Список сокращений
- СГЭ - система гарантированного энергоснабжения
- ПКЭ - показатели качества электроэнергии
- ВРУ - вводное распределительное устройство
- ГРЩ - главный распределительный щит
- РЩ - распределительный щит
- РШ ЛВС - распределительный шкаф локальной вычислительной сети
- ОС - операционная система
- ПО - программное обеспечение
- ИБП - источник бесперебойного питания
- ДГУ - дизельная генераторная установка
- БУ КН - блок управления и коммутации нагрузки
- КНИ - коэффициент нелинейных искажений
Введение
Для электрических сетей общего назначения Российской Федерации характерно низкое качество электрической энергии - отключения, высокочастотный шум, отклонения частоты, провалы напряжения и др. Согласно заключению Государственного центра метрологического обеспечения в области электромагнитной совместимости (ГЦМО ЭМС), требования ГОСТ 13109-87 к показателям качества электрической энергии (ПКЭ) энергоснабжающими и энергораспределяющими организациями, как правило, не выполняются. Кроме того, требования по качеству электроэнергии, установленные в ГОСТ, зачастую недостаточно высоки в отношении современного телекоммуникационного оборудования.
Очевидно, что подключение к реально существующим электрическим сетям высокотехнологического оборудования, чувствительного к ухудшению качества электрической энергии (офисного оборудования, в том числе компьютеров, активного оборудования вычислительных сетей, телекоммуникационной аппаратуры), повышает риск нарушения функционирования оборудования и может привести к его выходу из строя.
В этих условиях установка статических источников бесперебойного питания (ИБП), работающих в режиме “on-line” (двойного преобразования), как средства получения электроэнергии требуемого качества, является необходимой предпосылкой обеспечения устойчивой работы компьютерного и телекоммуникационного оборудования. Кроме того, для современного оборудования характерно применение импульсных блоков питания с нелинейным характером потребления. Использование мощных трехфазных ИБП с двойным преобразованием для питания такого рода оборудования является оптимальным, поскольку позволяет избежать перегрузок нейтральных кабелей входных электросетей и оборудования трансформаторных подстанций.
Мощные ИБП структуры "on-line" являются основой построения систем гарантированного энергоснабжения (СГЭ) и обеспечивают качественную работу подключенной к ним нагрузки как в штатном режиме (при наличии электропитания на входе), так и в автономном режиме (при отключении входной сети электропитания) за счет энергии, накопленной в аккумуляторных батареях. Как правило, такие системы проектируются для работы в автономном режиме в течение промежутка времени от нескольких минут до нескольких часов. При необходимости обеспечения работы подключенной нагрузки в течение более длительного времени в качестве резервного источника энергии в комплекс включаются автономные электрогенераторные установки, построенные на базе двигателей внутреннего сгорания (как правило, дизельных).
Необходимым результатом, достигаемым при реализации СГЭ, можно считать обеспечение возможности функционирования ответственного оборудования Заказчика при отказе стационарного ввода (вводов) электропитания в течение времени, достаточного для переключения на резервный источник электропитания или нормального завершения основных рабочих процессов в компьютерных сетях.
Целью разработки системы гарантированного энергоснабжения (СГЭ) является обеспечение высококачественного бесперебойного электропитания ответственных потребителей учреждения офисного типа (далее - Заказчик) как в нормальных условиях, так и в случаях нарушения штатного энергоснабжения вследствие аварий или ухудшения его качества в условиях промышленных или иных помех.
Общие требования к системам бесперебойного и гарантированного электроснабжения
Требования к оборудованию и подсистемам
В данном разделе представлены материалы, отражающие основные подходы и технические решения по обеспечению гарантированным и бесперебойным электропитанием ответственных потребителей в части проектирования систем гарантированного энергоснабжения.
Рассмотрены постановка задачи и основные требования к СГЭ, изложены основные положения современных концепций построения систем энергоснабжения ответственных объектов, обоснованы выбранные принципиальные схемы и модели оборудования, приведены технические и эксплуатационные характеристики применяемого оборудования. Рассмотрены основные режимы работы отдельных компонентов и комплекса технических средств, а также общие и специальные требования к другому оборудованию, материалам и помещениям. Реализация СГЭ в соответствии с рассмотренными принципами отвечает требованиям Заказчика и самым современным мировым стандартам в области систем жизнеобеспечения и энергоснабжения.
В качестве примера оборудования для СГЭ рассмотрено применение ИБП и ДГУ ведущих фирм-производителей (GE, GESAN), которое соответствует самым жестким стандартам в данных отраслях и позволяет построить СГЭ повышенной надежности.
