(нагрузки от батареи к сети)

Electrical engineering: LBX (Low Battery Transfer)

 

сетевой режим работы ИБП
Режим питания нагрузки (электропотребителя) энергией питающей сети. Если отклонение сетевого напряжения не превышают заданного значения, а нагрузка, не превышает максимально допустимого значения, то ИБП работает в сетевом режиме.
В этом режиме осуществляется:

• фильтрация импульсных и высокочастотных сетевых помех;
• преобразование энергии переменного тока сети в энергию постоянного тока с помощью выпрямителя и схемы коррекции коэффициента мощности;
• преобразование с помощью инвертора энергии постоянного тока в энергию переменного тока со стабильными параметрами;
• подзаряд аккумуляторной батареи с помощью зарядного устройства.

[ http://www.ups-info.ru/index.php?link=160599 с изменениями]

EN

normal UPS operation
Operational state is termed Normal, when Utility Power is available and within ratings, the battery is charged, the load is within rating and it is fed from the preferred (default) source (Mains Power if Stand-By, Inverter if On-Line system).
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Тематики

• источники и системы электропитания

EN

• AC mode
• normal UPS operation
• on-line mode

 

трехфазный ИБП
-
[Интент]

Глава 7. Трехфазные ИБП

... ИБП большой мощности (начиная примерно с 10 кВА) как правило предназначены для подключения к трехфазной электрической сети. Диапазон мощностей 8-25 кВА – переходный. Для такой мощности делают чисто однофазные ИБП, чисто трехфазные ИБП и ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом. Все ИБП, начиная примерно с 30 кВА имеют трехфазный вход и трехфазный выход. Трехфазные ИБП имеют и другое преимущество перед однофазными ИБП. Они эффективно разгружают нейтральный провод от гармоник тока и способствуют более безопасной и надежной работе больших компьютерных систем. Эти вопросы рассмотрены в разделе "Особенности трехфазных источников бесперебойного питания" главы 8. Трехфазные ИБП строятся обычно по схеме с двойным преобразованием энергии. Поэтому в этой главе мы будем рассматривать только эту схему, несмотря на то, что имеются трехфазные ИБП, построенные по схеме, похожей на ИБП, взаимодействующий с сетью.

Схема трехфазного ИБП с двойным преобразованием энергии приведена на рисунке 18.

Рис.18. Трехфазный ИБП с двойным преобразованием энергии

Как видно, этот ИБП не имеет почти никаких отличий на уровне блок-схемы, за исключением наличия трех фаз. Для того, чтобы увидеть отличия от однофазного ИБП с двойным преобразованием, нам придется (почти впервые в этой книге) несколько подробнее рассмотреть элементы ИБП. Мы будем проводить это рассмотрение, ориентируясь на традиционную технологию. В некоторых случаях будут отмечаться схемные особенности, позволяющие улучшить характеристики.

Выпрямитель

Слева на рис 18. – входная электрическая сеть. Она включает пять проводов: три фазных, нейтраль и землю. Между сетью и ИБП – предохранители (плавкие или автоматические). Они позволяют защитить сеть от аварии ИБП. Выпрямитель в этой схеме – регулируемый тиристорный. Управляющая им схема изменяет время (долю периода синусоиды), в течение которого тиристоры открыты, т.е. выпрямляют сетевое напряжение. Чем большая мощность нужна для работы ИБП, тем дольше открыты тиристоры. Если батарея ИБП заряжена, на выходе выпрямителя поддерживается стабилизированное напряжение постоянного тока, независимо от нвеличины напряжения в сети и мощности нагрузки. Если батарея требует зарядки, то выпрямитель регулирует напряжение так, чтобы в батарею тек ток заданной величины.

Такой выпрямитель называется шести-импульсным, потому, что за полный цикл трехфазной электрической сети он выпрямляет 6 полупериодов сингусоиды (по два в каждой из фаз). Поэтому в цепи постоянного тока возникает 6 импульсов тока (и напряжения) за каждый цикл трехфазной сети. Кроме того, во входной электрической сети также возникают 6 импульсов тока, которые могут вызвать гармонические искажения сетевого напряжения. Конденсатор в цепи постоянного тока служит для уменьшения пульсаций напряжения на аккумуляторах. Это нужно для полной зарядки батареи без протекания через аккумуляторы вредных импульсных токов. Иногда к конденсатору добавляется еще и дроссель, образующий совместно с конденсатором L-C фильтр.

Коммутационный дроссель ДР уменьшает импульсные токи, возникающие при открытии тиристоров и служит для уменьшения искажений, вносимых выпрямителем в электрическую сеть. Для еще большего снижения искажений, вносимых в сеть, особенно для ИБП большой мощности (более 80-150 кВА) часто применяют 12-импульсные выпрямители. Т.е. за каждый цикл трехфазной сети на входе и выходе выпрямителя возникают 12 импульсов тока. За счет удвоения числа импульсов тока, удается примерно вдвое уменьшить их амплитуду. Это полезно и для аккумуляторов и для электрической сети.

Двенадцати-импульсный выпрямитель фактически состоит из двух 6-импульсных выпрямителей. На вход второго выпрямителя (он изображен ниже на рис. 18) подается трехфазное напряжение, прошедшее через трансформатор, сдвигающий фазу на 30 градусов.

В настоящее время применяются также и другие схемы выпрямителей трехфазных ИБП. Например схема с пассивным (диодным) выпрямителем и преобразователем напряжения постоянного тока, применение которого позволяет приблизить потребляемый ток к синусоидальному.

Наиболее современным считается транзисторный выпрямитель, регулируемый высокочастотной схемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Применение такого выпрямителя позволяет сделать ток потребления ИБП синусоидальным и совершенно отказаться от 12-импульсных выпрямителей с трансформатором.

Батарея

Для формирования батареи трехфазных ИБП (как и в однофазных ИБП) применяются герметичные свинцовые аккумуляторы. Обычно это самые распространенные модели аккумуляторов с расчетным сроком службы 5 лет. Иногда используются и более дорогие аккумуляторы с большими сроками службы. В некоторых трехфазных ИБП пользователю предлагается фиксированный набор батарей или батарейных шкафов, рассчитанных на различное время работы на автономном режиме. Покупая ИБП других фирм, пользователь может более или менее свободно выбирать батарею своего ИБП (включая ее емкость, тип и количество элементов). В некоторых случаях батарея устанавливается в корпус ИБП, но в большинстве случаев, особенно при большой мощности ИБП, она устанавливается в отдельном корпусе, а иногда и в отдельном помещении.

Инвертор

Как и в ИБП малой мощности, в трехфазных ИБП применяются транзисторные инверторы, управляемые схемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Некоторые ИБП с трехфазным выходом имеют два инвертора. Их выходы подключены к трансформаторам, сдвигающим фазу выходных напряжений. Даже в случае применения относительно низкочастоной ШИМ, такая схема совместно с применением фильтра переменного тока, построенного на трансформаторе и конденсаторах, позволяет обеспечить очень малый коэффициент гармонических искажений на выходе ИБП (до 3% на линейной нагрузке). Применение двух инверторов увеличивает надежность ИБП, поскольку даже при выходе из строя силовых транзисторов одного из инверторов, другой инвертор обеспечит работу нагрузки, пусть даже при большем коэффициенте гармонических искажений.

В последнее время, по мере развития технологии силовых полупроводников, начали применяться более высокочастотные транзисторы. Частота ШИМ может составлять 4 и более кГц. Это позволяет уменьшить гармонические искажения выходного напряжения и отказаться от применения второго инвертора. В хороших ИБП существуют несколько уровней защиты инвертора от перегрузки. При небольших перегрузках инвертор может уменьшать выходное напряжение (пытаясь снизить ток, проходящий через силовые полупроводники). Если перегрузка очень велика (например нагрузка составляет более 125% номинальной), ИБП начинает отсчет времени работы в условиях перегрузки и через некоторое время (зависящее от степени перегрузки – от долей секунды до минут) переключается на работу через статический байпас. В случае большой перегрузки или короткого замыкания, переключение на статический байпас происходит сразу.

Некоторые современные высококлассные ИБП (с высокочакстотной ШИМ) имеют две цепи регулирования выходного напряжения. Первая из них осуществляет регулирование среднеквадратичного (действующего) значения напряжения, независимо для каждой из фаз. Вторая цепь измеряет мгновенные значения выходного напряжения и сравнивает их с хранящейся в памяти блока управления ИБП идеальной синусоидой. Если мгновенное значение напряжения отклонилось от соотвествующего "идеального" значения, то вырабатывается корректирующий импульс и форма синусоиды выходного напряжения исправляется. Наличие второй цепи обратной связи позволяет обеспечить малые искажения формы выходного напряжения даже при нелинейных нагрузках.

Статический байпас

Блок статического байпаса состоит из двух трехфазных (при трехфазном выходе) тиристорных переключателей: статического выключателя инвертора (на схеме – СВИ) и статического выключателя байпаса (СВБ). При нормальной работе ИБП (от сети или от батареи) статический выключатель инвертора замкнут, а статический выключатель байпаса разомкнут. Во время значительных перегрузок или выхода из строя инвертора замкнут статический переключатель байпаса, переключатель инвертора разомкнут. В момент переключения оба статических переключателя на очень короткое время замкнуты. Это позволяет обеспечить безразрывное питание нагрузки.

Каждая модель ИБП имеет свою логику управления и, соответственно, свой набор условий срабатывания статических переключателей. При покупке ИБП бывает полезно узнать эту логику и понять, насколько она соответствует вашей технологии работы. В частности хорошие ИБП сконструированы так, чтобы даже если байпас недоступен (т.е. отсутствует синхронизация инвертора и байпаса – см. главу 6) в любом случае постараться обеспечить электроснабжение нагрузки, пусть даже за счет уменьшения напряжения на выходе инвертора.

Статический байпас ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом имеет особенность. Нагрузка, распределенная на входе ИБП по трем фазным проводам, на выходе имеет только два провода: один фазный и нейтральный. Статический байпас тоже конечно однофазный, и синхронизация напряжения инвертора производится относительно одной из фаз трехфазной сети (любой, по выбору пользователя). Вся цепь, подводящая напряжение к входу статического байпаса должна выдерживать втрое больший ток, чем входной кабель выпрямителя ИБП. В ряде случаев это может вызвать трудности с проводкой.

Сервисный байпас

Трехфазные ИБП имеют большую мощность и обычно устанавливаются в местах действительно критичных к электропитанию. Поэтому в случае выхода из строя какого-либо элемента ИБП или необходимости проведения регламентных работ (например замены батареи), в большинстве случае нельзя просто выключить ИБП или поставить на его место другой. Нужно в любой ситуации обеспечить электропитание нагрузки. Для этих ситуаций у всех трехфазных ИБП имеется сервисный байпас. Он представляет собой ручной переключатель (иногда как-то заблокированный, чтобы его нельзя было включить по ошибке), позволяющий переключить нагрузку на питание непосредственно от сети. У большинства ИБП для переключения на сервисный байпас существует специальная процедура (определенная последовательность действий), которая позволяет обеспечит непрерывность питания при переключениях.

Режимы работы трехфазного ИБП с двойным преобразованием

Трехфазный ИБП может работать на четырех режимах работы.

• При нормальной работе нагрузка питается по цепи выпрямитель-инвертор стабилизированным напряжением, отфильтрованным от импульсов и шумов за счет двойного преобразования энергии.
• Работа от батареи. На это режим ИБП переходит в случае, если напряжение на выходе ИБП становится таким маленьким, что выпрямитель оказывается не в состоянии питать инвертор требуемым током, или выпрямитель не может питать инвертор по другой причине, например из-за поломки. Продолжительность работы ИБП от батареи зависит от емкости и заряда батареи, а также от нагрузки ИБП.
• Когда какой-нибудь инвертор выходит из строя или испытывает перегрузку, ИБП безразрывно переходит на режим работы через статический байпас. Нагрузка питается просто от сети через вход статического байпаса, который может совпадать или не совпадать со входом выпрямителя ИБП.
• Если требуется обслуживание ИБП, например для замены батареи, то ИБП переключают на сервисный байпас. Нагрузка питается от сети, а все цепи ИБП, кроме входного выключателя сервисного байпаса и выходных выключателей отделены от сети и от нагрузки. Режим работы на сервисном байпасе не является обязательным для небольших однофазных ИБП с двойным преобразованием. Трехфазный ИБП без сервисного байпаса немыслим.

Надежность

Трехфазные ИБП обычно предназначаются для непрерывной круглосуточной работы. Работа нагрузки должна обеспечиваться практически при любых сбоях питания. Поэтому к надежности трехфазных ИБП предъявляются очень высокие требования. Вот некоторые приемы, с помощью которых производители трехфазных ИБП могут увеличивать надежность своей продукции. Применение разделительных трансформаторов на входе и/или выходе ИБП увеличивает устойчивость ИБП к скачкам напряжения и нагрузки. Входной дроссель не только обеспечивает "мягкий запуск", но и защищает ИБП (и, в конечном счете, нагрузку) от очень быстрых изменений (скачков) напряжения.

Обычно фирма выпускает целый ряд ИБП разной мощности. В двух или трех "соседних по мощности" ИБП этого ряда часто используются одни и те же полупроводники. Если это так, то менее мощный из этих двух или трех ИБП имеет запас по предельному току, и поэтому несколько более надежен. Некоторые трехфазные ИБП имеют повышенную надежность за счет резервирования каких-либо своих цепей. Так, например, могут резервироваться: схема управления (микропроцессор + платы "жесткой логики"), цепи управления силовыми полупроводниками и сами силовые полупроводники. Батарея, как часть ИБП тоже вносит свой вклад в надежность прибора. Если у ИБП имеется возможность гибкого выбора батареи, то можно выбрать более надежный вариант (батарея более известного производителя, с меньшим числом соединений).

Преобразователи частоты

Частота напряжения переменного тока в электрических сетях разных стран не обязательно одинакова. В большинстве стран (в том числе и в России) распространена частота 50 Гц. В некоторых странах (например в США) частота переменного напряжения равна 60 Гц. Если вы купили оборудование, рассчитанное на работу в американской электрической сети (110 В, 60 Гц), то вы должны каким-то образом приспособить к нему нашу электрическую сеть. Преобразование напряжения не является проблемой, для этого есть трансформаторы. Если оборудование оснащено импульсным блоком питания, то оно не чувствительно к частоте и его можно использовать в сети с частотой 50 Гц. Если же в состав оборудования входят синхронные электродвигатели или иное чувствительное к частоте оборудование, вам нужен преобразователь частоты. ИБП с двойным преобразованием энергии представляет собой почти готовый преобразователь частоты.

