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Recursos de sistemas de fonte de alimentação usando DDIBP

Butsev I.V.
drups2019@mail.ru

Recursos de sistemas de fonte de alimentação usando fontes de alimentação ininterruptas dinâmicas a diesel (DDIBP)


Na declaração a seguir, o autor tentará evitar clichês de marketing e confiará apenas na experiência prática. O HITEC Power Protection DDIBP será descrito como assuntos de teste.

Dispositivo de instalação DDIBP


O dispositivo DDIBP, do ponto de vista de um eletricista, parece bastante simples e previsível.
A principal fonte de energia é o Motor Diesel (DD), com potência suficiente, levando em consideração a eficiência da instalação, para fornecimento contínuo de energia a longo prazo da carga. Isso, portanto, impõe requisitos bastante rigorosos à sua confiabilidade, prontidão para lançamento e estabilidade do trabalho. Portanto, é completamente lógico usar DDs a bordo, que o fornecedor repassa do amarelo para sua própria cor.

Como um conversor reversível de energia mecânica em energia elétrica e vice-versa, a unidade inclui um gerador de motor com uma potência que excede a potência nominal da unidade para melhorar, principalmente, as características dinâmicas da fonte de energia durante os transientes.

Como o fabricante reivindica uma fonte de alimentação ininterrupta, há um elemento na instalação que suporta o suprimento de carga durante as transições de um modo operacional para outro. Um dispositivo de armazenamento inercial ou embreagem de indução serve a esse propósito. É um corpo maciço que gira em alta velocidade e acumula energia mecânica. O fabricante descreve seu dispositivo como um motor de indução dentro de um motor de indução. Essa. há um estator, um rotor externo e um rotor interno. Além disso, o rotor externo é rigidamente conectado ao eixo comum da instalação e gira em sincronia com o eixo do gerador do motor. Além disso, o rotor interno é torcido em relação ao externo e, na verdade, é um inversor. Para fornecer energia e interação entre as peças individuais, são utilizados conjuntos de escovas com anéis coletores.

Para garantir a transferência de energia mecânica do DD para o restante da instalação, é usada uma embreagem de avanço.

A parte mais importante da instalação é o sistema de controle automático, que, analisando os parâmetros de cada peça, afeta o controle da instalação como um todo.
Além disso, o elemento mais importante da instalação é um reator, um indutor trifásico com uma torneira de enrolamento, projetado para integrar a instalação ao sistema de fonte de alimentação e permitir a alternância relativamente segura entre os modos, limitando as correntes de equalização.
E finalmente, subsistemas auxiliares, mas de modo algum secundários - ventilação, suprimento de combustível, refrigeração e exaustão de gás.

Modos de operação da instalação do DDIBP


Acredito que seria útil descrever os vários estados da instalação do DDIBP:

  • modo de operação OFF

A parte mecânica da instalação não está se movendo. A energia é fornecida ao sistema de controle, ao sistema de pré-aquecimento DD, ao sistema de carga flutuante das baterias de partida e à unidade de ventilação de recirculação. Após o pré-aquecimento, a unidade está pronta para iniciar.

  • modo de operação START

Quando o comando START é emitido, o DD é iniciado, que através da embreagem superior gira o rotor externo do inversor e o gerador do motor. À medida que o DD aquece, seu sistema de refrigeração é ativado. Após atingir a velocidade operacional, o rotor interno do inversor começa a girar (carga). O processo de carregamento de uma unidade é julgado indiretamente pela corrente que consome. Esse processo leva de 5 a 7 minutos.

Se houver energia externa, leva algum tempo para a sincronização final com a rede externa e, quando é alcançado um grau suficiente de modo comum, a unidade está conectada a ela.

O DD reduz a velocidade e entra em um ciclo de resfriamento, que leva cerca de 10 minutos, seguido de uma parada. A roda livre é desengatada e a rotação adicional da instalação é suportada pelo motor-gerador com compensação simultânea de perdas no inversor. A instalação está pronta para alimentar a carga e entra no modo UPS.

Na ausência de fonte de alimentação externa, a instalação está pronta para alimentar a carga e as próprias necessidades do gerador do motor e continua a trabalhar no modo DIESEL.

