👨‍🚀 👩🏾‍🎤 👋🏾 Caractéristiques des systèmes d'alimentation utilisant DDIBP 🍱 🎙️ 🙏🏾

Butsev I.V.
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Caractéristiques des systèmes d'alimentation utilisant des alimentations sans coupure dynamiques diesel (DDIBP)

Dans la déclaration suivante, l'auteur tentera d'éviter les clichés marketing et s'appuiera uniquement sur une expérience pratique. HITEC Power Protection DDIBP sera décrit comme sujet de test.

Dispositif d'installation DDIBP

Le dispositif DDIBP, du point de vue d'un électricien, semble assez simple et prévisible.
La principale source d'énergie est le moteur diesel (DD), avec une puissance suffisante, compte tenu de l'efficacité de l'installation, pour une alimentation continue à long terme de la charge. Cela impose donc des exigences assez strictes sur sa fiabilité, sa préparation au lancement et la stabilité du travail. Par conséquent, il est tout à fait logique d'utiliser des DD embarqués, que le fournisseur repeint du jaune à sa propre couleur.

En tant que convertisseur réversible d'énergie mécanique en énergie électrique et vice versa, l'unité comprend un moteur-générateur d'une puissance supérieure à la puissance nominale de l'unité pour améliorer, principalement, les caractéristiques dynamiques de la source d'alimentation pendant les transitoires.

Étant donné que le fabricant revendique une alimentation électrique ininterrompue, il existe un élément dans l'installation qui prend en charge l'alimentation de la charge lors des transitions d'un mode de fonctionnement à un autre. Un dispositif de stockage inertiel ou un embrayage à induction remplit cette fonction. C'est un corps massif qui tourne à grande vitesse et accumule de l'énergie mécanique. Le fabricant décrit son appareil comme un moteur à induction à l'intérieur d'un moteur à induction. Ceux. il y a un stator, un rotor externe et un rotor interne. De plus, le rotor externe est relié rigidement à l'arbre commun de l'installation et tourne de manière synchrone avec l'arbre du moteur-générateur. Le rotor interne est en outre sans torsion par rapport à l'extérieur et est en fait un entraînement. Pour fournir la puissance et l'interaction entre les pièces individuelles, des ensembles de brosses avec bagues collectrices sont utilisés.

Pour assurer le transfert d'énergie mécanique du DD vers le reste de l'installation, un embrayage à roue libre est utilisé.

La partie la plus importante de l'installation est le système de contrôle automatique qui, en analysant les paramètres des différentes parties, a un impact sur le contrôle de l'installation dans son ensemble.
De plus, l'élément le plus important de l'installation est un réacteur, un inducteur triphasé avec un enroulement, conçu pour intégrer l'installation dans le système d'alimentation et permettre une commutation relativement sûre entre les modes, limitant les courants d'égalisation.
Et enfin, des sous-systèmes auxiliaires, mais nullement secondaires - ventilation, alimentation en carburant, refroidissement et évacuation des gaz.

Modes de fonctionnement de l'installation DDIBP

Je pense qu'il serait utile de décrire les différents états de l'installation DDIBP:

mode de fonctionnement OFF

La partie mécanique de l'installation ne bouge pas. L'alimentation est fournie au système de commande, au système de préchauffage DD, au système de charge flottante des batteries de démarrage et à l'unité de ventilation à recirculation. Après le préchauffage, l'unité est prête à démarrer.

mode de fonctionnement START

Lorsque la commande START est émise, le DD démarre, qui, à travers l'embrayage à roue libre, fait tourner le rotor externe de l'entraînement et du moteur-générateur. Lorsque le DD se réchauffe, son système de refroidissement est activé. Après avoir atteint la vitesse de fonctionnement, le rotor interne de l'entraînement commence à tourner (charge). Le processus de charge d'un disque est indirectement jugé par le courant qu'il consomme. Ce processus prend 5-7 minutes.

S'il y a une alimentation externe, cela prend un certain temps pour la synchronisation finale avec le réseau externe et quand un degré suffisant de mode commun est atteint, l'unité y est connectée.

DD réduit la vitesse et entre dans un cycle de refroidissement, qui prend environ 10 minutes, suivi d'un arrêt. La roue libre est désengagée et la rotation ultérieure de l'installation est prise en charge par le moteur-générateur avec compensation simultanée des pertes dans l'entraînement. L'installation est prête à alimenter la charge et passe en mode UPS.