В самом деле, ведь выпрямитель этого ИБП может в принципе работать на одной частоте, а инвертор выдавать на своем выходе другую. Есть только одно принципиальное ограничение: невозможность синхронизации инвертора с линией статического байпаса из-за разных частот на входе и выходе. Это делает преобразователь частоты несколько менее надежным, чем сам по себе ИБП с двойным преобразованием. Другая особенность: преобразователь частоты должен иметь мощность, соответствующую максимальному возможному току нагрузки, включая все стартовые и аварийные забросы, ведь у преобразователя частоты нет статического байпаса, на который система могла бы переключиться при перегрузке.

Для изготовления преобразователя частоты из трехфазного ИБП нужно разорвать цепь синхронизации, убрать статический байпас (или, вернее, не заказывать его при поставке) и настроить инвертор ИБП на работу на частоте 60 Гц. Для большинства трехфазных ИБП это не представляет проблемы, и преобразователь частоты может быть заказан просто при поставке.

ИБП с горячим резервированием

В некоторых случаях надежности даже самых лучших ИБП недостаточно. Так бывает, когда сбои питания просто недопустимы из-за необратимых последствий или очень больших потерь. Обычно в таких случаях в технике применяют дублирование или многократное резервирование блоков, от которых зависит надежность системы. Есть такая возможность и для трехфазных источников бесперебойного питания. Даже если в конструкцию ИБП стандартно не заложено резервирование узлов, большинство трехфазных ИБП допускают резервирование на более высоком уровне. Резервируется целиком ИБП. Простейшим случаем резервирования ИБП является использование двух обычных серийных ИБП в схеме, в которой один ИБП подключен к входу байпаса другого ИБП.

Рис. 19а. Последовательное соединение двух трехфазных ИБП

На рисунке 19а приведена схема двух последовательно соединенным трехфазных ИБП. Для упрощения на рисунке приведена, так называемая, однолинейная схема, на которой трем проводам трехфазной системы переменного тока соответствует одна линия. Однолинейные схемы часто применяются в случаях, когда особенности трехфазной сети не накладывают отпечаток на свойства рассматриваемого прибора. Оба ИБП постоянно работают. Основной ИБП питает нагрузку, а вспомогательный ИБП работает на холостом ходу. В случае выхода из строя основного ИБП, нагрузка питается не от статического байпаса, как в обычном ИБП, а от вспомогательного ИБП. Только при выходе из строя второго ИБП, нагрузка переключается на работу от статического байпаса.

Система из двух последовательно соединенных ИБП может работать на шести основных режимах.

А. Нормальная работа. Выпрямители 1 и 2 питают инверторы 1 и 2 и, при необходимости заряжают батареи 1 и 2. Инвертор 1 подключен к нагрузке (статический выключатель инвертора 1 замкнут) и питает ее стабилизированным и защищенным от сбоев напряжением. Инвертор 2 работает на холостом ходу и готов "подхватить" нагрузку, если инвертор 1 выйдет из строя. Оба статических выключателя байпаса разомкнуты.

Для обычного ИБП с двойным преобразованием на режиме работы от сети допустим (при сохранении гарантированного питания) только один сбой в системе. Этим сбоем может быть либо выход из строя элемента ИБП (например инвертора) или сбой электрической сети.

Для двух последовательно соединенных ИБП с на этом режиме работы допустимы два сбоя в системе: выход из строя какого-либо элемента основного ИБП и сбой электрической сети. Даже при последовательном или одновременном возникновении двух сбоев питание нагрузки будет продолжаться от источника гарантированного питания.

Б. Работа от батареи 1. Выпрямитель 1 не может питать инвертор и батарею. Чаще всего это происходит из-за отключения напряжения в электрической сети, но причиной может быть и выход из строя выпрямителя. Состояние инвертора 2 в этом случае зависит от работы выпрямителя 2. Если выпрямитель 2 работает (например он подключен к другой электрической сети или он исправен, в отличие от выпрямителя 1), то инвертор 2 также может работать, но работать на холостом ходу, т.к. он "не знает", что с первым ИБП системы что-то случилось. После исчерпания заряда батареи 1, инвертор 1 отключится и система постарается найти другой источник электроснабжения нагрузки. Им, вероятно, окажется инвертор2. Тогда система перейдет к другому режиму работы.

Если в основном ИБП возникает еще одна неисправность, или батарея 1 полностью разряжается, то система переключается на работу от вспомогательного ИБП.

Таким образом даже при двух сбоях: неисправности основного ИБП и сбое сети нагрузка продолжает питаться от источника гарантированного питания.

В. Работа от инвертора 2. В этом случае инвертор 1 не работает (из-за выхода из строя или полного разряда батареи1). СВИ1 разомкнут, СВБ1 замкнут, СВИ2 замкнут и инвертор 2 питает нагрузку. Выпрямитель 2, если в сети есть напряжение, а сам выпрямитель исправен, питает инвертор и батарею.

На этом режиме работы допустим один сбой в системе: сбой электрической сети. При возникновении второго сбоя в системе (выходе из строя какого-либо элемента вспомогательного ИБП) электропитание нагрузки не прерывается, но нагрузка питается уже не от источника гарантированного питания, а через статический байпас, т.е. попросту от сети.

Г. Работа от батареи 2. Наиболее часто такая ситуация может возникнуть после отключения напряжения в сети и полного разряда батареи 1. Можно придумать и более экзотическую последовательность событий. Но в любом случае, инвертор 2 питает нагругку, питаясь, в свою очередь, от батареи. Инвертор 1 в этом случае отключен. Выпрямитель 1, скорее всего, тоже не работает (хотя он может работать, если он исправен и в сети есть напряжение).

После разряда батареи 2 система переключится на работу от статического байпаса (если в сети есть нормальное напряжение) или обесточит нагрузку.

Д. Работа через статический байпас. В случае выхода из строя обоих инверторов, статические переключатели СВИ1 и СВИ2 размыкаются, а статические переключатели СВБ1 и СВБ2 замыкаются. Нагрузка начинает питаться от электрической сети.

Переход системы к работе через статический байпас происходит при перегрузке системы, полном разряде всех батарей или в случае выхода из строя двух инверторов.

На этом режиме работы выпрямители, если они исправны, подзаряжают батареи. Инверторы не работают. Нагрузка питается через статический байпас.

Переключение системы на работу через статический байпас происходит без прерывания питания нагрузки: при необходимости переключения сначала замыкается тиристорный переключатель статического байпаса, и только затем размыкается тиристорный переключатель на выходе того инвертора, от которого нагрузка питалась перед переключением.

Е. Ручной (сервисный) байпас. Если ИБП вышел из строя, а ответственную нагрузку нельзя обесточить, то оба ИБП системы с соблюдением специальной процедуры (которая обеспечивает безразрыное переключение) переключают на ручной байпас. после этого можно производить ремонт ИБП.

Преимуществом рассмотренной системы с последовательным соединением двух ИБП является простота. Не нужны никакие дополнительные элементы, каждый из ИБП работает в своем штатном режиме. С точки зрения надежности, эта схема совсем не плоха:- в ней нет никакой лишней, (связанной с резервированием) электроники, соответственно и меньше узлов, которые могут выйти из строя.

Однако у такого соединения ИБП есть и недостатки. Вот некоторые из них.
 

1. Покупая такую систему, вы покупаете второй байпас (на нашей схеме – он первый – СВБ1), который, вообще говоря, не нужен – ведь все необходимые переключения могут быть произведены и без него.
2. Весь второй ИБП выполняет только одну функцию – резервирование. Он потребляет электроэнергию, работая на холостом ходу и вообще не делает ничего полезного (разумеется за исключением того времени, когда первый ИБП отказывается питать нагрузку). Некоторые производители предлагают "готовые" системы ИБП с горячим резервированием. Это значит, что вы покупаете систему, специально (еще на заводе) испытанную в режиме с горячим резервированием. Схема такой системы приведена на рис. 19б.

Рис.19б. Трехфазный ИБП с горячим резервированием

Принципиальных отличий от схемы с последовательным соединением ИБП немного.

1. У второго ИБП отсутствует байпас.
2. Для синхронизации между инвертором 2 и байпасом появляется специальный информационный кабель между ИБП (на рисунке не показан). Поэтому такой ИБП с горячим резервированием может работать на тех же шести режимах работы, что и система с последовательным подключением двух ИБП. Преимущество "готового" ИБП с резервированием, пожалуй только одно – он испытан на заводе-производителе в той же комплектации, в которой будет эксплуатироваться.

Для расмотренных схем с резервированием иногда применяют одно важное упрощение системы. Ведь можно отказаться от резервирования аккумуляторной батареи, сохранив резервирование всей силовой электроники. В этом случае оба ИБП будут работать от одной батареи (оба выпрямителя будут ее заряжать, а оба инвертора питаться от нее в случае сбоя электрической сети). Применение схемы с общей бетареей позволяет сэкономить значительную сумму – стоимость батареи.

Недостатков у схемы с общей батареей много:

1. Не все ИБП могут работать с общей батареей.
2. Батарея, как и другие элементы ИБП обладает конечной надежностью. Выход из строя одного аккумулятора или потеря контакта в одном соединении могут сделать всю системы ИБП с горячим резервирование бесполезной.
3. В случае выхода из строя одного выпрямителя, общая батарея может быть выведена из строя. Этот последний недостаток, на мой взгляд, является решающим для общей рекомендации – не применять схемы с общей батареей.

Параллельная работа нескольких ИБП

Как вы могли заметить, в случае горячего резервирования, ИБП резервируется не целиком. Байпас остается общим для обоих ИБП. Существует другая возможность резервирования на уровне ИБП – параллельная работа нескольких ИБП. Входы и выходы нескольких ИБП подключаются к общим входным и выходным шинам. Каждый ИБП сохраняет все свои элементы (иногда кроме сервисного байпаса). Поэтому выход из строя статического байпаса для такой системы просто мелкая неприятность.

На рисунке 20 приведена схема параллельной работы нескольких ИБП.

Рис.20. Параллельная работа ИБП

На рисунке приведена схема параллельной системы с раздельными сервисными байпасами. Схема система с общим байпасом вполне ясна и без чертежа. Ее особенностью является то, что для переключения системы в целом на сервисный байпас нужно управлять одним переключателем вместо нескольких. На рисунке предполагается, что между ИБП 1 и ИБП N Могут располагаться другие ИБП. Разные производителю (и для разных моделей) устанавливают свои максимальные количества параллеьно работающих ИБП. Насколько мне известно, эта величина изменяется от 2 до 8. Все ИБП параллельной системы работают на общую нагрузку. Суммарная мощность параллельной системы равна произведению мощности одного ИБП на количество ИБП в системе. Таким образом параллельная работа нескольких ИБП может применяться (и в основном применяется) не столько для увеличения надежности системы бесперебойного питания, но для увеличения ее мощности.

Рассмотрим режимы работы параллельной системы

Нормальная работа (работа от сети). Надежность

Когда в сети есть напряжение, достаточное для нормальной работы, выпрямители всех ИБП преобразуют переменное напряжение сети в постоянное, заряжая батареи и питая инверторы.

Инверторы, в свою очередь, преобразуют постоянное напряжение в переменное и питают нагрузку. Специальная управляющая электроника параллельной системы следит за равномерным распределением нагрузки между ИБП. В некоторых ИБП распределение нагрузки между ИБП производится без использования специальной параллельной электроники. Такие приборы выпускаются "готовыми к параллельной работе", и для использования их в параллельной системе достаточно установить плату синхронизации. Есть и ИБП, работающие параллельго без специальной электроники. В таком случае количество параллельно работающих ИБП – не более двух. В рассматриваемом режиме работы в системе допустимо несколько сбоев. Их количество зависит от числа ИБП в системе и действующей нагрузки.

Пусть в системе 3 ИБП мощностью по 100 кВА, а нагрузка равна 90 кВА. При таком соотношении числа ИБП и их мощностей в системе допустимы следующие сбои.

Сбой питания (исчезновение напряжения в сети)

Выход из строя любого из инверторов, скажем для определенности, инвертора 1. Нагрузка распределяется между двумя другими ИБП. Если в сети есть напряжение, все выпрямители системы работают.

Выход из строя инвертора 2. Нагрузка питается от инвертора 3, поскольку мощность, потребляемая нагрузкой меньше мощности одного ИБП. Если в сети есть напряжение, все выпрямители системы продолжают работать.

Выход из строя инвертора 3. Система переключается на работу через статический байпас. Нагрузка питается напрямую от сети. При наличии в сети нормального напряжения, все выпрямители работают и продолжают заряжать батареи. При любом последующем сбое (поломке статического байпаса или сбое сети) питание нагрузки прекращается. Для того, чтобы параллельная система допускала большое число сбоев, система должна быть сильно недогружена и должна включать большое число ИБП. Например, если нагрузка в приведенном выше примере будет составлять 250 кВА, то система допускает только один сбой: сбой сети или поломку инвертора. В отношении количества допустимых сбоев такая система эквивалентна одиночному ИБП. Это, кстати, не значит, что надежность такой параллельной системы будет такая же, как у одиночного ИБП. Она будет ниже, поскольку параллельная система намного сложнее одиночного ИБП и (при почти предельной нагрузке) не имеет дополнительного резервирования, компенсирующего эту сложность.

Вопрос надежности параллельной системы ИБП не может быть решен однозначно. Надежность зависит от большого числа параметров: количества ИБП в системе (причем увеличение количества ИБП до бесконечности снижает надежность – система становится слишком сложной и сложно управляемой – впрочем максимальное количество параллельно работающих модулей для известных мне ИБП не превышает 8), нагрузки системы (т.е. соотношения номинальной суммарной мощности системы и действующей нагрузки), примененной схемы параллельной работы (т.е. есть ли в системе специальная электроника для обеспечения распределения нагрузки по ИБП), технологии работы предприятия. Таким образом, если единственной целью является увеличение надежности системы, то следует серьезно рассмотреть возможность использование ИБП с горячим резервированием – его надежность не зависит от обстоятельств и в силу относительной простоты схемы практически всегда выше надежности параллельной системы.

