💅 🔃 👩‍🚀 Características de los sistemas de suministro de energía que utilizan DDIBP 👨‍🍳 👩🏽‍🌾 🍜

Butsev I.V.
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Características de los sistemas de suministro de energía que utilizan fuentes de alimentación ininterrumpidas dinámicas diesel (DDIBP)

En la siguiente declaración, el autor intentará evitar los clichés de marketing y se basará únicamente en la experiencia práctica. HITEC Power Protection DDIBP se describirá como sujetos de prueba.

Dispositivo de instalación DDIBP

El dispositivo DDIBP, desde el punto de vista de un electricista, parece bastante simple y predecible.
La principal fuente de energía es el Motor Diesel (DD), con suficiente potencia, teniendo en cuenta la eficiencia de la instalación, para el suministro continuo de energía a largo plazo de la carga. En consecuencia, esto impone requisitos bastante estrictos sobre su fiabilidad, disponibilidad para el lanzamiento y estabilidad del trabajo. Por lo tanto, es completamente lógico usar DD a bordo, que el vendedor vuelve a pintar de amarillo a su propio color.

Como convertidor reversible de energía mecánica en energía eléctrica y viceversa, la unidad incluye un generador de motor con una potencia que excede la potencia nominal de la unidad para mejorar, principalmente, las características dinámicas de la fuente de energía durante los transitorios.

Como el fabricante reclama una fuente de alimentación ininterrumpida, hay un elemento en la instalación que admite la fuente de carga durante las transiciones de un modo operativo a otro. Un dispositivo de almacenamiento inercial o embrague de inducción sirve para este propósito. Es un cuerpo masivo que gira a alta velocidad y acumula energía mecánica. El fabricante describe su dispositivo como un motor de inducción dentro de un motor de inducción. Aquellos. Hay un estator, un rotor externo y un rotor interno. Además, el rotor externo está conectado rígidamente al eje común de la instalación y gira sincrónicamente con el eje del generador del motor. El rotor interno, además, está desenrollado en relación con el externo y en realidad es un accionamiento. Para proporcionar potencia e interacción entre las partes individuales, se utilizan conjuntos de cepillos con anillos colectores.

Para garantizar la transferencia de energía mecánica del DD al resto de la instalación, se utiliza un embrague de sobrerrevolucionado.

La parte más importante de la instalación es el sistema de control automático, que, al analizar los parámetros de las partes individuales, tiene un impacto en el control de la instalación en su conjunto.
Además, el elemento más importante de la instalación es un reactor, un inductor trifásico con un grifo de devanado, diseñado para integrar la instalación en el sistema de suministro de energía y permitir una conmutación entre modos relativamente segura, limitando las corrientes de compensación.
Y, por último, subsistemas auxiliares, pero de ningún modo secundarios: ventilación, suministro de combustible, refrigeración y escape de gas.

Modos de funcionamiento de la instalación DDIBP

Creo que sería útil describir los diversos estados de la instalación de DDIBP:

modo de funcionamiento apagado

La parte mecánica de la instalación no se mueve. Se suministra energía al sistema de control, el sistema de precalentamiento DD, el sistema de carga flotante de las baterías de arranque y la unidad de ventilación de recirculación. Después de precalentar, la unidad está lista para comenzar.

modo de operación INICIO

Cuando se emite el comando START, se inicia el DD, que a través del embrague de sobrerrevolucionado hace girar el rotor externo del variador y el motor-generador. A medida que el DD se calienta, su sistema de enfriamiento se activa. Después de alcanzar la velocidad de funcionamiento, el rotor interno del variador comienza a girar (carga). El proceso de carga de una unidad se juzga indirectamente por la corriente que consume. Este proceso lleva de 5 a 7 minutos.

Si hay alimentación externa, la sincronización final con la red externa demora un tiempo y, cuando se alcanza un grado suficiente de modo común, la unidad se conecta a ella.

DD reduce la velocidad y entra en un ciclo de enfriamiento, que dura aproximadamente 10 minutos, seguido de una parada. La rueda libre se desacopla y el motor generador genera una rotación adicional de la instalación con compensación simultánea de pérdidas en el variador. La instalación está lista para alimentar la carga y pasa al modo UPS.

