Резервування в централізованих системах безперебійного електроживлення
Д ля захисту критичного навантаження від можливих неполадок в електромережі широко застосовується централізована схема електроживлення з використанням Одномодульні ДБЖ. На час проведення профілактики і ремонту навантаження живиться безпосередньо від мережі і таким чином залишається незахищеною. У запропонованій вашій увазі статті розглянуто кілька схем резервування, позбавлених цього недостатка.К жаль, промислові електромережі не надійні на всі 100%. Звичайним засобом захисту навантаження від неполадок в мережі є Одномодульні ДБЖ. Однак при підвищених вимогах до якості електроживлення доводиться застосовувати системи, що складаються з кілька потужних ДБЖ, об'єднаних за тією або іншою схемою для спільної роботи. Застосовують наступні системи: з паралельним і послідовним резервуванням, з резервуванням шини живлення навантаження (Power-Tie ™) та синхронізацією виходу (LBS).
Одномодульні системи
Найбільшого поширення в мережах з централізованої топологією захисту навантаження отримали Одномодульні ДБЖ, побудовані за схемою з подвійним перетворенням напруги (on-line). Вони здатні забезпечити нормальне живлення навантаження в автономному режимі протягом деякого (зазвичай не більше 30 хв) часу.
Основними елементами Одномодульні ДБЖ c подвійним перетворенням є випрямляч, інвертор, батарея, зарядний пристрій і перемикачі ланцюга bypass (шлях для живлення навантаження в обхід схеми подвійного перетворення). Одномодульні ДБЖ ідеально підходять для живлення навантажень, що допускають короткочасні заплановані відключення для обслуговування ДБЖ. Якщо ж харчування небажане відключати навіть на час технічного обслуговування ДБЖ, його переводять в режим bypass і навантаження в цей час харчується безпосередньо від електромережі. При безперервному технологічному процесі такої, нехай навіть короткочасний, спосіб харчування для деяких видів навантажень неприпустимий. Крім того, незважаючи на винятково високу надійність ДБЖ, не можна також виключати можливість виходу з ладу самого блоку. Для вирішення вищезазначених завдань було розроблено кілька схем резервування.
паралельне резервування
Система з паралельним резервуванням (рис. 1) включає два або більше модулів ДБЖ, що працюють на загальне навантаження. Система повинна мати певний запас по вихідної потужності. Як правило, кожен, хто входить в систему модуль оснащений власною батареєю, хоча не виключено і використання загального комплекту батарей для всієї системи в цілому.
При нормальному стані мережі навантаження рівномірно розподіляється між усіма модулями системи, а в разі виходу з ладу одного з них або навмисного його відключення - між іншими модулями. Паралельна схема резервування забезпечує високу ступінь захисту (99,99%). При технічному обслуговуванні окремих модулів навантаження ніколи не харчується від «брудної» мережі. Однак при необхідності ремонту загальної шини живлення або обладнання, розташованого між ДБЖ і навантаженням, останню все-таки доводиться відключати.
Незважаючи на простоту паралельної схеми резервування, її конкретні реалізації помітно різняться, перш за все механізмом розподілу навантаження між модулями. У більшості ІБП використовуються інвертори з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) і високими динамічними характеристиками, але для паралельної роботи їх на загальне навантаження потрібні додаткові пристрої синхронізації. Один з модулів системи виконує функцію ведучого модуля, по вихідній напрузі якого синхронізуються всі інші, ведені модулі. Однак слабка ланка в такій схемі - це провідний модуль. При появі несправності в ньому або в ланцюгах синхронізації порушується функціонування всієї системи.
Для подолання цього недоліку в модулях ДБЖ серії 600T, що випускаються компанією Liebert, застосована гібридна технологія, що поєднує в собі високі динамічні характеристики ШІМ-інверторів і надійність інверторів з покрокової аппроксимацией.
Без будь-яких додаткових ланцюгів узгодження між паралельно з'єднаними однотипними модулями досягається рівномірність розподілу потужності навантаження з точністю до 15%. При додаванні в схему нескладних ланцюгів управління точність розбалансування по потужності зменшується до 5%.