Постановка задачи. Технические требования к системе гарантированного энергоснабжения
Электропотребители Заказчика, требующие подключения к защищенной электросети, как правило, разделяются на следующие основные группы:
- оборудование локальной вычислительной сети (ПЭВМ, активное сетевое оборудование);
- системы связи (АТС), комплексы спец.связи;
- технические средства спутниковой сети передачи данных;
- система аварийного освещения;
- системы кондиционирования и вентиляции технологических помещений;
- системы пожарной и охранной сигнализации;
Параметры электрической сети на выходе систем электропитания, устанавливаемых в рамках СГЭ, должны соответствовать техническим требованиям по эксплуатации вычислительной техники и другого электронного оборудования Заказчика.
Система должна обеспечивать функцию оповещения персонала о возникающих аварийных ситуациях в системах электропитания. Автоматическое закрытие информационной системы Заказчика с гарантированным сохранением целостности данных производится при невозможности длительного обеспечения автономной работы потребителей.
При длительных перерывах в электроснабжении и необходимости продолжения работы оборудования свыше минимального срока энергоснабжение должно производиться от автономной дизель-генераторной установки (установок) с сохранением высоких качественных параметров электросети на выходе СГЭ. Включение и выключение генераторной установки должно производиться в автоматическом режиме с возможностью аварийного перехода на ручное управление.
Основные положения концепции построения системы гарантированного электроcнабжения. Обоснование проектных решений
Построение систем гарантированного энергоснабжения для комплекса потребителей, территориально расположенных более чем на одном этаже, и, тем более, в нескольких зданиях, может производиться по различным схемам.
В настоящее время наибольшее распространение получили две основные структуры СГЭ - централизованная и распределенная (локализованная). Централизованная система содержит один ИБП, к которому подключены все ответственные потребители. В распределенной системе каждый потребитель (или группа локальных потребителей) подключен к отдельному (локальному) ИБП.
Распределенная структура СГЭ
Обобщенная схема системы гарантированного энергоснабжения с распределенной структурой изображена на Рис. 2-1.
Основным преимуществом такой системы является возможность ее реализации без переделки сетевой разводки, особенно при использовании "розеточных" ИБП, простота наращивания или изменения конфигурации.
При отказе одного из ИБП происходит отключение только части системы, и, при наличии одного аппарата в "холодном" резерве, последствия отказа могут быть устранены в течение нескольких минут. Другим важным преимуществом этой системы может быть также то, что при соответствующем выборе типов ИБП для их размещения не потребуется выделения специальных помещений.
Недостатком распределенной системы является неэффективное использование ресурсов аккумуляторных батарей из-за невозможности обеспечения одинаковой нагрузки для всех ИБП. Время автономной работы всей системы определяется наиболее нагруженным аппаратом с наиболее разряженными при предыдущих отключениях питания батареями, при этом время автономной работы не может быть увеличено отключением нагрузки от других ИБП. Другим существенным недостатком этой системы является ее низкая устойчивость при перегрузках, вызванных ошибочным подключением дополнительной нагрузки или коротким замыканием. Повышенная чувствительность к перегрузкам обусловлена тем, что запас мощности локальных ИБП может быть сравним с пусковой мощностью не только кондиционера или пылесоса (5..10 кВт), но и лазерного принтера или ксерокопировального аппарата (2..5 кВт) и даже цветного монитора с экраном размером 19-21 дюйм с петлей размагничивания (1..2 кВт).
Рис. 2-1 Обобщенная схема распределенной СГЭ.
Другой существенный недостаток распределенной СГЭ имеет место при использовании большого количества однофазных ИБП. Как уже отмечалось выше, значительная часть современного компьютерного и телекоммуникационного оборудования имеет блоки питания, характеризующиеся нелинейным характером потребления (cosf=0.7 .. 0.8). При подключении нескольких подобных потребителей к однофазной сети (с рабочим напряжением 220 В), являющейся составной частью трехфазной сети энергоснабжения (рабочее напряжение 380 В), в нейтральном проводнике возникают токи, пиковые значения которых могут превосходить значения токов в фазных проводниках. С учетом того факта, что электрические сети в нашей стране выполняются с нейтральным проводником меньшего (по сравнению с фазным) сечения, неизбежны перегрузки и возникновение помех в нейтрали, приводящие к снижению надежности сети электропитания.
Повышение надежности электропитания возможно при прокладке кабельных сетей с большим (в 1.5 .. 1.7 раза) сечением нейтрального проводника по сравнению с фазными проводниками. К сожалению, такие работы в части городских сетей энергоснабжения, как правило, чрезвычайно затруднены.
Централизованная структура СГЭ
Преимущества этой системы (Рис. 2-2) определяются концентрацией запаса мощности и емкости батарей. Такая система менее чувствительна к локальным перегрузкам и даже выдерживает короткие замыкания, переходное сопротивление которых превышает некоторую величину, определяемую запасом выходной мощности ИБП. Увеличение времени автономности достигается простым отключением менее ответственных потребителей.