En l'absence d'alimentation externe, l'installation est prête à alimenter la charge et les besoins propres du moteur-générateur et continue de fonctionner en mode DIESEL.

mode de fonctionnement DIESEL

Dans ce mode, la source d'énergie est DD. Le moteur-alternateur entraîné en rotation alimente la charge. Le générateur de moteur en tant que source de tension a une réponse en fréquence prononcée et a une inertie notable, avec un retard dans la réponse aux changements soudains de la charge. Parce que Le constructeur achève l'installation avec des DD embarqués. Le fonctionnement dans ce mode n'est limité que par les réserves de carburant et la capacité à maintenir le régime thermique de l'installation. Dans ce mode de fonctionnement, le niveau de pression acoustique à proximité de l'unité dépasse 105 dBA.

Mode de fonctionnement UPS

Dans ce mode, la source d'alimentation est un réseau externe. Le moteur-générateur connecté via le réacteur à un réseau externe et à la charge fonctionne en mode compensateur synchrone, dans certaines limites compensant la composante réactive de la puissance de charge. En général, l'installation DDIBP, connectée en série avec un réseau externe, aggrave par définition ses caractéristiques de source de tension, augmentant l'impédance interne équivalente. Dans ce mode de fonctionnement, le niveau de pression acoustique à proximité de l'unité est d'environ 100 dBA.

En cas de problème avec le réseau externe, l'installation en est déconnectée, une commande est lancée pour démarrer le DD et l'installation passe en mode DIESEL. Il convient de noter que le démarrage d'un DD constamment chauffé se produit sans charge jusqu'à ce que la vitesse de l'arbre DD dépasse les parties restantes de l'installation avec l'embrayage à roue libre fermé. Les temps de démarrage et de sortie typiques de la vitesse de fonctionnement du DD sont de 3 à 5 secondes.

mode de fonctionnement BYPASS

Si nécessaire, par exemple pendant la maintenance, la charge peut être transférée sur la ligne de dérivation directement depuis le réseau externe. La commutation vers la ligne de dérivation et vice versa se produit avec un chevauchement du temps de réponse des dispositifs de commutation, ce qui évite même une perte à court terme de puissance de charge, car le système de contrôle cherche à maintenir l'adaptation de phase de la tension de sortie de l'installation DDIBP et du réseau externe. Dans ce cas, le mode de fonctionnement de l'installation elle-même ne change pas, c'est-à-dire si DD a fonctionné, il continuera de fonctionner ou l'installation elle-même a été fournie par un réseau externe, puis elle continuera.

mode de fonctionnement STOP

Lorsque la commande STOP est émise, la puissance de charge est commutée sur la ligne de dérivation, l'alimentation du moteur-générateur et de l'entraînement est interrompue. L'unité continue de tourner par inertie pendant encore un certain temps et après l'arrêt, passe en mode OFF.

Schémas de connexion du DDIBP et leurs fonctionnalités

Installation unique

C'est le moyen le plus simple d'utiliser un DDIBP indépendant. L'installation peut avoir deux sorties - NB (pas de coupure, alimentation ininterrompue) sans interruption de l'alimentation et SB (coupure courte, alimentation garantie) avec coupure de courant à court terme. Chacune des sorties peut avoir sa propre dérivation (voir Fig. 1.).

Fig. 1

La charge critique est généralement connectée à la sortie NB (IT, pompes de circulation du système de refroidissement, climatiseurs de précision), et la sortie SB est connectée à une charge pour laquelle une coupure de courant à court terme n'est pas critique (refroidisseurs du système de refroidissement). Afin d'exclure la perte totale d'alimentation électrique de la charge critique, la commutation de la sortie de l'installation et du circuit de dérivation se chevauche et les courants de défaut sont réduits à des valeurs sûres en raison de la résistance complexe de la partie d'enroulement du réacteur.

Une attention particulière doit être accordée à l'alimentation électrique de la charge non linéaire DDIBP, c'est-à-dire charge, qui se caractérise par la présence dans la composition spectrale de la consommation actuelle d'un nombre notable d'harmoniques. En raison des caractéristiques du générateur synchrone et du circuit de connexion, cela conduit à une distorsion de la forme de la tension à la sortie de l'unité, ainsi qu'à la présence de composants harmoniques de la consommation de courant lorsque l'unité est alimentée par un réseau de tension alternative externe.

