Системы и источники бесперебойного питания - Источники бесперебойного питания

1. Системы и источники бесперебойного питания
2. Источники бесперебойного питания

Устанавливаемые на электроэнергетических объектах источники бесперебойного питания должны отвечать требованиям ГОСТ 27699 — 88 и ГОСТ 50745 — 95, а их производство сертифицировано по стандарту ISO9001. Основными задачами источников бесперебойного питания 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 систем бесперебойного питания 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 дизель-генераторные установками;

иметь высокую перегрузочную способность (не менее 200 % в течение 1 мин и 1 25 % в течение 1 0 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 подключить) 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 1 0 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 систем бесперебойного питания (или СБГЭ) предъявляют определенные требования к сетям, нагрузке, вспомогательным системам, помещениям и т.д., в том числе:

к сетям и нагрузке;

питающая сеть до источников бесперебойного питания выполняется 3-х фазной 4-х или 5-ти проводной с номинальным напряжением до 380 В;

питающая сеть от источников бесперебойного питания до групповых распределительных щитков выполняется 3-х фазной 5-ти 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 источников бесперебойного питания до самого удаленного токоприемника не должны превышать

3,0 %;

нагрузка по фазам должна быть распределена равномерно. К системе пожаробезопасности:

электропомещения систем бесперебойного питания по пожарной опасности относятся к категории «Г»;

специальных требований к системе пожаротушения в помещении, где размещается оборудование систем бесперебойного питания не предъявляется.

К системе заземления и зануления:

заземления должны объединять в себе функции трех систем — системы защитного заземления; системы технологического заземления; системы заземления молниезащиты;

на объектах с источниками бесперебойного питания для измерительной техники и средств связи должны быть выполнены две системы заземления — защитное 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 т.п.) 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-изготовителей сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом в любое время года.

К помещениям для размещения источников бесперебойного питания и аккумуляторных батарей:

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

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

в соответствии с требованиями ПУЭ п. 4.4.30 герметичные аккумуляторные батареи источников бесперебойного питания 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 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 относятся к производствам категории «Г» и должны размещаться в здания 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.

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).

К защите от несанкционированного доступа:

все помещения систем бесперебойного питания должны быть защищены от несанкционированного доступа, должны иметь закрывающиеся на замок двери и быть оборудованы охранной сигнализацией.

Выбор типа источников бесперебойного питания производится на стадии разработки проектной рекомендации на системы бесперебойного питания. Основную часть рынка источников бесперебойного питания мощностью свыше 10 кВ-А, позволяющих решать основные задачи системы бесперебойного питания, составляют источники бесперебойного питания с двойным преобразованием типа «on-line». Фирмой АРС (США) выпускаются мощные источники бесперебойного питания серии Silcon DP300E, построенные по новой технологии дельта-преобразования.

Традиционные источники бесперебойного питания с двойным преобразованием тока с управляемым тиристорным выпрямителем успешно используются более 20 лет. Технология двойного преобразования отработана и системы достаточно надежны, однако они обладают тремя существенными недостатками:

являются причиной негармонических искажений тока в магистральной электрической сети и, таким образом, потенциально могут вызывать нарушение работы другого оборудования, соединенного с магистральной электрической сетью;

вносят дополнительную реактивную составляющую, снижая коэффициент мощности сети cos;

имеют значительные энергетические потери, так как принципом получения выходного переменного тока является первичное преобразование в форму постоянного тока, а затем снова преобразование в форму переменного тока, поставляемого ответственному потребителю (обычно около 10 % энергии теряется в процессе такого двойного преобразования).

Новый принцип преобразования (Delta-conversion), разработанный и запатентованный (Patent Direction in Copenhagen № 157274 от 30.04.90) фирмой Silcon (подразделение фирмы АРС), лишен указанных недостатков. Существенным отличием нового принципа преобразования является прохождение переменного тока от магистральной сети через первичную обмотку дельта-трансформатора в нагрузку.

Рис. Принципы преобразования:

а — двойное преобразование; б — дельта — преобразование

Источники бесперебойного питания, использующие дельта-преобразование, не вносят собственных нелинейных искажений в питающую электросеть. Более того, они защищают ее от нелинейных искажений. Сравнение источников бесперебойного питания с двойным и дельта-преобразованием показывает:

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

2. источники бесперебойного питания с дельта-преобразованием имеют практически идеальную электромагнитную совместимость с сетями и дизель-генераторами. Чтобы соответствовать источникам бесперебойного питания с дельта-преобразованием, источники бесперебойного питания 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 источникам бесперебойного питания с дельта-преобразованием по стоимостным характеристикам.

3. Для источников бесперебойного питания двойного преобразования при работе с дизель-генераторные установками мощность генератора должна в 3 — 5 раз превышать мощность источника. В случае применения источников бесперебойного питания с дельта-преобразованием диапазон указанного параметра составляет от 1 до 2.

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

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

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

Для сравнения в таблице ниже приведены эксплуатационные характеристики источников бесперебойного питания с двойным преобразованием и с дельта-преобразованием. В таблице приведена техническая характеристика источников бесперебойного питания типа DP300E. Номенклатурный ряд данного типа источников бесперебойного питания 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.

Эксплуатационные параметры источников бесперебойного питания с двойным преобразованием и с дельта-преобразованием

Разброс выходного напряжения составляет: при статической симметричной нагрузке ±1 %, при статической асимметричной нагрузке ±3 %. Источники DP300E предполагают возможность подключения в параллель до десяти устройств. Это дает возможность при необходимости наращивать или создавать 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. 2 приведена типовая принципиальная электрическая схема источника, построенная по принципу СБГЭ и реализованная фирмой «ТехноСерв А/С» в проектах. На рис. 3 представлена принципиальная электрическая схема подключения системы бесперебойного питания.

Рис. 2. Типовая принципиальная электрическая схема СБГЭ:

N — нейтральный провод; О — заземление

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема подключения системы бесперебойного питания