Недогруженная система из нескольких параллельно работающих ИБП, которая способна реализвать описанную выше логику управления, часто также называется параллельной системой с резервированием.

Работа с частичной нагрузкой

Если нагрузка параллельной системы такова, что с ней может справиться меньшее, чем есть в системе количество ИБП, то инверторы "лишних" ИБП могут быть отключены. В некоторых ИБП такая логика управления подразумевается по умолчанию, а другие модели вообще лишены возможности работы в таком режиме. Инверторы, оставшиеся включенными, питают нагрузку. Коэффициент полезного действия системы при этом несколько возрастает. Обычно в этом режиме работы предусматривается некоторая избыточность, т.е. количестов работающих инверторов больше, чем необходимо для питания нагрузки. Тем самым обеспечивается резервирование. Все выпрямители системы продолжают работать, включая выпрямители тех ИБП, инверторы которых отключены.

Работа от батареи

В случае исчезновения напряжения в электрической сети, параллельная система переходит на работу от батареи. Все выпрямители системы не работают, инверторы питают нагрузку, получая энергию от батареи. В этом режиме работы (естественно) отсутствует напряжение в электрической сети, которое при нормальной работе было для ИБП не только источником энергии, но и источником сигнала синхронизации выходного напряжения. Поэтому функцию синхронизации берет на себя специальная параллельная электроника или выходная цепь ИБП, специально ориентированная на поддержание выходной частоты и фазы в соответствии с частотой и фазой выходного напряжения параллельно работающего ИБП.

Выход из строя выпрямителя

Это режим, при котором вышли из строя один или несколько выпрямителей. ИБП, выпрямители которых вышли из строя, продолжают питать нагрузку, расходуя заряд своей батареи. Они выдает сигнал "неисправность выпрямителя". Остальные ИБП продолжают работать нормально. После того, как заряд разряжающихся батарей будет полностью исчерпан, все зависит от соотношения мощности нагрузки и суммарной мощности ИБП с исправными выпрямителями. Если нагрузка не превышает перегрузочной способности этих ИБП, то питание нагрузки продолжится (если у системы остался значительный запас мощности, то в этом режиме работы допустимо еще несколько сбоев системы). В случае, если нагрузка ИБП превышает перегрузочную способность оставшихся ИБП, то система переходит к режиму работы через статический байпас.

Выход из строя инвертора

Если оставшиеся в работоспособном состоянии инверторы могут питать нагрузку, то нагрузка продолжает работать, питаясь от них. Если мощности работоспособных инверторов недостаточно, система переходит в режим работы от статического байпаса. Выпрямители всех ИБП могут заряжать батареи, или ИБП с неисправными инверторами могут быть полностью отключены для выполнения ремонта.

Работа от статического байпаса

Если суммарной мощности всех исправных инверторов параллельной системы не достаточно для поддержания работы нагрузки, система переходит к работе через статический байпас. Статические переключатели всех инверторов разомкнуты (исправные инверторы могут продолжать работать). Если нагрузка уменьшается, например в результате отключения части оборудования, параллельная система автоматически переключается на нормальный режим работы.

В случае одиночного ИБП с двойным преобразованием работа через статический байпас является практически последней возможностью поддержания работы нагрузки. В самом деле, ведь достаточно выхода из строя статического переключателя, и нагрузка будет обесточена. При работе параллельной системы через статический байпас допустимо некоторое количество сбоев системы. Статический байпас способен выдерживать намного больший ток, чем инвертор. Поэтому даже в случае выхода из строя одного или нескольких статических переключателей, нагрузка возможно не будет обесточена, если суммарный допустимый ток оставшихся работоспособными статических переключателей окажется достаточен для работы. Конкретное количество допустимых сбоев системы в этом режиме работы зависит от числа ИБП в системе, допустимого тока статического переключателя и величины нагрузки.

Сервисный байпас

Если нужно провести с параллельной системой ремонтные или регламентные работы, то система может быть отключена от нагрузки с помощью ручного переключателя сервисного байпаса. Нагрузка питается от сети, все элементы параллельной системы ИБП, кроме батарей, обесточены. Как и в случае системы с горячим резервированием, возможен вариант одного общего внешнего сервисного байпаса или нескольких сервисных байпасов, встроенных в отдельные ИБП. В последнем случае при использовании сервисного байпаса нужно иметь в виду соотношение номинального тока сервисного байпаса и действующей мощности нагрузки. Другими словами, нужно включить столько сервисных байпасов, чтобы нагрузка не превышала их суммарный номинальных ток.
[ http://www.ask-r.ru/info/library/ups_without_secret_7.htm]

Тематики

• источники и системы электропитания

EN

• three-phase UPS

 

ИБП для централизованных систем питания
ИБП для централизованного питания нагрузок
-
[Интент]

ИБП для централизованных систем питания

А. П. Майоров

Для многих предприятий всесторонняя защита данных имеет жизненно важное значение. Кроме того, есть виды деятельности, в которых прерывания подачи электроэнергии не допускаются даже на доли секунды. Так работают расчетные центры банков, больницы, аэропорты, центры обмена трафиком между различными сетями. В такой же степени критичны к электропитанию телекоммуникационное оборудование, крупные узлы Интернет, число ежедневных обращений к которым исчисляется десятками и сотнями тысяч. Третья часть обзора по ИБП посвящена оборудованию, предназначенному для обеспечения питания особо важных объектов.

Централизованные системы бесперебойного питания применяют в тех случаях, когда прерывание подачи электроэнергии недопустимо для работы большинства единиц оборудования, составляющих одну информационную или технологическую систему. Как правило, проблемы питания рассматривают в рамках единого проекта наряду со многими другими подсистемами здания, поскольку они требуют вложения значительных средств и увязки с силовой электропроводкой, коммутационным электрооборудованием и аппаратурой кондиционирования. Изначально системы бесперебойного питания рассчитаны на долгие годы эксплуатации, их срок службы можно сравнить со сроком службы кабельных подсистем здания и основного компьютерного оборудования. За 15—20 лет функционирования предприятия оснащение его рабочих станций обновляется три-четыре раза, несколько раз изменяется планировка помещений и производится их ремонт, но все эти годы система бесперебойного питания должна работать безотказно. Для ИБП такого класса долговечность превыше всего, поэтому в их технических спецификациях часто приводят значение важнейшего технического показателя надежности — среднего времени наработки на отказ (Mean Time Before Failure — MTBF). Во многих моделях с ИБП оно превышает 100 тыс. ч, в некоторых из них достигает 250 тыс. ч (т. е. 27 лет непрерывной работы). Правда, сравнивая различные системы, нужно учитывать условия, для которых этот показатель задан, и к предоставленным цифрам относиться осторожно, поскольку условия работы оборудования разных производителей неодинаковы.

Батареи аккумуляторов

К сожалению, наиболее дорогостоящий компонент ИБП — батарея аккумуляторов так долго работать не может. Существует несколько градаций качества батарей, которые различаются сроком службы и, естественно, ценой. В соответствии с принятой два года назад конвенцией EUROBAT по среднему сроку службы батареи разделены на четыре группы:

10+ — высоконадежные,
10 — высокоэффективные,
5—8 — общего назначения,
3—5 — стандартные коммерческие.

Учитывая исключительно жесткую конкуренцию на рынке ИБП малой мощности, производители стремятся снизить до минимума начальную стоимость своих моделей, поэтому часто комплектуют их самыми простыми батареями. Применительно к этой группе продуктов такой подход оправдан, поскольку упрощенные ИБП изымают из обращения вместе с защищаемыми ими персональными компьютерами. Впервые вступающие на этот рынок производители, пытаясь оттеснить конкурентов, часто используют в своих интересах неосведомленность покупателей о проблеме качества батарей и предлагают им сравнимые по остальным показателям модели за более низкую цену. Имеются случаи, когда партнеры крупной фирмы комплектуют ее проверенные временем и признанные рынком модели ИБП батареями, произведенными в развивающихся странах, где контроль за технологическим процессом ослаблен, а, значит, срок службы батарей меньше по сравнению с "кондиционными" изделиями. Поэтому, подбирая для себя ИБП, обязательно поинтересуйтесь качеством батареи и ее производителем, избегайте продукции неизвестных фирм. Следование этим рекомендациям сэкономит вам значительные средства при эксплуатации ИБП.

Все сказанное еще в большей степени относится к ИБП высокой мощности. Как уже отмечалось, срок службы таких систем исчисляется многими годами. И все же за это время приходится несколько раз заменять батареи. Как это ни покажется странным, но расчеты, основанные на ценовых и качественных параметрах батарей, показывают, что в долгосрочной перспективе наиболее выгодны именно батареи высшего качества, несмотря на их первоначальную стоимость. Поэтому, имея возможность выбора, устанавливайте батареи только "высшей пробы". Гарантированный срок службы таких батарей приближается к 15 годам.

Не менее важный аспект долговечности мощных систем бесперебойного питания — условия эксплуатации аккумуляторных батарей. Чтобы исключить непредсказуемые, а следовательно, часто приводящие к аварии перерывы в подаче электропитания, абсолютно все включенные в приведенную в статье таблицу модели оснащены самыми совершенными схемами контроля за состоянием батарей. Не мешая выполнению основной функции ИБП, схемы мониторинга, как правило, контролируют следующие параметры батареи: зарядный и разрядный токи, возможность избыточного заряда, рабочую температуру, емкость.

Кроме того, с их помощью рассчитываются такие переменные, как реальное время автономной работы, конечное напряжение зарядки в зависимости от реальной температуры внутри батареи и др.

Подзарядка батареи происходит по мере необходимости и в наиболее оптимальном режиме для ее текущего состояния. Когда емкость батареи снижается ниже допустимого предела, система контроля автоматически посылает предупреждающий сигнал о необходимости ее скорой замены.

Топологические изыски

Долгое время специалисты по системам электропитания руководствовались аксиомой, что мощные системы бесперебойного питания должны иметь топологию on-line. Считается, что именно такая топология гарантирует защиту от всех нарушений на линиях силового питания, позволяет фильтровать помехи во всем частотном диапазоне, обеспечивает на выходе чистое синусоидальное напряжение с номинальными параметрами. Однако за качество электропитания приходится платить повышенным выделением тепловой энергии, сложностью электронных схем, а следовательно, потенциальным снижением надежности. Но, несмотря на это, за многолетнюю историю выпуска мощных ИБП были разработаны исключительно надежные аппараты, способные работать в самых невероятных условиях, когда возможен отказ одного или даже нескольких узлов одновременно. Наиболее важным и полезным элементом мощных ИБП является так называемый байпас. Это обходной путь подачи энергии на выход в случае ремонтных и профилактических работ, вызванных отказом некоторых компонентов систем или возникновением перегрузки на выходе. Байпасы бывают ручными и автоматическими. Они формируются несколькими переключателями, поэтому для их активизации требуется некоторое время, которое инженеры постарались снизить до минимума. И раз уж такой переключатель был создан, то почему бы не использовать его для снижения тепловыделения в то время, когда питающая сеть пребывает в нормальном рабочем состоянии. Так появились первые признаки отступления от "истинного" режима on-line.

Новая топология отдаленно напоминает линейно-интерактивную. Устанавливаемый пользователем системы порог срабатывания определяет момент перехода системы в так называемый экономный режим. При этом напряжение из первичной сети поступает на выход системы через байпас, однако электронная схема постоянно следит за состоянием первичной сети и в случае недопустимых отклонений мгновенно переключается на работу в основном режиме on-line.

Подобная схема применена в ИБП серии Synthesis фирмы Chloride (Сети и системы связи, 1996. № 10. С. 131), механизм переключения в этих устройствах назван "интеллектуальным" ключом. Если качество входной линии укладывается в пределы, определяемые самим пользователем системы, аппарат работает в линейно-интерактивном режиме. При достижении одним из контролируемых параметров граничного значения система начинает работать в нормальном режиме on-line. Конечно, в этом режиме система может работать и постоянно.

За время эксплуатации системы отход от исходной аксиомы позволяет экономить весьма значительные средства за счет сокращения тепловыделения. Сумма экономии оказывается сопоставимой со стоимостью оборудования.

Надо отметить, что от своих исходных принципов отошла еще одна фирма, ранее выпускавшая только линейно-интерактивные ИБП и ИБП типа off-line сравнительно небольшой мощности. Теперь она превысила прежний верхний предел мощности своих ИБП (5 кВА) и построила новую систему по топологии on-line. Я имею в виду фирму АРС и ее массив электропитания Simmetra (Сети и системы связи. 1997. № 4. С. 132). Создатели попытались заложить в систему питания те же принципы повышения надежности, которые применяют при построении особо надежной компьютерной техники. В модульную конструкцию введена избыточность по отношению к управляющим модулям и батареям. В любом из трех выпускаемых шасси из отдельных модулей можно сформировать нужную на текущий момент систему и в будущем наращивать ее по мере надобности. Суммарная мощность самого большого шасси достигает 16 кВА. Еще рано сравнивать эту только что появившуюся систему с другими включенными в таблицу. Однако факт появления нового продукта в этом исключительно устоявшемся секторе рынка сам по себе интересен.

Архитектура

Суммарная выходная мощность централизованных систем бесперебойного питания может составлять от 10—20 кВА до 200—300 МВА и более. Соответственно видоизменяется и структура систем. Как правило, она включают в себя несколько источников, соединенных параллельно тем или иным способом. Аппаратные шкафы устанавливают в специально оборудованных помещениях, где уже находятся распределительные шкафы выходного напряжения и куда подводят мощные входные силовые линии электропитания. В аппаратных помещениях поддерживается определенная температура, а за функционированием оборудования наблюдают специалисты.

Многие реализации системы питания для достижения необходимой надежности требуют совместной работы нескольких ИБП. Существует ряд конфигураций, где работают сразу несколько блоков. В одних случаях блоки можно добавлять постепенно, по мере необходимости, а в других — системы приходится комплектовать в самом начале проекта.

Для повышения суммарной выходной мощности используют два варианта объединения систем: распределенный и централизованный. Последний обеспечивает более высокую надежность, но первый более универсален. Блоки серии EDP-90 фирмы Chloride допускают объединение двумя способами: и просто параллельно (распределенный вариант), и с помощью общего распределительного блока (централизованный вариант). При выборе способа объединения отдельных ИБП необходим тщательный анализ структуры нагрузки, и в этом случае лучше всего обратиться за помощью к специалистам.