Рис. 2-2 Обобщенная схема централизованной СГЭ.
Другим преимуществом централизованной СГЭ, построенной на базе мощного трехфазного ИБП, является исключение перегрузок нейтрального проводника на входе ИБП, что повышает надежность всей сети электропитания, и, что существенно, не требует проведения работ по перекладке кабельных линий, по которым осуществляется энергоснабжение здания.
Недостатком централизованной системы является более высокая по сравнению с распределенной системой вероятность локального отказа, выражающегося в обесточивании потребителей из-за неисправности разветвленной выходной сети электропитания или выхода из строя (связанного с возникновением короткого замыкания в цепи питания) одного из потребителей.
Стоимость аппаратных средств централизованной системы при равной мощности и одинаковых схемотехнических решениях ИБП, естественно, ниже по сравнению с распределенной системой, однако при выборе данной структуры СГЭ необходимо учитывать стоимость возможной переделки сети электропитания в случае реконструкции действующей системы, а также необходимость выделения специального помещения и квалифицированного персонала.
В чистом виде каждая из рассмотренных систем применяется достаточно редко. Использование централизованной системы целесообразно при концентрации оборудования, выполняющего единую задачу и состоящего из компонентов одного класса надежности и одинаковых по характеристикам энергопотребления. Такие системы применяются, как правило, в издательских комплексах, крупных центрах спутниковой связи и т. п. Типичными для распределенной системы являются такие административные учреждения (мэрия, министерство), в которых большое число персональных ЭВМ работают в режиме независимых рабочих станций, зачастую без объединения их в локальную вычислительную сеть.
Для устранения недостатков каждой из систем на практике применяют двухуровневую систему, которая представляет собой комбинацию централизованной и распределенной системы (см. Рис. 2-3). Задача оптимизации такой системы с точки зрения мощности и стоимости оборудования состоит в определении наиболее ответственных потребителей и минимизации числа групп потребителей путем соответствующего конфигурирования локальной вычислительной сети.
Рис. 2-3 Обобщенная схема двухуровневой СГЭ.
При выборе двухуровневой структуры, кроме установки одного ИБП большой мощности (или комплекса параллельно функционирующих ИБП, расположенных в одном месте - как правило, вблизи электрического ввода в здание), отдельные наиболее ответственные потребители защищаются с помощью локальных ИБП меньшей мощности. Целью такого резервирования является защита такого оборудования, как, например, файловые серверы и наиболее ответственные рабочие станции управления ЛВС, коммуникационное оборудование, системы связи от обесточивания вследствие аварий кабельной сети внутри здания, вызванных локальными повреждениями, короткими замыканиями или перегрузками (в том числе сети чистого электропитания, подключенной к основному ИБП).
При выборе любого из вариантов построения системы гарантированного энергоснабжения на базе ИБП при необходимости обеспечения длительной работы в автономном режиме (т.е. при отключении входной электросети) такой комплекс дополняется одной или несколькими дизельными генераторными установками (ДГУ) для обеспечения длительной автономной работы (в течение десятков часов и более). Такие генераторы комплектуются системой автоматического запуска и глушения с коммутацией нагрузки и могут быть дополнительно снабжены пультами удаленного управления и контроля. Диаграмма функционирования комплекса в случае аварийного отключения и последующего восстановления основного электропитания показана на Рис. 2-4.
Рис. 2-4 Временная диаграмма работы комплекса ИБП - ДГУ.
При определении мощности и количества генераторных установок необходимо принимать во внимание не только мощность и тип подключаемой нагрузки, но и возможность установки крупногабаритного оборудования в здании или в непосредственной близости от него (на охраняемой территории).
Типовая функциональная схема СГЭ здания Заказчика
Функциональная схема типовой СГЭ для здания Заказчика показана на Рис. 2-5. На схеме изображены основные линии энергоснабжения, выделены технологические и бытовые потребители (общее освещение, сеть электрических розеток для подключения бытовых электроприборов), технические средства и линии энергоснабжения, входящие в состав СГЭ.
Энергопотребители СГЭ целесообразно разделить на две группы:
- К первой группе относят оборудование, требующее электропитания со стабильно высокими показателями качества электроэнергии, а также не допускающие (по условиям технологического цикла) перерывов в электропитании. В эту группу потребителей входит все компьютерное оборудование, системы связи, активное сетевое оборудование, аппаратура видеонаблюдения, сигнализации, медицинское оборудование. На схемах эта группа обозначена "Потребители СГЭ - "А"". Потребители этой группы подключаются к выходу ИБП.
