Karakteristikat e sistemeve të furnizimit me energji elektrike duke përdorur DDIBP

Butsev I.V.
[email mbrojtur]

Karakteristikat e sistemeve të furnizimit me energji elektrike që përdorin Burime Diesel Dinamike të Pandërprerë të Energjisë (DDIUPS)

Në prezantimin e mëposhtëm, autori do të përpiqet të shmangë klishetë e marketingut dhe do të mbështetet ekskluzivisht në përvojën praktike. DDIBP nga HITEC Power Protection do të përshkruhen si subjekte testimi.

Pajisja e instalimit të DDIBP

Pajisja DDIBP, nga pikëpamja elektromekanike, duket mjaft e thjeshtë dhe e parashikueshme.
Burimi kryesor i energjisë është një Motor Diesel (DE), me fuqi të mjaftueshme, duke marrë parasysh efikasitetin e instalimit, për furnizim afatgjatë me energji të vazhdueshme të ngarkesës. Kjo, në përputhje me rrethanat, imponon kërkesa mjaft të rrepta për besueshmërinë, gatishmërinë për nisje dhe stabilitetin e funksionimit. Prandaj, është plotësisht logjike të përdoren DD-të e anijeve, të cilat shitësi i rilyen nga e verdha në ngjyrën e vet.

Si një konvertues i kthyeshëm i energjisë mekanike në energji elektrike dhe mbrapa, instalimi përfshin një motor-gjenerator me fuqi që tejkalon fuqinë nominale të instalimit për të përmirësuar, para së gjithash, karakteristikat dinamike të burimit të energjisë gjatë proceseve kalimtare.

Meqenëse prodhuesi pretendon furnizim me energji të pandërprerë, instalimi përmban një element që ruan fuqinë në ngarkesë gjatë kalimit nga një mënyrë funksionimi në tjetrën. Një akumulator inercial ose bashkim induksioni i shërben këtij qëllimi. Është një trup masiv që rrotullohet me shpejtësi të madhe dhe grumbullon energji mekanike. Prodhuesi e përshkruan pajisjen e tij si një motor asinkron brenda një motori asinkron. ato. Ekziston një stator, një rotor i jashtëm dhe një rotor i brendshëm. Për më tepër, rotori i jashtëm është i lidhur ngushtë me boshtin e përbashkët të instalimit dhe rrotullohet në mënyrë sinkrone me boshtin e motor-gjeneratorit. Rotori i brendshëm rrotullohet gjithashtu në krahasim me atë të jashtëm dhe në fakt është një pajisje ruajtëse. Për të siguruar fuqinë dhe ndërveprimin midis pjesëve individuale, përdoren njësi furçash me unaza rrëshqitëse.

Për të siguruar transferimin e energjisë mekanike nga motori në pjesët e mbetura të instalimit, përdoret një tufë tejkalimi.

Pjesa më e rëndësishme e instalimit është sistemi i kontrollit automatik, i cili, duke analizuar parametrat e funksionimit të pjesëve individuale, ndikon në kontrollin e instalimit në tërësi.
Gjithashtu elementi më i rëndësishëm i instalimit është një reaktor, një mbytës trefazor me një rubinet dredha-dredha, i projektuar për të integruar instalimin në sistemin e furnizimit me energji elektrike dhe për të lejuar kalimin relativisht të sigurt midis mënyrave, duke kufizuar rrymat barazuese.
Dhe së fundi, nënsistemet ndihmëse, por aspak dytësore - ventilimi, furnizimi me karburant, ftohja dhe shkarkimi i gazit.

Mënyrat e funksionimit të instalimit DDIBP

Unë mendoj se do të ishte e dobishme të përshkruanim gjendjet e ndryshme të një instalimi DDIBP:

• modaliteti i funksionimit OFF

Pjesa mekanike e instalimit është e palëvizshme. Fuqia furnizohet me sistemin e kontrollit, sistemin e parangrohjes së mjetit motorik, sistemin e ngarkimit lundrues për bateritë e motorit dhe njësinë e ventilimit të riqarkullimit. Pas ngrohjes paraprake, instalimi është gati për të filluar.