  • modo de operação DIESEL

Nesse modo, a fonte de energia é DD. O motor-gerador girado por ele alimenta a carga. O gerador do motor como fonte de tensão tem uma resposta de frequência pronunciada e uma inércia perceptível, com um atraso na resposta a mudanças repentinas na carga. Porque O fabricante conclui a instalação com DDs a bordo do navio. A operação neste modo é limitada apenas pelas reservas de combustível e pela capacidade de manter o regime térmico da instalação. Nesse modo de operação, o nível de pressão sonora próximo à unidade excede 105 dBA.

  • Modo de operação do no-break

Nesse modo, a fonte de energia é uma rede externa. O gerador do motor conectado através do reator à rede externa e à carga opera no modo de compensador síncrono, dentro de certos limites, compensando o componente reativo da potência da carga. Em geral, a instalação do DDIBP, conectada em série a uma rede externa, por definição piora suas características como fonte de tensão, aumentando a impedância interna equivalente. Nesse modo de operação, o nível de pressão sonora próximo à unidade é de cerca de 100 dBA.

Em caso de problemas com a rede externa, a instalação é desconectada, um comando é emitido para iniciar o DD e a instalação entra no modo DIESEL. Deve-se observar que a partida de um DD aquecido constantemente ocorre sem carga até que a velocidade do eixo DD exceda as demais partes da instalação com a embreagem de avanço fechada. O tempo típico de inicialização e saída da velocidade de operação do DD é de 3-5 segundos.

  • modo de operação BYPASS

Se necessário, por exemplo, durante a manutenção, a carga pode ser transferida para a linha de derivação diretamente da rede externa. A mudança para a linha de derivação e vice-versa ocorre com uma sobreposição no tempo de resposta dos dispositivos de comutação, o que evita até a perda de energia de carga a curto prazo desde o sistema de controle procura manter a correspondência de fases da tensão de saída da instalação do DDIBP e da rede externa. Nesse caso, o modo operacional da instalação em si não muda, ou seja, se o DD funcionou, continuará funcionando ou a instalação em si foi fornecida a partir de uma rede externa e continuará.

  • modo de operação STOP

Quando o comando STOP é emitido, a energia da carga é comutada para a linha de derivação, a energia do gerador do motor e do inversor é interrompida. A unidade continua a girar por inércia por mais algum tempo e depois de parar, muda para o modo OFF.

Diagramas de conexão do DDIBP e seus recursos


Instalação única


Essa é a maneira mais fácil de usar um DDIBP independente. A instalação pode ter duas saídas - NB (sem interrupção, fonte de alimentação ininterrupta) sem interrupção da fonte de alimentação e SB (curto intervalo, fonte de alimentação garantida) com interrupção de energia a curto prazo. Cada uma das saídas pode ter seu próprio desvio (veja a Fig. 1.).

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Figura 1

Geralmente, a carga crítica é conectada à saída NB (TI, bombas de circulação do sistema de refrigeração, ar condicionado de precisão) e a saída SB é conectada à carga para a qual uma interrupção de energia de curto prazo não é crítica (chillers do sistema de refrigeração). Para excluir a perda completa da fonte de alimentação para a carga crítica, a comutação da saída da instalação e do circuito de desvio é sobreposta no tempo, e as correntes de falha são reduzidas a valores seguros devido à complexa resistência da parte do enrolamento do reator.

Atenção especial deve ser dada à fonte de alimentação a partir da carga não linear do DDIBP, ou seja, carga, caracterizada pela presença na composição espectral do consumo atual de um número notável de harmônicos. Devido às características do gerador síncrono e do circuito de conexão, isso leva a uma distorção do formato da tensão na saída da instalação, bem como a presença de componentes harmônicos do consumo de corrente quando a unidade é alimentada por uma rede externa de tensão CA.

