ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Устанавливаемые на объектах ОАО «Газпром» ИБП долж­ны отвечать требованиям ГОСТ 27699 — 88 и ГОСТ Р 50745 — 95, а их производство должно быть сертифицировано по стандарту IS09001. Основными задачами ИБП в системе бес­перебойного питания являются:

обеспечение питания ответственных потребителей на вре­мя не менее 15 мин при нарушениях в работе электрической сети;

повышение качества электрической энергии, получаемой от питающей сети и поступающей к ответственным потреби­телям;

создание гальванической развязки электрическая сеть — ответственный потребитель для решения вопросов электри­ческой безопасности.

ИБП в составе СБП должны:

работать в широком диапазоне изменения входного на­пряжения (не менее ±15 %);

иметь как можно более близкое к единице значение ко­эффициента входной мощности, что позволяет наиболее кор­ректно работать совместно с ДГУ;

иметь высокую перегрузочную способность (не менее 200 % в течение 1 мин и 125 % в течение 10 мин) и устойчи­вость к большим фазовым перекосам;

иметь коэффициент гармонических искажений на входе не более 8 %;

иметь КПД не ниже 92 — 94 %;

иметь в своем составе (или иметь возможность подключе­ния) разделительный трансформатор;

иметь возможность параллельного включения однотипных систем;

при переходе на питание от аккумуляторной батареи пе­реключаться без разрыва синусоиды (система on-line); иметь удобную и гибкую систему управления; использовать высококачественные герметичные необслу­живаемые свинцово-цинковые кислотные аккумуляторные батареи со сроком службы до 10 лет;

обладать развитым программным обеспечением (монито­ринг, автоматическое управление локальной вычислительной сетью, удаленное оповещение);

быть удобными в обслуживании и ремонте.

Источники бесперебойного питания, работающие в соста­ве СБП (или СБГЭ) предъявляют определенные требования к сетям, нагрузке, вспомогательным системам, помещениям н т. д.

Требования к сетям и нагрузке:

питающая сеть до ИБП выполняется 3-х фазной 4-х или

S-и проводной с номинальным напряжением до 380 В;

питающая сеть от ИБП до групповых распределительных щитков выполняется 3-х фазной 5-й проводной с номиналь­ным напряжением 380 В;

распределительная сеть от групповых щитков до токопри­емников должна быть однофазной, 3-х проводной;

потери напряжения в распределительных сетях от ИБП до самого удаленного токоприемника не должны превышать 3,0 %;

нагрузка по фазам должна быть распределена равномерно. Требования к системе пожаробезопасности: электропомещения СБП по пожарной опасности относятся к категории «Г»;

специальных требований к системе пожаротушения в по­мещении, где размещается оборудование СБП, не предъявля­ется.

Требования к системе заземления и зануления: заземления объектов ОАО «Газпром» должны объединять к себе функции трех систем: системы защитного заземления; системы технологического заземления; системы заземления молниезащиты;

на объектах с ИБП для измерительной техники и средств связи должны быть выполнены две системы заземления — іащитное и технологическое (рабочее); защитное и техноло­гическое заземления могут быть выведены на одно зазем­ляющее устройство;

действующее значение тока в нулевом проводе в выделен­ных сетях с компьютерами в 1,5— 1,8 раза превосходит ток в фазном проводе, поэтому сечение нулевого провода должно определяться по нагреву согласно ПУЭ гл. 1.3 и в любом слу­чае должно быть не менее сечения фазного провода;

все металлические, нормально не находящиеся под напря­жением части электроустановки, должны быть присоединены к защитному заземлению;

средства информационных технологий (компьютеры, сер­веры и прочее оборудование) должны быть присоединены к системе технологического заземления;

в качестве заземлителей технических средств измеритель­ной техники, связи и информационных технологий рекомен­дуется использовать искусственные заземлители, не следует использовать трубопроводы, водоводы и оболочки кабелей, выходящие за пределы контролируемой зоны;

при отсутствии особых требований предприятий-изготови - телей сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом в любое время года.