• mënyra e funksionimit START

Kur jepet komanda START, fillon DD, i cili rrotullon rotorin e jashtëm të makinës dhe gjeneratorin e motorit përmes tufës së tejkalimit. Ndërsa motori nxehet, sistemi i tij i ftohjes aktivizohet. Pasi të arrijë shpejtësinë e funksionimit, rotori i brendshëm i diskut fillon të rrotullohet lart (ngarkohet). Procesi i karikimit të një pajisje ruajtëse gjykohet indirekt nga rryma që konsumon. Ky proces zgjat 5-7 minuta.

Nëse disponohet energjia e jashtme, duhet pak kohë për sinkronizimin përfundimtar me rrjetin e jashtëm dhe, kur arrihet një shkallë e mjaftueshme in-faze, instalimi lidhet me të.

DD zvogëlon shpejtësinë e rrotullimit dhe kalon në një cikël ftohjeje, i cili zgjat rreth 10 minuta, i ndjekur nga një ndalesë. Tufa e tejkalimit shkëputet dhe rrotullimi i mëtejshëm i instalimit mbështetet nga gjeneratori i motorit duke kompensuar humbjet në akumulator. Instalimi është gati për të fuqizuar ngarkesën dhe kalon në modalitetin UPS.

Në mungesë të furnizimit me energji të jashtme, instalimi është gati për të fuqizuar ngarkesën dhe nevojat e veta nga motor-gjeneratori dhe vazhdon të funksionojë në modalitetin DIESEL.

• mënyra e funksionimit DIESEL

Në këtë mënyrë, burimi i energjisë është DD. Motor-gjeneratori i rrotulluar prej tij fuqizon ngarkesën. Motor-gjeneratori si burim tensioni ka një përgjigje të theksuar frekuence dhe ka inerci të dukshme, duke iu përgjigjur me vonesë ndryshimeve të papritura në madhësinë e ngarkesës. Sepse Prodhuesi përfundon instalimet me funksionimin DD detar në këtë mënyrë është i kufizuar vetëm nga rezervat e karburantit dhe aftësia për të ruajtur regjimin termik të instalimit. Në këtë modalitet funksionimi, niveli i presionit të zërit pranë instalimit i kalon 105 dBA.

• Mënyra e funksionimit të UPS-së

Në këtë mënyrë, burimi i energjisë është rrjeti i jashtëm. Motor-gjeneratori, i lidhur përmes një reaktori me rrjetin e jashtëm dhe me ngarkesën, funksionon në modalitetin e kompensuesit sinkron, duke kompensuar brenda kufijve të caktuar përbërësin reaktiv të fuqisë së ngarkesës. Në përgjithësi, një instalim DDIBP i lidhur në seri me një rrjet të jashtëm, sipas definicionit, përkeqëson karakteristikat e tij si burim tensioni, duke rritur rezistencën e brendshme ekuivalente. Në këtë mënyrë funksionimi, niveli i presionit të zërit pranë instalimit është rreth 100 dBA.

Në rast të problemeve me rrjetin e jashtëm, njësia shkëputet prej saj, jepet një komandë për të ndezur motorin me naftë dhe njësia kalon në modalitetin DIESEL. Duhet të theksohet se nisja e një motori të nxehtë vazhdimisht ndodh pa ngarkesë derisa shpejtësia e rrotullimit të boshtit të motorit të tejkalojë pjesët e mbetura të instalimit me mbylljen e tufës së tejkalimit. Koha tipike për fillimin dhe arritjen e shpejtësive të funksionimit të DD është 3-5 sekonda.

