Энергозащитные комплексы для информационных систем

Переключение в режим On-line производится автоматически при отклонении параметров выходной сети от нормы либо же в аварийных условиях работы. Таким образом, этот режим способствует увеличению надежности устройства. Вторая модификация (triple-conversion) содержит корректор коэффициента мощности. В третьей модификации (ferrups) применен феррорезонансный трансформатор, обеспечивающий высокие показатели надежности и широкий диапазон входных напряжений.

Новые подходы в построении источников бесперебойного питания основываются на использовании систем с резервируемым питанием, которые обладают более высокой надежностью выходной сети, так что неисправность одного из элементов не ведет к выходу из строя всей системы. Обычно, это модульные системы, сконструированные или по принципу повышения мощности нагрузки, или для повышения надежности системы, или используя оба принципа совместно.

Простейшая система имеет в структуре источника бесперебойного питания вспомогательный модуль, "изолированный в горячем дежурном режиме". Имеется несколько вариантов технических решений таких бесперебойников.

Первый вариант заключается в применении автоматического переключателя. Входы одного либо более источников питания подключены к единой сети, а с нагрузкой соединяются через автоматический переключатель. Информация о состоянии работы установок, управляющие команды поступают по каналу связи объединяющему ИБП.

Сеть линия связи к нагрузке.

Второй вариант содержит "распределитель нагрузки", равномерно распределяющий нагрузку между отдельными источниками системы.

Третий вариант осуществления параллельной структуры использует принцип двухуровневой системы. В этом способе один из модулей "ведущий" управляет распределением нагрузки между другими "ведомыми" модулями.

Четвертый вариант, с резервируемой параллельной архитектурой, выглядит наиболее перспективным. В такой схеме резервируются не только модули, но и связи между ними, причем при необходимости любой модуль может выполнять функции ведущего. Лишь для такой схемы характерно наращивание мощности, отсутствие шунтовых цепей, при этом гарантируется непрерывная защита нагрузки при помощи ИБП.

Основные технические характеристики источников бесперебойного питания.

Форма питающего напряжения.

Важное значение для нагрузки имеет именно эта характеристика источника бесперебойного питания. В режиме работы ИБП от аккумуляторных батарей на нагрузку может поступать выходное переменное напряжение близкое к прямоугольной форме (меандр[2]), из-за сглаживающих свойств фильтров, аппроксимированная синусоида и чистая синусоида. Самая близкая к синусоиде форма выходного напряжения получается применением широтно-импульсной модуляции.

Получение синусоиды в качестве питающего напряжения характерно лишь для ИБП On-line и некоторых источников питания Line-Interactive.

Мощность.

Полная либо выходная мощность (output power). Обозначается буквой S, единица измерения - VA или Вольт-Амперы. Является геометрической суммой активной и реактивной мощностей. Параметр рассчитывается как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения. Её значение указывается изготовителем источника питания.

Активная потребляемая нагрузкой мощность. Обозначается буквой P, единица измерения - ватт (Вт). В случаи отсутствия реактивной составляющей в сети, совпадает с полной мощностью. Определяется как произведение полной мощности на косинус угла ?, где ? - угол сдвига фаз векторов линейных напряжения и тока, т.е. P = S * cos(?). Типичное значение cos(?) для персональных компьютеров около 0,6-0,7. Эта величина именуется коэффициентом мощности. Очевидно, что для выбора требуемой мощности для источника бесперебойного питания, надо мощность нагрузки в ваттах разделить на величину cos(?).

Реактивная - обозначается буквой Q и рассчитывается как произведение полной мощности S на синус угла ? (Q = S * sin(?) ). Единица измерения - вольт-ампер реактивный (вар). Характеризует потери в питающих проводах за счет нагружающего их реактивного тока.

При cos(?) = 1 потери отсутствуют, вся мощность вырабатываемая источником питания поступает в нагрузку. Достигают этого за счет использования пассивных компенсирующих устройств или же активной коррекцией коэффициента мощности.

Диапазон входного питающего напряжения.

Диапазон входного питающего напряжения (input voltage) - определяет пределы допустимых значений напряжения в сети, при которых источник бесперебойного питания еще способен поддерживать напряжение на выходе, не переключаясь на питание от аккумуляторов. Для некоторых моделей этот диапазон зависит от нагрузки.

