♥️ 👩‍👦 📕 Merkmale von Stromversorgungssystemen mit DDIBP 👻 ✈️ 🔎

Butsev I.V.
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Merkmale von Stromversorgungssystemen mit unterbrechungsfreien Diesel-Stromversorgungen (DDIBP)

In der folgenden Erklärung wird der Autor versuchen, Marketingklischees zu vermeiden, und sich ausschließlich auf praktische Erfahrungen stützen. HITEC Power Protection DDIBP wird als Testperson beschrieben.

DDIBP-Installationsgerät

Das DDIBP-Gerät sieht aus Sicht eines Elektrikers recht einfach und vorhersehbar aus.
Die Hauptenergiequelle ist der Dieselmotor (DD) mit ausreichender Leistung unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads der Anlage für eine langfristige kontinuierliche Stromversorgung der Last. Dies stellt dementsprechend sehr hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Startbereitschaft und Arbeitsstabilität. Daher ist es völlig logisch, Schiffs-DDs zu verwenden, die der Anbieter von gelb auf seine eigene Farbe neu lackiert.

Als reversibler Wandler von mechanischer Energie in elektrische Energie und umgekehrt enthält das Gerät einen Motorgenerator mit einer Leistung, die die Nennleistung des Geräts überschreitet, um vor allem die dynamischen Eigenschaften der Stromquelle während Transienten zu verbessern.

Da der Hersteller eine unterbrechungsfreie Stromversorgung beansprucht, enthält die Installation ein Element, das die Lastversorgung beim Übergang von einer Betriebsart in eine andere unterstützt. Zu diesem Zweck dient eine Trägheitsspeichervorrichtung oder eine Induktionskupplung. Es ist ein massiver Körper, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht und mechanische Energie ansammelt. Der Hersteller beschreibt sein Gerät als Induktionsmotor in einem Induktionsmotor. Jene. Es gibt einen Stator, einen Außenrotor und einen Innenrotor. Darüber hinaus ist der Außenrotor fest mit der gemeinsamen Welle der Anlage verbunden und dreht sich synchron mit der Welle des Motorgenerators. Der Innenrotor ist gegenüber dem Außenrotor zusätzlich ungedreht und eigentlich ein Antrieb. Um Kraft und Interaktion zwischen den einzelnen Teilen bereitzustellen, werden Bürstenbaugruppen mit Schleifringen verwendet.

Um die Übertragung mechanischer Energie von der DD auf den Rest der Anlage sicherzustellen, wird eine Überholkupplung verwendet.

Der wichtigste Teil der Installation ist das automatische Steuerungssystem, das bei der Analyse der Parameter der einzelnen Teile einen Einfluss auf die Steuerung der gesamten Installation hat.
Das wichtigste Element der Installation ist auch eine Drossel, eine dreiphasige Induktivität mit Wicklungshahn, die die Installation in das Stromversorgungssystem integriert und ein relativ sicheres Umschalten zwischen den Modi ermöglicht, wodurch Ausgleichsströme begrenzt werden.
Und schließlich zusätzliche, aber keineswegs sekundäre Teilsysteme - Belüftung, Kraftstoffversorgung, Kühlung und Gasabgas.

Betriebsarten der DDIBP-Installation

Ich glaube, es wäre nützlich, die verschiedenen Zustände der DDIBP-Installation zu beschreiben:

Betriebsart AUS

Der mechanische Teil der Installation bewegt sich nicht. Das Steuersystem, das DD-Vorheizsystem, das Floating-Charge-System der Starterbatterien und die Umlüftungsanlage werden mit Strom versorgt. Nach dem Vorheizen ist das Gerät startbereit.

Betriebsart START

Wenn der START-Befehl ausgegeben wird, startet die DD, die durch die Überholkupplung den Außenrotor des Antriebs und den Motorgenerator dreht. Beim Aufwärmen des DD wird sein Kühlsystem aktiviert. Nach Erreichen der Betriebsdrehzahl beginnt sich der Innenrotor des Antriebs zu drehen (Ladung). Der Ladevorgang eines Laufwerks wird indirekt anhand des Stromverbrauchs beurteilt. Dieser Vorgang dauert 5-7 Minuten.