• Mënyra e funksionimit BYPASS

Nëse është e nevojshme, për shembull, gjatë mirëmbajtjes, fuqia e ngarkesës mund të transferohet në linjën e anashkalimit direkt nga rrjeti i jashtëm. Kalimi në linjën e anashkalimit dhe mbrapa ndodh me një mbivendosje në kohën e përgjigjes së pajisjeve komutuese, gjë që ju lejon të shmangni edhe një humbje afatshkurtër të fuqisë në ngarkesë, sepse Sistemi i kontrollit përpiqet të mbajë në fazë ndërmjet tensionit të daljes së instalimit DDIBP dhe rrjetit të jashtëm. Në këtë rast, mënyra e funksionimit të vetë instalimit nuk ndryshon, d.m.th. nëse DD punonte, atëherë do të vazhdojë të funksionojë, ose vetë instalimi u mundësua nga një rrjet i jashtëm, atëherë do të vazhdojë.

• mënyra e funksionimit STOP

Kur jepet komanda STOP, fuqia e ngarkesës kalon në linjën e anashkalimit dhe furnizimi me energji motor-gjenerator dhe pajisje ruajtëse ndërpritet. Instalimi vazhdon të rrotullohet me inerci për ca kohë dhe pas ndalimit kalon në modalitetin OFF.

Diagramet e lidhjes DDIBP dhe veçoritë e tyre

Instalim i vetëm

Ky është opsioni më i thjeshtë për përdorimin e një DDIBP të pavarur. Instalimi mund të ketë dy dalje - NB (pa ndërprerje, fuqi e pandërprerë) pa ndërprerje të furnizimit me energji dhe SB (ndërprerje e shkurtër, fuqi e garantuar) me një ndërprerje afatshkurtër të energjisë. Secili prej daljeve mund të ketë anashkalimin e vet (shih Fig. 1.).

Fig. 1

Dalja NB zakonisht lidhet me një ngarkesë kritike (IT, pompat e qarkullimit të ftohjes, kondicionerët preciz) dhe dalja SB është një ngarkesë për të cilën një ndërprerje afatshkurtër e furnizimit me energji nuk është kritike (ftohësit ftohës). Për të shmangur një humbje të plotë të furnizimit me energji në ngarkesën kritike, ndërrimi i daljes së instalimit dhe qarkut të anashkalimit kryhet me mbivendosje kohore, dhe rrymat e qarkut reduktohen në vlera të sigurta për shkak të rezistencës komplekse të pjesës. të mbështjelljes së reaktorit.

Vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet furnizimit me energji elektrike nga DDIBP në ngarkesën jolineare, d.m.th. ngarkesë, e cila karakterizohet nga prania e një sasie të dukshme harmonike në përbërjen spektrale të rrymës së konsumuar. Për shkak të veçorive të funksionimit të gjeneratorit sinkron dhe diagramit të lidhjes, kjo çon në një shtrembërim të formës së valës së tensionit në daljen e instalimit, si dhe në praninë e përbërësve harmonikë të rrymës së konsumuar kur instalimi furnizohet nga një rrjet i jashtëm i tensionit alternativ.

Më poshtë janë imazhet e formës (shih Fig. 2) dhe analiza harmonike e tensionit të daljes (shih Fig. 3) kur mundësohet nga një rrjet i jashtëm. Koeficienti i shtrembërimit harmonik tejkaloi 10% me një ngarkesë modeste jolineare në formën e një konverteri të frekuencës. Në të njëjtën kohë, instalimi nuk kaloi në modalitetin e naftës, gjë që konfirmon se sistemi i kontrollit nuk monitoron një parametër kaq të rëndësishëm si koeficienti i shtrembërimit harmonik të tensionit të daljes. Sipas vëzhgimeve, niveli i shtrembërimit harmonik nuk varet nga fuqia e ngarkesës, por nga raporti i fuqive të ngarkesës jolineare dhe lineare, dhe kur testohet në një ngarkesë të pastër aktive, termike, forma e tensionit në daljen e instalimi është me të vërtetë afër sinusoidal. Por kjo situatë është shumë larg realitetit, veçanërisht kur bëhet fjalë për fuqizimin e pajisjeve inxhinierike që përfshijnë konvertuesit e frekuencës dhe ngarkesat IT që kanë furnizime me energji komutuese që nuk janë gjithmonë të pajisura me një korrigjim të faktorit të fuqisë (PFC).