En ausencia de una fuente de alimentación externa, la instalación está lista para alimentar la carga y las necesidades propias del generador del motor y continúa funcionando en el modo DIESEL.

modo de funcionamiento DIESEL

En este modo, la fuente de energía es DD. El motor-generador girado alimenta la carga. El generador del motor como fuente de voltaje tiene una respuesta de frecuencia pronunciada y tiene una inercia notable, con un retraso en la respuesta a cambios repentinos en la carga. Porque El fabricante completa la instalación con DD a bordo. La operación en este modo está limitada solo por las reservas de combustible y la capacidad de mantener el régimen térmico de la instalación. En este modo de funcionamiento, el nivel de presión acústica cerca de la unidad supera los 105 dBA.

Modo de operación del UPS

En este modo, la fuente de alimentación es una red externa. El generador de motor conectado a través del reactor a una red externa y a la carga funciona en el modo compensador síncrono, dentro de ciertos límites que compensan el componente reactivo de la potencia de carga. En general, la instalación de DDIBP, conectada en serie con una red externa, por definición empeora sus características como fuente de voltaje, aumentando la impedancia interna equivalente. En este modo de funcionamiento, el nivel de presión acústica cerca de la unidad es de aproximadamente 100 dBA.

En caso de problemas con la red externa, la instalación se desconecta, se emite un comando para iniciar el DD y la instalación pasa al modo DIESEL. Cabe señalar que la puesta en marcha de un DD calentado constantemente ocurre sin carga hasta que la velocidad del eje DD excede las partes restantes de la instalación con el embrague de sobrerrevolucionado cerrado. Los tiempos típicos de arranque y salida de la velocidad de funcionamiento del DD son de 3-5 segundos.

modo de funcionamiento BYPASS

Si es necesario, por ejemplo, durante el mantenimiento, la carga se puede transferir a la línea de derivación directamente desde la red externa. El cambio a la línea de derivación y viceversa ocurre con una superposición en el tiempo de respuesta de los dispositivos de conmutación, lo que evita incluso la pérdida de potencia de carga a corto plazo ya que El sistema de control busca mantener el ajuste de fase de la tensión de salida de la instalación DDIBP y la red externa. Además, el modo operativo de la instalación en sí no cambia, es decir si DD funcionó, entonces continuará funcionando o la instalación en sí se suministró desde una red externa, entonces continuará.

modo de funcionamiento STOP

Cuando se emite el comando STOP, la potencia de carga se cambia a la línea de derivación, se interrumpe la potencia del generador del motor y la unidad. La unidad continúa girando por inercia durante más tiempo y después de detenerse, cambia al modo OFF.

Diagramas de conexión de DDIBP y sus características.

Instalación individual

Esta es la forma más fácil de usar un DDIBP independiente. La instalación puede tener dos salidas: NB (sin interrupción, fuente de alimentación ininterrumpida) sin interrupción de la fuente de alimentación y SB (interrupción breve, fuente de alimentación garantizada) con interrupción de la alimentación a corto plazo. Cada una de las salidas puede tener su propio bypass (ver Fig. 1.).

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Figura 1

La carga crítica generalmente está conectada a la salida NB (IT, bombas de circulación del sistema de suministro de frío, aires acondicionados de precisión), y la salida SB está conectada a la carga para la cual una interrupción de energía a corto plazo no es crítica (enfriadores del sistema de suministro de frío). Para excluir la pérdida completa de suministro de energía a la carga crítica, la conmutación de la salida de instalación y el circuito de derivación se superpone en el tiempo, y las corrientes de falla se reducen a valores seguros debido a la resistencia compleja de la parte del devanado del reactor.

Se debe prestar especial atención a la fuente de alimentación de la carga no lineal DDIBP, es decir carga, que se caracteriza por la presencia en la composición espectral del consumo actual de un número notable de armónicos. Debido a las características del generador síncrono y el circuito de conexión, esto conduce a una distorsión de la forma del voltaje en la salida de la unidad, así como a la presencia de componentes armónicos del consumo de corriente cuando la unidad se alimenta de una red de voltaje de CA externa.