Wenn eine externe Stromversorgung vorhanden ist, dauert die endgültige Synchronisierung mit dem externen Netzwerk einige Zeit. Wenn ein ausreichender Grad an Gleichtakt erreicht ist, wird das Gerät daran angeschlossen.

DD reduziert die Geschwindigkeit und geht in einen Abkühlzyklus über, der etwa 10 Minuten dauert, gefolgt von einem Stopp. Der Freilauf ist ausgerückt und die weitere Drehung der Anlage wird vom Motorgenerator bei gleichzeitiger Kompensation von Verlusten im Antrieb unterstützt. Die Installation ist bereit, die Last mit Strom zu versorgen und wechselt in den USV-Modus.

Wenn keine externe Stromversorgung vorhanden ist, ist die Installation bereit, die Last und die eigenen Anforderungen vom Motorgenerator zu versorgen, und arbeitet weiterhin im DIESEL-Modus.

Betriebsart DIESEL

In diesem Modus ist die Energiequelle DD. Der von ihm gedrehte Motorgenerator speist die Last. Der Motorgenerator als Spannungsquelle hat einen ausgeprägten Frequenzgang und eine merkliche Trägheit mit einer Verzögerung bei der Reaktion auf plötzliche Änderungen der Last. weil Der Hersteller schließt die Installation mit Bord-DDs ab. Der Betrieb in diesem Modus ist nur durch die Kraftstoffreserven und die Fähigkeit zur Aufrechterhaltung des thermischen Regimes der Installation begrenzt. In dieser Betriebsart überschreitet der Schalldruckpegel in der Nähe des Geräts 105 dBA.

USV-Betriebsmodus

In diesem Modus ist die Stromquelle ein externes Netzwerk. Der Motorgenerator, der über die Drossel sowohl mit einem externen Netzwerk als auch mit der Last verbunden ist, arbeitet im Synchronkompensatormodus und kompensiert innerhalb bestimmter Grenzen die Blindkomponente der Lastleistung. Im Allgemeinen verschlechtert die DDIBP-Installation, die in Reihe mit einem externen Netzwerk geschaltet ist, per Definition ihre Eigenschaften als Spannungsquelle und erhöht die äquivalente interne Impedanz. In dieser Betriebsart beträgt der Schalldruckpegel in der Nähe des Geräts ca. 100 dBA.

Bei Problemen mit dem externen Netzwerk wird die Installation von diesem getrennt, ein Befehl zum Starten der DD ausgegeben und die Installation wechselt in den DIESEL-Modus. Es ist zu beachten, dass der Start eines konstant beheizten DD ohne Last erfolgt, bis die DD-Wellendrehzahl bei geschlossener Überholkupplung die verbleibenden Teile der Anlage überschreitet. Typische Start- und Austrittszeiten der Betriebsgeschwindigkeit des DD betragen 3-5 Sekunden.

Betriebsart BYPASS

Bei Bedarf, beispielsweise während der Wartung, kann die Last direkt vom externen Netzwerk auf die Bypassleitung übertragen werden. Das Umschalten auf die Bypass-Leitung und umgekehrt erfolgt mit einer Überlappung der Reaktionszeit der Schaltgeräte, wodurch auch kurzfristige Lastleistungsverluste vermieden werden Das Steuerungssystem versucht, die Phasenanpassung der Ausgangsspannung der DDIBP-Installation und des externen Netzwerks aufrechtzuerhalten. In diesem Fall ändert sich der Betriebsmodus der Installation selbst nicht, d.h. Wenn DD funktioniert hat, funktioniert es weiter oder die Installation selbst wurde von einem externen Netzwerk bereitgestellt. Dann wird es fortgesetzt.

Betriebsart STOP

Wenn der STOP-Befehl ausgegeben wird, wird die Lastleistung auf die Bypass-Leitung umgeschaltet, die Leistung des Motorgenerators und des Antriebs wird unterbrochen. Das Gerät dreht sich noch einige Zeit durch Trägheit weiter und schaltet nach dem Anhalten in den AUS-Modus.