К примеру, при 100% нагрузке диапазон входных напряжений может составлять 15-20% от номинального, при 50% нагрузке - этот диапазон составляет 20-27% от номинального, а при 30% нагрузке - 40% номинального. От этого параметра зависит срок службы аккумуляторов, чем шире диапазон, тем дольше прослужат аккумуляторы при прочих равных условиях.

Частота входного напряжения.

Частота входного напряжения (input frequency) - характеризует диапазон отклонения частоты электросети. При нормальных условиях эксплуатации отклонение частоты от номинального значения как правило не превосходит 1 Гц.

Коэффициент искажения формы выходного напряжения.

Коэффициент искажения формы выходного напряжения (total harmonic distortion - THD) характеризует отклонение формы выходного напряжения от синусоиды, измеряется в процентах. Маленькие значения коэффициента соответствуют форме выходного напряжения, приближающейся к синусоидальной.

Время переключения режимов.

Время переключения режимов (transfer time) характеризует инерционность источника бесперебойного питания, для разных источников составляет приблизительно до 2-15 мс.

Допустимая нагрузка.

Допустимая нагрузка (over load) характеризует устойчивость источника бесперебойного питания при перегрузках по мощности, измеряется в процентах по отношению к номинальной мощности. Определяет устойчивость ИБП к нестационарным перегрузкам.

Время автономной работы.

Время автономной работы определяется емкостью аккумуляторной батареи и размером нагрузки. Для типовых источников бесперебойного питания небольшой мощности, питающих персональные компьютеры, оно составляет 5-10 мин. Это время рассчитано на то, чтобы пользователь мог закрыть все работающие приложения с сохранением информации и выключить ПК в нормальном режиме.

Крест-фактор.

Крест-фактор (crest factor) - отношение пикового значения потребляемого тока к среднедействующему. Величина зависит от формы питающего напряжения.

Срок службы аккумуляторной батареи.

Срок службы аккумуляторных батарей составляет 4-5 лет, но реальный сильно зависит от условий эксплуатации: частоты переключений в автономный режим, условий зарядки, окружающей среды.

Наличие холодного старта.

Наличие холодного старта - это возможность включения источника бесперебойного питания при отсутствии напряжения в питающей сети. Такая функция полезна, когда необходимо срочно выполнить какие либо действия независимо от наличия напряжения в электросети.

2.2 Аккумуляторные батареи ИБП

Анатомия аккумулятора.

Это вывод уже стал банальностью, но без электричества не было бы, ни отрасли телекоммуникаций, ни информатизации во всем ее нынешнем блеске, а также еще очень большого числа привычных нам вещей. Человечество знакомо с природным электричеством всю свою историю, однако всего лишь чуть более двух веков назад появился первый рукотворный элемент электропитания. Это случилось в марте 1800 года, когда итальянский физик Алессандро Вольта изобрел первую батарейку, получившую название "вольтов столб". Данное изобретение стало толчком к дальнейшему изучению электричества, что буквально в течение нескольких десятилетий привело к его практическому использованию.

С момента появления первого аккумулятора принципы его конструкции практически не изменились. Свинцово-кислотные аккумуляторы относятся к категории химических источников электрической энергии многократного использования. Они состоят из двух групп электродов с сепараторами между ними, электролита на основе серной кислоты и корпуса. Накопление электроэнергии в аккумуляторе происходит за счет химической реакции восстановления электродов при его зарядке от внешнего источника. При разряде аккумулятора происходят обратные процессы, благодаря чему он становится источником электрического тока. К достоинствам свинцово-кислотного аккумулятора относят его экономичность по сравнению с другими типами батарей и способность обеспечивать стабильность напряжения при изменении тока нагрузки и температуры окружающей среды.

За полтора столетия применения АКБ усилия изобретателей были направлены на совершенствование конструкций и химического состава электродов, а так же на снижение трудозатрат по обслуживанию батарей. С 1970 года стали выпускаться малообслуживаемые АКБ, в которых контроль состояния электролита можно производить раз в 2-3 года, и герметизированные батареи, относящиеся к классу необслуживаемых устройств. Эти аккумуляторы упростили жизнь техническому персоналу узлов связи и повысили надежность работы систем электропитания в целом.

