SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Модульные ИБП для построения систем гарантированного электропитания

В статье подробно рассмотрена работа современной системы гарантированного электропитания. Показано, что ИБП, построенный по модульному принципу, обеспечивает «горячую» замену модулей ИБП, проводит постоянный мониторинг состояния АКБ, не имеет единой точки отказа и обеспечивает высочайшую надежность системы. Перечислены требования, которые необходимо учитывать при построении системы гарантированного электропитания на объекте.

ООО «Беннинг Пауэр Электроникс», г. Домодедово, МО

Benning_rus.png

Современные системы гарантированного электропитания необходимы для обеспечения электроэнергией потребителей первой категории в случае исчезновения напряжения питающей сети – в соответствии с ГОСТ 13109-87 и гл. 1.2.17 ПУЭ. Как правило, для решения данной задачи используется комплект оборудования, состоящий из следующих устройств:
- источника бесперебойного электропитания (ИБП);
- дизель-генераторной установки (ДГУ);
- блока автоматического ввода резерва (АВР).

Рассмотрим работу этого решения на структурной схеме (рис. 1).

Ris_1_small.jpg

Рис. 1. Структурная схема системы гарантированного электропитания, построенная с использованием модульного ИБП Enertronic modular SE (увеличить изображение)

В нормальном режиме работы нагрузка питается от ввода питающей сети через АВР и модульный ИБП, работающий в режиме приоритета инверторов. ДГУ при этом находится в дежурном режиме и отслеживает параметры входной сети.

При пропадании напряжения на первом вводе АВР или его выходе за пределы допусков нагрузка продолжает питаться от инверторов ИБП от заряженной ранее аккумуляторной батареи. В это же время автоматика ДГУ, отследив пропадание сети на первом вводе АВР, незамедлительно выдает команду на запуск дизель-генератора и выводит его на постоянный режим работы.

Далее автоматика АВР, проанализировав появившееся напряжение на втором вводе, включает его. Питание от ДГУ подается на выпрямители модульного ИБП, которые начинают заряжать батарею и питать нагрузку через инверторы. Также с ДГУ на ИБП приходит сигнал «Работа от ДГУ», который блокирует синхронизацию внутренних генераторов частоты инверторов ИБП с байпасной линией. Блокировка обеспечивает стабилизацию частоты напряжения в нагрузке, то есть параметры выходного напряжения с ИБП не будут зависеть от режимов работы ДГУ.

Когда основное питающее напряжение появляется на вводе системы, автоматика АВР переводит питание нагрузки с ДГУ на основную сеть, после этого контроллер ДГУ примерно через 1–3 минуты останавливает дизель-генератор. Аккумуляторная батарея в данном случае обычно рассчитывается на питание нагрузки в течение 5–15 минут, что должно обеспечить возможность трехразового запуска ДГУ.

Рассмотрим более подробно работу ИБП на примере системы ‘Ener­tro­nic modular SE’. Он построен по модульной схеме с возможностью «горячей» замены (hot plug). Каждый модуль представляет собой отдельный «онлайн»-ИБП с двойным преобразованием энергии (VFI-SS‑111) в соответствии со стандартом IEC 62040‑3. Силовая часть модулей построена на IGBT-транзисторах и включает в себя выпрямитель, инвертор и электронный байпас. Такая система ИБП не имеет единой точки отказа. Благодаря децентрализованной параллельной архитектуре построения модулей, при которой каждый модуль ИБП является «мастером», обеспечивается высочайшая надежность питания нагрузки и системы в целом.

Ris_2_small.jpg

Рис. 2. Структурная схема системы гарантированного электропитания, построенная с использованием составного ИБП на выпрямительных и инверторных модулях (увеличить изображение)

Представляемая схема построения ИБП позволяет свободно конфигурировать варианты подключения аккумуляторной батареи, что дает возможность разделить общую емкость аккумуляторной батареи на группы с небольшой емкостью. Каждая группа аккумуляторных батарей может быть подключена либо к конкретному модулю ИБП, либо к группе таких модулей или ко всей системе ИБП в зависимости от стоящих задач. Каждый модуль программируется для работы с конкретной батареей, что позволяет отслеживать ее состояние и своевременно сигнализировать о неисправности. Такое решение позволяет обеспечивать бесперебойным электропитанием нагрузку даже в случае неисправности одного или нескольких модулей ИБП или элементов батареи.

ИБП имеют коэффициент мощности cosϕ = 1 (работают без потери мощности как с индуктивной, так и с емкостной нагрузкой), встроенный компенсатор реактивной мощности и штатную защиту от перенапряжения на входе и выходе. Несколько ИБП, работающих в параллель, позволяют питать нагрузку мощностью до 4 МВт. Если необходимо создать систему с гальванической развязкой между вводной сетью и нагрузкой или обеспечить нестандартное напряжение питания нагрузки (например, 110 В), в системе устанавливается выходной трансформатор.

В случае, когда требуется организовать питание нагрузки одновременно постоянным и переменным током или обеспечить длительное время аккумуляторного резерва (до нескольких суток), систему гарантированного электропитания можно построить следующим образом: использовать отдельные выпрямитель, инвертор и электронный байпас, АВР на входе системы и ДГУ.

Ток выпрямителя выбирается исходя из следующих факторов: входного тока инвертора (при максимальной мощности нагрузки инвертора) + тока для заряда АКБ + максимального тока для питания нагрузки постоянного тока + запаса по току (20 %).

Использовать стандартный ИБП в таких случаях не удастся из-за того, что в стандартных ИБП выпрямитель обычно не рассчитан на питание дополнительной нагрузки помимо инвертора и батареи. В остальном принцип работы схемы будет такой же, как описан выше.

Вывод: создавая схему гарантированного электропитания на объекте, необходимо учитывать следующие требования:
- ДГУ должен быть укомплектован электронным регулятором скорости приводного двигателя и автоматическим регулятором выходного напряжения;
- необходимо применять модульный ИБП класса «онлайн», так как только при таком решении нагрузка будет гарантированно защищена от всех возможных негативных факторов;
- мощность ИБП должна превышать мощность нагрузки на 10–20 %;
- время аккумуляторного резерва ИБП должно составлять не менее 5–10 минут. Возможно применение как свинцовых (Pb), так и никель-кадмиевых (NiCd) батарей;
- в целях понижения нелинейного искажения тока, возникающего от ИБП, следует использовать ИБП с выпрямителями на IGBT-транзисторах или с 12‑пульсными тиристорными выпрямителями;
- соотношение мощностей ДГУ и ИБП должно быть равно 1,2 (для выпрямителей на IGBT-транзисторах).

Статья_опубликована в журнале "ИСУП" № 4(76)_2018

Ю. И. Большаков, генеральный директор,
М. Н. Авдеев, технический эксперт,
ООО «Беннинг Пауэр Электроникс», г. Домодедово, МО,
тел.: +7 (495) 967-6850,
e‑mail: benning@benning.ru,
сайт: www.benning.ru