Fig. 2

Fig. 3

Në këtë dhe diagramet pasuese, tre rrethana janë të rëndësishme:

• Lidhja galvanike midis hyrjes dhe daljes së instalimit.
• Mosbalancimi i ngarkesës së fazës nga dalja arrin në hyrje.
• Nevoja për masa shtesë për të reduktuar harmonikat e rrymës së ngarkesës.
• Komponentët harmonikë të rrymës së ngarkesës dhe shtrembërimit të shkaktuar nga kalimtarët rrjedhin nga dalja në hyrje.

Qarku paralel

Për të përmirësuar sistemin e furnizimit me energji elektrike, njësitë DDIBP mund të lidhen paralelisht, duke lidhur qarqet hyrëse dhe dalëse të njësive individuale. Në të njëjtën kohë, është e nevojshme të kuptohet se instalimi humbet pavarësinë e tij dhe bëhet pjesë e sistemit kur plotësohen kushtet e sinkronizmit dhe në fazë; në fizikë kjo referohet me një fjalë - koherencë. Nga pikëpamja praktike, kjo do të thotë që të gjitha instalimet e përfshira në sistem duhet të funksionojnë në të njëjtin modalitet, d.m.th., për shembull, një opsion me funksionim të pjesshëm nga DD dhe funksionimi i pjesshëm nga rrjeti i jashtëm nuk është i pranueshëm. Në këtë rast, linja e anashkalimit krijohet e përbashkët për të gjithë sistemin (shih Fig. 4).

Me këtë skemë lidhjeje, ekzistojnë dy mënyra potencialisht të rrezikshme:

• Lidhja e instalimeve të dyta dhe të mëvonshme me autobusin e daljes së sistemit duke ruajtur kushtet e koherencës.
• Shkëputja e një instalimi të vetëm nga autobusi i daljes duke ruajtur kushtet e koherencës derisa të hapen çelësat e daljes.

Fig. 4

Një mbyllje emergjente e një instalimi të vetëm mund të çojë në një situatë ku ai fillon të ngadalësohet, por pajisja e kalimit të daljes nuk është hapur ende. Në këtë rast, në një kohë të shkurtër, diferenca e fazës midis instalimit dhe pjesës tjetër të sistemit mund të arrijë vlera emergjente, duke shkaktuar një qark të shkurtër.

Ju gjithashtu duhet t'i kushtoni vëmendje balancimit të ngarkesës midis instalimeve individuale. Në pajisjet e konsideruara këtu, balancimi kryhet për shkak të ngarkesës në rënie, karakteristikë e gjeneratorit. Për shkak të jo-idealitetit dhe karakteristikave jo-identike të rasteve të instalimit ndërmjet instalimeve, shpërndarja është gjithashtu e pabarabartë. Përveç kësaj, kur afrohen vlerat maksimale të ngarkesës, shpërndarja fillon të ndikohet nga faktorë të tillë në dukje të parëndësishëm si gjatësia e linjave të lidhura, pikat e lidhjes me rrjetin e shpërndarjes së instalimeve dhe ngarkesave, si dhe cilësia (rezistenca e tranzicionit ) të vetë lidhjeve.

Duhet të kujtojmë gjithmonë se DDIBP-të dhe pajisjet komutuese janë pajisje elektromekanike me një moment të konsiderueshëm inercie dhe kohë vonese të dukshme në përgjigje të veprimeve të kontrollit nga sistemi i kontrollit automatik.

Qarku paralel me lidhje me tension “mesatar”.

