Системи та джерела безперебійного електроживлення

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсова робота

Системи та джерела безперебійного електроживлення

1. Основні терміни та визначення. Класифікація збурень в колах електроживлення

В сучасних умовах електронізації практично всіх сфер діяльності людини, повсякденного застосовування персональних комп'ютерів, засоби електроживлення є не тільки допоміжними засобами, а визначальними в багатьох технічних та економічних аспектах.

Система безперебійного електроживлення (СБЕЖ) - автоматична система, яку застосовують для електроживлення навантажувального кола електроенергією, якщо виникають аварії напруги мережі, а також для корегування параметрів кола електроживлення. Розрізняють два основних типи СБЕЖ: на базі (основні) агрегатів безперебійного електроживлення та дизель-генераторні установки.

Агрегат безперебійного електроживлення (АБЕЖ) - комплекс електричних пристроїв, який використовує енергію акумуляторних батарей для електроживлення навантажувального кола в «аварійному» режимі.

Дизель-генераторна установка (ДГУ) - пристрій, який використовує механічну енергію паливних двигунів для електроживлення навантажувального кола в «аварійному» режимі.

«Аварійний» (автономний) режим (АБЕЖ) - режим роботи, коли джерелом електроживлення навантажувального кола є акумуляторна батарея.

Випрямляч - пристрій, який перетворює змінну напругу електромережі в сталу. Однофазні АБЕЖ оснащено дво - напівперіодними випрямлячами, а трифазні АБЕЖ - 6 - або 12 - пульсним випрямлячами.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) - коефіцієнт, визначений як відношення потужності навантажувального кола до вхідної потужності від електричної мережі.

СБЕЖ складають з напівпровідникових інверторів, випрямлячів, комутувальних приладів та акумуляторних батарей. СБЕЖ застосовують для електроживлення напругою змінного струму частотою 50 або 60 Гц одно- і трифазних приймачів у ситуації відключення чи погіршення якості електричної енергії джерела електроживлення, а також для поліпшення якості джерела живлення змінного струму внаслідок збереження характеристик в межах заданих.

Збурення електроживлення, які найчастіше виникають наведено в таблиці 1.

Таблиця 1 Класифікація збурень електроживлення

Вид збурення	Причина виникнення	Можливі наслідки
Провали напруги (зниження напруги більш, ніж на 10%)	Перевантажена мережа, нестійка робота системи регулювання напруги мережі, комутація споживачів, потужність яких порівнянна з потужністю ділянки електричної мережі	Перевантаження блоків живлення електронних приладів і зменшення їхнього ресурсу. Відключення устаткування за умови недостатнього значення напруги для його роботи. Вихід з ладу електродвигунів. Втрати даних у комп'ютерах.
Підвищена напруга	Недостатнє навантаження мережі, недостатньо ефективна робота системи регулювання, відключення потужних споживачів	Вихід з ладу устаткування. Аварійне відключення устаткування із втратою даних у комп'ютерах.
Високовольтні імпульси	Комутація потужних споживачів, ввімкнення в експлуатацію частини енергосистеми після аварії.	Вихід з ладу чутливого устаткування.
Електричний шум	комутація потужних споживачів. Взаємний вплив працюючих неподалік електроприладів.	Збій в процесі виконання програм і передавання даних. Нестабільне зображення на екранах моніторів та у відео системах.
Повне відключення напруги	Спрацьовування запобіжників за умов перевантаження мережі, аварії на лініях електропередач.	Втрата даних. Можливість виходу з ладу жорстких дисків.
Гармонічні спотворення напруги	Значну частку навантажувального кола мережі становлять нелінійні споживачі, оснащені ключовими блоками живлення. Невірно спроектована електрична мережа, що працює з нелінійними навантажувальними колами.	Завади в процесі роботи чутливого устаткування (радіо й телевізійні системи, вимірювальні комплекси, тощо)
Нестабільна частота	Надмірне перевантаження енергосистеми в цілому. Втрата керування системою.	Перегрів трансформаторів. Нестабільна частота є індикатором хибної роботи енергосистеми. Зниження частоти в мережі призводить до втрати потужності.

2. Класифікація систем безперервного електроживлення

Відповідно міждержавним стандартам залежно від типових схемних конфігурацій та електричних властивостей (у відповідності із ГОСТ 27699) СБЕЖ розподіляють на:

1) одиночну;

2) паралельну;

3) з резервом.