Требования к помещениям для размещения ИБП и аккуму­ляторных батарей:

ИБП должны размещаться в специально подготовленных помещениях. Подготовка помещений производится в соответ­ствии с требованиями ПУЭ гл. 4.3, а также требованиями технической документации предприятий-изготовителей;

при подготовке помещений для размещения аккумулятор­ных батарей необходимо учитывать, что в СБП используются герметичные необслуживаемые свинцовые (свинцово-цинко­вые) кислотные батареи;

в соответствии с требованиями ПУЭ п. 4.4.30 герметичные аккумуляторные батареи ИБП могут устанавливаться в общих производственных невзрыво - и непожароопасных помещени­ях при условии установки над ними вентиляционного зонта; при этом класс помещений в отношении взрыво - и пожаро­опасности не изменяется;

помещения аккумуляторных батарей должны быть изоли­рованы от попадания в них пыли, испарений и газа, а также от проникновения воды через перекрытия, они также долж­ны быть и легко доступны для обслуживающего персонала;

системы водяного отопления в пределах помещений с ак­кумуляторными батареями должны выполняться гладкими трубами, соединенными сваркой; фланцевые соединения и установка вентилей на системах отопления в пределах таких помещений не допускается;

помещения с установленными в них герметичными акку­муляторными батареями относится к производствам катего­рии «Г» и должны размещаться в зданиях не ниже II сте­пени огнестойкости по противопожарным требованиям; две­ри и оконные рамы этих помещений могут быть деревян­ными;

помещения аккумуляторных батарей допускается выпол­нять без естественного освещения; допускается также раз­мещение аккумуляторных батарей в сухих подвальных поме­щениях.

Требования к системам вентиляции и кондиционирования: используемые технологические системы кондиционирова­ния должны обеспечивать круглосуточный и круглогодичный режим фильтрации воздуха, вентиляции и охлаждения поме­щения при эксплуатации в диапазоне температур наружного воздуха от — 35 до + 40 °С;

системы кондиционирования должны обладать автоном­ным режимом охлаждения, который обеспечивает эксплуата­цию оборудования при отключении основного питания в те­чение заданного времени;

в проектах должны использоваться энергосберегающие системы кондиционирования;

в помещениях для аккумуляторных батарей необходимо обеспечивать кондиционирование воздуха для круглогодично­го обеспечения температуры в интервале от +15 до + 25 °С и влажности до 85 % (при температуре свыше 25 °С резко снижается срок службы батарей, а при температуре ниже + 15 °С снижается емкость батарей).

Требования к защите от несанкционированного доступа: все помещения СБП должны быть защищены от несанк­ционированного доступа, должны иметь закрывающиеся на замок двери и быть оборудованы охранной сигнализацией.

Выбор типа ИБП производится на стадии разработки про­ектной документации на СБП. Источники бесперебойного - питания — устройства, использующие для аварийного пита­ния нагрузки энергию аккумуляторных батарей. Источник - бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммути­рующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней питающей электросети, а в аварийном - переводит ее на питание от аккумуляторных батарей, относят к ИБП резервного типа (система off-line). Схема ИБП типа off-line в нормальном режиме приведена на рис. 4.1.

Достоинством ИБП типа off-line является его простота и невысокая стоимость, а недостатком — ненулевое время пе­реключения (порядка 4 мс) на питание от аккумуляторных батарей. Источники типа off-line, как правило, имеют не­большую мощность и применяются для обеспечения гаранти­рованного электропитания отдельных устройств (ПК, офисно­го оборудования) в регионах с хорошим качеством электро­энергии.

Источник бесперебойного питания, выполненный по схеме с коммутирующим устройством (off-line) и дополненный ста­билизатором входного напряжения (на основе автотрансфор­матора с переключаемыми обмотками), относят к системам line-interactive. Преимущество линейно-интерактивных ИБП по сравнению с ИБП резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при

ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Рис. 4.1. ИБП резервного типа «off-line» в нормальном режиме работы:

ЗУ — зарядное устройство (выпрямитель); АБ — аккумуляторная батарея;

И — инвертор; Ф — фильтр

повышенном или пониженном напряжении электросети без перехода в автономный режим. В итоге аккумуляторные ба­тареи используются значительно реже и срок их службы су­щественно увеличивается.