Сегодня в ИБП применяются батареи типа VRLA (Valve Regulated Lead Acid), эта аббревиатура обозначает конструктивное исполнение аккумуляторов и переводится как Клапанно-Регулируемые Свинцово-Кислотные. Данный тип батарей часто называют герметизированными необслуживаемыми, в которых практически отсутствует выделение газов (водорода и кислорода), сопровождающих работу любого свинцово-кислотного аккумулятора. Благодаря особенностям конструкции, составу электролита и материалов из которых изготовлены электроды и сепараторы, молекулы газов вновь превращаются в молекулы воды и возвращаются в состав электролита. При нормальных условиях эксплуатации уровень рекомбинации газов превышает 97-99%. Оставшаяся часть газов скапливается внутри корпуса и при превышении определенного уровня давления через клапаны выпускается в атмосферу. По сравнению с классическими АКБ этот уровень выброса настолько мал, что позволяет эксплуатировать герметизированные батареи без систем принудительной вентиляции. Особенностью батарей VRLA является нахождение электролита в связанном состоянии. В настоящее время наибольшее распространение получили два варианта реализации этого состояния. В батареях, созданных по технологии AGM (Absorbed Glass Material) для изготовления сепараторов применяется стекловолоконный пористый материал, который пропитывается электролитом.

Аккумуляторы технологии GEL используют гелеобразный электролит, который получается путем добавления силиконового наполнителя. Оба варианта связывания электролита имеют свои плюсы и минусы.

Так батареи AGM обеспечивают лучшую рекомбинацию газов, выравнивание температурных неоднородностей внутри корпуса и имеют хорошие динамические характеристики процессов заряда-разряда. Гелиевые АКБ обладают меньшей эффективностью рекомбинации и более требовательны к условиям эксплуатации. Большая плотность электролита по сравнению с AGM снижает динамические характеристики ее работы и накладывает высокие требования к качеству зарядного устройства.

Гелиевым аккумуляторам в большей степени свойствен эффект термозаргона, когда при превышении тока заряда температура батареи начинает резко повышаться, что приводит к ее разрушению. Возникновение этого эффекта связывают с малой теплопроводностью гелиевого электролита. В тоже время аккумуляторы технологии GEL лучше переносят режим глубокого разряда и имеют многократно больший ресурс по числу циклов заряда-разряда.

Кроме способа связывания электролита, герметизированные АКБ различаются конструктивными вариантами изготовления электродов. Чаще всего они выполняются в виде плоских пластин, которые могут иметь разную толщину, структуру и состав активных материалов. От толщины и геометрии решетки электрода зависит срок службы батареи, число пластин определяет ее динамические характеристики, а состав активных материалов влияет на интенсивность выделения газов и эффективность их рекомбинации. Наряду с плоскими электродами в батареях GEL применяются трубчатые, обладающие большей поверхностью. Корпус герметизированного аккумулятора обычно изготавливается из ударопрочного термостойкого пластика ABS[3], так же выпускаются корпуса батарей пластика, который не поддерживает горение.

Ассоциация EUROBAT, объединяющая ведущих европейских производителей аккумуляторных батарей, предложила классификацию, включающую четыре категории АКБ, основанную, в первую очередь, на ожидаемой продолжительности их службы. В категорию высокой целостности (High Integrity) включаются аккумуляторы, которые служат более 10 лет и предназначены для использования в оборудовании на объектах, где необходимо поддержание высшего уровня безопасности. К таким объектам относятся телекоммуникационные центры, атомные электростанции, нефтеперекачивающие комплексы и т.п.

Аккумуляторы категории высокой производительности (High Performance) должны служить не менее 10 лет и требования к их характеристикам и надежности чуть ниже предыдущей категории. От пяти до восьми лет должны работать АКБ общего назначения (General Purpose) и от трех до пяти лет стандартные коммерческие (Standart Commercial). Последняя категория батарей наиболее часто применяется в стационарных установках и небольших ИБП.

Долговечность работы аккумуляторов оценивается числом возможных циклов заряда-разряда и зависит от конструктивного исполнения, условий ввода в эксплуатацию, условий эксплуатации. Так же на надежность и продолжительность работы очень сильно влияет соблюдение технологических процессов и качество исходного сырья при производстве батарей.