Në këtë rast, gjeneratori lidhet me reaktorin përmes një transformatori me një raport të përshtatshëm transformimi. Kështu, reaktori dhe makinat komutuese funksionojnë në një nivel të tensionit "mesatar", dhe gjeneratori funksionon në një nivel prej 0.4 kV (shih Fig. 5).

Fig. 5

Me këtë rast përdorimi, duhet t'i kushtoni vëmendje natyrës së ngarkesës përfundimtare dhe diagramit të lidhjes së saj. ato. nëse ngarkesa përfundimtare lidhet përmes transformatorëve në rënie, duhet të kihet parasysh se lidhja e transformatorit me rrjetin e furnizimit ka shumë të ngjarë të shoqërohet nga një proces kthimi i magnetizimit të bërthamës, i cili nga ana tjetër shkakton një rrjedhje të konsumit të rrymës dhe, rrjedhimisht, një rënie e tensionit (shih Fig. 6).

Pajisjet e ndjeshme mund të mos funksionojnë siç duhet në këtë situatë.

Të paktën ndriçimi me inerci të ulët pulson dhe konvertuesit e parazgjedhur të frekuencës së motorit rifillojnë.

Fig. 6

Qarku me një autobus të daljes "të ndarë".

Për të optimizuar numrin e instalimeve në sistemin e furnizimit me energji, prodhuesi propozon përdorimin e një skeme me një autobus dalës "të ndarë", në të cilin instalimet janë paralele si në hyrje ashtu edhe në dalje, me secilin instalim të lidhur individualisht me më shumë se një. autobusin e daljes. Në këtë rast, numri i linjave të anashkalimit duhet të jetë i barabartë me numrin e autobusëve të daljes (shih Fig. 7).

Duhet të kuptohet se autobusët e daljes nuk janë të pavarur dhe janë të lidhur në mënyrë galvanike me njëri-tjetrin nëpërmjet pajisjeve komutuese të çdo instalimi.

Kështu, pavarësisht garancive të prodhuesit, ky qark përfaqëson një furnizim me energji elektrike me tepricë të brendshme, në rastin e një qarku paralel, me disa dalje të ndërlidhura galvanikisht.

Fig. 7

Këtu, si në rastin e mëparshëm, është e nevojshme t'i kushtohet vëmendje jo vetëm balancimit të ngarkesës midis instalimeve, por midis autobusëve të daljes.

Gjithashtu, disa klientë kundërshtojnë kategorikisht furnizimin me ushqime “të pista”, d.m.th. duke përdorur një anashkalim të ngarkesës në çdo mënyrë funksionimi. Me këtë qasje, për shembull në qendrat e të dhënave, një problem (mbingarkesa) në njërën nga foletë çon në një përplasje të sistemit me një mbyllje të plotë të ngarkesës.

Cikli jetësor i DDIBP dhe ndikimi i tij në sistemin e furnizimit me energji elektrike në tërësi

Nuk duhet të harrojmë se instalimet DDIBP janë pajisje elektromekanike që kërkojnë qëndrim të vëmendshëm, për të thënë të paktën, nderues dhe mirëmbajtje periodike.

Orari i mirëmbajtjes përfshin çaktivizimin, mbylljen, pastrimin, lubrifikimin (një herë në gjashtë muaj), si dhe ngarkimin e gjeneratorit në një ngarkesë provë (një herë në vit). Zakonisht duhen dy ditë pune për të shërbyer një instalim. Dhe mungesa e një qarku të krijuar posaçërisht për lidhjen e gjeneratorit me ngarkesën e provës çon në nevojën për të çaktivizuar ngarkesën.

Për shembull, le të marrim një sistem të tepërt prej 15 DDIUPS funksionimi paralel të lidhur me tension "mesatar" në një autobus të dyfishtë "të ndarë" në mungesë të një qarku të dedikuar për lidhjen e ngarkesës së provës.