- Вторая группа содержит оборудование, подключаемое непосредственно к выходу ДГУ, не требующее стабильно высоких качественных показателей качества электроэнергии и допускающее кратковременный перерыв (30-120 сек.) в электропитании. Эта группа потребителей включает в себя системы аварийного освещения, а также оборудование кондиционирования помещения для размещения комплекса ИБП. На схемах эта группа обозначена "Потребители СГЭ - "В"". Также в эту группу включаются такие системы, как например, комплекс средств охраны, сигнализации и другое оборудование, защищенное локальными ИБП.
Рис. 2-5 Функциональная схема СГЭ здания.
Выделение в рамках СГЭ двух групп потребителей, подключаемых к источникам электропитания различного типа (ИБП и ДГУ) позволяет достичь следующих результатов:
- Исключение из группы "А" таких потребителей, как системы кондиционирования и аварийное освещение позволяет снизить нагрузку на ИБП, что, в свою очередь, увеличивает время автономной работы ИБП в аварийном режиме и дает возможность использовать ИБП меньшей мощности.
- При такой схеме подключения ИБП осуществляет гальваническую развязку между сетями электропитания компьютерного и коммуникационного оборудования и сетью электропитания технологического оборудования (в частности, системы кондиционирования). Это позволяет значительно снизить уровень помех в сети защищенного электропитания при включении и выключении силового оборудования, характеризующегося нелинейным характером и большими пусковыми значениями тока потребления.
Обеспечение надежности работы СГЭ. Специальные требования к оборудованию СГЭ
рассматриваемом проекте СГЭ повышение надежности достигается за счет использования двухуровневой структуры СГЭ и параллельного комплекса ИБП на базовом уровне защиты. Сущность и преимущества двухуровневой схемы были рассмотрены выше.
Решения по построению параллельного комплекса ИБП, предлагаемые фирмой GE, являются уникальными в секторе мощных ИБП и заключаются в следующем:
- возможно построение СГЭ большой мощности. Например, путем объединения в параллельную систему 4 аппаратов серии SitePro 500 кВА общая выходная мощность комплекса может достигать 2000 кВА.
- построение параллельного комплекса может производиться как по централизованному принципу (с выделением статического переключателя обходной цепи в виде объединительного блока), так и по децентрализованному (модульному) принципу - без объединительного блока (см. Рис. 2-6). Другие фирмы-производители мощных ИБП реализуют, как правило, только одну из этих схем параллельного комплекса;
- централизованная структура обладает более высокой надежностью (при обеспечении условия изботочности), однако требует установки объединительного блока в соответствии с прогнозируемым значением суммарной выходной мощности комплекса. Модульная структура позволяет наращивать комплекс постепенно, добавляя новые блоки к уже установленным (при этом практически не требуется модификация оборудования или его замена);
- управление комплексом как централизованной, так и модульной структуры производится по принципу распределенной логики, т.е. без центрального управляющего звена. Таким образом, микропроцессорные блоки синхронизации работы параллельного комплекса в каждом ИБП полностью равноправны и отключение либо выход из строя одного из ИБП не приводит к потере работоспособности комплекса в целом.
Рис. 2-6 Модульная и централизованная схемы построения СГЭ.
Объединение нескольких блоков ИБП GE в параллельный комплекс, как правило, имеет целью решение следующих задач:
- После установки одного блока СГЭ определенной мощности увеличивается количество технических систем, требующих защищенного питания. Как следствие, необходимо увеличить мощность СГЭ, что достигается подключением еще одного блока ИБП такой же мощности. Все ИБП в таком комплексе работают параллельно на общую нагрузку, увеличивая выходную мощность.
- По техническим условиям эксплуатации оборудования необходимо гарантировать его энергоснабжение даже в случае отказа одного из блоков ИБП. В таком случае необходимо построить параллельный комплекс по схеме с горячим аппаратным резервированием (избыточностью). Такая схема позволяет также производить техническое обслуживание и ремонт любого блока ИБП не только без отключения нагрузки, но и с сохранением стабильно высоких показателей качества электроэнергии на выходе комплекса (см. функциональные схемы на Рис. 2-7).
Рис. 2-7 Диаграммы функционирования параллельных комплексов ИБП.
Сравнение статистических характеристик надежности параллельных комплексов, построенных по централизованному и модульному принципу, показывает следующее:
- наличие резервного ввода (с такой же надежностью, что и основной ввод) существенно повышает надежность комплекса в целом. Однако, необходимо иметь в виду, что при подключении нагрузки к резервному вводу ее питание производится от нестабилизированной сети;
- модульная система при прочих равных условиях обладает меньшим уровнем надежности. Положительным свойством такой системы является, как отмечалось выше, ее меньшая стоимость и гибкость наращивания.