A continuación se muestran imágenes de la forma (ver Fig. 2) y un análisis armónico de la tensión de salida (ver Fig. 3) cuando se alimenta con una red externa. El coeficiente de distorsión armónica superó el 10% con una carga no lineal modesta en forma de convertidor de frecuencia. Al mismo tiempo, la instalación no cambió al modo diésel, lo que confirma que el sistema de control no controla un parámetro tan importante como el coeficiente de distorsión armónica de la tensión de salida. Según las observaciones, el nivel de distorsión armónica no depende de la potencia de la carga, sino de la relación de la potencia de la carga lineal y no lineal, y cuando se prueba una carga puramente activa, térmica, la tensión en la salida de la unidad es realmente cercana a sinusoidal. Pero esta situación está muy lejos de la realidad, especialmente con respecto al suministro de equipos de ingeniería,incorporando convertidores de frecuencia y cargas de TI, con fuentes de alimentación conmutadas, no siempre equipadas con un corrector de factor de potencia (PFC).

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Fig. 2 Fig.

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3

En este y en los diagramas subsiguientes, se dan tres circunstancias:

Conexión galvánica entre la entrada y la salida de la instalación.
El sesgo de la carga de fase de la salida va a la entrada.
La necesidad de medidas adicionales para reducir los armónicos de la corriente de carga.
Los componentes armónicos de la corriente de carga y la distorsión causada por los transitorios penetran desde la salida hasta la entrada.

Circuito paralelo

Para alimentar el sistema de suministro de energía, las instalaciones DDIBP se pueden encender en paralelo, conectando los circuitos de entrada y salida de instalaciones individuales. Debe entenderse que la instalación pierde su independencia y se convierte en parte del sistema cuando se cumplen las condiciones de sincronismo y coincidencia de fase, en física esto se denota en una palabra: coherencia. Desde un punto de vista práctico, esto significa que todas las instalaciones incluidas en el sistema deberían funcionar en el mismo modo, es decir, por ejemplo, la opción con operación parcial desde el DD y parcial desde la red externa no está permitida. En este caso, se crea una línea de derivación común para todo el sistema (ver Fig. 4).

Con este esquema de conexión, hay dos modos potencialmente peligrosos:

Conexión de la segunda instalación y posteriores al bus de salida del sistema de acuerdo con las condiciones de coherencia.
Desconectar una sola instalación del bus de salida de acuerdo con las condiciones de coherencia hasta que se abran los interruptores de salida.

Fig. 4 El

apagado de emergencia de una sola instalación puede llevar a una situación en la que comienza a ralentizarse y el dispositivo de conmutación de salida aún no se ha abierto. Además, en poco tiempo, la diferencia de fase entre la instalación y el resto del sistema puede alcanzar valores de alarma, provocando un modo de cortocircuito.

También preste atención al equilibrio de carga entre las unidades individuales. En el equipo considerado aquí, el equilibrio se lleva a cabo debido a las características de caída de carga del generador. Debido a sus características no ideales e idénticas de las instancias de instalaciones entre instalaciones, la distribución también es desigual. Además, al acercarse a los valores máximos de carga, la distribución de factores aparentemente insignificantes como la longitud de las líneas conectadas, los puntos de conexión a la red de distribución de las plantas y la carga, así como la calidad (resistencia de transición) de las conexiones comienzan a influir en la distribución.

Siempre debe recordarse que DDIBP y los dispositivos de conmutación son dispositivos electromecánicos con un momento significativo de inercia y valores tangibles del retraso de tiempo para la reacción a las acciones de control del sistema de control automático.

Circuito paralelo con conexión de media tensión.

En este caso, el generador está conectado al reactor a través de un transformador con una relación de transformación adecuada. Por lo tanto, el reactor y las máquinas de conmutación operan a un nivel de voltaje "promedio", y el generador funciona a un nivel de 0.4 kV (ver Fig. 5).

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Fig. 5

Con este caso de uso, es necesario prestar atención a la naturaleza de la carga final y su diagrama de conexión. Aquellos. Si la carga final se conecta a través de transformadores reductores, debe tenerse en cuenta que la conexión del transformador a la red eléctrica con un alto grado de probabilidad va acompañada de un proceso de remagnetización del núcleo, que a su vez provoca una irrupción del consumo de corriente y, en consecuencia, una caída de voltaje (ver Fig.6).

El equipo sensible en esta situación puede no funcionar correctamente.

Al menos la luz de baja inercia parpadea y los inversores de frecuencia predeterminados de los motores eléctricos se reinician.