Паралельну схему з двох модулів зовсім не обов'язково будувати з номінальною потужністю кожного з них, що дорівнює потужності навантаження. Наприклад, для живлення навантаження 600 кВА можна використовувати два модулі по 600 або три модулі по 300 кВА. Останній варіант системи має полуторним надмірністю по потужності, отже, її загальна вартість лише в 1,5 рази перевищує вартість окремого модуля, що з економічної точки зору є вдалим рішенням.
Схеми з паралельним резервуванням дозволяють проводити технічне обслуговування окремих модулів ДБЖ без переривання харчування критичного навантаження. Однак для обслуговування системи в цілому або її переконфігуруванні, а також для проведення регламентних робіт з елементами шини харчування все-таки доводиться переводити її в режим bypass або відключати навантаження полноcтью.
послідовне резервування
Cистема з послідовним резервуванням (рис. 2) включає один або кілька основних модулів і один резервний. Кожен основний модуль працює на власну навантаження. Резервний модуль використовується в якості первинного джерела живлення входів bypass основних модулів системи. Зазвичай застосовуються резервні ДБЖ типу off-line.
Така схема резервування дозволяє обслуговувати основні та резервні модулі, які не відключаючи навантаження або ослаблюючи її захист. При цьому виходи основних модулів системи і резервного синхронізовані.
Якщо напруга на вході одного з основних модулів пропадає, даний ДБЖ починає працювати в автономному режимі. Якщо до моменту її розряду харчування не відновлюється, автоматично включається ланцюг bypass, т. Е. Використовується живлення від резервного блоку. Зрозуміло, в цьому випадку резервний блок живлення стає недоступним для інших основних модулів, і при вимушеному переході в режим bypass другого основного модуля підключений до нього сегмент навантаження живиться вже від незахищеного входу системи.
Послідовна схема резервування добре підходить для модернізації вже працюючих Одномодульні систем шляхом підключення додаткового, резервного модуля.
Ще одна перевага цієї схеми - можливість комбінувати в одній системі модулі різних виробників, що мають різну вихідну потужність.
Однак цієї конфігурації системи харчування притаманні і деякі недоліки в порівнянні з паралельною схемою - їй потрібна більша кількість комутаційних пристроїв. Так, для схеми з чотирма модулями (трьома основними і одним резервним) потрібні три незалежні лінії bypass, що мають окремі захисні автомати і, як наслідок цього, теоретичне середнє час напрацювання на відмову системи з послідовним резервуванням може виявитися нижче, ніж у Одномодульні ДБЖ або систем з паралельним резервуванням.
Система з послідовним резервуванням потребує додаткової ланцюга комутації джерела живлення входів bypass основних модулів (для систем, що складаються з трьох і більше модулів). І нарешті, потужність кожного сегмента навантаження обмежена номінальною потужністю відповідного «основного» модуля ДБЖ.
Таким чином, застосування схеми послідовного резервування, з одного боку, полегшує обслуговування модулів і переконфігуруванні системи, а з іншого - трохи знижує її надійність. Найбільш ефективний варіант з двома модулями (з одним основним і одним резервним). При збільшенні числа основних модулів рекомендується використовувати інші схеми резервування.
Резервування шини живлення навантаження (Power-Tie ™)
Сутність технології Power-Tie (рис. 3) компанії Liebert полягає в використанні двох незалежних систем безперебійного живлення. Кожна з них повинна мати потужність, достатню для живлення критичного навантаження повністю. Для підвищення надійності систем рекомендується підключати їх до фідерів незалежних трансформаторних підстанцій. Навантаження розбивається на два сегменти, кожен з яких з'єднаний окремою шиною зі «своєї» системою безперебійного живлення. Автоматичний перемикач і пристрій управління, встановлені в безпосередній близькості від навантаження, переводять систему в один з наступних режимів:- кожен ДБЖ живить свій сегмент навантаження,
- обидва ДБЖ підключаються паралельно і забезпечують харчування всієї навантаження в цілому,
- вся навантаження живиться від одного ДБЖ.