2.1 Одиночна СБЕЖ

безперебійний електроживлення мережа

- Функціональну схема одиничної СБЕЖ без обвідного кола, до складу якого входять випрямляч, загальний для інвертора та акумуляторної батареї, представлено на рис. 1, а.

- Функціональну схема одиночної СБЕЖ без обвідного кола з незалежною зарядкою акумуляторної батареї навдено на рис. 1, б.

- Функціональну схема одиночної СБЕЖ без обвідного кола з виходом по постійному струму та змінному струму наведено на рис. 1, в.

а

Б



в

Рисунок 1 - Функціональна схема одиночної СБЕЖ а) - без обвідного кола, б) - без обвідного кола з незалежною зарядкою акумуляторної батареї, в) - без обвідного кола з виходом по постійним струмом та змінним струмом; (АБ - акумуляторна батарея; 1, 2 - входи за змінним струмом; VD1 - блокувальний діод)

Функціональну схему одиничної СБЕЖ з обвідним колом наведено на рис. 7.2

Рисунок 7.2 - Функціональна схема одиничної СБЕЖ з обвідним колом

1, 2 - входи за змінним струмом;

2.2 Паралельна СБЕЖ

Структурна схема паралельної СБЕЖ без обвідного кола наведена на рис. 3а та рис. 3б.



а

б

Рисунок 3 - Функціональна схема паралельної СБЕЖ без обвідного кола а) - одноканальна, б) - двоканальна

Паралельна СБЕЖ з обвідним колом, в якому конфігурація схемних з'єднань така сама, як і на рис. 7.2 з відмінністю, що блок СБЕЖ виготовлено як паралельну СБЕЖ.

2.3 Функціональна схема СБЕЖ з резервом

Функціональну схему СБЕЖ з виділеним резервом без обвідного кола наведено на рис. 4а.

Функціональну схему СБЕЖ з виділеним резервом з обвідним колом наведено на рис. 4б.



а б

Рисунок 4 - Функціональна схема СБЕЖ з виділеним резервом: а - без обвідного кола, б - з обвідним колом (1, 2, 3 - входи за змінним струмом; П - перемикач)

Функціональну схему СБЕЖ з паралельним резервом без обвідного кола наведено на рис. 5

Рисунок 5 - Функціональна схема СБЕЖ з паралельним резервом без обвідного кола.

1, 2, 3 - входи за змінним струмом; КП - комутувальний пристрій

Функціональна схема СБЕЖ з паралельним резервом з обвідним колом, де конфігурація схемних з'єднань така сама, як і на рис. 7.5 з відмінністю, що добавлено обвідне коло.

За невеликої потужності системи безперебійного електроживлення та за умови невеликого часу автономної роботи системи, акумуляторна батарея є дешевша за дизельний генератор. Якщо потужність та час автономної роботи значні, то ємність і вартість батареї стає дуже великою і більш раціонально застосовувати дизельний генератор. На рис. 7.6 наведено графік, що характеризує границю для обґрунтування вибору акумулятор або дизель генератор.

3. Типи джерел безперервного електроживлення

ДБЕЖ будь-якої топології містить із три базових елемента, що взаємодіють певним чином: випрямляча, тобто перетворювача AC/DC (змінного струму в постійний); інвертор або перетворювач DC/AC (постійного струму в змінний) і накопичувач енергії - акумуляторні батареї.

У цей час одержали поширення 3 основних типи джерел безперебійного електроживлення:

- ДБЕЖ, побудовані за структурою off-Line (Standby - резервна)

- ДБЕЖ із подвійним перетворенням енергії (On-Line UPS).

- ДБЕЖ, взаємодіючі з мережею (Line Interactive UPS).

Рисунок 6 - Ілюстрація раціонального вибору акумулятор або дизель-генератор.

3.1 ДБЕЖ, що побудовані за схемою off-line

На рис. 77 наведено функціональну схему ДБЕЖ, побудовану за структурою «off-line»



а

б

в

Рисунок 7 - Блок - схема ДВЕЖ побудована за структурою off-Line: а - Загальна схема ДБЕЖ - «Off-Line», б - робота від мережі (нормальний режим), в-робота від батареї - суцільні лінії.