Abaixo estão imagens do formulário (veja a Fig. 2) e uma análise harmônica da tensão de saída (veja a Fig. 3) quando alimentado por uma rede externa. O coeficiente de distorção harmônica excedeu 10% com uma carga não linear modesta na forma de um conversor de frequência. Ao mesmo tempo, a instalação não mudou para o modo diesel, o que confirma que o sistema de controle não monitora um parâmetro tão importante quanto o coeficiente de distorção harmônica da tensão de saída. De acordo com as observações, o nível de distorção harmônica não depende da potência da carga, mas da razão da potência da carga linear e não linear e, quando testada para uma carga ativa, térmica, pura, a forma de tensão na saída da unidade é realmente próxima da sinusoidal. Mas esta situação está muito longe da realidade, especialmente no que diz respeito ao fornecimento de equipamentos de engenharia,incorporar conversores de frequência e cargas de TI, com fontes de alimentação comutadas, nem sempre equipadas com um corretor de fator de potência (PFC).

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Fig. 2 Fig.

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3

Neste e nos diagramas subseqüentes, três circunstâncias se assumem:

  • Conexão galvânica entre a entrada e a saída da instalação.
  • A inclinação da carga de fase da saída vai para a entrada.
  • A necessidade de medidas adicionais para reduzir os harmônicos da corrente de carga.
  • Os componentes harmônicos da corrente de carga e distorção causada pelos transientes penetram da saída para a entrada.

Circuito paralelo


Para alimentar o sistema de fonte de alimentação, as instalações DDIBP podem ser ligadas em paralelo, conectando os circuitos de entrada e saída de instalações individuais. Deve-se entender que a instalação perde sua independência e se torna parte do sistema quando as condições de sincronismo e correspondência de fases são cumpridas, na física isso é denotado em uma palavra - coerência. Do ponto de vista prático, isso significa que todas as instalações incluídas no sistema devem funcionar no mesmo modo, ou seja, por exemplo, a opção com operação parcial do DD e parcial da rede externa não é válida. Nesse caso, é criada uma linha de desvio comum para todo o sistema (veja a Fig. 4).

Com esse esquema de conexão, existem dois modos potencialmente perigosos:

  • Conectando a segunda e as instalações subseqüentes ao barramento de saída do sistema em conformidade com as condições de coerência.
  • Desconectar uma única instalação do barramento de saída em conformidade com as condições de coerência até que a saída seja aberta.

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Fig. 4

O desligamento de emergência de uma única instalação pode levar a uma situação em que começa a desacelerar, e o dispositivo de comutação de saída ainda não foi aberto. Além disso, em pouco tempo, a diferença de fase entre a instalação e o restante do sistema pode atingir valores de alarme, causando um modo de curto-circuito.

Também preste atenção ao balanceamento de carga entre as unidades individuais. Nos equipamentos aqui considerados, o balanceamento é realizado devido às características de queda de carga do gerador. Devido às suas características não ideais e não idênticas das instâncias de instalações entre instalações, a distribuição também é desigual. Além disso, ao se aproximar dos valores máximos de carga, a distribuição de fatores aparentemente insignificantes como o comprimento das linhas conectadas, os pontos de conexão à rede de distribuição das plantas e a carga, bem como a qualidade (resistência à transição) das próprias conexões começam a influenciar a distribuição.

Deve-se sempre lembrar que o DDIBP e os dispositivos de comutação são dispositivos eletromecânicos com um momento significativo de inércia e valores tangíveis do atraso de tempo para reação a ações de controle do sistema de controle automático.

Circuito paralelo com conexão de média tensão


Nesse caso, o gerador é conectado ao reator através de um transformador com uma taxa de transformação apropriada. Assim, o reator e as máquinas de chaveamento operam em um nível de tensão "médio" e o gerador opera em um nível de 0,4 kV (veja a Fig. 5).

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Fig. 5

Com este caso de uso, é necessário prestar atenção à natureza da carga final e seu diagrama de conexão. Essa. se a carga final for conectada através de transformadores redutores, deve-se ter em mente que a conexão do transformador à rede elétrica com um alto grau de probabilidade é acompanhada por um processo de remagnetização do núcleo, que por sua vez provoca uma irrupção no consumo de corrente e, consequentemente, uma queda de tensão (ver Fig. 6).

Equipamento sensível nesta situação pode não funcionar corretamente.

Pelo menos a luz de baixa inércia pisca e os inversores de frequência padrão dos motores elétricos são reiniciados.

