Повышение надежности системы бесперебойного электропитания

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Оренбургский государственный университет

Повышение надежности системы бесперебойного электропитания

Бончук А.В.

Даминов Д.А.

Основным способом защиты ответственных потребителей электроэнергии от возможных сбоев в электросетях является установка источника бесперебойного питания (ИБП). Широкое распространение получила централизованная схема электропитания с использованием одномодульного ИБП. Однако для проведения профилактических, регламентных и ремонтных работ ИБП переводится в режим Bypass, и нагрузка остается незащищенной от перебоев электропитания. Для определенных потребителей, например при непрерывном производственном цикле химического производства данный риск недопустим.

Существуют основные схемы резервирования ИБП: системы с параллельным резервированием и системы с последовательным резервированием.

Одномодульные системы

К сожалению, промышленные электросети не обладают высокой надежностью, гарантирующей отсутствие возможных перебоев с электроснабжением. Стандартным средством защиты ответственных потребителей являются одномодульные ИБП, построенные по схеме с двойным преобразованием напряжения (On-Line). Они комплектуются батареями аккумуляторов, рассчитанными на определённое время работы в автономном режиме в зависимости от подключённой нагрузки (обычно не более 10 часов).

Структура одномодульного ИБП (рисунок 1), работающего по схеме On-Line, состоит из: выпрямителя, инвертора, аккумуляторных батарей, зарядного устройства, а также устройства коммутации цепи Bypass (обходная цепь питания нагрузки, минуя схему двойного преобразования). Одномодульная система отличается высокой надежностью и простотой. Она является оптимальным решением для нагрузок, допускающих кратковременные запланированные отключения для обслуживания ИБП. Однако в моменты технического обслуживания ИБП или выполнения других регламентных работ возникает необходимость его перевода в режим Bypass. Кроме этого, существует вероятность выхода из строя самого ИБП.

Система с параллельным резервированием состоит из двух или более модулей ИБП, включенных в параллель и работающих на общую нагрузку. По отношению к проектной нагрузке система должна иметь определенную избыточность по мощности в виде одного или нескольких дополнительных модулей для обеспечения резерва. Как правило, каждый модуль оснащен своим батарейным блоком, хотя и не исключен вариант использования общего батарейного комплекта для всей системы в целом.

BCB -- батарейный размыкатель;

MBB -- переключатель ручного Bypass;

MIB -- размыкатель ручного Bypass;

SBB -- статический переключатель;

UIB -- входной размыкатель модуля;

UOB -- выходной размыкатель модуля

Рисунок 1 - Одномодульный ИБП

При безаварийной работе нагрузка системы равномерно распределяется между модулями ИБП, а в случае выхода из строя или принудительного отключения одного из них нагрузка распределяется среди оставшихся модулей. Такая схема включения обеспечивает высокую степень защиты (99.99%). При этом процесс технического обслуживания отдельных модулей не приводит к временному питанию нагрузки от «грязной» сети. Однако все еще остается необходимость отключения системы при проведении работ с шиной питания нагрузки или оборудованием, расположенным между ИБП и нагрузкой.

Несмотря на простоту концепции построения параллельной системы резервирования, методы ее конкретной реализации существенно различаются у разных производителей ИБП. Главное различие заключено в механизме распределения нагрузки между модулями. Большинство производителей используют инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), обладающие высокими динамическими характеристиками. Однако для их параллельной работы на единую нагрузку требуются дополнительные устройства синхронизации. При этом один из модулей ИБП становится ведущим и по его выходному напряжению синхронизируются оставшиеся модули системы. Недостаток данного решения очевиден. При выходе из строя ведущего модуля или цепей синхронизации выходит из строя вся система. Ведущий модуль -- ее слабое звено.