Основными характеристиками аккумуляторных батарей являются напряжение на клеммах и номинальная емкость заряда, измеряемая в Ампер-часах (Ач). Герметизированные свинцово-кислотный аккумуляторы обладают достаточно высокими удельными энергетическими характеристиками в расчете на единицу веса или объема (до 40 Втч/кг и 100 Втч/л).

Аккумуляторный буфер ИБП.

Одной из важнейших частей источника бесперебойного питания является буфер аккумуляторных батарей. В зависимости от схемы построения ИБП к этому элементу предъявляются разные требования.

В телекоммуникациях наибольшее распространение получили ИБП, которые строятся по принципу двойного преобразования и относятся к категории On-Line.

В этих источниках первичное напряжение, поступающее от внешней сети электроснабжения, выпрямляется и понижается до напряжения, необходимого для подзарядки аккумуляторных батарей. Затем постоянное напряжение поступает инвертор, который вновь формирует переменное напряжение с уже эталонными характеристиками.

В схеме On-Line между выпрямителем и инвертором всегда располагается аккумуляторный буфер, который не только служит источником питания при полном пропадании входного напряжения, но также позволяет компенсировать временные провалы. Для ИБП двойного преобразования необходимы аккумуляторы, которые способны выдерживать частые, а периодически и глубокие, циклы заряда-разряда. Герметизированные АКБ, особенно выполненные по технологии AGM, плохо переносят глубокий разряд. В них начинается необратимый процесс сульфатации пластин электродов, заметно снижающий ресурс работы батареи. Поэтому для нивелирования глубины разряда в составе аккумуляторного буфера рекомендуется использовать батареи емкостью, заметно превышающую расчетную.

Другой проблемой аккумуляторного буфера в ИБП может стать разбалансировка напряжений на его отдельных элементах. В этом случае начинается процесс взаимной перезарядки батарей, что в итоге приводит к полному выходу всей линейки аккумуляторов буфера из строя. Опасность этой проблемы связана с тем, что для самого агрегата ИБП работа буфера очень долго не претерпевает изменений - напряжение на клеммах батарейного буфера остается постоянным. Однако при пропадании первичного питания реальной емкости аккумуляторов может просто не хватить для работы в течение заданного времени.

Несмотря на статус необслуживаемой батареи герметизированные аккумуляторы, тем не менее, достаточно требовательны условиям своей эксплуатации. Опыт их применения в нашей стране показывает, что, несмотря на заявляемые производителями сроки службы своих изделий, при использовании АКБ в буферном режиме, реальная продолжительность их работы составляет всего 50-70% этого срока. Зачастую операторы связи, на чьих узлах устанавливаются ИБП, действуют по принципу "авось пронесет" и экономят на нормальной эксплуатации батарей.

В качестве одной из самых важных рекомендаций по эксплуатации своих изделий производители АКБ указывают на поддержание постоянной температуры 20 град. в помещении, где установлены батареи. Хорошо известно правило, что увеличение температуры на 10 град. приводит к сокращению срока службы аккумулятора в два раза.

Другим требованием, выполнение, которого продлевает жизнь АКБ, является точное поддержание рекомендованного напряжения заряда и его корректировки в зависимости от температуры. Для герметизированных батарей, работающих в буферном режиме, особую опасность представляет повышенное напряжение постоянного подзаряда. Это приводит к избыточному газообразованию, частому срабатыванию клапанов для стравливания лишнего давления и, как следствие, ускоренному высыханию электролита. Пониженное напряжение подзаряда порождает другую проблему - постепенную сульфатацию электродов.

Как свидетельствует опыт эксплуатации АКБ в составе ИБП, в буферном режиме быстро проявляются производственные дефекты батарей. При нарушении состава материала электродов и их плохой отливки может происходить преждевременная деградация положительных пластин. Этот дефект довольно быстро приводит аккумулятор в нерабочее состояние.

Производители аккумуляторов и их продукция.

Американская компания C&D Technologies производит аккумуляторы с 20-х годов прошлого столетия и по праву считается одной из самых авторитетных в этой области. В части герметизированных батарей сегодня она предлагает две линейки продуктов, созданных с использованием технологии AGM. Это линейка DYNASTY, представленная батареями с расчетным сроком службы 10 лет, напряжением 6 и 12В с номинальной емкостью от 28 до 208Ач. Другая линейка батарей нового поколения msEndurII так же использует технологию AGM. Входящие в ее состав батареи имеют выходное напряжение 2В и заявляемый срок службы 20 лет. Емкость этих батарей составляет от 345 до 2038Ач.