Me të dhëna të tilla fillestare, për të servisuar sistemin për 30(!) ditë kalendarike në modalitetin çdo ditë tjetër, do të jetë e nevojshme të çaktivizoni një nga autobusët e daljes për të lidhur ngarkesën e provës. Kështu, disponueshmëria e furnizimit me energji elektrike për ngarkesën e njërit prej autobusëve dalës është - 0,959, dhe në fakt edhe 0,92.

Për më tepër, kthimi në qarkun standard të furnizimit me ngarkesë të ngarkesës do të kërkojë ndezjen e numrit të nevojshëm të transformatorëve të uljes, të cilat, nga ana tjetër, do të shkaktojnë ulje të shumëfishta të tensionit në të gjithë sistemin(!) të shoqëruar me kthimin e magnetizimit të transformatorëve.

Rekomandime për përdorimin e DDIBP

Nga sa më sipër, sugjeron vetë një përfundim jo ngushëllues - në daljen e sistemit të furnizimit me energji elektrike duke përdorur një DDIBP, tension i pandërprerë me cilësi të lartë (!) është i pranishëm kur plotësohen të gjitha kushtet e mëposhtme:

• Furnizimi me energji i jashtëm nuk ka të meta të rëndësishme;
• Ngarkesa e sistemit është konstante me kalimin e kohës, me natyrë aktive dhe lineare (dy karakteristikat e fundit nuk vlejnë për pajisjet e qendrës së të dhënave);
• Nuk ka shtrembërime në sistem të shkaktuara nga ndërrimi i elementeve reaktive.

Për ta përmbledhur, rekomandimet e mëposhtme mund të formulohen:

• Ndani sistemet e furnizimit me energji elektrike të pajisjeve inxhinierike dhe IT, dhe ndani këto të fundit në nënsisteme për të minimizuar ndikimin e ndërsjellë.
• Përkushtoni një rrjet të veçantë për të siguruar mundësinë e shërbimit të një instalimi të vetëm me aftësinë për të lidhur një ngarkesë testimi në natyrë me një kapacitet të barabartë me një instalim të vetëm. Përgatitni vendin dhe pajisjet kabllore për lidhje për këto qëllime.
• Monitoroni vazhdimisht balancën e ngarkesës midis autobusëve të energjisë, instalimeve individuale dhe fazave.
• Shmangni përdorimin e transformatorëve zbritës të lidhur me daljen e DDIBP.
• Testoni dhe regjistroni me kujdes funksionimin e pajisjeve të automatizimit dhe ndërprerësit të energjisë për të mbledhur statistika.
• Për të verifikuar cilësinë e furnizimit me energji të ngarkesës, testoni instalimet dhe sistemet duke përdorur një ngarkesë jolineare.
• Gjatë servisit, çmontoni bateritë e motorit dhe provoni ato individualisht, sepse... Pavarësisht nga prania e të ashtuquajturve barazues dhe një paneli fillestar rezervë (RSP), për shkak të një baterie të gabuar, DD mund të mos fillojë.
• Merrni masa shtesë për të minimizuar harmonikat e rrymës së ngarkesës.
• Dokumentoni fushat zanore dhe termike të instalimeve, rezultatet e testeve të dridhjeve për një përgjigje të shpejtë ndaj manifestimeve të para të llojeve të ndryshme të problemeve mekanike.
• Shmangni ndërprerjet afatgjatë të instalimeve, merrni masa për të shpërndarë në mënyrë të barabartë burimet motorike.
• Plotësoni instalimin me sensorë dridhjesh për të parandaluar situata emergjente.
• Nëse ndryshojnë fushat zanore dhe termike, shfaqen dridhje ose aroma të huaja, hiqni menjëherë instalimet jashtë shërbimit për diagnostifikime të mëtejshme.

PS Autori do të ishte mirënjohës për komentet mbi temën e artikullit.

Burimi: www.habr.com