BCB -- батарейный размыкатель;

MBB -- переключатель ручного Bypass;

MIB -- размыкатель ручного Bypass;

SBB -- статический переключатель;

SOB -- выходной размыкатель системы;

UIB -- входной размыкатель модуля;

UOB -- выходной размыкатель модуля

Рисунок 2 - Система с параллельным резервированием

Системы с последовательным резервированием состоит из одного или нескольких основных модулей и одного резервного. Каждый основной модуль работает на собственную нагрузку. Резервный модуль используется в качестве первичного источника питания входов Bypass основных модулей системы (рисунки 3, 4). Такая конфигурация позволяет производить техническое обслуживание основных и резервного модулей без отключения нагрузки и без снятия ее защиты. В этой схеме выходы основных модулей синхронизированы c выходом резервного модуля системы.

ABB -- размыкатель резервной цепи Bypass;

BIB -- размыкатель цепи статического Bypass;

BSB -- входной размыкатель цепи Bypass;

MBB -- переключатель ручного Bypass;

MIB -- размыкатель ручного Bypass;

PBB -- размыкатель основной цепи Bypass;

RIB -- входной размыкатель цепи выпрямителя

Рисунок 3 - Простейшая система с последовательным резервированием

При пропадании питания на входе одного из основных модулей ИБП переходит в автономный режим работы и нагрузка потребляет энергию батарейного комплекта данного ИБП. Если к моменту его разряда питание не восстановится, произойдет автоматический переход модуля в Bypass, т. е. на резервный блок. Разумеется, в этом случае резервный блок становится недоступен для оставшихся основных модулей, и при переходе в Bypass второго основного модуля подключенный к нему сегмент нагрузки запитывается от незащищенного входа системы.

Особенности систем с последовательным резервированием:

- резервный модуль работает в режиме Off-Line;

- по входу Bypass основных модулей включен резервный ИБП, а не «грязная» сеть.

Рисунок 4 - Четырехмодульная система с последовательным резервированием.

Данная схема -- хороший способ модернизации существующей одномодульной системы для повышения ее надежности путем включения дополнительного резервного модуля.

На основании этого схему с последовательным резервированием можно рассматривать как существенно более надежную в сравнении с одномодульной. Дополнительное преимущество системы с последовательным резервированием заключается в возможности использования разноранговых модулей (модулей с разной мощностью) и разнотипных модулей (модулей от разных производителей).

Недостатки схем с последовательным резервированием:

- высокая стоимость реализации;

- система с последовательным резервированием нуждается в дополнительной цепи коммутации источника питания входов Bypass основных модулей (для систем из 3 или более модулей);

- для модернизации простейшей двухмодульной системы (1 основной, 1 резервный модули) требуются большие затраты;

- мощность каждого сегмента нагрузки ограничена мощностью соответствующего основного модуля ИБП;

- для реализации схемы требуется большее количество автоматических переключателей;

- для реализации схемы требуется большее количество защитных автоматов. бесперебойный электропитание резервирование

Например, схема с 4 модулями (3 основных, 1 резервный) требует 3 независимые линии Bypass со своими переключателями. Вследствие этого среднее время наработки на отказ (MTBF) системы с последовательным резервированием может оказаться ниже в сравнении с одномодульными ИБП или системами с параллельным резервированием.

Таким образом, применение схемы последовательного резервирования, с одной стороны, облегчает обслуживание модулей и переконфигурирование системы, но, с другой стороны, приводит к снижению ее надежности в целом. Подобная конфигурация наиболее эффективна в варианте с двумя модулями (1 основной, 1 резервный). Однако при увеличении количества основных модулей рекомендуется использовать другие схемы резервирования.

Рассмотренные способы резервирования имеют свои преимущества и недостатки. Одномодульная система является оптимальным решением задач, не требующих непрерывного цикла работы в течение всего срока службы оборудования. Параллельная система обладает большей надежностью и допускает обслуживание в процессе работы. Конфигурация с последовательным резервированием позволяет свести резервирование к уже существующей одномодульной установке.

Список литературы

1. Климов, В. Современные источники бесперебойного питания: классификация и структуры однофазных ИДП. Часть1//Электронные компоненты, №6, 2008.

2. Повышение надежности централизованной системы бесперебойного электропитания (обзор типовых схем резервирования) - Режим доступа: http://www.380v.ru

Размещено на Allbest.ru