Источники бесперебойного питания
ИБП двойного преобразования. Общая информация
Функциональная схема ИБП, построенного по технологии двойного преобразования, изображена на Рис. 2-8. Основные компоненты ИБП имеют следующее назначение:
- Входной и выходной ВЧ фильтры предназначены для фильтрации высокочастотных и импульсных помех.
- Рис. 2-8 Функциональная схема ИБП двойного преобразования
- Входной конвертер преобразует переменный ток в постоянный и обеспечивает входной коэффициент мощности ИБП, близкий к единице (cosf≈1).
- Выходной конвертер преобразует энергию постоянного тока, источником которой является входной конвертер или аккумуляторная батарея (при работе в автономном режиме) в переменное напряжение со стабильно высокими ПКЭ.
- Блок аккумуляторных батарей осуществляет накопление электрической энергии в аккумуляторах.
- Ключ резервной линии by-pass обеспечивает автоматическую либо ручную переключение нагрузки между выходом конвертера и резервной линией. Переключение осуществляется с синхронизацией выходного напряжения, длительность переключения составляет доли миллисекунд.
- Блок микропроцессорного управления осуществляет контроль параметров функционирования всех компонентов ИБП и управление ими, а также информационный обмен с внешними устройствами.
Основная информация о состоянии ИБП выводится на жидкокристаллический дисплей на передней панели ИБП.
Разъем на задней панели может использоваться как для передачи сигнальной информации (сообщения об аварии входной сети, переходе на резервную линию, разряде батарей), так и для мониторинга и управления ИБП по протоколу RS232.
При установке специализированного программного обеспечения фирмы пользователь может контролировать следующие параметры:
- Режим работы ИБП (от входной сети, от батарей, подключение нагрузки по резервной линии).
- Текущее значение входного напряжения (в В).
- Текущее значение потребляемой мощности нагрузки (в ВА).
- Прогнозируемое время автономной работы ИБП (в минутах).
- Температура и напряжение аккумуляторных батарей.
- Значения выходного напряжения и частоты.
При необходимости могут быть запрограммированы такие действия, как автоматический тест ИБП, тест аккумуляторных батарей, калибровочный тест аккумуляторов (для определения реальной емкости по истечении определенного времени работы), а также отключение и включение ИБП в заданное время.
Выбор мощности ИБП
Выбор конкретных моделей ИБП и ДГУ для проектируемой СГЭ производится на основе данных о текущем и прогнозируемом состоянии оборудования Заказчика, требующего подключения к сети гарантированного электропитания.
При расчете необходимой мощности ИБП учитывается, что при длительной эксплуатации мощных ИБП в условиях распределенной сети потребителей, подключенной к его выходу, нельзя исключать возможность локальных перегрузок и включения несанкционированной нагрузки. Для обеспечения устойчивой безаварийной работы оборудования его мощность выбирается с запасом, составляющим 15-20% от расчетной мощности нагрузки. С другой стороны, для обеспечения резервирования параллельного комплекса ИБП в здании Заказчика необходимо выполнение условия, чтобы расчетная мощность нагрузки не превышала суммарной выходной мощности ИБП без учёта резервирования.
Дизель-генераторные станции
ДГУ производства фирмы GESAN
Дизельные генераторные установки, производимые фирмой GESAN, используются в качестве автономного источника электроэнергии и могут работать как в аварийном режиме, так и в режиме основного источника электроэнергии.
ДГУ GESAN строятся на базе дизельных двигателей Perkins, Volvo, Cummins и генераторов переменного тока Newage Stamford. Номинальные мощности ДГУ составляют ряд от 10 до 2000кВА. При необходимости может быть реализована параллельная работа нескольких ДГУ с набором мощности.
Конструктивные параметры дизельных генераторных установок
Применяемые генераторные установки имеют систему жидкостного охлаждения с радиатором и вентилятором, приводимым в действие двигателем установки, температура воздуха на выходе системы охлаждения не превышает +55ОС. Двигательные установки имеют систему электрического запуска от штатной аккумуляторной батареи (с рабочим напряжением 12В или 24В).
Система глушения выхлопных газов включает стандартный глушитель выхлопных газов -9dB с патрубком изменяемой конфигурации. Отвод выхлопных газов из помещения, в котором установлена ДГУ, производится с помощью штатной выхлопной трубы. В качестве вариантного исполнения может быть поставлена ДГУ с глушителями повышенной эффективности (-29dB) или ДГУ, заключенная в шумозащитный кожух (-40dB).
Двигательная установка имеет воздушный, масляный, топливный фильтры, электронный регулятор частоты вращения двигателя с точностью не хуже ±1%. Система автоматического управления двигателем предусматривает его защиту и аварийный останов ДГУ при низком давлении масла и высокой температуре охлаждающей жидкости.