Производство компании CSB Battery расположено на Тайване. Изначально эта компания выпускала необслуживаемые АКБ для ИБП АРС. Сейчас ее продукция расширилась и потеряла моновендорную ориентацию. Для работы в буферном режиме в составе ИБП предлагаются аккумуляторы нескольких серий из которых стоит популярные в России батареи линейки GP, ориентированные на срок службы от 3 до 5 лет и линейки GPL с заявляемым сроком службы более 10 лет. Обе серии имеют в своем составе батареи напряжением 6 и 12В, емкостью до 100Ач.

Так же следует упомянуть серии аккумуляторов MSJ, MSV и MU, которые включают батареи напряжением 2В и емкостью от 150 до 1500Ач. Они выполнены по технологии AGM и имеют заявляемый срок службы 15-20 лет.

Компания Delta поставляет свои аккумуляторы в Россию с 2003г., производство которых осуществляется на партнерских заводах, расположенных в Китае. Для использования в составе ИБП компания рекомендует серию батарей Delta HR. Эти аккумуляторы относятся к группе AGM и специально разрабатывались для работы в источниках бесперебойного питания. Аккумуляторы выпускаются напряжением 6 и 12 Вольт в диапазоне емкости от 4,5 до 100Ач. Концерн EXIDE Technologies является одним из крупнейший в мире поставщик свинцово-кислотных аккумуляторов различного назначения. Сегодня EXIDE Technologies оценивает свою долю в общемировом производства свинцово-кислотных аккумуляторов более 30,5%. Концерн предлагает широкую номенклатуру аккумуляторов известных под торговыми марками Sonnenschein, Sprinter, Marathon, Absolyte, Tudor, Powerfit.

Технологическое направление GEL представлено несколькими линейками торговой марки Sonnenschein. Аккумуляторы этих линеек отличаются конструктивным исполнением и рекомендованной областью применения. Большая часть АКБ Sonnenschein может использоваться в составе телекоммуникационных систем. Эти батареи выпускаются номинальной емкостью от 1,2 до 3500Ач. Батареи других торговых марок изготавливаются с применением технологии AGM. Их емкость лежит в диапазоне от 1,2 до 6000Ач, и срок службы анонсируется от 5 до 20 лет. Значительное число аккумуляторов этих торговых марок так же рекомендуются изготовителем для применения в составе ИБП.

Компания FIAMM является одним из самых известных производителей АКБ и владеет 12 заводами, расположенными в Италии, Германии, Франции, Австрии, США, Бразилии и других странах. Основные исследовательские и производственные подразделения фирмы находятся в Италии.

Для систем бесперебойного питания компания предлагает пять серий герметизированных аккумуляторов, изготавливаемых по технологии AGM, а так же серию гелиевых аккумуляторов с трубчатыми пластинами. Аккумуляторы серий FG, FGH, FGHL выпускаются на напряжение 6 и 12В, емкостью до 200Ач. Серия SP-ENERLITE представлена батареями емкостью от 26 до 200Ач с напряжением 12В. Аккумуляторы серии FLB-HIGHLITE разработаны на срок службы 10-12 лет по классификации EUROBAT. Эти батареи имеют напряжение 12В и емкость до 135Ач. Гелиевая технология представлена серией SMG, входящие в нее аккумуляторы обладают емкостью от 200 до 3000Ач при напряжении 2В.

Компания Oerlikon Stationary Batteries предлагает на отечественном рынке три серии аккумуляторов, которые могут быть использованы в составе ИБП. Это линейка Rackline, включающая батареи напряжением 12В и емкостью от 25 до 165Ач. Аккумуляторы серии Blockline обладают выходным напряжением 2, 4, 6 и 12В и емкостью от 39 до 467Ач.

При этом незыблемым остается правило -- чем выше выходное напряжение, тем ниже емкость АКБ.

При необходимости получения большой емкости аккумуляторного буфера ИБП следует обратить внимание на батареи серии Towerline, которые имеют выходное напряжение 2В при диапазоне номинальной емкости от 552 до 2800Ач.