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Fig.6

Circuito de barramento de saída dividido


Para otimizar o número de instalações no sistema de fonte de alimentação, o fabricante propõe o uso de um circuito com um barramento de saída "dividido", no qual as instalações são paralelas na entrada e na saída, com cada instalação conectada individualmente a mais de um barramento de saída. Nesse caso, o número de linhas de desvio deve ser igual ao número de barramentos de saída (consulte a Fig. 7).

Deve-se entender que os barramentos de saída não são independentes e são galvanicamente conectados entre si através dos dispositivos de comutação de cada instalação.

Assim, apesar das garantias do fabricante, este circuito é uma fonte de alimentação única com redundância interna, no caso de um circuito paralelo, com várias saídas acopladas galvanicamente entre si.

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Fig. 7

Aqui, como no caso anterior, é necessário prestar atenção não apenas ao balanceamento de carga entre as unidades, mas entre os barramentos de saída.

Além disso, alguns clientes se opõem fortemente ao fornecimento de alimentos "sujos", ou seja, o uso de desvio, para a carga em quaisquer modos de operação. Com essa abordagem, por exemplo, nos datacenters, um problema (sobrecarga) em um dos feixes leva a uma falha no sistema com uma desconexão completa da carga útil.

Ciclo de vida do DDIBP e seu impacto no sistema de fonte de alimentação como um todo


Não esqueça que as instalações do DDIBP são dispositivos eletromecânicos que requerem cuidadosa, se não mais, atitude reverente e manutenção periódica.

O cronograma de serviço inclui descomissionamento, desligamento, limpeza, lubrificação (uma vez a cada seis meses), além de carregar o gerador na carga de teste (uma vez por ano). Geralmente, leva dois dias úteis para atender uma instalação. E a falta de um circuito especialmente projetado para conectar o gerador à carga de teste leva à necessidade de desenergizar a carga útil.

Como exemplo, tomamos um sistema em excesso de 15 DDIBPs de trabalho paralelo, conectados pela tensão "média" ao barramento "dividido" duplo, na ausência de um circuito dedicado para conectar a carga de teste.

Com esses dados iniciais, para manter o sistema por 30 (!) Dias úteis no modo diurno, será necessário desconectar um dos barramentos de saída para conectar a carga de teste. Assim, a disponibilidade de fonte de alimentação para a carga útil de um dos barramentos de saída é de 0,959 e, de fato, de 0,92.

Além disso, um retorno ao esquema de fornecimento de energia de carga útil regular exigirá a inclusão do número necessário de transformadores redutores, o que, por sua vez, causará quedas de tensão múltiplas em todo o sistema (!) Associado à inversão de magnetização dos transformadores.

Recomendações para o uso do DDIBP


Pelo exposto, sugere-se uma conclusão não reconfortante - na saída do sistema de fonte de alimentação usando o DDIBP, uma tensão ininterrupta de alta qualidade (!) Está presente quando todas as seguintes condições são atendidas:

  • A fonte de alimentação externa não possui deficiências significativas;
  • A carga do sistema é constante no tempo, ativa e linear por natureza (as duas últimas características não se aplicam aos equipamentos do data center);
  • Não há distorções no sistema causadas pela comutação de elementos reativos.

Resumindo, podemos formular as seguintes recomendações:

  • Separe os sistemas de fornecimento de energia dos equipamentos de engenharia e de TI e divida-os em subsistemas, para minimizar a influência mútua.
  • Separe uma rede separada para fornecer a capacidade de atender a uma única instalação com a capacidade de conectar uma carga de teste externa com capacidade igual a uma única instalação. Prepare um site e gerenciamento de cabos para esses fins.
  • Monitore constantemente o equilíbrio de carga entre os barramentos, unidades individuais e fases.
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  • Conclua a instalação com sensores de vibração para evitar uma emergência.
  • Se os campos sonoros e térmicos mudarem, ocorrerem vibrações ou odores estranhos, desative imediatamente as unidades para posterior diagnóstico.

PS O autor agradecerá o feedback sobre o assunto do artigo.

Publicação em outros recursos e na mídia somente com a permissão por escrito do autor.

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