Применяют параллельное соединение блоков с централизованным байпасом, которое используют для повышения общей надежности или увеличения общей выходной мощности. Число объединяемых блоков не должно превышать шести. Существуют и более сложные схемы с избыточностью. Так, например, чтобы исключить прерывание подачи питания во время профилактических и ремонтных работ, соединяют параллельно несколько блоков с подключенными к отдельному ИБП входными линиями байпасов.

Особо следует отметить сверхмощные ИБП серии 3000 фирмы Exide. Суммарная мощность системы питания, построенная на модульных элементах этой серии, может достигать нескольких миллионов вольт-ампер, что сравнимо с номинальной мощностью генераторов некоторых электростанций. Все компоненты серии 3000 без исключения построены на модульном принципе. На их основе можно создать особо мощные системы питания, в точности соответствующие исходным требованиям. В процессе эксплуатации суммарную мощность систем можно наращивать по мере увеличения нагрузки. Однако следует признать, что систем бесперебойного питания такой мощности в мире не так уж много, их строят по специальным контрактам. Поэтому серия 3000 не включена в общую таблицу. Более подробные данные о ней можно получить на Web-узле фирмы Exide по адресу http://www.exide.com или в ее московском представительстве.

Важнейшие параметры

Для систем с высокой выходной мощностью очень важны показатели, которые для менее мощных систем не имеют первостепенного значения. Это, например, КПД — коэффициент полезного действия (выражается либо действительным числом меньше единицы, либо в процентах), показывающий, какая часть активной входной мощности поступает к нагрузке. Разница значений входной и выходной мощности рассеивается в виде тепла. Чем выше КПД, тем меньше тепловой энергии выделяется в аппаратной комнате и, значит, для поддержания нормальных рабочих условий требуется менее мощная система кондиционирования.

Чтобы представить себе, о каких величинах идет речь, рассчитаем мощность, "распыляемую" ИБП с номинальным значением на выходе 8 МВт и с КПД, равным 95%. Такая система будет потреблять от первичной силовой сети 8,421 МВт — следовательно, превращать в тепло 0,421 МВт или 421 кВт. При повышении КПД до 98% при той же выходной мощности рассеиванию подлежат "всего" 163 кВт. Напомним, что в данном случае нужно оперировать активными мощностями, измеряемыми в ваттах.

Задача поставщиков электроэнергии — подавать требуемую мощность ее потребителям наиболее экономным способом. Как правило, в цепях переменного тока максимальные значения напряжения и силы тока из-за особенностей нагрузки не совпадают. Из-за этого смещения по фазе снижается эффективность доставки электроэнергии, поскольку при передаче заданной мощности по линиям электропередач, через трансформаторы и прочие элементы систем протекают токи большей силы, чем в случае отсутствия такого смещения. Это приводит к огромным дополнительным потерям энергии, возникающим по пути ее следования. Степень сдвига по фазе измеряется не менее важным, чем КПД, параметром систем питания — коэффициентом мощности.

Во многих странах мира существуют нормы на допустимое значение коэффициента мощности систем питания и тарифы за электроэнергию нередко зависят от коэффициента мощности потребителя. Суммы штрафов за нарушение нормы оказываются настольно внушительными, что приходится заботиться о повышении коэффициента мощности. С этой целью в ИБП встраивают схемы, которые компенсируют сдвиг по фазе и приближают значение коэффициента мощности к единице.

На распределительную силовую сеть отрицательно влияют и нелинейные искажения, возникающие на входе блоков ИБП. Почти всегда их подавляют с помощью фильтров. Однако стандартные фильтры, как правило, уменьшают искажения только до уровня 20—30%. Для более значительного подавления искажений на входе систем ставят дополнительные фильтры, которые, помимо снижения величины искажений до нескольких процентов, повышают коэффициент мощности до 0,9—0,95. С 1998 г. встраивание средств компенсации сдвига по фазе во все источники электропитания компьютерной техники в Европе становится обязательным.

Еще один важный параметр мощных систем питания — уровень шума, создаваемый такими компонентами ИБП, как, например, трансформаторы и вентиляторы, поскольку их часто размещают вместе в одном помещении с другим оборудованием — там где работает и персонал.

Чтобы представить себе, о каких значениях интенсивности шума идет речь, приведем для сравнения такие примеры: уровень шума, производимый шелестом листвы и щебетанием птиц, равен 40 дБ, уровень шума на центральной улице большого города может достигать 80 дБ, а взлетающий реактивный самолет создает шум около 100 дБ.

Достижения в электронике

Мощные системы бесперебойного электропитания выпускаются уже более 30 лет. За это время бесполезное тепловыделение, объем и масса их сократились в несколько раз. Во всех подсистемах произошли и значительные технологические изменения. Если раньше в инверторах использовались ртутные выпрямители, а затем кремниевые тиристоры и биполярные транзисторы, то теперь в них применяются высокоскоростные мощные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). В управляющих блоках аналоговые схемы на дискретных компонентах сначала были заменены на цифровые микросхемы малой степени интеграции, затем — микропроцессорами, а теперь в них установлены цифровые сигнальные процессоры (Digital Signal Processor — DSP).

В системах питания 60-х годов для индикации их состояния использовались многочисленные аналоговые измерительные приборы. Позднее их заменили более надежными и информативными цифровыми панелями из светоизлучающих диодов и жидкокристаллических индикаторов. В наше время повсеместно используют программное управление системами питания.

Еще большее сокращение тепловых потерь и общей массы ИБП дает замена массивных трансформаторов, работающих на частоте промышленной сети (50 или 60 Гц), высокочастотными трансформаторами, работающими на ультразвуковых частотах. Между прочим, высокочастотные трансформаторы давно применяются во внутренних источниках питания компьютеров, а вот в ИБП их стали устанавливать сравнительно недавно. Применение IGBT-приборов позволяет строить и бестрансформаторные инверторы, при этом внутреннее построение ИБП существенно меняется. Два последних усовершенствования применены в ИБП серии Synthesis фирмы Chloride, отличающихся уменьшенным объемом и массой.

Поскольку электронная начинка ИБП становится все сложнее, значительную долю их внутреннего объема теперь занимают процессорные платы. Для радикального уменьшения суммарной площади плат и изоляции их от вредных воздействий электромагнитных полей и теплового излучения используют электронные компоненты для так называемой технологии поверхностного монтажа (Surface Mounted Devices — SMD) — той самой, которую давно применяют в производстве компьютеров. Для защиты электронных и электротехнических компонентов имеются специальные внутренние экраны.

***

Со временем серьезный системный подход к проектированию материальной базы предприятия дает значительную экономию не только благодаря увеличению срока службы всех компонентов "интегрированного интеллектуального" здания, но и за счет сокращения расходов на электроэнергию и текущее обслуживание. Использование централизованных систем бесперебойного питания в пересчете на стоимость одного рабочего места дешевле, чем использование маломощных ИБП для рабочих станций и даже ИБП для серверных комнат. Однако, чтобы оценить это, нужно учесть все факторы установки таких систем.

Предположим, что предприятие свое помещение арендует. Тогда нет никакого смысла разворачивать дорогостоящую систему централизованного питания. Если через пять лет руководство предприятия не намерено заниматься тем же, чем занимается сегодня, то даже ИБП для серверных комнат обзаводиться нецелесообразно. Но если оно рассчитывает на то, что производство будет держаться на плаву долгие годы и решило оснастить принадлежащее им здание системой бесперебойного питания, то для выбора такой системы нужно воспользоваться услугами специализированных фирм. Сейчас их немало и в России. От этих же фирм можно получить информацию о так называемых системах гарантированного электропитания, в которые включены дизельные электрогенераторы и прочие, более экзотические источники энергии.

Нам же осталось рассмотреть лишь методы управления ИБП, что мы и сделаем в одном из следующих номеров нашего журнала

[ http://www.ccc.ru/magazine/depot/97_07/read.html?0502.htm]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• ИБП для централизованного питания нагрузок

EN

• centralized UPS

 

off-line ИБП
источник бесперебойного питания резервного типа
источник бесперебойного питания пассивного типа
источник бесперебойного питания с переключением
источник бесперебойного питания с режимом работы "вне линии"
-

EN

passive standby UPS
off-line UPS
A system, which normally energizes the load directly from the utility mains (see VFD classification by IEC 62040-3). It contains a charger and an Off-Line Inverter. The Inverter is switched ON upon mains outage to supply the load.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Структурная схема ИБП резервного типа:
ВФ - входной фильт; СТ - регулирующий стабилизатор; БК - коммутирующее стройство; ЗУ - зарядное устройство; ИНВ - инвертор; АБ - аккумуляторная батарея

ИБП работает в одном из двух режимом:

• нормальный режим (режим работы от питающей сети) - питание нагрузки (потребителя) осуществляется напрямую от питающей сети.В более сложных (дорогих) моделях - через входной фильтр ВФ и регулирующий стабилизатор СТ (феррорезонансный трансформатор или автотрансформатор с автоматически переключаемыми отводами). Применение регулирующего стабилизатора позволяет расширить диапазон входного напряжения, при котором не происходит переключение ИБП в автономный (аккумуляторный) режим,
• автономный (аккумуляторный) режим – питание нагрузки за счет энергии аккумуляторной батареи.

Переключение из нормального в автономный режим происходит автоматически при исчезновении сетевого напряжения или отклонении параметров сетевого напряжения за пределы до­пустимого диапазона.
Батарея поддерживает работу нагрузки в течение некоторого времени, которое зависит от потребляемой нагрузкой мощности, емкости аккумуляторной батареи, ее возраста и степени заряда.
После разряда батареи до предельно низкого уровня, схема управления ИБП подает команду на отключение нагрузки.
При восстановлении сетевого напряжения автоматически производится обратное переключение в нормальный режим работы (от питающей сети) и начинается заряд аккумуляторной батареи.
Время переключения обычно составляет 4...12 мс что вполне достаточно для большинства электроприемников с импульсным блоком питания.

Достоинства:

• простая конструкция,
• низкая стоимость,
• небольшие размеры

Недостатки:

• большое время переключения (4...12 мс),
• отсутствие гальванической развязки нагрузки от питающей сети,
• при отсутствии стабилизатора:
  
  • отсутствие стабилизации выходного напряжения,
  • переход в автономный (аккумуляторный) режим работы даже при небольших отклонениях параметров питающей сети, что приводит к быстрому сокращению срока службы аккумуляторных батарей. При этом стоимость батарей может составлять до 40 % от общей стоимости ИБП,
• отсутствие стабилизации частоты выходного напряжения,
• форма выходного напряжения - ступенчатая или апроксимированная синусоида

[На основе:

1. Климов В.П., Портнов А.А., Зуенко В.В. Топологии источников бесперебойного питания переменного тока (ИБП). http://www.tensy.ru/article04.html
2. http://www.tcs.ru/reviews/?id=345
3. Тараданов Е. "EAT Engineering" Типы источников бесперебойного питания. http://www.eat-ups.kz/stat1.shtml]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• off-line ИБП
• ИБП пассивного типа
• ИБП резервного типа
• ИБП с переключением
• ИБП с режимом работы "вне линии"

EN

• off-line UPS
• passive standby UPS
• standby UPS

 

напряжение разомкнутой цепи
Uq
Напряжение на зажимах измерительной аппаратуры при отсутствии нагрузки.
[ ГОСТ Р 61557-1-2006]

Тематики

• измерение электр. величин в целом

EN

• open-circuit voltage

3.10 напряжение разомкнутой цепи (open-circuit voltage, off-load voltage, OCV): Напряжение между выводами батареи при отсутствии протекания тока.

(IEV 482-03-32:2004, модифицированный)

Источник: ГОСТ Р МЭК 60086-1-2010: Батареи первичные. Часть 1. Общие требования оригинал документа

3.17 напряжение разомкнутой цепи (open-circuit voltage): Напряжение элемента или батареи при разрядном токе, равном нулю.

Источник: ГОСТ Р МЭК 62281-2007: Безопасность при транспортировании первичных литиевых элементов и батарей, литиевых аккумуляторов и аккумуляторных батарей оригинал документа

3.10 напряжение разомкнутой цепи (open-circuit voltage); U_q:Напряжение на зажимах измерительной аппаратуры при отсутствии нагрузки.

Источник: ГОСТ Р 54127-1-2010: Сети электрические распределительные низковольтные напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Электробезопасность. Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 1. Общие требования оригинал документа

3.16 напряжение разомкнутой цепи (open-circuit voltage, OCV, U_oc, off-load voltage): Напряжение между выводами батареи при отсутствии протекания тока во внешней цепи.

[IEV 482-03-32:2004, модификация]

Источник: ГОСТ Р МЭК 60086-4-2009: Батареи первичные. Часть 4. Безопасность литиевых батарей оригинал документа

3.1.10 напряжение разомкнутой цепи (open-circuit voltage) U_q: Напряжение на зажимах измерительной аппаратуры при отсутствии нагрузки.

Источник: ГОСТ Р МЭК 61557-1-2005: Сети электрические распределительные низковольтные напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Электробезопасность. Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 1. Общие требования оригинал документа

 

байпас
1. Режим работы источника бесперебойного питания (ИБП) в котором вход ИБП напрямую или через корректирующие и фильтрующие цепи соединен с выходом ИБП. В таком режиме ИБП практически не способен влиять на качество выходного напряжения. В режим байпаса ИБП переводят либо принудительно с панели управления, либо ИБП переходит в этот режим самостоятельно при перегрузке или неисправности.

2. Часть схемы ИБП, обеспечивающая работу режима байпас.
Различают электронный (статический байпас) и механической (сервисный байпас). Электронный байпас защищает нагрузку ИБП от перегрузки, а оборудование от отключения питания при аварии в ИБП. Механический байпас предназначен для отключения ИБП от сети при обслуживании без отключения защищаемого оборудования.
[ http://www.radistr.ru/misc/document423.phtml]

EN

by-pass
Functional UPS module that connects the load of an On-Line UPS directly to mains in case of overload or UPS failure.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Байпас в ИБП с двойным преобразованием

 

Схема байпаса

Байпас является обязательным элементом ИБП двойного преобразования большой и средней мощности.
Байпас предназначен для соединения выхода ИБП (т. е. нагрузки) с входом ИБП (т. е. с питающей сетью), минуя схему ИБП.
Байпас представляет собой комбинированное электронно-механическое устрой­ство, состоящее из так называемого статического байпаса и ручного (механическо­го,т. е. контактного) байпаса.