Vous trouverez ci-dessous des images de la forme (voir figure 2) et une analyse harmonique de la tension de sortie (voir figure 3) lorsqu'elle est alimentée par un réseau externe. Le coefficient de distorsion harmonique dépassait 10% avec une charge non linéaire modeste sous la forme d'un convertisseur de fréquence. Dans le même temps, l'installation n'est pas passée en mode diesel, ce qui confirme que le système de contrôle ne surveille pas un paramètre aussi important que le coefficient de distorsion harmonique de la tension de sortie. Selon les observations, le niveau de distorsion harmonique ne dépend pas de la puissance de la charge, mais du rapport de la puissance de la charge non linéaire et linéaire, et lorsqu'elle est testée pour une charge active, thermique, pure, la forme de tension à la sortie de l'installation est très proche de la sinusoïdale. Mais cette situation est très éloignée de la réalité, notamment en ce qui concerne la fourniture d'équipements d'ingénierie,incorporant des convertisseurs de fréquence et des charges informatiques, avec des alimentations à découpage, pas toujours équipées d'un correcteur de facteur de puissance (PFC).

Fig. 2 Fig.

3

Dans ce diagramme et les suivants, trois circonstances se présentent:

Connexion galvanique entre l'entrée et la sortie de l'installation.
L'inclinaison de la charge de phase de la sortie va à l'entrée.
La nécessité de mesures supplémentaires pour réduire les harmoniques du courant de charge.
Les composantes harmoniques du courant de charge et de la distorsion provoquée par les transitoires pénètrent de la sortie à l'entrée.

Circuit parallèle

Afin d'alimenter le système d'alimentation, les installations DDIBP peuvent être allumées en parallèle, connectant les circuits d'entrée et de sortie des installations individuelles. Il faut comprendre que l'installation perd son indépendance et devient partie intégrante du système lorsque les conditions de synchronisme et d'adaptation de phase sont remplies, en physique cela est désigné en un mot - cohérence. D'un point de vue pratique, cela signifie que toutes les installations incluses dans le système doivent fonctionner dans le même mode, c'est-à-dire, par exemple, l'option avec un fonctionnement partiel à partir du DD et partielle à partir du réseau externe n'est pas valide. Dans ce cas, une ligne de dérivation est créée commune à l'ensemble du système (voir Fig. 4).

Avec ce schéma de connexion, il existe deux modes potentiellement dangereux:

Connexion de la deuxième installation et des suivantes au bus de sortie du système dans le respect des conditions de cohérence.
Déconnexion d'une seule installation du bus de sortie dans le respect des conditions de cohérence jusqu'à ce que les commutateurs de sortie s'ouvrent.

Fig. 4

L'arrêt d'urgence d'une seule installation peut entraîner une situation où elle commence à ralentir et le dispositif de commutation de sortie ne s'est pas encore ouvert. De plus, en peu de temps, la différence de phase entre l'installation et le reste du système peut atteindre des valeurs d'alarme, provoquant un mode de court-circuit.

Faites également attention à l'équilibrage de charge entre les unités individuelles. Dans l'équipement considéré ici, l'équilibrage est effectué en raison des caractéristiques de charge en baisse du générateur. En raison de ses caractéristiques non idéales et non identiques des instances d'installations entre installations, la répartition est également inégale. En outre, à l'approche des valeurs de charge maximales, la distribution de facteurs apparemment insignifiants comme la longueur des lignes connectées, les points de connexion au réseau de distribution des usines et la charge, ainsi que la qualité (résistance de transition) des connexions elles-mêmes commencent à influencer la distribution.

Il faut toujours se rappeler que le DDIBP et les dispositifs de commutation sont des dispositifs électromécaniques avec un moment d'inertie significatif et des valeurs tangibles de la temporisation de réaction aux actions de contrôle du système de contrôle automatique.

Circuit parallèle avec connexion moyenne tension

Dans ce cas, le générateur est connecté au réacteur via un transformateur avec un rapport de transformation approprié. Ainsi, le réacteur et les machines de commutation fonctionnent à un niveau de tension «moyen» et le générateur fonctionne à un niveau de 0,4 kV (voir Fig. 5).

Fig. 5

Avec ce cas d'utilisation, il faut faire attention à la nature de la charge finale et à son schéma de connexion. Ceux. si la charge finale est connectée via des transformateurs abaisseurs, il faut garder à l'esprit que la connexion du transformateur au secteur avec un haut degré de probabilité s'accompagne d'un processus de remagnétisation du cœur, qui à son tour provoque une augmentation de la consommation de courant et, par conséquent, une chute de tension (voir Fig.6).

Les équipements sensibles dans cette situation peuvent ne pas fonctionner correctement.