В портфеле продуктов российской компании SSK, которая выпускает аккумуляторы совместно с бельгийской фирмой SSKgroup, присутствуют батареи, предназначенные для использования в составе ИБП. Это аккумуляторы серии GM, включающую модели с выходным напряжением 2В и номинальной емкостью от 100 до 3000Ач, и серии OPzV[4], чьи батареи так же имеют выходное напряжение 2В и обладают емкостью от 200 до 3000Ач.

Серия GM выпускается по технологии AGM, а в батареях OPzV применяется технология GEL. Обе серии аккумуляторов разработаны на срок службы 15 лет.

Греческая компания Sunlight предлагает несколько линеек моделей аккумуляторов, разработанных для использования в составе ИБП. Батареи серии Sunlight SPa изготавливаются по технологии AGM с выходным напряжением 4, 6 и 12В с номинальной емкостью до 26Ач. Заявляемый срок их службы 5-7 лет. В аккумуляторах Sunlight SPb также используется технология AGM, но они обладают большим сроком службы, до 10 лет. Эти батареи выпускаются напряжением 6 и 12В емкостью от 33 до 200Ач. АКБ серии Sunlight STb отличаются фронтальным расположением клемм подключения и имеют заявляемый срок службы 10 лет. Они выпускаются по технологиям AGM и GEL, имеют выходное напряжение 12В и емкость от 50 до 150Ач. Аккумуляторы линейки Sunlight SVT так же изготавливаются с применением обеих технологий связывания электролита на выходное напряжение 2В и номинальную емкость от 50 до 3850Ач. Срок их службы составляет 12 лет.

2.3 Дизель - генераторные установки

Принцип работы и особенности дизель-генератора.

При сжатии в дизельном двигателе топлива происходит возгорание последнего и энергия расширения воспламененных газов преобразуется в механическую энергию путем кривошипно-шатунного механизма, который вращает ротор электрогенератора. При работе ротор создает в статоре электромагнитное поле, которое преобразуется на выходе к потребителю из индукционного тока в переменный.

Основные части дизель-генератора:

* дизельный двигатель с системами бесперебойной работы: охлаждения, подачи воздуха и топлива;

* генератор (альтернатор) для производства переменного тока: асинхронный или синхронный;

* станина (рама) с креплениями для дизельного двигателя и генератора с защитными устройствами;

* автоматическая система контроля и управления дизель-генератором.

Двигатели для дизель-генераторов:

* с турбонаддувом, служащим для нагнетания воздуха в дизельный двигатель, используя выхлопные газы;

* с турбонаддувом, снабженным устройством для охлаждения нагнетаемого в двигатель воздуха;

* без турбонаддува.

Генераторы переменного тока.

Генератор переменного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Генераторы бывают асинхронные и синхронные. Дизель-генераторы различают на трехфазные и однофазные, при выборе потребители руководствуются распределением нагрузки или требуемой фазности. В трехфазных дизель-генераторах распределение нагрузки, обычно устанавливается на уровне 25%.

Виды дизель-генераторов.

В соответствии с условиями, в которых будут эксплуатироваться дизель-генераторы, и требованиями заказчика дизель-генераторы различаются на следующие виды:

* шумопоглощающее исполнение;

* мобильное исполнение на базе полуприцепов, прицепов или самоходных шасси;

* стационарное исполнение;

* климатическое исполнение (северное, морское и тропическое).

Устройство дизель-генератора (дизельной электростанции):

* дизельный двигатель;

* топливная система;

* система шумоподавления;

* система выхлопа;

* электрогенератор;

* приборы системы контроля и автоматики (КИПиА).

Современные дизельные двигатели в дизельных электростанциях обычно оснащены турбонаддувом, который снижает расход топлива и повышает мощность двигателя. В камеру сгорания топлива воздух в таких дизельных двигателях нагнетается турбокомпрессором, который приводит в движение выхлопные газы самого двигателя. В зависимости от модификации дизельные двигатели с турбонаддувом могут комплектоваться системой охлаждения (воздушная, водяная) нагнетаемого турбокомпрессором воздуха.

Топливная система дизельного двигателя.