Статический байпас - это ключ из встречно-паралельно включенных тиристоров. Включение (переход в режим Байпас) и отключение ключа осуществляется автоматически от системы управления ИБП при возникновении перегрузки или при разряде батарей, а также при переходе ИБП в экономичный режим работы. При коммутации байпаса напряжение инвертора синхронизировано с напряжением на входе байпаса (т. е. с напряжением питающей сети), что позволяет переключать нагрузку с инвертора на байпас и обратно «без разрыва синусоиды».



Используется также термин автоматический байпас.
В некоторых случаях байпас применяют при первом включении оборудования, когда пусковая мощность нагрузки превышает мощность ИБП.

Ручной (механический, т. е. контактный) байпас представляет собой контактный выключатель нагрузки, шунтирующий статический байпас. Он предназначен для вывода ИБП из работы со снятием напряжения с элементов ИБП. При включенном ручном байпасе питание нагрузки осуществляется через цепь «вход байпаса-ручной байпас-выход ИБП». Остальные элементы ИБП: выпрямитель, инвертор, аккумуляторная батарея (АБ), ста­тический байпас — на время включения ручного байпаса могут быть обесточены (отключены от сетевого питания и нагрузки) для ремонта, регулировок, осмотров и т. д.
Об отключении АБ можно говорить с некоторой натяжкой, поскольку АБ в заряжен­ном состоянии является мощным источником постоянного напряжения, пред­ставляющим опасность для обслуживающего персонала. По классификации «Меж­отраслевых правил по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации элек­троустановок» работы с АБ следует относить к виду работ с частичным снятием на­пряжения. При необходимости замены аккумуляторов АБ ИБП переводят на руч­ной байпас, специальным инструментом разделяют АБ на отдельные аккумуля­торы, после чего опасность поражения электрическим током устраняется.

При работе в режиме Байпас ИБП не имеет возможно­сти обеспечивать бесперебойное питание потребителей. Такой режим должен сопровождаться административно-техническими мероприятиями для исключения нежелательных последствий для потребителей. Самая простая мера — проведение профилактических и ремонтных ра­бот в то время, когда потребители не работают.

Таким образом байпас позволяет:

• отключать ИБП от нагрузки на время проведения ремонта и регулировок, продолжая питать нагрузку от питающей сети, а поокончания ремонта вновь подключать нагрузку к ИБП,
• переключать нагрузку с инвертора на байпас при возникновении перегрузок, ко­ротких замыканий на выходе ИБП, при разряде аккумуляторной батареи;
• переключать нагрузку с инвертора на байпас при нормальном качестве электроэнергии в питаю­щей сети, что позволяет уменьшить потери электроэнергии в ИБП (экономичный режим работы).

[ http://electromaster.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=365 с изменениями, а также http://market.yandex.ru/faq.xml?CAT_ID=969705&hid=91082#Hc0m8v096s7a9itBy-pass]

Тематики

• источники и системы электропитания

EN

• by-pass
• bypass

 

управление электропитанием
-
[Интент]

Управление электропитанием ЦОД

Автор: Жилкина Наталья
Опубликовано 23 апреля 2009 года

Источники бесперебойного питания, функционирующие в ЦОД, составляют важный элемент общей системы его энергообеспечения. Вписываясь в контур управления ЦОД, система мониторинга и управления ИБП становится ядром для реализации эксплуатационных функций.

Три задачи

Системы мониторинга, диагностики и управления питанием нагрузки решают три основные задачи: позволяют ИБП выполнять свои функции, оповещать персонал о происходящих с ними событиях и посылать команды для автоматического завершения работы защищаемого устройства.

Мониторинг параметров ИБП предполагает отображение и протоколирование состояния устройства и всех событий, связанных с его изменением. Диагностика реализуется функциями самотестирования системы. Управляющие же функции предполагают активное вмешательство в логику работы устройства.

Многие специалисты этого рынка, отмечая важность процедуры мониторинга, считают, что управление должно быть сведено к минимуму. «Функция управления ИБП тоже нужна, но скорее факультативно, — говорит Сергей Ермаков, технический директор компании Inelt и эксперт в области систем Chloride. — Я глубоко убежден, что решения об активном управляющем вмешательстве в работу систем защиты электропитания ответственной нагрузки должен принимать человек, а не автоматизированная система. Завершение работы современных мощных серверов, на которых функционируют ответственные приложения, — это, как правило, весьма длительный процесс. ИБП зачастую не способны обеспечивать необходимое для него время, не говоря уж о времени запуска какого-то сервиса». Функция же мониторинга позволяет предотвратить наступление нежелательного события — либо, если таковое произошло, проанализировать его причины, опираясь не на слова, а на запротоколированные данные, хранящиеся в памяти адаптера или файлах на рабочей станции мониторинга.

Эту точку зрения поддерживает и Алексей Сарыгин, технический директор компании Radius Group: «Дистанционное управление мощных ИБП — это вопрос, к которому надо подходить чрезвычайно аккуратно. Если функции дистанционного мониторинга и диспетчеризации необходимы, то практика предоставления доступа персоналу к функциям дистанционного управления представляется радикально неверной. Доступность модулей управления извне потенциально несет в себе риск нарушения безопасности и категорически снижает надежность системы. Если существует физическая возможность дистанционно воздействовать на ИБП, на его параметры, отключение, снятие нагрузки, закрытие выходных тиристорных ключей или блокирование цепи байпаса, то это чревато потерей питания всего ЦОД».

Практически на всех трехфазных ИБП предусмотрена кнопка E.P.O. (Emergency Power Off), дублер которой может быть выведен на пульт управления диспетчерской. Она обеспечивает аварийное дистанционное отключение блоков ИБП при наступлении аварийных событий. Это, пожалуй, единственная возможность обесточить нагрузку, питаемую от трехфазного аппарата, но реализуется она в исключительных случаях.

Что же касается диагностики электропитания, то, как отмечает Юрий Копылов, технический директор московского офиса корпорации Eaton, в последнее время характерной тенденцией в управляющем программном обеспечении стал отказ от предоставления функций удаленного тестирования батарей даже системному администратору.

— Адекватно сравнивать состояние батарей необходимо под нагрузкой, — говорит он, — сам тест запускать не чаще чем раз в два дня, а разряжать батареи надо при одном и том же токе и уровне нагрузки. К тому же процесс заряда — довольно долгий. Все это не идет батареям на пользу.

Средства мониторинга

Производители ИБП предоставляют, как правило, сразу несколько средств мониторинга и в некоторых случаях даже управления ИБП — все они основаны на трех основных методах.

В первом случае устройство подключается напрямую через интерфейс RS-232 (Com-порт) к консоли администратора. Дальность такого подключения не превышает 15 метров, но может быть увеличена с помощью конверторов RS-232/485 и RS-485/232 на концах провода, связывающего ИБП с консолью администратора. Такой способ обеспечивает низкую скорость обмена информацией и пригоден лишь для топологии «точка — точка».

Второй способ предполагает использование SNMP-адаптера — встроенной или внешней интерфейсной карты, позволяющей из любой точки локальной сети получить информацию об основных параметрах ИБП. В принципе, для доступа к ИБП через SNMP достаточно веб-браузера. Однако для большего комфорта производители оснащают свои системы более развитым графическим интерфейсом, обеспечивающим функции мониторинга и корректного завершения работы. На базе SNMP-протокола функционируют все основные системы мониторинга и управления ИБП, поставляемые штатно или опционально вместе с ИБП.

Стандартные SNMP-адаптеры поддерживают подключение нескольких аналоговых или пороговых устройств — датчик температуры, движения, открытия двери и проч. Интеграция таких устройств в общую систему мониторинга крупного объекта (например, дата-центра) позволяет охватить огромное количество точек наблюдения и отразить эту информацию на экране диспетчера.

Большое удобство предоставляет метод эксплуатационного удаленного контроля T.SERVICE, позволяющий отследить работу оборудования посредством телефонной линии (через модем GSM) или через Интернет (с помощью интерфейса Net Vision путем рассылки e-mail на электронный адрес потребителя). T.SERVICE обеспечивает диагностирование оборудования в режиме реального времени в течение 24 часов в сутки 365 дней в году. ИБП автоматически отправляет в центр технического обслуживания регулярные отчеты или отчеты при обнаружении неисправности. В зависимости от контролируемых параметров могут отправляться уведомления о неправильной эксплуатации (с пользователем связывается опытный специалист и рекомендует выполнить простые операции для предотвращения ухудшения рабочих характеристик оборудования) или о наличии отказа (пользователь информируется о состоянии устройства, а на место установки немедленно отправляется технический специалист).

Профессиональное мнение

Наталья Маркина, коммерческий директор представительства компании SOCOMEC

Управляющее ПО фирмы SOCOMEC легко интегрируется в общий контур управления инженерной инфраструктурой ЦОД посредством разнообразных интерфейсов передачи данных ИБП. Установленное в аппаратной или ЦОД оборудование SOCOMEC может дистанционно обмениваться информацией о своих рабочих параметрах с системами централизованного управления и компьютерными сетями посредством сухих контактов, последовательных портов RS232, RS422, RS485, а также через интерфейс MODBUS TCP и GSS.

Интерфейс GSS предназначен для коммуникации с генераторными установками и включает в себя 4 входа (внешние контакты) и 1 выход (60 В). Это позволяет программировать особые процедуры управления, Global Supply System, которые обеспечивают полную совместимость ИБП с генераторными установками.

У компании Socomec имеется широкий выбор интерфейсов и коммуникационного программного обеспечения для установки диалога между ИБП и удаленными системами мониторинга промышленного и компьютерного оборудования. Такие опции связи, как панель дистанционного управления, интерфейс ADC (реконфигурируемые сухие контакты), обеспечивающий ввод и вывод данных при помощи сигналов сухих контактов, интерфейсы последовательной передачи данных RS232, RS422, RS485 по протоколам JBUS/MODBUS, PROFIBUS или DEVICENET, MODBUS TCP (JBUS/MODBUS-туннелирование), интерфейс NET VISION для локальной сети Ethernet, программное обеспечение TOP VISION для выполнения мониторинга с помощью рабочей станции Windows XP PRO — все это позволяет контролировать работу ИБП удобным для пользователя способом.

Весь контроль управления ИБП, ДГУ, контроль окружающей среды сводится в единый диспетчерский пункт посредством протоколов JBUS/MODBUS.
 

Индустриальный подход

Третий метод основан на использовании высокоскоростной индустриальной интерфейсной шины: CANBus, JBus, MODBus, PROFIBus и проч. Некоторые модели ИБП поддерживают разновидность универсального smart-слота для установки как карточек SNMP, так и интерфейсной шины. Система мониторинга на базе индустриальной шины может быть интегрирована в уже существующую промышленную SCADA-систему контроля и получения данных либо создана как заказное решение на базе многофункциональных стандартных контроллеров с выходом на шину. Промышленная шина через шлюзы передает информацию на удаленный диспетчерский пункт или в систему управления зданием (Building Management System, BMS). В эту систему могут быть интегрированы и контроллеры, управляющие ИБП.

Универсальные SCADA-системы поддерживают датчики и контроллеры широкого перечня производителей, но они недешевы и к тому же неудобны для внесения изменений. Но если подобная система уже функционирует на объекте, то интеграция в нее дополнительных ИБП не представляет труда.

Сергей Ермаков, технический директор компании Inelt, считает, что применение универсальных систем управления на базе промышленных контроллеров нецелесообразно, если используется для мониторинга только ИБП и ДГУ. Один из практичных подходов — создание заказной системы, с удобной для заказчика графической оболочкой и необходимым уровнем детализации — от карты местности до поэтажного плана и погружения в мнемосхему компонентов ИБП.

— ИБП может передавать одинаковое количество информации о своем состоянии и по прямому соединению, и по SNMP, и по Bus-шине, — говорит Сергей Ермаков. — Применение того или иного метода зависит от конкретной задачи и бюджета. Создав первоначально систему UPS Look для мониторинга ИБП, мы интегрировали в нее систему мониторинга ДГУ на основе SNMP-протокола, после чего по желанию одного из заказчиков конвертировали эту систему на промышленную шину Jbus. Новое ПО JSLook для мониторинга неограниченного количества ИБП и ДГУ по протоколу JBus является полнофункциональным средством мониторинга всей системы электроснабжения объекта.

Профессиональное мение

Денис Андреев, руководитель департамента ИБП компании Landata

Практически все ИБП Eaton позволяют использовать коммуникационную Web-SNMP плату Connect UPS и датчик EMP (Environmental Monitoring Probe). Такой комплект позволяет в числе прочего осуществлять мониторинг температуры, влажности и состояния пары «сухих» контактов, к которым можно подключить внешние датчики.

Решение Eaton Environmental Rack Monitor представляет собой аналог такой связки, но с существенно более широким функционалом. Внешне эта система мониторинга температуры, влажности и состояния «сухих» контактов выполнена в виде компактного устройства, которое занимает минимум места в шкафу или в помещении.

Благодаря наличию у Eaton Environmental Rack Monitor (ERM) двух выходов датчики температуры или влажности можно разместить в разных точках стойки или помещения. Поскольку каждый из двух датчиков имеет еще по два сухих контакта, с них дополнительно можно принимать сигналы от датчиков задымления, утечки и проч. В центре обработки данных такая недорогая система ERM, состоящая из неограниченного количества датчиков, может транслировать информацию по протоколу SNMP в HTML-страницу и позволяет, не приобретая специального ПО, получить сводную таблицу измеряемых величин через веб-браузер.

Проблему дефицита пространства и высокой плотности размещения оборудования в серверных и ЦОД решают системы распределения питания линейки Eaton eDPU, которые можно установить как внутри стойки, так и на группу стоек.

Все модели этой линейки представляют четыре семейства: системы базового исполнения, системы с индикацией потребляемого тока, с мониторингом (локальным и удаленным, по сети) и управляемые, с возможностью мониторинга и управления электропитанием вплоть до каждой розетки. С помощью этих устройств можно компактным способом увеличить количество розеток в одной стойке, обеспечить контроль уровня тока и напряжения критичной нагрузки.

Контроль уровня потребляемой мощности может осуществляться с высокой степенью детализации, вплоть до сервера, подключенного к конкретной розетке. Это позволяет выяснить, какой сервер перегревается, где вышел из строя вентилятор, блок питания и т. д. Программным образом можно запустить сервер, подключенный к розетке ePDU. Интеграция системы контроля ePDU в платформу управления Eaton находится в процессе реализации.