Источник, в котором поступающее на вход переменное се­тевое напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в перемен­ное, а аккумуляторная батарея постоянно подключена к вы­ходу выпрямителя и входу инвертора и питает последний в автономном режиме, называется ИБП с двойным преобразо­вателем напряжения и относится к системам on-line. Схема ИБП с двойным преобразование напряжения приведена на рис. 4.2. Такая схема построения ИБП обеспечивает практи­чески идеальное питание нагрузки при любых неполадках в сети и характеризуется нулевым временем переключения в

ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Рис. 4.2. ИБП двойного преобразования «on-line» в нормальном режиме

работы:

В — выпрямитель; АБ — аккумуляторная батарея; И — инвертор

автономный режим без возникновения переходных процес­сов на выходе устройства. К недостаткам схемы с двойным преобразованием энергии следует отнести ее сравнительную сложность, более высокую стоимость, а также снижение об­щего КПД системы из-за потерь при двукратном преобразо­вании напряжения. Источники двойного преобразования мо­гут искажать форму синусоиды входного напряжения. Для того, чтобы уменьшить гармонические составляющие высших порядков во входной цепи ИБП устанавливают специальные фильтры, снижающие коэффициент несинусоидальности формы кривой входного тока до 5—10 %. ИБП с двойным преобразованием напряжения применяются в тех случаях, когда -предъявляются повышенные требования к качеству электроэнергии, например, для питания рабочих компьютер­ных станций, оборудования вычислительных залов, систем управления технологическими процессами.

По схеме с двойным преобразованием построены, напри­мер, модели Pro-Vision, Power-Vision, Blue-Point, Lo-Power, Flexi-Power, Safe-Power компании N-Power (совместное рос­сийско-итальянское предприятие). Они оснащены плавным стабилизатором входного напряжения, благодаря которому диапазон допустимых значений входного напряжения, при которых источник не переходит на питание от батарей, со­ставляет 160 — 276 В.

Принцип двойного преобразования используется и в технологиях компании GUTOR, выпускающей однофазные (PEW 1000) и трехфазные (PDW 3000) ИБП мощностью от 5 до 220 кВА. Модули инвертора GUTOR выполнены на би­полярных IGBT транзисторах и работают по принципу ши­ротно-импульсной модуляции. Такие инверторы допускают параллельное подключение до девяти устройств с активным распределением нагрузки.

На сегодня значительную часть рынка источников беспе­ребойного питания мощностью свыше 10 кВА занимают ИБП с двойным преобразованием. Традиционные ИБП с двойным преобразованием напряжения с управляемым тиристорным выпрямителем успешно используются более 20 лет. Техноло­гия двойного преобразования отработана и источники на ее основе достаточно надежны, хотя и они не лишены выше­указанных недостатков.

Фирмой АРС (США) выпускаются мощные ИБП серии Silcon DP 300Е, построенные по новой технологии дельта­преобразования. Новый принцип преобразования (delta - conversion), разработан и запатентован (Patent Direction in

Copenhagen № 157274) от 30.04.90 фирмой Silcon (подразде­ление фирмы АРС). Существенным отличием данного прин­ципа преобразования является прохождение переменного тока от сети через первичную обмотку входного регулирую­щего трансформатора, имеющего дополнительную, связанную с дельта-инвертором обмотку, в нагрузку. Схема ИБП систе­мы delta-conversion приведена на рис. 4.3. В нормальном ре­жиме на дополнительную обмотку трансформатора с дельта­инвертора подается корректирующее напряжение, пропор­циональное отклонению выходного напряжения от номи­нального значения, но противоположное по фазе. Таким об­разом, за счет обратной связи восстанавливается уровень и форма напряжения на нагрузке и устраняется фазовый сдвиг между напряжением и током. Процесс носит плавный, а не ступенчатый, как в линейно-интерактивных устройствах ха­рактер, и, следовательно, обеспечивает более стабильное на­пряжение на нагрузке. В автономном режиме питание на­грузки осуществляется от аккумуляторной батареи. Переход в автономный режим осуществляется за нулевое время. Глав­ное достоинство ИБП с дельта-преобразованием — высокий КПД.