ДБЕЖ, яке побудовано за схемою off-Line, може працювати у двох основних режимах роботи: режим роботи від мережі й режим роботи від батареї. З'ясуємо докладно кожен з режимів.

Робота від мережі

У режимі роботи від мережі (нормальна робота) напруга мережі від входу ДБЕЖ надходить до протизавадового фільтру. Після фільтру напруга через перемикач надходить до навантажувального кола. Від протизавадового фільтру напруга мережі надходить до випрямляча, що у цьому ДБЕЖ виконує функцію зарядного пристрою. Батарея в режимі роботи від мережі одержує зарядний струм, якщо вона розряджена, або підтримується в зарядженому стані під, так званим, плаваючим потенціалом. Інвертор ДБЕЖ із перемиканням під час роботи від мережі перебуває в стані очікування. Його підключенню до роботи передує безперервне спостереженням за значенням мережевої напруги. Якщо функціональний вузол керування зреагує на змінення мережевої напруги за встановлені межі, ДБЕЖ переходить на режим роботи від батареї. Інвертор ДБЕЖ починає забезпечувати енергією навантажувальне коло, розряджаючи батарею. Для роботи підключеного до ДБЕЖ устаткування дуже важливо, щоб напруга, генерована інвертором, була синфазною (тобто збігалася за фазою) з напругою мережі. Функціональний вузол керування визначає моменти перемикання режимів роботи ДБЕЖ, аналізує стан розряду батареї й виконує інші функції.

Робота від батареї

В режимі роботи від батареї перемикач підключає до виходу ДБЕЖ інвертор, що працює за сигналами вузла керування мережею. Запуск інвертора відбувається таким чином, щоб фаза коливань, сформованих інвертором і фаза синусоїдної напруги мережі збігалися. Батареї у цьому режимі, як правило, не заряджають (якщо навіть у мережі є напруга, але її значення низьке, щоб заряджати батарею). Вузол керування мережею постійно перебуває в роботі і, якщо напруга мережі стає нормальною, перемикає ДБЕЖ на режим роботи від мережі. Батарея підтримує роботу навантажувального кола протягом деякого часу, що залежить від потужності навантажувального кола, номінальної ємності батареї, її віку й рівня заряду. Після вичерпання заряду батареї, блок керування ДБЕЖ, що стежить за розрядом батареї, подає команду на відключення навантажувального кола. Якщо напруга в мережі стає відповідною стандартам електромагнітної сумісності, ДБЕЖ переходить в режим роботи від мережі й починає заряджати батарею.

Перевагами схеми Off-Line є простота та економічність. Недоліки - відсутність стабілізації вхідної напруги при роботі в «нормальному» режимі і наявність деякого часу перемикання ( 4 мс) при переході в «аварійний» режим роботи. АБЕЖ, що працюють за цією схемою, застосовують для електроживлення персональних комп'ютерів або робочих станцій локальних обчислювальних мереж.

3.2 ДБЕЖ із подвійним перетворенням енергії

Рисунок 8 - Функціональна схема ДБЕЖ із подвійним перетворенням енергії.

Випрямляч цього ДБЕЖ - достатньо потужний пристрій, бо він не тільки заряджає батарею ДБЕЖ, але й постачає постійно працюючий інвертор ДБЕЖ постійною напругою. Bypass (обвідне коло) - це спеціальна лінія, що дозволяє, якщо буде потреба, живити навантажувальне коло від електричної мережі. Для перемикання на роботу через bypass передбачено статичний перемикач.

Якщо в мережі напруга, відповідає нормам електромагнітної сумісності електричної мережі із навантажувальним колом, то вся потужність, споживана навантажувальним колом, проходить через випрямляч ДБЕЖ. Випрямляч перетворює змінну напругу електричної мережі в сталу напругу. Ця напруга заряджає батарею і живить інвертор. Інвертор перетворює напругу постійного струму в стабілізовану напругу змінного струму, яка надходить до навантажувального кола.

Якщо напруга мережі стає менше нижньої границі - то інвертор починає працювати від батареї. Якщо напруга на вході ДБЕЖ відновлюється до нормальної, випрямляч знову починає заряджати батарею й живити інвертор. Якщо виходить з ладу інвертор або його перенавантажено, спрацьовує перемикач S (ліні. «інвертор-навантажувальне коло» розімкнено і замикається лінія» bypass-навантажувальне коло» замкнено) і навантажувальне коло продовжує працювати від електричної мережі.