Требование объекта

Как поясняет Олег Письменский, в критичных объектах, таких как ЦОД, можно условно выделить две области контроля и управления. Первая, Grey Space, — это собственно здание и соответствующая система его энергообеспечения и энергораспределения. Вторая, White Space, — непосредственно машинный зал с его системами.

Выбор системы управления энергообеспечением ЦОД определяется типом объекта, требуемым функционалом системы управления и отведенным на эти цели бюджетом. В большинстве случаев кратковременная задержка между наступлением события и получением информации о нем системой мониторинга по SNMP-протоколу допустима. Тем не менее в целом ряде случаев, если характеристики объекта подразумевают непрерывность его функционирования, объект является комплексным и содержит большое количество элементов, требующих контроля и управления в реальном времени, ни одна стандартная система SNMP-мониторинга не обеспечит требуемого функционала. Для таких объектов применяют системы управления real-time, построенные на базе программно-аппаратных комплексов сбора данных, в том числе c функциями Softlogic.

Системы диспетчеризации и управления крупными объектами реализуются SCADA-системами, широкий перечень которых сегодня присутствует на рынке; представлены они и в портфеле решений Schneider Electric. Тип SCADA-системы зависит от класса и размера объекта, от количества его элементов, требующих контроля и управления, от уровня надежности. Частный вид реализации SCADA — это BMS-система(Building Management System).

«Дата-центры с объемом потребляемой мощности до 1,5 МВт и уровнем надежности Tier I, II и, с оговорками, даже Tier III, могут обслуживаться без дополнительной SCADA-системы, — говорит Олег Письменский. — На таких объектах целесообразно применять ISX Central — программно-аппаратный комплекс, использующий SNMP. Если же категория и мощность однозначно предполагают непрерывность управления, в таких случаях оправданна комбинация SNMP- и SCADA-системы. Например, для машинного зала (White Space) применяется ISX Central с возможными расширениями как Change & Capacity Manager, в комбинации со SCADA-системой, управляющей непосредственно объектом (Grey Space)».

Профессиональное мнение

Олег Письменский, директор департамента консалтинга APC by Schneider Electric в России и СНГ

Подход APC by Schneider Electric к реализации полномасштабного полноуправляемого и надежного ЦОД изначально был основан на базисных принципах управления ИТ-инфраструктурой в рамках концепции ITIL/ITSM. И история развития системы управления инфраструктурой ЦОД ISX Manager, которая затем интегрировалась с программно-аппаратным комплексом NetBotz и трансформировалась в портал диспетчеризации ISX Central, — лучшее тому доказательство.

Первым итогом поэтапного приближения к намеченной цели стало наращивание функций контроля параметров энергообеспечения. Затем в этот контур подключилась система управления кондиционированием, система контроля параметров окружающей среды. Очередным шагом стало измерение скорости воздуха, влажности, пыли, радиации, интеграция сигналов от камер аудио- и видеонаблюдения, системы управления блоками розеток, завершения работы сервера и т. д.

Эта система не может и не должна отвечать абсолютно всем принципам ITSM, потому что не все они касаются существа поставленной задачи. Но как только в отношении политик и некоторых тактик управления емкостью и изменениями в ЦОД потребовался соответствующий инструментарий — это нашло отражение в расширении функционала ISX Central, который в настоящее время реализуют ПО APC by Schneider Electric Capacity Manager и APC by Schneider Electric Change Manager. С появлением этих двух решений, интегрированных в систему управления реальным объектом, АРС предоставляет возможность службе эксплуатации оптимально планировать изменения количественного и качественного состава оборудования машинного зала — как на ежедневном оперативном уровне, так и на уровне стратегических задач массовых будущих изменений.

Решение APC by Schneider Electric Capacity обеспечивает автоматизированную обработку информации о свободных ресурсах инженерной инфраструктуры, реальном потреблении мощности и пространстве в стойках. Обращаясь к серверу ISX Central, системы APC by Schneider Electric Capacity Manager и APC by Schneider Electric Change Manager оценивают степень загрузки ИБП и систем охлаждения InRow, прогнозируют воздействие предполагаемых изменений и предлагают оптимальное место для установки нового или перестановки имеющегося оборудования. Новые решения позволяют, выявив последствия от предполагаемых изменений, правильно спланировать замену оборудования в ЦОД.

Переход от частного к общему может потребовать интеграции ISX Central в такие, например, порталы управления, как Tivoli или Open View. Возможны и другие сценарии, когда ISX Central вписывается и в SCADA–систему. В этом случае ISX Central выполняет роль диспетчерской настройки, функционал которой распространяется на серверную комнату, но не охватывает целиком периметр объекта.

Случай из практики

Решение задачи управления энергообеспечением ЦОД иногда вступает в противоречие с правилами устройств электроустановок (ПУЭ). Может оказаться, что в соответствии с ПУЭ в ряде случаев (например, при компоновке щитов ВРУ) необходимо обеспечить механические блокировки. Однако далеко не всегда это удается сделать. Поэтому такая задача часто требует нетривиального решения.

— В одном из проектов, — вспоминает Алексей Сарыгин, — где система управления включала большое количество точек со взаимными пересечениями блокировок, требовалось не допустить снижения общей надежности системы. В этом случае мы пришли к осознанному компромиссу, сделали систему полуавтоматической. Там, где это было возможно, присутствовали механические блокировки, за пультом дежурной смены были оставлены функции мониторинга и анализа, куда сводились все данные о положении всех автоматов. Но исполнительную часть вывели на отдельную панель управления уже внутри ВРУ, где были расположены подробные пользовательские инструкции по оперативному переключению. Таким образом мы избавились от излишней автоматизации, но постарались минимизировать потери в надежности и защититься от ошибок персонала.

[ http://www.computerra.ru/cio/old/products/infrastructure/421312/]

Тематики

• ЦОДы (центры обработки данных)

EN

• power management

 

источник бесперебойного питания с двойным преобразованием (энергии)
-

EN

double conversion
Topology of On-Line UPS (VFI class per IEC 62040-3). The AC mains voltage is converted to DC by means of an ac to DC Rectifier (or Charger), The DC voltage is then converted to conditioned AC by means of the Inverter.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Структурная схема ИБП с двойным преобразованием энергии

Вся потребляемая из питающей сети энергия поступает на выпрямитель и преобразуется в энергию постоянного тока, а затем инвертором - в энергию пере­менного тока.

Высококачественные ИБП с двойным преобразованием энергии, как правило, имеют гальваническую развязку, что значительно улучшает помехоустойчивость защищаемого оборудования.

Обязательным элементом ИБП двойного преобразования большой и средней мощности является байпас - устройство обходного пути. Байпас представляет собой комбинированное электронно-механическое устрой­ство, состоящее из так называемого статического байпаса и ручного (механическо­го, контактного) байпаса.

Достоинства

• Нулевое время переключения.
  В некоторых случаях данный фактор в настоящее время перестал играть решающую роль, потому что в современных компьютерах применяются блоки питания, соответствующие стандартам IEEE, согласно которым компьютер должен быть способен выдерживать перерыв в питании не менее 8.3 мс.
  При этом в off-line ИБП, выпускаемых фирмой АРС время переключения не превышает 8 мс.
• Строгая стабилизация выходного напряжения.

Недостатки

• Высокая стоимость,
• Повышенный уровень помех, вносимых самим ИБП в электрическую сеть,
• Более низкий КПД по сравнению с другими типами ИБП.

[ http://www.tcs.ru/reviews/?id=345 с изменениями]

---

Часто в качестве синонима термина ИПБ с двойным преобразованием употребляют термин on-line ИБП. Это не верно, так как в группу on-line ИБП входят ИБП четырех типов (см. источник бесперебойного питания активного типа).

В ИБП с двойным преобразованием вся потребляемая энергия поступает на выпрямитель и преобразуется в энергию постоянного тока, а затем инвертором — в энергию пере­менного тока.

Технология двойного преобразования отработана и успешно используется свы­ше двадцати лет, однако ей присущи принципиальные недостатки:

• ИБП является причиной гармонических искажений тока в электрической сети (до 30%) и, таким образом, — потенциально причиной нарушения работы другого оборудования, соединенного с электрической сетью; он имеет низкое значение входного коэффициента мощности (coscp);
• ИБП имеет значительные потери, так как принципом получения выходного переменного тока является первичное преобразование в энергию постоянного тока, а затем снова преобразование в энергию переменного тока; в процессе такого двойного преобразования обычно теряется до 10 % энергии.

Первый недостаток устраняется за счет применения дополнительных уст­ройств (входных фильтров, 12-импульсных выпрямителей, оптимизаторов-бусте­ров), а второй принципиально не устраним (у лучших образцов ИБП большой мощности КПД не превышает 93 %).

Современные ИБП двойного преобразования оборудуются так называемыми кондиционерами гармоник и устройствами кор­рекции коэффициента мощности (coscp). Эти устройства входят либо в базовый комплект ИБП, либо применяются опционально и позволяют снять проблему с внесением гармонических искажений (составляют не более 3 %) и повысить коэф­фициент мощности до 0,98.

Существуют схемы ИБП с двойным преобразованием 1:1, 3:1 и 3:3. Это означает:

• 1:1 — однофазный вход, однофазный выход;
• 3:1 — трехфазный вход, однофазный выход;
• 3:3 — трехфазный вход, трехфазный выход.

Схемы 1:1 и 3:1 целесообразно применять для мощностей нагрузки до 30 кВА, при этом симметрирование не требуется, и мощность инвертора используется ра­ционально. Следует иметь в виду, что байпас в таких схемах является однофазным и при переходе ИБП с инвертора на байпас для входной сети ИБП 3:1 становится несимметричным устройством, подобно ИБП 1:1.

ИБП по схеме 3:1

Особенностью данной схемы является наличие на входе конвертора 3:1. При его отсутствии ИБП имеет схему 1:1. Наличие конвертора не только превращает ИБП 1:1 в 3:1, но и позволяет осуществлять работу через байпас в симметричном режиме.

ИБП по схеме 3:3

ИБП по схеме 3:3 в отличие от ИПБ по схеме 3:1 имеет зарядное устройство для оптимизации режима заряда аккумулятор­ной батареи и преобразователь постоянного тока — бустер (booster DC/DC), позво­ляющий облегчить работу выпрямителя за счет снижения глубины регулирования. Таким образом обеспечивается меньший уровень гармонических искажений вход­ного тока. В некоторых случаях такую схему называют схемой с тройным преобра­зованием.

Принципиально нет предпосылок выделять такие схемы в отдельный тип ИБП, так как остается общим главный принцип — выпрямление тока с его последующим инвертированием. Разумеется, в звене постоянного тока могут присутствовать сгла­живающие ёмкости, а в некоторых случаях — дроссель (на схемах не показаны). ИБП  работает по схеме 3:3 в любом режиме — при работе через инвертор (ре­жим on-line) и при работе через байпас. По отношению к питающей сети работа в ре­жиме on-line является симметричной, тогда как работа через байпас зависит от балан­са нагрузок по фазам. Впрочем, сбалансированность нагрузок по фазам в первую очередь важна для рационального использования установленной мощности самого источника, а по отношению к питающей сети небаланс по фазам при работе через бай­пас может проявить себя только при работе с ДГУ. Но в этом случае решающим будет не симметрия нагрузки, а её нелинейность.

[ http://electromaster.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=365 с изменениями]

Тематики

• источники и системы электропитания

Обобщающие термины

• on-line ИБП
• on-line источник бесперебойного питания
• источник бесперебойного питания активного типа

Синонимы

• ИБП с двойным преобразованием
• ИБП с двойным преобразованием энергии

EN

• double conversion UPS

 

аварийный (автономный) режим работы ИБП
Режим, в котором электропитание нагрузки (электроприемника) обеспечивается за счет энергии запасенной в аккумуляторной батарее ИБП.
[ http://www.radistr.ru/misc/document423.phtml]

---

автономный режим
Режим питания нагрузки (электроприемника) энергией аккумуляторной батареи. При отклонении параметров сетевого напряжения за допустимые пределы или при полном исчезновении напряжения ИБП мгновенно переходит в автономный режим питания нагрузки энергией аккумуляторной батареи через инвертор. При восстановлении напряжения сети ИБП автоматически переходит в сетевой режим.
[ http://www.ups-info.ru/index.php?link=160599 с изменениями]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• аварийный режим работы ИБП
• автономный режим работы ИБП
• аккумуляторный режим работы ИБП

EN

• battery mode

 

автоматическое повторное включение
АПВ
Коммутационный цикл, при котором выключатель вслед за его отключением автоматически включается через установленный промежуток времени (О - tбт - В).
[ ГОСТ Р 52565-2006]

автоматическое повторное включение
АПВ
Автоматическое включение аварийно отключившегося элемента электрической сети
[ОАО РАО "ЕЭС России" СТО 17330282.27.010.001-2008]

(автоматическое) повторное включение
АПВ
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва]

EN

automatic reclosing
automatic reclosing of a circuit-breaker associated with a faulted section of a network after an interval of time which permits that section to recover from a transient fault
[IEC 61936-1, ed. 1.0 (2002-10)]
[IEV 604-02-32]

---

auto-reclosing
the operating sequence of a mechanical switching device whereby, following its opening, it closes automatically after a predetermined time
[IEC 62271-100, ed. 2.0 (2008-04)]

---

auto-reclosing (of a mechanical switching device)
the operating sequence of a mechanical switching device whereby, following its opening, it closes automatically after a predetermined time
[IEV number 441-16-10]

FR

réenclenchement automatique
refermeture du disjoncteur associé à une fraction de réseau affectée d'un défaut, par un dispositif automatique après un intervalle de temps permettant la disparition d'un défaut fugitif
[IEC 61936-1, ed. 1.0 (2002-10)]
[IEV 604-02-32]

---

refermeture automatique
séquence de manoeuvres par laquelle, à la suite d’une ouverture, un appareil mécanique de connexion est refermé automatiquement après un intervalle de temps prédéterminé
[IEC 62271-100, ed. 2.0 (2008-04)]

---

refermeture automatique (d'un appareil mécanique de connexion)
séquence de manoeuvres par laquelle, à la suite d'une ouverture, un appareil mécanique de connexion est refermé automatiquement après un intervalle de temps prédéterminé
[IEV number 441-16-10]

 

---

Автоматическое повторное включение (АПВ), быстрое автоматическое обратное включение в работу высоковольтных линий электропередачи и электрооборудования высокого напряжения после их автоматического отключения; одно из наиболее эффективных средств противоаварийной автоматики. Повышает надёжность электроснабжения потребителей и восстанавливает нормальный режим работы электрической системы. Во многих случаях после быстрого отключения участка электрической системы, на котором возникло короткое замыкание в результате кратковременного нарушения изоляции или пробоя воздушного промежутка, при последующей подаче напряжения повторное короткое замыкание не возникает.   АПВ выполняется с помощью автоматических устройств, воздействующих на высоковольтные выключатели после их аварийного автоматического отключения от релейной защиты. Многие из этих автоматических устройств обеспечивают АПВ при самопроизвольном отключении выключателей, например при сильных сотрясениях почвы во время близких взрывов, землетрясениях и т. п. Эффективность АПВ тем выше, чем быстрее следует оно за аварийным отключением, т. е. чем меньше время перерыва питания потребителей. Это время зависит от длительности цикла АПВ. В электрических системах применяют однократное АПВ — с одним циклом, двукратное — при неуспешном первом цикле, и трёхкратное — с тремя последовательными циклами. Цикл АПВ — время от момента подачи сигнала на отключение до замыкания цепи главными контактами выключателя — состоит из времени отключения и включения выключателя и времени срабатывания устройства АПВ. Длительность бестоковой паузы, когда потребитель не получает электроэнергию, выбирается такой, чтобы успело произойти восстановление изоляции (деионизация среды) в месте короткого замыкания, привод выключателя после отключения был бы готов к повторному включению, а выключатель к моменту замыкания его главных контактов восстановил способность к отключению поврежденной цепи в случае неуспешного АПВ. Время деионизации зависит от среды, климатических условий и других факторов. Время восстановления отключающей способности выключателя определяется его конструкцией и количеством циклов АПВ., предшествовавших данному. Обычно длительность 1-го цикла не превышает 0,5—1,5 сек, 2-го — от 10 до 15 сек, 3-го — от 60 до 120 сек.