Конструктивно двигательная установка и генератор с панелью управления размещены на несущей раме. Между рамой и двигателем предусмотрены антивибрационные демпферы, обеспечивающие высокий уровень поглощения колебаний.
Управляющий контроллер ДГУ
Контроллер установлен в панели управления ДГУ, панель управления находится на раме электростанции.
Цифровой управляющий контроллер осуществляет включение и выключение дизельной электростанции, контроль над процессом её работы, параметрами сети и вырабатываемой энергии, подачу сигнализации о неисправностях электростанции и осуществление аварийных остановов.
Управляющий контроллер оборудован ЖК графическим дисплеем, мнемосхемой со светодиодной индикацией и кнопками. Исполнение по степени защиты IP55.
Контроллер ДГУ предоставляет возможность удаленного ПК-мониторинга по протоколу MODBUS.
Кроме цифрового контроллера в панели управления имеется статическое зарядное устройство аккумуляторной батареи ДГУ и система управления подогревателем охлаждающей жидкости.
Выбор мощности ДГУ
При выборе мощности ДГУ необходимо принимать во внимание мощность подключенной нагрузки и характер потребляемого ею тока.
Импульсный выпрямитель на входе on-line ИБП существенно искажает форму входных токов – коэффициент искажения синусоидальности тока может достигать от 4 до 30% при номинальной загрузке источника. Токи, искажаемые выпрямительным блоком ИБП, замыкаются по обмоткам генератора и вызывают дополнительные потери мощности в обмотках и сердечниках генератора; потенциально опасные перегревы обмоток и сердечников; недоотдачу мощности в нагрузку и другие негативные явления. Не менее важно, что несинусоидальные токи участвуют в создании магнитного поля машины и, следовательно, влияют на величину и форму выходного напряжения. Выходное напряжение генератора, работающего на выпрямительную нагрузку, становится несинусоидальным. Такое напряжение может вызывать отказы или некорректную работу электрооборудования, подключенного к выходу ДГУ, обуславливать ложные срабатывания аварийных защит автономного генератора, некорректную работу автоматического регулятора напряжения т.п.
Устойчивую согласованную работу ДГУ-ИБП можно обеспечить путем завышения мощности ИБП и/или снижением нелинейности потребляемого источником тока.
ИБП с высоким КНИ входного тока требует более мощного ДГУ и наоборот, ИБП с синусоидальным током потребления будет работать с ДГУ близкой мощности.
Наиболее «дружественными» по отношению к ДГУ на сегодняшний день являются источники серии SG Pure Pulse (80-300кВА) с IGBT-выпрямителем (КНИ=4%, «мягкий старт»). SG Pure Pulse не требуют заметного превышения мощности ДГУ над мощностью, потребляемой источником на питание нагрузки и заряд аккумуляторных батарей.
Описание функционирования СГЭ в различных режимах
В нормальных условиях, т.е., при сохранении основного энергопитания здания по городским линиям, оборудование СГЭ функционирует в следующем режиме:
Контактор в блоке управления и коммутации нагрузки ДГУ находится в положении "Mains", т.е. основная сеть. Энергоснабжение потребителей группы "В" осуществляется через этот контактор напрямую от основной сети. ИБП (или параллельный комплекс ИБП) запитан также от основной сети через контактор БУ КН ДГУ (см. Рис. 2-9). Работая в режиме двойного преобразования энергии, ИБП обеспечивает стабильно высокие показатели качества электроэнергии на выходе. Аккумуляторные батареи находятся в режиме поддерживающего заряда, тем самым обеспечивается их максимальный ресурс при отключении внешнего питания ИБП.
Рис. 2-9 Схема энергоснабжения нагрузки в нормальном режиме работы СГЭ.
При возникновении аварийной ситуации (отключение энергоснабжения по городским сетям) пропадает питание на входе основных ИБП, которые переходят в режим работы от аккумуляторных батарей. Перерыва в энергоснабжении потребителей группы "А" не происходит, поскольку схема двойного преобразования ("on-line") гарантирует бесперебойность работы инвертора (см. Рис. 2-10).
Рис. 2-10 Схема энергоснабжения нагрузки в аварийном режиме работы СГЭ.