Основной топливный бак устанавливает на той же станине, что и электростанция. Для дизельных генераторов, служащих источником резервного или аварийного электропитания, основной топливный бак устанавливается отдельно и выше уровня точки подачи топлива в дизельный двигатель. В таких случаях топливо подается в двигатель с помощью дополнительного топливного насоса.

Режимы работы дизель-генераторной установки.

Дизельные электростанции работают в двух режимах: резервном в случаи перебоев с электроснабжении и длительном. Выбор управления дизель-генератором зависит от его режима работы и может быть автоматическим или ручным, последний выбирают при длительной (постоянной) работе дизельной электростанции.

При этом режиме необходим постоянный контроль давления масла в дизельном двигателе; температуры и уровня охлаждающей жидкости; числа оборотов генератора; и напряжения в электросети. При резервном автоматическом режиме работы дизель-генераторной установки требуются дополнительные сложные системы контроля и управления электростанцией.

Продолжительность работы дизель-генераторной установки.

Увеличение срока необслуживаемой бесперебойной работы дизельной электростанции достигается двумя способами: организация бесперебойной подачи топлива, масла и охлаждающей жидкости из хранилищ или же увеличение основных топливных и масляных баков дизельного двигателя.

Для передвижных дизель-генераторных установок продолжительность работы без обслуживания составляет от 4 до 8 часов. Автономные стационарные и резервные дизельные электростанции способны работать без дополнительного обслуживания до 24 часов. В случае если мощность установки превышает 60 кВт, то автоматическая подача топлива в дизельный двигатель осуществляется из внешних резервуаров. Для более длительной бесперебойной необслуживаемой работе дизель-генераторной установки потребуется установка дорогостоящего дополнительного оборудования, эффект от использования которого не всегда экономически оправдан.

Выбор мощности дизель-электрической установки.

При выборе дизель-генератора следует учитывать нагрузку на него всеми потребителями электроэнергии в сети. Так называемую активную нагрузку дают все бытовые приборы, которые преобразуют электрическую энергию в тепловую: обогреватели, электроплиты, утюги и т.п.

Для определения мощности дизельного генератора в данном случае просто суммируется мощность всех вышеперечисленных электрических приборов плюс 10-20% от общей мощности потребления.

Если электроэнергия преобразуется не только в тепло, а и расходуется по другому назначению, то таких потребителей называют реактивными. Определяющей реактивность переменной принято считать cos?, которая показывает, сколько электрической энергии преобразуется в тепловую. При подсчете реального потребления электроэнергии, мощность делят на переменную cos?.

При расчете мощности дизельной электрической установки следует принимать во внимание пусковые токи. Все электродвигатели в момент включения потребляют в несколько раз больше энергии, чем при постоянной работе. Например, потребление электроэнергии у погружного насоса во время пуска увеличивается в 7-9 раз, нежели при работе в штатном режиме. И хотя пусковые токи кратковременны, они способны привести к аварийному отключению дизель-генератора или даже вывести его из строя.

2.4 Стабилизаторы напряжения

Стабилизатор напряжения -- преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Линейный стабилизатор.

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя.

Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности

Pрасс = (Uin -- Uout)

It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора -- простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.

Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне [pic].

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе [pic].

Основными моментами, необходимыми для понимания работы этого стабилизатора, являются:

1) Напряжение Ube практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. В расчётах схем на биполярных транзисторах чаще всего используют именно такое значение, реже 0,7В. Это напряжение, необходимое для преодоления так называемого потенциального барьера p-n перехода, существующего между областями эмиттера и базы;

2) Напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон и равно напряжению стабилизации стабилитрона.

Но выходное напряжение

Uout = Uz -- Ube

То есть выходное напряжение Uout постоянно и не зависит от тока, протекающего по нагрузке. Можно сказать, что выходное напряжение не зависит от величины нагрузки RL. Изменения входного напряжения Uin, если оно несколько больше ожидаемого выходного напряжения Uout, также не приводят к изменениям выходного напряжения. Вариант объяснения работы этого стабилизатора, начинающийся с предположения об изменении выходного напряжения Uout с последующей компенсацией за счёт изменения тока, не даёт понимания откуда берётся первоначальное изменение Uout. На самом деле незначительные изменения Uout вызваны незначительными изменениями напряжений Ube=0,6В и Uz, вызванными изменениями протекающих через них токов. А причиной изменения токов является изменение величины нагрузки RL + изменение входного напряжения Uin.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя [pic].