Наиболее распространено однократное АПВ, обеспечивающее на воздушных линиях высокого напряжения (110 кв и выше) до 86 %, а на кабельных линиях (3—10 кв) — до 55 % успешных включений. Двукратное АПВ обеспечивает во втором цикле до 15 % успешных включений. Третий цикл увеличивает число успешных включений всего на 3—5 %. На линиях электропередачи высокого напряжения (от 110 до 500 кВ) применяется однофазовое АПВ; при этом выключатели должны иметь отдельные приводы на каждой фазе.

Применение АПВ экономически выгодно, т. к. стоимость устройств АПВ и их эксплуатации несравнимо меньше ущерба из-за перерыва в подаче электроэнергии.
[ БСЭ]

 

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АПВ

Опыт эксплуатации сетей высокого напряжения показал, что если поврежденную линию электропередачи быстро отключить, т. е. снять с нее напряжение, то в большинстве случаев повреждение ликвидируется. При этом электрическая дуга, возникавшая в месте короткого замыкания (КЗ), не успевает вызвать существенных разрушений оборудования, препятствующих обратному включению линии под напряжение.
Самоустраняющиеся повреждения принято называть неустойчивыми. Такие повреждения возникают в результате грозовых перекрытий изоляции, схлестывания проводов при ветре и сбрасывании гололеда, падения деревьев, задевания проводов движущимися механизмами.
Данные о повреждаемости воздушных линий электропередачи (ВЛ) за многолетний период эксплуатации показывают, что доля неустойчивых повреждений весьма высока и составляет 50—90 %.
При ликвидации аварии оперативный персонал производит обычно опробование линии путем включения ее под напряжение, так как отыскание места повреждения на линии электропередачи путем ее обхода требует длительного времени, а многие повреждения носят неустойчивый характер. Эту операцию называют повторным включением.
Если КЗ самоустранилось, то линия, на которой произошло неустойчивое повреждение, при повторном включении остается в работе. Поэтому повторные включения при неустойчивых повреждениях принято называть успешными.
На ВЛ успешность повторного включения сильно зависит от номинального напряжения линий. На линиях ПО кВ и выше успешность повторного включения значительно выше, чем на ВЛ 6—35 кВ. Высокий процент успешных повторных включений в сетях высокого и сверхвысокого напряжения объясняется быстродействием релейной защиты (как правило, не более 0,1-0,15 с), большим сечением проводов и расстояний между ними, высокой механической прочностью опор. [Овчинников В. В., Автоматическое повторное включение. — М.:Энергоатомиздат, 1986.— 96 с: ил. — (Б-ка электромонтера; Вып. 587). Энергоатомиздат, 1986]

---

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ (АПВ)

3.3.2. Устройства АПВ должны предусматриваться для быстрого восстановления питания потребителей или межсистемных и внутрисистемных связей путем автоматического включения выключателей, отключенных устройствами релейной защиты.

Должно предусматриваться автоматическое повторное включение:

1) воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линий всех типов напряжением выше 1 кВ. Отказ от применения АПВ должен быть в каждом отдельном случае обоснован. На кабельных линиях 35 кВ и ниже АПВ рекомендуется применять в случаях, когда оно может быть эффективным в связи со значительной вероятностью повреждений с образованием открытой дуги (например, наличие нескольких промежуточных сборок, питание по одной линии нескольких подстанций), а также с целью исправления неселективного действия защиты. Вопрос о применении АПВ на кабельных линиях 110 кВ и выше должен решаться при проектировании в каждом отдельном случае с учетом конкретных условий;

2) шин электростанций и подстанций (см. 3.3.24 и 3.3.25);

3) трансформаторов (см. 3.3.26);

4) ответственных электродвигателей, отключаемых для обеспечения самозапуска других электродвигателей (см. 3.3.38).

Для осуществления АПВ по п. 1-3 должны также предусматриваться устройства АПВ на обходных, шиносоединительных и секционных выключателях.

Допускается в целях экономии аппаратуры выполнение устройства группового АПВ на линиях, в первую очередь кабельных, и других присоединениях 6-10 кВ. При этом следует учитывать недостатки устройства группового АПВ, например возможность отказа в случае, если после отключения выключателя одного из присоединений отключение выключателя другого присоединения происходит до возврата устройства АПВ в исходное положение.

3.3.3. Устройства АПВ должны быть выполнены так, чтобы они не действовали при:

1) отключении выключателя персоналом дистанционно или при помощи телеуправления;

2) автоматическом отключении от релейной защиты непосредственно после включения персоналом дистанционно или при помощи телеуправления;

3) отключении выключателя защитой от внутренних повреждений трансформаторов и вращающихся машин, устройствами противоаварийной автоматики, а также в других случаях отключений выключателя, когда действие АПВ недопустимо. АПВ после действия АЧР (ЧАПВ) должно выполняться в соответствии с 3.3.81.

Устройства АПВ должны быть выполнены так, чтобы была исключена возможностью многократного включения на КЗ при любой неисправности в схеме устройства.

Устройства АПВ должны выполняться с автоматическим возвратом.

3.3.4. При применении АПВ должно, как правило, предусматриваться ускорение действия релейной защиты на случай неуспешного АПВ. Ускорение действия релейной защиты после неуспешного АПВ выполняется с помощью устройства ускорения после включения выключателя, которое, как правило, должно использоваться и при включении выключателя по другим причинам (от ключа управления, телеуправления или устройства АВР). При ускорении защиты после включения выключателя должны быть приняты меры против возможного отключения выключателя защитой под действием толчка тока при включении из-за неодновременного включения фаз выключателя.

Не следует ускорять защиты после включения выключателя, когда линия уже включена под напряжение другим своим выключателем (т. е. при наличии симметричного напряжения на линии).

Допускается не ускорять после АПВ действие защит линий 35 кВ и ниже, выполненных на переменном оперативном токе, если для этого требуется значительное усложнение защит и время их действия при металлическом КЗ вблизи места установки не превосходит 1,5 с.

3.3.5. Устройства трехфазного АПВ (ТАПВ) должны осуществляться преимущественно с пуском при несоответствии между ранее поданной оперативной командой и отключенным положением выключателя; допускается также пуск устройства АПВ от защиты.

3.3.6. Могут применяться, как правило, устройства ТАПВ однократного или двукратного действия (последнее - если это допустимо по условиям работы выключателя). Устройство ТАПВ двукратного действия рекомендуется принимать для воздушных линий, в особенности для одиночных с односторонним питанием. В сетях 35 кВ и ниже устройства ТАПВ двукратного действия рекомендуется применять в первую очередь для линий, не имеющих резервирования по сети.

В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью, как правило, должна применяться блокировка второго цикла АПВ в случае замыкания на землю после АПВ первого цикла (например, по наличию напряжений нулевой последовательности). Выдержка времени ТАПВ во втором цикле должна быть не менее 15-20 с.

3.3.7. Для ускорения восстановления нормального режима работы электропередачи выдержка времени устройства ТАПВ (в особенности для первого цикла АПВ двукратного действия на линиях с односторонним питанием) должна приниматься минимально возможной с учетом времени погасания дуги и деионизации среды в месте повреждения, а также с учетом времени готовности выключателя и его привода к повторному включению.

Выдержка времени устройства ТАПВ на линии с двусторонним питанием должна выбираться также с учетом возможного неодновременного отключения повреждения с обоих концов линии; при этом время действия защит, предназначенных для дальнего резервирования, учитываться не должно. Допускается не учитывать разновременности отключения выключателей по концам линии, когда они отключаются в результате срабатывания высокочастотной защиты.

С целью повышения эффективности ТАПВ однократного действия допускается увеличивать его выдержку времени (по возможности с учетом работы потребителя).

3.3.8. На одиночных линиях 110 кВ и выше с односторонним питанием, для которых допустим в случае неуспешного ТАПВ переход на длительную работу двумя фазами, следует предусматривать ТАПВ двукратного действия на питающем конце линии. Перевод линии на работу двумя фазами может производиться персоналом на месте или при помощи телеуправления.

Для перевода линии после неуспешного АПВ на работу двумя фазами следует предусматривать пофазное управление разъединителями или выключателями на питающем и приемном концах линии.

При переводе линии на длительную работу двумя фазами следует при необходимости принимать меры к уменьшению помех в работе линий связи из-за неполнофазного режима работы линии. С этой целью допускается ограничение мощности, передаваемой по линии в неполнофазном режиме (если это возможно по условиям работы потребителя).

В отдельных случаях при наличии специального обоснования допускается также перерыв в работе линии связи на время неполнофазного режима.

3.3.9. На линиях, отключение которых не приводит к нарушению электрической связи между генерирующими источниками, например на параллельных линиях с односторонним питанием, следует устанавливать устройства ТАПВ без проверки синхронизма.

3.3.10. На одиночных линиях с двусторонним питанием (при отсутствии шунтирующих связей) должен предусматриваться один из следующих видов трехфазного АПВ (или их комбинаций):

а) быстродействующее ТАПВ (БАПВ)

б) несинхронное ТАПВ (НАПВ);

в) ТАПВ с улавливанием синхронизма (ТАПВ УС).

Кроме того, может предусматриваться однофазное АПВ (ОАПВ) в сочетании с различными видами ТАПВ, если выключатели оборудованы пофазным управлением и не нарушается устойчивость параллельной работы частей энергосистемы в цикле ОАПВ.

Выбор видов АПВ производится, исходя из совокупности конкретных условий работы системы и оборудования с учетом указаний 3.3.11-3.3.15.

3.3.11. Быстродействующее АПВ, или БАПВ (одновременное включение с минимальной выдержкой времени с обоих концов), рекомендуется предусматривать на линиях по 3.3.10 для автоматического повторного включения, как правило, при небольшом расхождении угла между векторами ЭДС соединяемых систем. БАПВ может применяться при наличии выключателей, допускающих БАПВ, если после включения обеспечивается сохранение синхронной параллельной работы систем и максимальный электромагнитный момент синхронных генераторов и компенсаторов меньше (с учетом необходимого запаса) электромагнитного момента, возникающего при трехфазном КЗ на выводах машины.

Оценка максимального электромагнитного момента должна производиться для предельно возможного расхождения угла за время БАПВ. Соответственно запуск БАПВ должен производиться лишь при срабатывании быстродействующей защиты, зона действия которой охватывает всю линию. БАПВ должно блокироваться при срабатывании резервных защит и блокироваться или задерживаться при работе УРОВ.

Если для сохранения устойчивости энергосистемы при неуспешном БАПВ требуется большой объем воздействий от противоаварийной автоматики, применение БАПВ не рекомендуется.

3.3.12. Несинхронное АПВ (НАПВ) может применяться на линиях по 3.3.10 (в основном 110-220 кВ), если:

а) максимальный электромагнитный момент синхронных генераторов и компенсаторов, возникающий при несинхронном включении, меньше (с учетом необходимого запаса) электромагнитного момента, возникающего при трехфазном КЗ на выводах машины, при этом в качестве практических критериев оценки допустимости НАПВ принимаются расчетные начальные значения периодических составляющих токов статора при угле включения 180°;

б) максимальный ток через трансформатор (автотрансформатор) при угле включения 180° меньше тока КЗ на его выводах при питании от шин бесконечной мощности;

в) после АПВ обеспечивается достаточно быстрая ресинхронизация; если в результате несинхронного автоматического повторного включения возможно возникновение длительного асинхронного хода, должны применяться специальные мероприятия для его предотвращения или прекращения.

При соблюдении этих условий НАПВ допускается применять также в режиме ремонта на параллельных линиях.

При выполнении НАПВ необходимо принять меры по предотвращению излишнего срабатывания защиты. С этой целью рекомендуется, в частности, осуществлять включение выключателей при НАПВ в определенной последовательности, например выполнением АПВ с одной из сторон линии с контролем наличия напряжения на ней после успешного ТАПВ с противоположной стороны.

3.3.13. АПВ с улавливанием синхронизма может применяться на линиях по 3.3.10 для включения линии при значительных (примерно до 4%) скольжениях и допустимом угле.