Verbindungsdiagramme von DDIBP und deren Funktionen

Einzelinstallation

Dies ist der einfachste Weg, ein unabhängiges DDIBP zu verwenden. Die Installation kann zwei Ausgänge haben - NB (keine Unterbrechung, unterbrechungsfreie Stromversorgung) ohne Unterbrechung der Stromversorgung und SB (kurze Unterbrechung, garantierte Stromversorgung) mit kurzfristiger Stromunterbrechung. Jeder der Ausgänge kann einen eigenen Bypass haben (siehe Abb. 1).

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Abb. 1

Die kritische Last wird normalerweise an den NB-Ausgang (IT, Umwälzpumpen des Kaltversorgungssystems, Präzisionsklimaanlagen) angeschlossen, und der SB-Ausgang wird an die Last angeschlossen, für die eine kurzfristige Stromunterbrechung nicht kritisch ist (Kältemaschinen des Kaltversorgungssystems). Um den vollständigen Verlust der Stromversorgung der kritischen Last auszuschließen, überlappt sich das Schalten des Installationsausgangs und des Bypass-Schaltkreises zeitlich, und die Fehlerströme werden aufgrund des komplexen Widerstands des Teils der Reaktorwicklung auf sichere Werte reduziert.

Besondere Aufmerksamkeit sollte der Stromversorgung von der nichtlinearen DDIBP-Last gewidmet werden, d.h. Last, die durch das Vorhandensein einer merklichen Anzahl von Harmonischen in der spektralen Zusammensetzung des Stromverbrauchs gekennzeichnet ist. Aufgrund der Eigenschaften des Synchrongenerators und der Verbindungsschaltung führt dies zu einer Verzerrung der Spannungsform am Ausgang des Geräts sowie zum Vorhandensein harmonischer Komponenten des Stromverbrauchs, wenn das Gerät über ein externes Wechselspannungsnetz mit Strom versorgt wird.

Unten finden Sie Bilder des Formulars (siehe Abb. 2) und eine harmonische Analyse der Ausgangsspannung (siehe Abb. 3) bei Stromversorgung über ein externes Netzwerk. Der harmonische Verzerrungskoeffizient überschritt 10% bei einer geringen nichtlinearen Last in Form eines Frequenzumrichters. Gleichzeitig wurde die Anlage nicht in den Dieselmodus geschaltet, was bestätigt, dass das Steuerungssystem einen so wichtigen Parameter wie den harmonischen Verzerrungskoeffizienten der Ausgangsspannung nicht überwacht. Beobachtungen zufolge hängt der Grad der harmonischen Verzerrung nicht von der Leistung der Last ab, sondern vom Verhältnis der Leistung der nichtlinearen und linearen Last. Wenn sie auf eine reine aktive thermische Last getestet wird, ist die Spannungsform am Ausgang des Geräts sehr nahe an der Sinusform. Diese Situation ist jedoch sehr weit von der Realität entfernt, insbesondere im Hinblick auf die Lieferung von technischen Geräten.Einbau von Frequenzumrichtern und IT-Lasten mit Schaltnetzteilen, die nicht immer mit einem Leistungsfaktorkorrektor (PFC) ausgestattet sind.

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Abb. 2 Abb.

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3

In diesem und den folgenden Diagrammen nehmen drei Umstände an:

Galvanische Verbindung zwischen Eingang und Ausgang der Anlage.
Der Versatz der Phasenlast vom Ausgang geht zum Eingang.
Notwendigkeit zusätzlicher Maßnahmen zur Reduzierung der Oberwellen des Laststroms.
Die durch Transienten verursachten harmonischen Komponenten des Laststroms und der Verzerrung dringen vom Ausgang zum Eingang vor.

Parallelschaltung

Um das Stromversorgungssystem mit Strom zu versorgen, können die DDIBP-Anlagen parallel eingeschaltet werden, wodurch die Eingangs- und Ausgangsstromkreise der einzelnen Anlagen verbunden werden. Es versteht sich, dass die Installation ihre Unabhängigkeit verliert und Teil des Systems wird, wenn die Bedingungen für Synchronität und Gleichtakt erfüllt sind. In der Physik wird dies mit einem Wort bezeichnet - Kohärenz. Aus praktischer Sicht bedeutet dies, dass alle im System enthaltenen Installationen im gleichen Modus arbeiten sollten, d. H. Beispielsweise ist die Option mit Teilbetrieb von der DD und Teilbetrieb vom externen Netzwerk ungültig. In diesem Fall wird eine für das gesamte System gemeinsame Bypass-Leitung erstellt (siehe Abb. 4).

