih centrih, težava (preobremenitev) na eni od naper povzroči zrušitev sistema s popolno zaustavitvijo koristnega tovora.
Življenjski cikel DDIBP in njegov vpliv na napajalni sistem kot celoto
Ne smemo pozabiti, da so instalacije DDIBP elektromehanske naprave, ki zahtevajo pozoren, milo rečeno, spoštljiv odnos in občasno vzdrževanje.
Urnik vzdrževanja vključuje razgradnjo, zaustavitev, čiščenje, mazanje (enkrat na šest mesecev), kot tudi obremenitev generatorja na testno obremenitev (enkrat letno). Popravilo ene namestitve običajno traja dva delovna dneva. In odsotnost posebej zasnovanega vezja za povezavo generatorja s preskusno obremenitvijo vodi do potrebe po izklopu tovora.
Na primer, vzemimo redundantni sistem 15 vzporedno delujočih DDIUPS, priključenih na "povprečno" napetost na dvojno "razdeljeno" vodilo brez namenskega vezja za priključitev preskusne obremenitve.
S takšnimi začetnimi podatki bo za servisiranje sistema 30(!) koledarskih dni v načinu vsak drugi dan potrebno izklopiti eno od izhodnih vodil za priključitev testne obremenitve. Tako je razpoložljivost napajanja tovora enega od izhodnih vodil - 0,959, dejansko pa celo 0,92.
Poleg tega bo vrnitev k standardnemu tokokrogu za napajanje tovora zahtevala vklop zahtevanega števila padajočih transformatorjev, kar bo posledično povzročilo večkratne padce napetosti v celotnem (!) sistemu, povezanem z obračanjem magnetizacije transformatorjev.
Priporočila za uporabo DDIBP
Iz zgoraj navedenega se nakazuje neudoben zaključek - na izhodu napajalnega sistema z DDIBP je prisotna kakovostna (!) neprekinjena napetost, ko so izpolnjeni vsi naslednji pogoji:
- Zunanji napajalnik nima bistvenih pomanjkljivosti;
- Obremenitev sistema je časovno konstantna, aktivna in linearna (zadnji dve značilnosti ne veljata za opremo podatkovnega centra);
- V sistemu ni motenj, ki bi jih povzročilo preklapljanje reaktivnih elementov.
Če povzamemo, je mogoče oblikovati naslednja priporočila:
- Ločite napajalne sisteme inženirske in IT opreme ter slednjo razdelite na podsisteme, da čim bolj zmanjšate medsebojni vpliv.
- Namenite ločeno omrežje, da zagotovite zmožnost servisiranja ene same namestitve z možnostjo priključitve zunanje preskusne obremenitve z zmogljivostjo, ki je enaka eni sami namestitvi. Za te namene pripravite lokacijo in kabelske naprave za povezavo.
- Nenehno spremljajte razmerje obremenitev med vodniki, posameznimi inštalacijami in fazami.
- Izogibajte se uporabi padajočih transformatorjev, povezanih z izhodom DDIBP.
- Previdno preizkusite in zabeležite delovanje avtomatskih in preklopnih naprav za zbiranje statističnih podatkov.
- Za preverjanje kakovosti napajanja bremena preizkusite instalacije in sisteme z uporabo nelinearnega bremena.
- Pri servisu razstavite zagonske akumulatorje in jih posamezno preizkusite, ker... Kljub prisotnosti tako imenovanih izenačevalnikov in rezervne zagonske plošče (RSP) se zaradi ene okvarjene baterije DD morda ne bo zagnal.
- Sprejmite dodatne ukrepe za zmanjšanje harmonikov obremenitvenega toka.
- Dokumentirajte zvočna in toplotna polja inštalacij, rezultate vibracijskih testov za hiter odziv na prve manifestacije različnih vrst mehanskih težav.
- Izogibajte se dolgotrajnim izpadom naprav, upoštevajte ukrepe za enakomerno porazdelitev motornih virov.
- Dokončajte namestitev s senzorji vibracij, da preprečite izredne razmere.
- Če se zvočna in toplotna polja spremenijo, se pojavijo vibracije ali tuji vonji, takoj izključite instalacije za nadaljnjo diagnostiko.
PS Avtor bi bil hvaležen za povratne informacije o temi članka.
Vir: www.habr.com