Перевагою АБЕЖ, виконаного за структурою On-Line, повна фільтрація і згладжування будь-яких коливань вхідної напруги і високовольтних імпульсів на вході АБЕЖ забезпечується стабілізація вхідної напруги та нульовий час переключення в «аварійний» режим без будь-яких перехідних процесів.

До недоліків цієї схеми відносяться відносна складність і більш висока вартість, а також наявність додаткових енергетичних втрат внаслідок подвійного перетворення, що знижують загальний ККД системи.

АБЕЖ, що працюють за схемою On-Line, застосовують для живлення обладнання, яке вимагає підвищені вимоги до якості мережевого електроживлення.

3.3 ДБЕЖ, що взаємодіє з мережею (Line Interactive UPS)

Даний ДБЕЖ відрізняється від ДБЕЖ типу off-line підключеним автотрансформатором. У випадку, якщо напруга мережі стає занадто низькою або занадто високою, функціональний вузол керування стабілізує значення напруги, перемикаючи відводи автотрансформатора. Напруга на виході ДБЕЖ стає вищою або нижчою, наближаючись до номінального значення. Якщо напруга стає настільки низькою, що перемикання відводів уже не допомагає, то ДБЕЖ працює від батареї. Якщо на вхід ДБЕЖ надходить напруга спотвореної форми, функціональний вузол керування також перемикає ДБЕЖ на режим роботи від батареї.

Рисунок 7.- Функціональна схема ДБЕЖ взаємодіючого з мережею

3.4 Порівняльна характеристика ДБЕЖ

У табл. 7.наведена порівняльна характеристика ДБЕЖ.

Таблиця 7.Порівняльна характеристика ДБЕЖ

Тип ДБЕЖ	ДБЕЖ - off line	ДБЕЖ, взаємодіючий з мережею	ДБЕЖ із подвійним перетворенням енергії (on-line)
Властивість			однофазний	трифазний
Відсутність розриву напруги в процесі переходу на роботу від батареї	*	*	*****	*****
Стійкість до динамічних навантажень	**	**	*****	*****
Стійкість до стрибків напруги		*	****	****
Притлумлення електромаг-нітних завад	*	*	*****	*****
Притлумлення високовольтних імпульсів	*	**	****	****
Виправлення форми синусоїди			*****	*****
Стабілізація напруги		**	*****	****
Паралельна робота				****
Надійність в умовах ідеальної електричної мережі	****	***	****	****
Надійність в умовах низької ефективності мережі	**	*	**	****

Примітка: кількість зірочок вказує на якісні характеристики ДБЕЖ, чим більша кількість зірочок тим вищі якісні характеристики.

4. Підвищення надійності централізованої СБЕЖ

Основним способом захисту навантажувального кола від можливих неполадок в електромережі є установка агрегату безперебійного електроживлення (АБЕЖ). Широке поширення одержала централізована схема електроживлення з використанням одномодульного АБЕЖ. Однак для проведення профілактичних, регламентних й ін. робіт АБЕЖ переводять в режим Bypass і навантажувальне коло залишається незахищеним на деякий час. При безперервному виробничому циклі даний ризик неприйнятний.

Далі будуть досліджені розповсюджені схеми резервування АБЕЖ:

- системи з паралельним резервуванням,

- системи з послідовним резервуванням,

- системи з резервуванням шини електроживлення навантажувального кола (Power-Tie)

- системи із синхронізацією виходу (LBS).

У табл. 5 представлена порівняльна характеристика різних схем резервування АБЕЖ.

4.1 Одномодульні системи

Промислові електромережі не забезпечують 100% надійність, що гарантує відсутність можливих відмов з електропостачання. Стандартним засобом захисту навантажувального кола є одномодульні АБЕЖ, побудовані за схемою з подвійним перетворенням напруги (On-Line). Їх оснащено батарейними комплектами, розрахованими на нетривалий час роботи в автономному режимі (за звичай не більше 30 хвилин). Для захисту від тривалих відключень установлюють додатковий дизель-генератор із запасом палива для безперервної роботи від 8 до 24 годин. Основними елементами одномодульного АБЕЖ (рис. 7.10), що працює за схемою On-Line, є випрямляч, інвертор, акумуляторні батареї, зарядний пристрій, а також пристрій комутації кола - bypass (обхідне коло живлення навантажувального кола, поза схемою подвійного перетворення).