По данным фирм, выпускающих традиционные ИБП с двойным преобразованием, высокий КПД достигается только при активной нагрузке и, если сам ИБП нагружен на полную мощность. При невыполнении этих условий повышается на­грузка на основной (ОИ) и дельта-инвертор (Д-И) или снижа-

Регулируюший

ивх дельта-трансформатор ^вых

ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Рис. 4.3, ИБП с дельта-преобразованием в нормальном режиме работы:

Д-И — дельта-инвентор; ОИ — основной инвертор; АБ — аккумуляторная

батарея

ется эффективность использования входного трансформато­ра, что так или иначе ухудшает КПД. В итоге, имея преиму­щество по КПД (2 —3 %) в идеальных условиях, ИБП с дельта­преобразованием проигрывает системам типа on-line в реаль­ных условиях. Опять же, по мнению производителей тради­ционных on-line систем, ИБП с дельта-преобразованием, имеющие прямую связь между сетью и нагрузкой, не могут без дополнительных средств эффективно защитить нагрузку от сетевых помех и высоковольтных импульсов, а также из­бежать загрязнения электросети высокочастотными помеха­ми, присутствующими в цепях питания компьютеров и ком­пьютерных сетей. Отмечают также, что ИБП с дельта­преобразованием отличаются более высокой сложностью по сравнению с традиционными системами on-line, так как для обеспечения двунаправленной работы основного инвертора в них применяются устройства четырехквадрантного типа, что сказывается на стоимости и надежности агрегата. Кроме то­го, в нормальном режиме ОИ и Д-И должны работать син­хронно с сетью, поэтому переход ИБП из автономного режи­ма в нормальный происходит лишь после восстановления синхронизации двух инверторов с сетевым напряжением. Сбой любого элемента системы в этом случае может стать причиной повреждения группы блоков. Процесс синхрониза­ции особенно усложняется при параллельной работе не­скольких ИБП. И, наконец, при работе от генераторных уста­новок, рекомендуемый коэффициент запаса мощности ди - зель-генераторных установок (ДГУ) 1,3—1,5 можно взять за основу лишь в том случае, если нагрузка является линейной. На практике это бывает редко и поэтому правильнее закла­дывать в расчеты коэффициент 1,5—1,8 такой же, как при использовании ИБП с двойным преобразованием, снабжен­ных фильтро-компенсирующими устройствами.

Мнение производителей ИБП с дельта-преобразованием, представленное далее, отличается от мнения, изложенного в предыдущем абзаце. По мнению производителей ИБП с дель­та-преобразованием не вносят собственных нелинейных ис­кажений в питающую электросеть. Более того, они защища­ют ее от нелинейных искажений. Сравнение ИБП с двойным и дельта-преобразованием показывает:

1. ИБП с дельта-преобразованием по целому ряду тех­нических параметров (КПД, входной коэффициент мощно­сти, генерация гармоник тока на входе, перегрузочная спо­собность и других) существенно превосходят традиционные ИБП.

2. ИБП с дельта-преобразованием имеют практически иде­альную электромагнитную совместимость с сетями и дизель- генераторами. Чтобы соответствовать ИБП с дельта-преобра - зованием, ИБП двойного преобразования должен быть до­полнительно оборудован на своем входе компенсатором ко­эффициента мощности и гармоническим фильтром и иметь в своем составе двенадцатиимпульсный выпрямитель. При этом традиционный источник будет значительно уступать ИБП с дельта-преобразованием по стоимостным характеристикам.

3. Для ИБП двойного преобразования при работе с ДГУ мощность генератора должна в 3-5 раз превышать мощность источника. В случае применения ИБП с дельта-преобразо­ванием диапазон указанного параметра составляет от 1 до 2,

4. При работе генератора с ИБП с дельта-преобразованием генератор может нагружаться постепенно (плавный старт осуществляется за счет программного изменения входного тока). При работе с традиционным ИБП имеет место скачко­образный наброс нагрузки на генератор.