Возможно также следующее выполнение АПВ. На конце линии, который должен включаться первым, производится ускоренное ТАПВ (с фиксацией срабатывания быстродействующей защиты, зона действия которой охватывает всю линию) без контроля напряжения на линии (УТАПВ БК) или ТАПВ с контролем отсутствия напряжения на линии (ТАПВ ОН), а на другом ее конце - ТАПВ с улавливанием синхронизма. Последнее производится при условии, что включение первого конца было успешным (это может быть определено, например, при помощи контроля наличия напряжения на линии).

Для улавливания синхронизма могут применяться устройства, построенные по принципу синхронизатора с постоянным углом опережения.

Устройства АПВ следует выполнять так, чтобы имелась возможность изменять очередность включения выключателей по концам линии.

При выполнении устройства АПВ УС необходимо стремиться к обеспечению его действия при возможно большей разности частот. Максимальный допустимый угол включения при применении АПВ УС должен приниматься с учетом условий, указанных в 3.3.12. При применении устройства АПВ УС рекомендуется его использование для включения линии персоналом (полуавтоматическая синхронизация).

3.3.14. На линиях, оборудованных трансформаторами напряжения, для контроля отсутствия напряжения (КОН) и контроля наличия напряжения (КНН) на линии при различных видах ТАПВ рекомендуется использовать органы, реагирующие на линейное (фазное) напряжение и на напряжения обратной и нулевой последовательностей. В некоторых случаях, например на линиях без шунтирующих реакторов, можно не использовать напряжение нулевой последовательности.

3.3.15. Однофазное автоматическое повторное включение (ОАПВ) может применяться только в сетях с большим током замыкания на землю. ОАПВ без автоматического перевода линии на длительный неполнофазный режим при устойчивом повреждении фазы следует применять:

а) на одиночных сильно нагруженных межсистемных или внутрисистемных линиях электропередачи;

б) на сильно нагруженных межсистемных линиях 220 кВ и выше с двумя и более обходными связями при условии, что отключение одной из них может привести к нарушению динамической устойчивости энергосистемы;

в) на межсистемных и внутрисистемных линиях разных классов напряжения, если трехфазное отключение линии высшего напряжения может привести к недопустимой перегрузке линий низшего напряжения с возможностью нарушения устойчивости энергосистемы;

г) на линиях, связывающих с системой крупные блочные электростанции без значительной местной нагрузки;

д) на линиях электропередачи, где осуществление ТАПВ сопряжено со значительным сбросом нагрузки вследствие понижения напряжения.

Устройство ОАПВ должно выполняться так, чтобы при выводе его из работы или исчезновении питания автоматически осуществлялся перевод действия защит линии на отключение трех фаз помимо устройства.

Выбор поврежденных фаз при КЗ на землю должен осуществляться при помощи избирательных органов, которые могут быть также использованы в качестве дополнительной быстродействующей защиты линии в цикле ОАПВ, при ТАПВ, БАПВ и одностороннем включении линии оперативным персоналом.

Выдержка временем ОАПВ должна отстраиваться от времени погасания дуги и деионизации среды в месте однофазного КЗ в неполнофазном режиме с учетом возможности неодновременного срабатывания защиты по концам линии, а также каскадного действия избирательных органов.

3.3.16. На линиях по 3.3.15 ОАПВ должно применяться в сочетании с различными видами ТАПВ. При этом должна быть предусмотрена возможность запрета ТАПВ во всех случаях ОАПВ или только при неуспешном ОАПВ. В зависимости от конкретных условий допускается осуществление ТАПВ после неуспешного ОАПВ. В этих случаях предусматривается действие ТАПВ сначала на одном конце линии с контролем отсутствия напряжения на линии и с увеличенной выдержкой времени.

3.3.17. На одиночных линиях с двусторонним питанием, связывающих систему с электростанцией небольшой мощности, могут применяться ТАПВ с автоматической самосинхронизацией (АПВС) гидрогенераторов для гидроэлектростанций и ТАПВ в сочетании с делительными устройствами - для гидро- и теплоэлектростанций.

3.3.18. На линиях с двусторонним питанием при наличии нескольких обходных связей следует применять:

1) при наличии двух связей, а также при наличии трех связей, если вероятно одновременное длительное отключение двух из этих связей (например, двухцепной линии):

несинхронное АПВ (в основном для линий 110-220 кВ и при соблюдении условий, указанных в 3.3.12, но для случая отключения всех связей);

АПВ с проверкой синхронизма (при невозможности выполнения несинхронного АПВ по причинам, указанным в 3.3.12, но для случая отключения всех связей).

Для ответственных линий при наличии двух связей, а также при наличии трех связей, две из которых - двухцепная линия, при невозможности применения НАПВ по причинам, указанным в 3.3.12, разрешается применять устройства ОАПВ, БАПВ или АПВ УС (см. 3.3.11, 3.3.13, 3.3.15). При этом устройства ОАПВ и БАПВ следует дополнять устройством АПВ с проверкой синхронизма;

2) при наличии четырех и более связей, а также при наличии трех связей, если в последнем случае одновременное длительное отключение двух из этих связей маловероятно (например, если все линии одноцепные), - АПВ без проверки синхронизма.

3.3.19. Устройства АПВ с проверкой синхронизма следует выполнять на одном конце линии с контролем отсутствия напряжения на линии и с контролем наличия синхронизма, на другом конце - только с контролем наличия синхронизма. Схемы устройства АПВ с проверкой синхронизма линии должны выполняться одинаковыми на обоих концах с учетом возможности изменения очередности включения выключателей линии при АПВ.

Рекомендуется использовать устройство АПВ с проверкой синхронизма для проверки синхронизма соединяемых систем при включении линии персоналом.

3.3.20. Допускается совместное применение нескольких видов трехфазного АПВ на линии, например БАПВ и ТАПВ с проверкой синхронизма. Допускается также использовать различные виды устройств АПВ на разных концах линии, например УТАПВ БК (см. 3.3.13) на одном конце линии и ТАПВ с контролем наличия напряжения и синхронизма на другом.

3.3.21. Допускается сочетание ТАПВ с неселективными быстродействующими защитами для исправления неселективного действия последних. В сетях, состоящих из ряда последовательно включенных линий, при применении для них неселективных быстродействующих защит для исправления их действия рекомендуется применять поочередное АПВ; могут также применяться устройства АПВ с ускорением защиты до АПВ или с кратностью действия (не более трех), возрастающей по направлению к источнику питания.

3.3.22. При применении трехфазного однократного АПВ линий, питающих трансформаторы, со стороны высшего напряжения которых устанавливаются короткозамыкатели и отделители, для отключения отделителя в бестоковую паузу время действия устройства АПВ должно быть отстроено от суммарного времени включения короткозамыкателя и отключения отделителя. При применении трехфазного АПВ двукратного действия (см. 3.3.6) время действия АПВ в первом цикле по указанному условию не должно увеличиваться, если отключение отделителя предусматривается в бестоковую паузу второго цикла АПВ.

Для линий, на которые вместо выключателей устанавливаются отделители, отключение отделителей в случае неуспешного АПВ в первом цикле должно производиться в бестоковую паузу второго цикла АПВ.

3.3.23. Если в результате действия АПВ возможно несинхронное включение синхронных компенсаторов или синхронных электродвигателей и если такое включение для них недопустимо, а также для исключения подпитки от этих машин места повреждения следует предусматривать автоматическое отключение этих синхронных машин при исчезновении питания или переводить их в асинхронный режим отключением АГП с последующим автоматическим включением или ресинхронизацией после восстановления напряжения в результате успешного АПВ.

Для подстанций с синхронными компенсаторами или синхронными электродвигателями должны применяться меры, предотвращающие излишние срабатывания АЧР при действии АПВ.

3.3.24. АПВ шин электростанций и подстанций при наличии специальной защиты шин и выключателей, допускающих АПВ, должно выполняться по одному из двух вариантов:

1) автоматическим опробованием (постановка шин под напряжение выключателем от АПВ одного из питающих элементов);

2) автоматической сборкой схемы; при этом первым от устройства АПВ включается один из питающих элементов (например, линия, трансформатор), при успешном включении этого элемента производится последующее, возможно более полное автоматическое восстановление схемы доаварийного режима путем включения других элементов. АПВ шин по этому варианту рекомендуется применять в первую очередь для подстанций без постоянного дежурства персонала.

При выполнении АПВ шин должны применяться меры, исключающие несинхронное включение (если оно является недопустимым).

Должна обеспечиваться достаточная чувствительность защиты шин на случай неуспешного АПВ.

3.3.25. На двухтрансформаторных понижающих подстанциях при раздельной работе трансформаторов, как правило, должны предусматриваться устройства АПВ шин среднего и низшего напряжений в сочетании с устройствами АВР; при внутренних повреждениях трансформаторов должно действовать АВР, при прочих повреждениях - АПВ (см. 3.3.42).

Допускается для двухтрансформаторной подстанции, в нормальном режиме которой предусматривается параллельная работа трансформаторов на шинах данного напряжения, устанавливать дополнительно к устройству АПВ устройство АВР, предназначенное для режима, когда один из трансформаторов выведен в резерв.

3.3.26. Устройствами АПВ должны быть оборудованы все одиночные понижающие трансформаторы мощностью более 1 MB·А на подстанциях энергосистем, имеющие выключатель и максимальную токовую защиту с питающей стороны, когда отключение трансформатора приводит к обесточению электроустановок потребителей. Допускается в отдельных случаях действие АПВ и при отключении трансформатора защитой от внутренних повреждений.

3.3.27. При неуспешном АПВ включаемого первым выключателем элемента, присоединенного двумя или более выключателями, АПВ остальных выключателей этого элемента, как правило, должно запрещаться.

3.3.28. При наличии на подстанции или электростанции выключателей с электромагнитным приводом, если от устройства АПВ могут быть одновременно включены два или более выключателей, для обеспечения необходимого уровня напряжения аккумуляторной батареи при включении и для снижения сечения кабелей цепей питания электромагнитов включения следует, как правило, выполнять АПВ так, чтобы одновременное включение нескольких выключателей было исключено (например, применением на присоединениях АПВ с различными выдержками времени).

Допускается в отдельных случаях (преимущественно при напряжении 110 кВ и большом числе присоединений, оборудованных АПВ) одновременное включение от АПВ двух выключателей.

3.3.29. Действие устройств АПВ должно фиксироваться указательными реле, встроенными в реле указателями срабатывания, счетчиками числа срабатываний или другими устройствами аналогичного назначения.
[ ПУЭ]

Тематики

• высоковольтный аппарат, оборудование...
• релейная защита
• электроснабжение в целом

Обобщающие термины

• режим работы выключателя

Синонимы

• АПВ

Сопутствующие термины

• АПВ воздушных линий
• АПВ смешанных (кабельно-воздушных) линий
• двукратное АПВ
• неуспешное АПВ
• однократное АПВ
• трехкратное АПВ
• цикл АПВ

EN

• AR
• ARC
• auto-reclosing
• automatic reclosing
• automatic recluse
• autoreclosing
• autoreclosure
• reclose
• reclosing
• reclosure

DE

• automatische Wiedereinschaltung
• Kurzunterbrechung
• selbsttätiges Wiederschließen (eines mechanischen Schaltgerätes)
• Wiedereinschaltung, automatische

FR

• refermeture automatique
• réenclenchement automatique

 

инвертор источника бесперебойного питания
Часть схемы ИБП, которая служит для преобразования постоянного напряжения батареи в переменное напряжение на выходе источника. В ИБП класса Off-line инвертор работает только в автономном режиме ИБП и формирует ступенчатую аппроксимацию синусоиды. В ИБП класса Оn-line инвертор вырабатывает на выходе практически идеальную синусоиду и работает в любом режиме (кроме режима байпас), получая на свой вход в автономном режиме питание от аккумуляторов, а в нормальном режиме — от входной сети после выпрямления и стабилизации входного переменного напряжения
[ http://www.radistr.ru/misc/document423.phtml]

EN

inverter
Functional UPS module that inverts the DC battery voltage to 50Hz or 60Hz AC voltage.
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

В состав ИБП всех типов наряду с аккумулятором входит инвертор, который представляет собой полупровод­никовый преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение 220 В. В зависимости от исполнения инвертор формирует переменное выходное напряжение различной формы. Простые схемы инверторов формируют напряжение прямоугольной формы. Некоторые схемы инверторов формируют напряжение, близкое к синусоидальной форме - аппроксимированное ступенями.
Инверторы, вырабатывающие несинусоидальное выходное напряжение, применяются в основном в недорогих off-line ИБП малой мощности и пригодны для работы с нагрузками, имеющими импульсные бло­ки питания, например, блоки питания компьютерных системных блоков.

Инверторы, используемые в ИБП типов line-interactive и on-line, формируют напряжение сину­соидальной формы с низким содержанием гармоник, что позволяет использовать эти ИБП для питания нагрузок всех типов.

Форма выходного напряжения инверторов:
а) - ступенчатая; б) - аппроксимированная синусоида; в) синусоидальная

[ http://www.tcs.ru/reviews/?id=345 с изменениями]

---

В зависимости от используемого принципа преобразования различают три основных типа:
- инверторы, генерирующие напряжение прямоугольной формы,
- инверторы с пошаговой аппроксимацией
- инверторы с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ).

Последние обеспечивают наиболее близкую к гармонической форму выходного напряжения. Кроме того, манипулируя скважностью импульсов ШИМ-сигнала, «интеллектуальные» инверторы, применяемые в сериях Pro&Vision, PowerVision и Safe&Power Evo компании N&Power, автоматически корректируют форму выходного напряжения при работе с нелинейной нагрузкой.
Основными показателями эффективности работы инвертора являются:
• перегрузочная способность.
• коэффициент полезного действия (КПД).
• допустимый крест-фактор нагрузки.
• допустимый коэффициент мощности нагрузки.
• качество выходного напряжения

[ http://www.condipro.ru/_library/_refs/guide/terms.pdf]

---

В мощных трехфаз­ных ИБП инвертор вы­полнен по трехфазной мосто­вой схеме. Для по­строения синусоиды в инвер­торе реализован принцип широтно-импульсной модуля­ции (ШИМ).
 

Мостовая схеме инвертора

Принцип его действия состоит в подаче импульсов переменной скважности че­рез тиристоры на трансформатор, выполняющий одновременно роль фильтра, или непосредственно на LC-фильтр на выходе инвертора (на схеме не показан). В результате формируется синусоидальное напряжение с низким коэф­фициентом гармонических искажений: КU< 3%.

Принцип широтно-импульсной модуляции

[ http://electromaster.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=365]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• инвертор

EN

• inverter