Одномодульна система має високу надійність та є простотою. Вона є оптимальним рішенням для навантажень, що допускають короткочасні заплановані відключення для обслуговування АБЕЖ. Однак у моменти технічного обслуговування АБЕЖ або виконання інших регламентних робіт виникає необхідність його переходу в режим bypass. Для деяких пристроїв даний ризик неприпустимий. Крім того, не можна забувати про можливості виходу з ладу самого АБЕЖ.

Таблиця 5. Порівняння різних схем резервування АБЕЖ

Схема	Простота	Резервування	Зручність у обслуговуванні	Захист
			Модуль	Силова електромережа
Одномодульні АБЕЖ	Так	Ні	Ні	Ні	Тільки модуль
Паралельне резервування	Так	Так	Так	Ні	Тільки модуль
Послідовне подвійне резервування модулів	Так	Так	Так	Ні	Тільки модуль
Паралельне резервування модулів (потрійне і більше)	Ні	Так	Так	Ні	Тільки модуль
Системи з резервуванням шини живлення навантажувального кола	Ні	Так	Так	Так	Модуль та шина електроживлення
Система з синхронізацією виходу	Так	Так	Так	Так	Модуль та шина електроживлення

4.2 Системи з паралельним резервуванням

Систему з паралельним резервуванням складено із двох або більше модулів АБЕЖ, включених паралельно і працюючих на загальне навантажувальне коло. Як правило, кожен модуль оснащено своїм батарейним блоком.

За безаварійної роботи навантажувальне коло системи рівномірно розподілено між модулями АБЕЖ, а у випадку виходу з ладу або примусового відключення одного з них, навантажувальне коло розподілено на модулі, що залишились. Така схема включення забезпечує високий ступінь захисту (99.99%). При цьому процес технічного обслуговування окремих модулів не приводить до тимчасового електроживлення навантажувального кола від неякісної мережі. Однак усе ще є необхідність відключення системи при проведенні робіт із шиною електроживлення навантажувального кола або устаткуванням, розташованим між АБЕЖ і навантажувальним колом.

Рисунок 10 - Функціональна схема одномодульного UPS

Позначення:

BCB - батарейний розмикач;

MBB - перемикач ручного Bypass;

MIB - розмикач ручного Bypass;

SBB - статичний перемикач;

UIB - вхідний розмикач модуля;

UOB - вихідний розмикач модуля.



Рисунок 11. - Функціональна схема системи з паралельним резервуванням

Позначення: ВСВ - батарейний розмикач;

МВВ - перемикач ручного Bypass;

МІВ - розмикач ручного Bypass;

SBB - статичний перемикач;

SOB - вихідний розмикач системи;

UIB - вхідний розмикач модуля;

UOB - вихідний розмикач модуля.

4.3 Додаткові можливості систем з паралельним резервуванням

Схеми з паралельним резервуванням дозволяють робити технічне обслуговування окремих модулів CБЖ, не перериваючи процес захисту критичного навантажувального кола. Однак для обслуговування системи в цілому, а також для проведення регламентних робіт з елементами шини електроживлення навантажувального кола потрібен перевід системи в bypass або повне відключення навантажувального кола. Тому схеми з паралельним резервуванням непридатні в тих ситуаціях, коли робота системи в режимі bypass неприпустима навіть на короткий час. Крім того, у них не передбачено захист від збурень на ділянці шини електроживлення навантажувального кола.

Для підвищення надійності захисту критичного навантажувального кола використовують схеми із синхронізованим виходом (LBS) і схеми резервування шини електроживлення навантажувального кола (Power-Tie).

4.4 Системи з послідовним резервуванням

Систему з послідовним резервуванням складено з одного або декількох основних модулів й одного резервного. Кожен основний модуль працює на власне навантажувальне коло. Резервний модуль використовують як первинне джерело електроживлення входів bypass основних модулів системи (рис. 12 та рис. 13).

Така конфігурація дозволяє робити технічне обслуговування основних і резервних модулів без відключення навантажувального кола й без зняття захисту. У цій схемі виходи основних модулів синхронізовано з виходом резервного модуля системи.