5. ИБП с дельта-преобразованием, по сравнению с ИБП с двойным преобразованием значительно сильнее ослабляет гармоники напряжения как со стороны входа, так и со сто­роны выхода.

Таблица 4.4

Эксплуатационные параметры ИБП с двойным преобразованием и с дельта-преобразоваиием

Базисный параметр

ИБП с двойным преобразованием

ИБП с дельта­преобразовани­ем

Истинная функция on-line

Да

Да

Функция двухстороннего фильтра

Да

Да

Генерация гармоник тока на входе

До 30 %

Нет

Близость входного коэффициента мощности к I

При использовании

дополнительного

оборудования

Да

Энергетические потери системы мощностью до 10 кВ А

10-15%

До 5 %

Энергетические потери системы мощностью от 10 до 100 кВ'А

8-12 %

До 4 %

Энергетические потери системы мощностью свыше 100 кВ А

6,5-10 %

До 3 %

Возможность работы па полностью нелинейную нпгрузку

Да

Да

Превышение мощности для ДГУ

3 — 5 раз

1—2 раз

6. ИБП с дельта-преобразованием по сравнению с тради­ционными источниками существенно более экономичен в эксплуатации.

Для сравнения в табл. 4.4 приведены эксплуатационные характеристики ИБП с двойным преобразованием и с дельта­преобразованием. В табл. 4.5 приведены технические харак­теристики ИБП типа DP300E. Номенклатурный ряд данного типа ИБП включает десять единиц. Все источники DP300E работают от трехфазной сети напряжением 380 В (в диапазо­не 304 — 437 В), с трехфазным выходом на напряжение 380 В. Разброс выходного напряжения составляет: при статической симметричной нагрузке ±1 %, при статической асимметрич­ной нагрузке ±3 %. Источники DP300E предполагают возмож­ность подключения в параллель до девяти устройств. Это дает возможность при необходимости наращивать или создавать

Таблица 4.5

Технические характеристики источника бесперебойного питания DP300E

Параметр

Номенклатурный ряд

DP310E

DP320E

DP340E

DP360E

DP380E

Мощность, кВА

10

20

40

60

80

Номинальный ток, А

14,5

29,0

57,7

87,0

115,0

КПД, %

94,8

95,5

96,5

96,1

96,5

Высота, мм

1400

1400

1400

1400

1400

Ширина, мм

600

600

1000

800

800

Длина, мм

800

800

800

800

800

Вес, кг

550

570

650

410

440

Продолжение табл. 4.5

Параметр

Номенклатурный ряд

DP3120E

DP3160E

DP3240E

DP3320E

DP3480E

Мощность, кВА

120

160

240

320

480

Номинальный ток, А

173

232

346

464

693

КПД, %

95,8

96,3

96,3

96,8

96,8

Высота, мм

1800

1800

1800

1800

1800

Ширина, мм

1125

1100

1600

1600

1900

Длина, мм

800

800

800

800

800

Вес, кг

800

1300

1400

1700

2000

ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ

Рис. 4.5. Принципиальная электрическая схема подключения СБП

резервный запас мощности системы. Специальный интеллек­туальный контроллер обеспечивает высокую эффективность работы параллельной системы за счет перевода в часы малой нагрузки части устройств в режим ожидания, а при увеличе­нии мощности нагрузки автоматически и без перерыва в по­даче питания ввода «ожидающих» устройств в работу. На рис. 4.4 приведена типовая принципиальная электрическая схема источника, построенная по принципу СБГЭ и реализо­ванная фирмой «ТехноСерв А/С» в проектах. На рис. 4.5 представлена принципиальная электрическая схема подклю­чения системы бесперебойного питания.

При составлении технического задания на off-line источ­ник или систему бесперебойного питания, а также при при­емке их в эксплуатацию рекомендуется уделять внимание возможности вывода ИБП в ремонт и ввода в работу без пе­рерыва питания потребителей.

Оставить комментарий