Системы бесперебойного и гарантированного электропитания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Псковский государственный университет

Электромеханический факультет

Кафедра электроэнергетики

Реферат

По дисциплине ДС.Ф.6.

Системы бесперебойного и гарантированного электропитания

Зачетная книжка № 1062056

Выполнил студент

группы № 1024-04 С: Н.В.Кузьмина

Псков 2013

Содержание

1. Постановка задачи. Технические требования к системе гарантированного энергоснабжения

2. Основные положения концепции построения системы гарантированного электроcнабжения. Обоснование проектных решений

3. Типовая функциональная схема СГЭ здания заказчика

4. Обеспечение надежности работы СГЭ. Специальные требования к оборудованию СГЭ

1. 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;

медицинское оборудование.

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.

2. 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) запитывается от отдельного (локального) ИБП.

Распределенная структура СГЭ

Обобщенная схема системы гарантированного энергоснабжения, построенной по централизованной схеме, изображена на Рис. 0-1.

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. 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 (cosfi=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, которые приводят 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. 0-2) 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 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. 0-3). 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. 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. 0-4.

энергоснабжение сеть бесперебойный

Рис. 4 Временная диаграмма работы комплекса ИБП - ДГУ

При определении мощности и количества генераторных установок необходимо принимать во внимание мощность подключаемой нагрузки, а также возможность установки достаточно крупногабаритного оборудования в здании или в непосредственной близости от него (на охраняемой территории). Генераторная установка может быть выполнена в шумозащитном кожухе или всепогодном контейнере.

При подключении нескольких генераторов на общую нагрузку устанавливается специальный блок управления и синхронизации для параллельного комплекса ДГУ.

3. Типовая функциональная схема СГЭ здания Заказчика

Функциональная схема типовой СГЭ для здания Заказчика показана на Рис. 0-5. 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. 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 оборудования, характеризующегося нелинейным характером и большими пусковыми значениями тока потребления.

4. Обеспечение надежности работы СГЭ. Специальные требования к оборудованию СГЭ

В рассматриваемом проекте СГЭ повышение надежности достигается за счет использования каскадной структуры СГЭ и параллельного комплекса ИБП на базовом уровне защиты. Сущность и преимущества каскадной схемы были рассмотрены выше.

Решения по построению параллельного комплекса ИБП, предлагаемые фирмой CHLORIDE, являются уникальными в секторе мощных ИБП в мире и заключаются в следующем:

возможно объединение до 6 аппаратов серии EDP90 одной модели, таким образом, общая выходная мощность комплекса может достигать 3000 кВА (6 блоков по 500 кВА каждый);

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. 0-6). 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. 6 Модульная и централизованная схемы построения СГЭ

Объединение нескольких блоков ИБП CHLORIDE 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. 0-7).

Рис. 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.

Размещено на Allbest.ru