Перевагою даної конфігурації є використання в схемі резервування подвійного вихідного фідера, т. Е. Система може підтримувати дві незалежні вихідні ланцюга харчування. Таким чином, резервування схеми харчування, коли елементи управління наближені до навантаження, максимально підвищує надійність системи. З'являється можливість технічного обслуговування шини живлення навантаження без відключення її.
Устаткування, яке має дубльовані електричні входи, може безпосередньо підключатися до подвійного фідера даної системи. У той же час використання розподільних пристроїв з подвійним входом (наприклад, Liebert «Smart-Switch» і ін.) Дозволяє також підключати навантаження з єдиним входом.
Основна перевага технології Power-Tie - відключення будь-якого з ДБЖ або будь-якої ділянки ланцюга без втрати напруги на виході системи і без перекладу навантаження на харчування в режимі bypass.
Системи з синхронізацією виходу (LBS)
Схема з синхронізацією виходу LBS схожа на технологію Power-Tie. У ній використовуються дві незалежні системи безперебійного живлення з двома незалежними вихідними шинами. Системи мають достатню потужність, щоб живити всю навантаження цілком, але на відміну від технології Power-Tie в них відсутні силові з'єднання на виході модулів (рис. 4). Синхронізація модулів у всіх режимах (включаючи заборонений bypass і автономний режим роботи ДБЖ) здійснюється за допомогою додаткової ланцюга синхронізації з точністю до трьох градусів.
Система LBS призначена для живлення навантаження від двох електрично незалежних синхронних фідерів. Навантаження з дубльованим електричним входом підключається до них безпосередньо, а для підключення навантаження з єдиним входом потрібні додаткові швидкодіючі статичні перемикачі (наприклад, Liebert «Static Transfer Switch»). На відміну від інших схем резервування (крім Power-Tie) дана система не має вразливих ділянок.
Наявність дублюючої шини живлення навантаження робить систему LBS більш ефективної і надійної в порівнянні з Одномодульні системами і системами з паралельним або послідовним резервуванням.
Відсутність електричного зв'язку між вихідними фідерами забезпечує повну незалежність одного ланцюга харчування від іншого. Допускається навіть підключення ДБЖ до незалежних трансформаторних підстанцій.
При формуванні системи LBS в кожен ДБЖ встановлюється інтерфейсна карта синхронізації і монтується невелика настінна панель управління.
У нормальному режимі блок синхронізації мінімально взаємодіє з ДБЖ і активізується тільки при появі фазової неузгодженості між фідерами.
Системи з синхронізацією виходу (LBS) є самою економічною реалізацією топології з подвійною шиною живлення навантаження.
розподільні пристрої
Після вибору топології з подвійною шиною живлення навантаження (Power-Tie або LBS) залишається лише вибрати пристрій розподілу потужності, що відповідає конкретним вимогам. Конфігурація їх може бути будь-який:- з двома вводами і ручною комутацією навантаження з єдиним вводом;
- з двома вводами і автоматичним включенням резервного модуля;
- з двома вводами і зі статичним перемикачем (наприклад, Liebert «Static Transfer Switch» або Liebert «Smart-Switch»), що забезпечує миттєву комутацію;
- з двома резервними уведеннями через два розподільних пристрої, коли навантаження з єдиним вводом підключена до статичного перемикача з двома резервними входами, що дозволяє проводити профілактику одного ДБЖ і одного розподільного пристрою, не відключаючи навантаження;
- навантаження з подвійним електричним вводом підключається через два розподільних пристрої, що дозволяє проводити профілактику одного ДБЖ і одного розподільного пристрою, не відключаючи навантаження.
При побудові систем безперебійного електроживлення вже недостатньо покладатися лише на надійний Одномодульні ДБЖ. Тепер все частіше необхідні дійсно безперебійні схеми, що допускають технічне обслуговування без відключення навантаження і виключають ризик, пов'язаний з харчуванням від «брудної» мережі. Наведені в даному огляді схеми резервування мають свої переваги і недоліки. Одномодульна система оптимальна в тих випадках, коли допустимі планові відключення навантаження. Паралельна система володіє боўльшей надійністю і допускає обслуговування не перериваючи нормального харчування навантаження. Система з послідовним резервуванням придатна для модернізації вже існуючої Одномодульні установки.