По команде от датчика наличия входной сети, встроенного в БУ КН ДГУ, начинается отсчет времени (длительность интервала программируется), после окончания которого блок управления дает команду на запуск ДГУ. Если первая попытка запуска была неудачной, блок автоматики повторяет команду на запуск. После выхода ДГУ на рабочий режим (частота и напряжение в пределах допуска), блок управления обеспечивает переключение контактором нагрузки на выход генератора (см. Рис. 2-11). Блок микропроцессорного управления ИБП фирмы GE реализует алгоритм "walk in/soft start", с помощью которого увеличение потребления по входу при возобновлении питания ИБП происходит не скачкообразно, а постепенно (длительность этого интервала увеличения нагрузки до максимального значения составляет не менее 10 секунд). Эта функция ИБП позволяет не перегружать генератор при подключении нагрузки большой мощности и сохранять ПКЭ на его выходе в пределах номинальных значений.
Рис. 2-11 Схема энергоснабжения нагрузки в аварийном режиме работы СГЭ.
В автономном режиме СГЭ может функционировать в течение длительного промежутка времени, определяемого количеством топлива в баке электростанции, удельным расходом топлива (величина этого параметра зависит от нагрузки) и межсервисным интервалом техобслуживания ДГУ. Если энергоснабжение по городским сетям не восстанавливается по окончании ресурса топлива в штатном топливном баке, то блок автоматики ДГУ останавливает генератор, не вырабатывая минимальный резерв топлива, необходимый для гарантированного запуска ДГУ в дальнейшем. В этом случае дежурный персонал Заказчика должен принять решение о прекращении работы оборудования и отключении ИБП, либо о продолжении работы до исчерпания ресурса аккумуляторных батарей и автоматического отключения ИБП. Время автономной работы ИБП является функцией от величины текущей потребляемой мощности, поэтому уменьшение энергопотребления путем отключения менее ответственной нагрузки (рабочих станций) позволяет существенно продлить время автономной работы.
Каскадная структура построения СГЭ обеспечивает дополнительный ресурс автономной работы для наиболее ответственного оборудования (серверные комплексы, активное сетевое оборудования, а также системы связи). Поэтому даже при отключении центрального ИБП (или параллельного комплекса ИБП) файловые структуры на серверах не нарушаются, поскольку специальное программное обеспечения связи с ИБП инициирует процесс закрытия серверов в автоматическом режиме при отключении центрального ИБП.
При устранении аварии энергоснабжения здания до исчерпания ресурса топлива ДГУ блок управления ДГУ по команде от датчика состояния входной сети переключает контактором нагрузку на основной вход (см. Рис. 2-12). Затем (через 120 секунд после отключения нагрузки от генератора) происходит автоматическое глушение двигателя. Промежуток времени, в течение которого ДГУ работает без нагрузки, необходим для охлаждения двигателя.
Рис. 2-12 Схема энергоснабжения нагрузки при устранении аварии.
Поскольку энергоснабжение ответственных потребителей (группы "А") осуществляется через ИБП, искажения и помехи, вызываемые переключениями контактора ДГУ, не оказывают влияния на сеть защищенного электропитания.
Системы дистанционного контроля. Средства мониторинга ИБП
Функциональная завершенность СГЭ обеспечивается включением в ее состав комплекса средств мониторинга и контроля.
Платы интерфейса
Для контроля состояния ИБП и его интеграции в системы удаленного мониторинга могут применяться различные типы интерфейсов – последовательный (RS232 или USB), контактный (так называемые «сухие контакты»), Ethernet (SNMP). Для организации связи применяются опциональные интерфейсные платы, устанавливаемые в специальное гнездо в корпусе ИБП.
Плата релейного интерфейса.
Плата релейного интерфейса может быть установлена в любой on-line ИБП GE. Она позволяет сигнализировать об изменении состояния ИБП при помощи замыкания/размыкания контактов реле. Четыре выходных канала имеют настройки «авария сети», «общая авария ИБП», «батарея разряжена», «нагрузка на байпасе», но могут быть перепрограммированы пользователем.
Плата интерфейса пользователя.
Плата интерфейса пользователя устанавливается в трехфазных ИБП (в сериях SG и SP – стандартно, в серии LP – по заказу). И имеет 6 выходных каналов и два входных канала релейной сигнализации, а так же порт последовательного интерфейса RS232 и контакт экстренного (аварийного) отключения ИБП. Один из входных каналов, как правило, используется для сигнализации о питании ИБП от резервного генератора.
Плата SNMP интерфейсаПлаты SNMP интерфейса применяются для получения данных о состоянии ИБП по протоколу SNMP. Информация может быть обработана любой станцией мониторинга сетевых устройств.
ПО для защиты данных
Основным назначением ПО, разработанного GE и применяемого для работы с ИБП, является защита данных и операционных систем. Программа JUMP DataShield снижает риск потери данных и аварийных отказов вычислительной системы. Эта программа обеспечивает обработку событий и корректное отключение компьютеров для всех основных операционных систем, повышая безопасность ценной информации. Использование протокола связи SNMP позволяет обеспечить управление в мультивендорных и мультиплатформенных средах и структурах «клиент-сервер».