Au moins, le voyant à faible inertie clignote et les variateurs de fréquence par défaut des moteurs électriques redémarrent.

Fig.6

Circuit de bus de sortie divisé

Afin d'optimiser le nombre d'installations dans le système d'alimentation, le fabricant propose d'utiliser un circuit avec un bus de sortie «divisé», dans lequel les installations sont parallèles en entrée et en sortie, chaque installation étant individuellement connectée à plus d'un bus de sortie. Dans ce cas, le nombre de lignes de dérivation doit être égal au nombre de bus de sortie (voir Fig. 7).

Il faut comprendre que les bus de sortie ne sont pas indépendants et sont connectés galvaniquement les uns aux autres via les dispositifs de commutation de chaque installation.

Ainsi, malgré les assurances du constructeur, ce circuit est une alimentation unique à redondance interne, dans le cas d'un circuit parallèle, ayant plusieurs sorties couplées galvaniquement entre elles.

Fig. 7

Ici, comme dans le cas précédent, il faut faire attention non seulement à l'équilibrage de charge entre les unités, mais entre les bus de sortie.

De plus, certains clients s'opposent fortement à l'approvisionnement en aliments «sales», c'est-à-dire l'utilisation du bypass, à la charge dans tous les modes de fonctionnement. Avec cette approche, par exemple, dans les centres de données, un problème (surcharge) sur l'un des faisceaux entraîne une panne du système avec une déconnexion complète de la charge utile.

Cycle de vie du DDIBP et son impact sur le système d'alimentation dans son ensemble

N'oubliez pas que les installations DDIBP sont des appareils électromécaniques qui nécessitent une attitude respectueuse, sinon plus, respectueuse et un entretien périodique.

Le programme d'entretien comprend la mise hors service, l'arrêt, le nettoyage, la lubrification (une fois tous les six mois), ainsi que le chargement du générateur à la charge d'essai (une fois par an). Il faut généralement deux jours ouvrables pour entretenir une installation. Et l'absence d'un circuit spécialement conçu pour connecter le générateur à la charge d'essai conduit à la nécessité de mettre hors tension la charge utile.

A titre d'exemple, nous prenons un système en excès de 15 DDIBP fonctionnant en parallèle connectés par la tension "moyenne" au bus double "split" en l'absence d'un circuit dédié pour connecter la charge de test.

Avec ces données initiales, pour maintenir le système pendant 30 (!) - jours civils en mode jour, il sera nécessaire de déconnecter l'un des bus de sortie pour connecter la charge de test. Ainsi, la disponibilité de l'alimentation pour la charge utile de l'un des bus de sortie est de 0,959, voire de 0,92.

En outre, un retour au schéma d'alimentation électrique de la charge utile nécessitera l'inclusion du nombre requis de transformateurs abaisseurs, ce qui, à son tour, provoquera de multiples baisses de tension dans l'ensemble du système (!) Associées à l'inversion de la magnétisation des transformateurs.

Recommandations pour l'utilisation du DDIBP

De ce qui précède, une conclusion non réconfortante se suggère: à la sortie du système d'alimentation utilisant le DDIBP, une tension ininterrompue de haute qualité (!) Est présente lorsque toutes les conditions suivantes sont remplies:

L'alimentation électrique externe ne présente pas de lacunes importantes;
La charge du système est constante dans le temps, de nature active et linéaire (les deux dernières caractéristiques ne s'appliquent pas à l'équipement du centre de données);
Il n'y a pas de distorsions dans le système causées par la commutation d'éléments réactifs.

En résumé, nous pouvons formuler les recommandations suivantes:

Séparez les systèmes d'alimentation électrique des équipements d'ingénierie et informatiques et divisez ces derniers en sous-systèmes pour minimiser l'influence mutuelle.
Séparez un réseau distinct pour fournir la possibilité de desservir une seule installation avec la possibilité de connecter une charge de test extérieure avec une capacité égale à une seule installation. Préparez un site et une gestion des câbles à ces fins.
Surveillez en permanence l'équilibre de charge entre les jeux de barres, les unités individuelles et les phases.
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Complétez l'installation avec des capteurs de vibration pour éviter une urgence.
Si les champs sonores et thermiques changent, des vibrations ou des odeurs étrangères se produisent, mettez immédiatement les unités hors service pour un diagnostic plus approfondi.

PS L'auteur sera reconnaissant pour les commentaires sur le sujet de l'article.

Publication sur d'autres ressources et médias uniquement avec la permission écrite de l'auteur.

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