Часть выходного напряжения Uout снимаемая с потенциометра R2 сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1, разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя[1]. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°.

Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Импульсный стабилизатор.

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними -- широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.

Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.

Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.

Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

Стабилизаторы переменного напряжения феррорезонансные стабилизаторы.

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а в некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала. Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с не насыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Современные стабилизаторы.

В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:

- электродинамические сервоприводные (механические);

- статические (электронные переключаемые);

- компенсационные (электронные плавные).

Модели производятся как в однофазном (220/230В), так и трёхфазном (380/400В) исполнении, мощность их от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт. Трёхфазные модели выпускаются двух модификаций: с независимой регулировкой по каждой фазе или с регулировкой по среднефазному напряжению на входе стабилизатора.

Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения, который может быть, например, таким: ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, -25%/+15%, -35%/+15% или -45%/+15%. Чем шире диапазон (особенно в отрицательную сторону), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности.

Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, то есть чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие это промежуток времени (миллисекунды) за которое стабилизатор способен изменить напряжение на один вольт. У разного типа стабилизаторов разная скорость быстродействия, например у электродинамических быстродействие 12...18мс/В, статические стабилизаторы обеспечат 2мс/В, а вот у электронных, компенсационного типа этот параметр 0,75мс/В. Ещё одним важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97[5] предельно допустимое отклонение напряжения питания ±10% от номинального. Точность современных стабилизаторов напряжения колеблется в диапазоне от 2% до 8%. Точности в 8% вполне хватает для обеспечения исправной работы абсолютного большинства бытовой и промышленной электротехники. Более жесткие требования (2-3%) обычно предъявляются для питания сложного оборудования (медицинское, высокотехнологичное и подобное). Важным потребительским параметром является способность сохранения заявленных параметров при перегрузках по мощности.

Заключение

Раньше системы гарантированного энергоснабжения устанавливали в основном банки. Руководители производств, полагавшие, что резервное энергоснабжение -- излишняя предосторожность, изменили отношение к энергозащите и сегодня устанавливают энергозащитные комплексы.

Это касается, например, пищевой промышленности, производителей табачных и кондитерских изделий, а также металлургов, химиков и машиностроителей.

Спрос на энергозащитную технику подогревает реконструкция предприятий. Чтобы быть эффективным, реконструированное производство оснащается современным точным оборудованием и становится весьма и весьма чувствительным к непостоянству тока из розетки. Технологические процессы контролируются компьютерными системами, и даже полусекундный провал напряжения в сети грозит сбоем и тоннами испорченного сырья.

Падение сетевого напряжения на 25% вызовет ошибки в памяти компьютера, искажение данных и, наконец, отключение оборудования. На изменения частоты плохо реагирует компьютерная сеть и коммуникационное оборудование. Кроме того, скачки напряжения способствуют пробоям изоляции и пожару. Микроволновые печи и радиотелефоны наводят высокочастотные шумы в силовой сети, что ведет ко все тем же неприятностям.

Сетевые фильтры и стабилизаторы напряжения помогают далеко не во всех ситуациях. Фильтры защищают от высокочастотного шума, стабилизаторы -- от скачков напряжения, но эти устройства не в состоянии справиться с частотными колебаниями и ничем не помогут, если напряжение будет ниже нормы.

Создать полный комплекс энергозащиты без ИБП невозможно.

Они спасают не только от полных провалов напряжения, но и от помех помельче -- кратковременных (от 0,01 до 3 с) пропаданий тока и скачков напряжения и частоты.

Точные автоматизированные и компьютеризированные производства при такой грязи в сети вынуждены использовать стабилизирующие и энергозащитные приборы уже в качестве постоянного штатного, а не запасного аварийного варианта.

В результате выполнения ВКР были решены следующие задачи:

1. Рассмотрены системы бесперебойного электроснабжения.

2. Изучены системы гарантированного электроснабжения.

3. Исследованы составные элементы комплексов энергозащиты информационных систем такие как:

- источники бесперебойного питания;

- аккумуляторные батареи ИБП;

- дизель-генераторные установки;

- стабилизаторы напряжения.

Размещено на Allbest.ur