ПО контроля и управления ИБП
ПО для контроля и управления ИБП компании GE обеспечивает непосредственный доступ к удаленным ИБП и управление каждым ИБП в параллельных системах для обеспечения эффективного электропитания с предсказуемым уровнем качества. Администратор сети или инженер на объекте может использовать систему IRIS для мониторинга и управления локальными или удаленными ИБП, а так же оборудованием или процессами, которые защищены ИБП. Как правило, для этой целииспользуется структура «клиент-агент» SNMP, прямое RS-232 или модемное соединение. Мониторинг ИБП так же может осуществляться через Интернет.
Условия функционирования оборудования
Режим функционирования основного оборудования СГЭ определяется организационными и технологическими особенностями работы информационных и иных служб Заказчика, а также техническими условиями и рекомендациями фирм-производителей соответствующего оборудования.
Источники бесперебойного питания, производимые фирмой GE, предназначены для непрерывной круглосуточной работы. При эксплуатации оборудования необходимо выполнение условий поддержания климатического режима в помещении, где установлены ИБП. Требования к окружающей среде указаны в паспортных данных ИБП.
Мощные on-line ИБП GE могут эксплуатироваться в помещениях, защищенных от пыли и атмосферных воздействий, при температуре от 0˚С до +40˚С при относительной влажности воздуха не более 95% (без конденсации).
Следует, однако, учитывать, что температура, при которой свинцово-кислотные аккумуляторные батареи гарантируют соответствие своим техническим характеристикам и максимальное число циклов заряда-разряда, составляет +15 .. +25˚С. При повышении температуры в первую очередь сокращается срок службы аккумуляторов. Эмпирическая зависимость выражается следующим образом: на каждые 10˚С повышения температуры срок службы сокращается в два раза.
Таким образом, одним из необходимых условий длительной безаварийной работы ИБП является поддержание температуры воздуха на уровне 20˚С.
Дизельные генераторные установки фирмы GESAN открытого исполнения предназначены для длительной эксплуатации в условиях защищенного от внешних атмосферных воздействий помещения. Все ДГУ GESAN с автоматическим запуском комплектуются подогревателями охлаждающей жидкости, которые поддерживают температуру рубашки охлаждения неработающего двигателя на уровне 90˚С. Это гарантирует быстрый запуск двигателя, уменьшает время выхода электростанции на рабочий режим и увеличивает способность двигателя к «подхвату» нагрузки.
В общем случае, электростанция GESAN открытого исполнения, оборудованная подогревателем охлаждающей жидкости, может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха до -15˚С. Электростанция, установленная во всепогодный шумозащитный кожух, и оборудованная подогревателем охлаждающей жидкости – до -35˚С.
Чаще всего резервные электростанции устанавливаются в специально оборудованном помещении (дизельной) или термоизолированном контейнере, температура внутри помещения/контейнера поддерживается не ниже +5˚С.
Регламент обслуживания. Гарантийные обязательства
Техническое обслуживание. Общие положения
Техническое обслуживание предусматривает выполнение персоналом Исполнителя необходимых регламентных и профилактических работ в течение 1 года с момента ввода оборудования в эксплуатацию.
При выполнении работ, выходящих за рамки гарантийных обязательств, Заказчик возмещает Исполнителю стоимость замененных деталей и узлов и расходы, связанные с выполнением данных работ. Заказчик компенсирует Исполнителю расходы, связанные с необоснованным вызовом технического персонала Исполнителя (ложный вызов).
Использованные при гарантийном ремонте детали и узлы из состава ЗИП, закупленного ранее Заказчиком, пополняются за счет Исполнителя.
Гарантийные обязательства
Срок гарантии по основному оборудованию СГЭ составляет 12 (двенадцать) месяцев со дня ввода оборудования в эксплуатацию, но не более 15 месяцев со дня передачи оборудования Заказчику, что подтверждено соответствующими документами.
Срок гарантии по ДГУ составляет 12 (двенадцать) месяцев со дня ввода оборудования в эксплуатацию, но не более 500 часов наработки по счетчику моторесурса.
В течение гарантийного срока поставщик оборудования заменяет дефектные узлы, имеющие дефекты производителя и вышедшие из строя при соблюдении Заказчиком условий эксплуатации.
Заключение
В предложении по системе бесперебойного энергоснабжения учреждения офисного типа изложены предлагаемые технические решения и дано их обоснование. Реализация СГЭ в соответствии с рассмотренными принципами отвечает требованиям Заказчика и самым современным мировым требованиям в области систем жизнеобеспечения и энергоснабжения.
Предлагаемое к использованию оборудование соответствует самым жестким стандартам в данных отраслях и позволяет построить СГЭ высокой надежности.