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Fig.6

Circuito de bus de salida dividida

Para optimizar el número de instalaciones en el sistema de suministro de energía, el fabricante propone utilizar un circuito con un bus de salida "dividido", en el que las instalaciones son paralelas tanto en entrada como en salida, con cada instalación conectada individualmente a más de un bus de salida. En este caso, el número de líneas de derivación debe ser igual al número de buses de salida (ver Fig. 7).

Debe entenderse que los buses de salida no son independientes y están conectados galvánicamente entre sí a través de los dispositivos de conmutación de cada instalación.

Por lo tanto, a pesar de las garantías del fabricante, este circuito es una fuente de alimentación única con redundancia interna, en el caso de un circuito paralelo, que tiene varias salidas acopladas galvánicamente entre sí.

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Fig. 7

Aquí, como en el caso anterior, es necesario prestar atención no solo al equilibrio de carga entre las unidades, sino también entre los buses de salida.

Además, algunos clientes se oponen fuertemente al suministro de alimentos "sucios", es decir El uso de bypass, a la carga en cualquier modo de funcionamiento. Con este enfoque, por ejemplo, en los centros de datos, un problema (sobrecarga) en uno de los haces conduce a un bloqueo del sistema con una desconexión completa de la carga útil.

Ciclo de vida de DDIBP y su impacto en el sistema de suministro de energía en su conjunto.

No olvide que las instalaciones de DDIBP son dispositivos electromecánicos que requieren una actitud cuidadosa, si no más, reverente y mantenimiento periódico.

El cronograma de servicio incluye desmantelamiento, apagado, limpieza, lubricación (una vez cada seis meses), así como cargar el generador a la carga de prueba (una vez al año). Por lo general, se requieren dos días hábiles para reparar una instalación. Y la falta de un circuito especialmente diseñado para conectar el generador a la carga de prueba conduce a la necesidad de desenergizar la carga útil.

Como ejemplo, tomamos un sistema en exceso de 15 DDIBP de trabajo en paralelo conectados por el voltaje "promedio" al bus doble "dividido" en ausencia de un circuito dedicado para conectar la carga de prueba.

Con tales datos iniciales, para mantener el sistema durante 30 (!) Días calendario Ty cada dos días, será necesario desconectar uno de los buses de salida para conectar la carga de prueba. Por lo tanto, la disponibilidad de suministro de energía para la carga útil de uno de los buses de salida es de 0.959, y de hecho incluso de 0.92.

Además, un retorno al esquema de suministro de energía de carga útil regular requerirá la inclusión del número requerido de transformadores reductores, lo que, a su vez, causará múltiples caídas de voltaje en todo el Sistema (!) Asociado con la inversión de magnetización de los transformadores.

Recomendaciones para el uso de DDIBP

De lo anterior, se sugiere una conclusión no reconfortante: a la salida del sistema de suministro de energía que usa el DDIBP, hay un voltaje ininterrumpido de alta calidad (!) Cuando se cumplen todas las condiciones siguientes:

La fuente de alimentación externa no tiene deficiencias significativas;
La carga del sistema es constante en el tiempo, activa y de naturaleza lineal (las dos últimas características no se aplican al equipo del centro de datos);
No hay distorsiones en el sistema causadas por la conmutación de elementos reactivos.

En resumen, podemos formular las siguientes recomendaciones:

Separe los sistemas de suministro de energía de los equipos de ingeniería y TI, y divídalos en subsistemas, para minimizar la influencia mutua.
Separe una red separada para proporcionar la capacidad de dar servicio a una sola instalación con la capacidad de conectar una carga de prueba al aire libre con una capacidad igual a una sola instalación. Prepare un sitio y gestión de cable para estos fines.
Controle constantemente el equilibrio de carga entre las barras colectoras, las unidades individuales y las fases.
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Complete la instalación con sensores de vibración para evitar una emergencia.
Si cambian los campos acústicos y térmicos, se producen vibraciones u olores extraños, desmantele inmediatamente las unidades para un diagnóstico posterior.

PD: El autor agradecerá los comentarios sobre el tema del artículo.

Publicación en otros recursos y medios solo con el permiso por escrito del autor.

Características de los sistemas de suministro de energía que utilizan DDIBP