Bei diesem Verbindungsschema gibt es zwei potenziell gefährliche Modi:

Anschließen der zweiten und nachfolgender Installation an den Systemausgangsbus gemäß den Kohärenzbedingungen.
Trennen einer einzelnen Installation vom Ausgangsbus gemäß den Kohärenzbedingungen, bis der Ausgangsschalter öffnet.

Abb. 4 Eine

Notabschaltung einer einzelnen Installation kann dazu führen, dass sie langsamer wird und das Ausgangsschaltgerät noch nicht geöffnet hat. Darüber hinaus kann in kurzer Zeit die Phasendifferenz zwischen der Installation und dem Rest des Systems Alarmwerte erreichen, was zu einem Kurzschlussmodus führt.

Achten Sie auch auf den Lastausgleich zwischen den einzelnen Einheiten. Bei den hier betrachteten Geräten erfolgt der Ausgleich aufgrund der Falllastcharakteristik des Generators. Aufgrund seiner nicht idealen und nicht identischen Eigenschaften der Installationsinstanzen zwischen Installationen ist auch die Verteilung ungleichmäßig. Bei Annäherung an die maximalen Lastwerte beginnt außerdem die Verteilung von scheinbar unbedeutenden Faktoren wie der Länge der angeschlossenen Leitungen, den Verbindungspunkten zum Verteilungsnetz der Anlagen und der Last sowie der Qualität (Übergangswiderstand) der Verbindungen selbst die Verteilung zu beeinflussen.

Es muss immer daran erinnert werden, dass DDIBP und Schaltgeräte elektromechanische Geräte mit einem signifikanten Trägheitsmoment und greifbaren Werten der Zeitverzögerung für die Reaktion auf Steueraktionen des automatischen Steuerungssystems sind.

Parallelschaltung mit Mittelspannungsanschluss

In diesem Fall ist der Generator über einen Transformator mit einem geeigneten Umwandlungsverhältnis mit dem Reaktor verbunden. Somit arbeiten die Reaktor- und Schaltmaschinen mit einem „durchschnittlichen“ Spannungspegel und der Generator mit einem Pegel von 0,4 kV (siehe Abb. 5).

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Abb. 5

Bei diesem Anwendungsfall ist auf die Art der Endlast und deren Anschlussplan zu achten. Jene. Wenn die Endlast über Abwärtstransformatoren angeschlossen wird, muss berücksichtigt werden, dass der Anschluss des Transformators an das Stromnetz mit hoher Wahrscheinlichkeit mit einem Kernmagnetisierungsprozess einhergeht, der wiederum einen Anstieg des Stromverbrauchs und folglich einen Spannungsabfall verursacht (siehe Abb. 6).

Empfindliche Geräte funktionieren in dieser Situation möglicherweise nicht richtig.

Zumindest blinkt das Licht mit geringer Trägheit und die Standardfrequenzumrichter der Elektromotoren starten neu.

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Abb.6

Geteilte Ausgangsbusschaltung

Um die Anzahl der Installationen im Stromversorgungssystem zu optimieren, schlägt der Hersteller vor, einen Stromkreis mit einem „geteilten“ Ausgangsbus zu verwenden, bei dem die Installationen sowohl am Eingang als auch am Ausgang parallel sind, wobei jede Installation einzeln an mehr als einen Ausgangsbus angeschlossen ist. In diesem Fall sollte die Anzahl der Bypass-Leitungen gleich der Anzahl der Ausgangsbusse sein (siehe Abb. 7).

Es versteht sich, dass die Ausgangsbusse nicht unabhängig sind und über die Schaltvorrichtungen jeder Installation galvanisch miteinander verbunden sind.

Somit ist diese Schaltung trotz der Zusicherungen des Herstellers eine einzelne Stromversorgung mit interner Redundanz im Fall einer Parallelschaltung mit mehreren galvanisch miteinander gekoppelten Ausgängen.

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Abb. 7

Hier ist wie im vorherigen Fall nicht nur auf den Lastausgleich zwischen den Einheiten, sondern auch zwischen den Ausgangsbussen zu achten.

Einige Kunden lehnen die Lieferung von "schmutzigen" Lebensmitteln, d. H. die Verwendung von Bypass, um die Last in allen Betriebsarten. Bei diesem Ansatz führt beispielsweise in Rechenzentren ein Problem (Überlastung) eines der Strahlen zu einem Systemabsturz mit einer vollständigen Trennung der Nutzlast.

Lebenszyklus von DDIBP und seine Auswirkungen auf das Stromversorgungssystem insgesamt

Vergessen Sie nicht, dass es sich bei den DDIBP-Installationen um elektromechanische Geräte handelt, die eine sorgfältige, wenn nicht sogar mehr ehrfurchtsvolle Haltung und regelmäßige Wartung erfordern.

Der Wartungsplan umfasst die Außerbetriebnahme, Abschaltung, Reinigung, Schmierung (einmal alle sechs Monate) sowie das Laden des Generators auf die Testlast (einmal im Jahr). Die Wartung einer Installation dauert normalerweise zwei Werktage. Das Fehlen einer speziell entwickelten Schaltung zum Anschließen des Generators an die Testlast führt dazu, dass die Nutzlast abgeschaltet werden muss.

Als Beispiel nehmen wir ein überschüssiges System von 15 parallel arbeitenden DDIBPs, die durch die "durchschnittliche" Spannung mit dem doppelten "geteilten" Bus verbunden sind, wenn keine dedizierte Schaltung zum Anschließen der Testlast vorhanden ist.

Um das System bei solchen Anfangsdaten jeden zweiten Tag für 30 (!) Ty-Kalendertage zu warten, muss einer der Ausgangsbusse getrennt werden, um die Testlast anzuschließen. Somit beträgt die Verfügbarkeit der Stromversorgung für die Nutzlast eines der Ausgangsbusse 0,959 und sogar 0,92.

Darüber hinaus erfordert eine Rückkehr zum regulären Nutzlast-Stromversorgungsschema die Einbeziehung der erforderlichen Anzahl von Abwärtstransformatoren, was wiederum mehrere Spannungseinbrüche im gesamten (!) System verursacht, die mit der Magnetisierungsumkehr der Transformatoren verbunden sind.

Empfehlungen für die Verwendung von DDIBP

Aus dem Vorstehenden ergibt sich eine nicht tröstliche Schlussfolgerung - am Ausgang des Stromversorgungssystems unter Verwendung des DDIBP liegt eine hochwertige (!) Unterbrechungsfreie Spannung an, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt sind:

Die externe Stromversorgung weist keine wesentlichen Mängel auf.
Die Systemlast ist zeitlich konstant, aktiv und linear (die letzten beiden Merkmale gelten nicht für Rechenzentrumsgeräte).
Es gibt keine Verzerrungen im System, die durch die Kommutierung reaktiver Elemente verursacht werden.

Zusammenfassend können wir die folgenden Empfehlungen formulieren:

Trennen Sie die Stromversorgungssysteme von Engineering- und IT-Geräten und teilen Sie diese in Teilsysteme auf, um die gegenseitige Beeinflussung zu minimieren.
Trennen Sie ein separates Netzwerk, um die Wartung einer einzelnen Installation zu ermöglichen und eine Testlast im Freien mit einer Kapazität anzuschließen, die einer einzelnen Installation entspricht. Bereiten Sie für diese Zwecke ein Standort- und Kabelmanagement vor.
Überwachen Sie ständig den Lastausgleich zwischen den Sammelschienen, einzelnen Einheiten und Phasen.
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Schließen Sie die Installation mit Vibrationssensoren ab, um einen Notfall zu vermeiden.
Wenn sich Schall- und Wärmefelder ändern, Vibrationen oder Fremdgerüche auftreten, schalten Sie die Geräte sofort zur weiteren Diagnose aus.

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