Якщо виникає збурення електроживлення на вході одного з основних модулів, то СБЕЖ переходить в автономний режим роботи й навантажувальне коло споживає енергію батарейного комплекту даного АБЕЖ. Якщо до моменту його розряду електроживлення не відновиться, відбудеться автоматичний перехід модуля в bypass, тобто на резервний блок. Зрозуміло, у цьому випадку резервний блок стає недоступний для основних модулів, що залишились, і при переході в bypass другого основного модуля підключений до нього сегмент навантажувального кола живиться від незахищеного входу системи.

Особливості систем з послідовним резервуванням

- резервний модуль працює в режимі «Off-Line»;

- по входу bypass основних модулів підключений резервний АБЕЖ, а не нестабільна мережа;

- спосіб модернізації існуючої одно модульної системи для підвищення надійності, шляхом ввімкнення додаткового резервного модуля.

Cистема з послідовним резервуванням є більш надійною у порівнянні з одномодульною. Додаткова перевага системи з послідовним резервуванням полягає в можливості застосування модулів з різною потужністю та модулів від різних виробників.

Недоліки схем з послідовним резервуванням:

- для реалізації подібної схеми потрібна більша кількість автоматичних перемикачів і захисних автоматів у порівнянні з паралельними системами. Наприклад, схема з 4 модулями (3 - основних, 1 - резервний) вимагає 3 незалежні лінії bypass зі своїми перемикачами. Внаслідок цього середній час наробітку на відмову (MTBF) системи з послідовним резервуванням може бути нижчим у порівнянні з одномодульними СБЕЖ або системами з паралельним резервуванням.

- система з послідовним резервуванням має потребу в додатковому колі комутування джерела електроживлення входів bypass основних модулів (для систем із трьох або більше модулів).

- для модернізації найпростішої двомодульної системи (з одним основним, одним резервним модулями) потрібні великі витрати.

- потужність кожного сегмента навантажувального кола обмежена потужністю відповідного основного модуля АБЕЖ.

Таким чином, застосування схеми послідовного резервування, з одного боку, полегшує обслуговування модулів, але, з іншого боку, приводить до зниження її надійності в цілому. Подібна конфігурація найбільш ефективна при застосування двох модулів (один основний, інший резервний).



Рисунок 12. - Система з послідовним резервуванням

Позначення:

АВВ - розмикач резервного кола Bypass;

BIB - розмикач кола статичного Bypass;

BSB - вхідний розмикач кола Bypass;

MBB - перемикач ручного Bypass;

MIB - розмикач ручного Bypass;

PBB - розмикач основного кола Bypass;

RIB - вхідний випрямляч кола випрямляча

Рисунок 13 - Функціональна схема чотири-модульної системи з послідовним резервуванням

4.5 Резервування шини електроживлення навантажувального кола Power-Tie

Технологія Power-Tie розроблена фахівцями компанії Liebert. Її концепція полягає у використанні 2 незалежних систем безперебійного електроживлення. Потужності кожної з них повинно бути достатньо для живлення 100% навантажувального кола. Навантажувальне коло розподілено на два сегменти, кожний з яких підключений окремою шиною зі своєю системою безперебійного електроживлення. (рис. 14):

Рисунок 14 - Функціональна схема резервування шини електроживлення навантажувального кола Power-Tie

Позначення: A - вхід випрямляча;

B - вихід модуля UPS;

C - батарейний вхід;

D - вхід кола статичного Bypass;

F - шина електроживлення навантажувального кола;

G - шина електроживлення навантажувального кола;

H - батарейний розмикач;

I - вхід кола статичного Bypass.

І-блок керування

Особливості даної СБЕЖ:

- дві незалежні системи АБЕЖ незалежно живлять відповідні сегменти навантажувального кола;

- дві незалежні системи АБЕЖ підключено паралельно для електроживлення всього навантажувального кола;

- електроживлення всього навантажувального кола здійснює одна із систем АБЕЖ.

Перевагою даної конфігурації є застосування подвійного вихідного фідера в схемі резервування. Система підтримує два незалежних вихідних кола електроживлення. Схема резервування безпосередньо наближена до навантажувального кола, і тим самим досягається максимальна надійність системи. Крім того є можливість технічного обслуговування шини електроживлення навантажувального кола без її відключення.

Обладнання з дубльованими входами може бути безпосередньо підключено до подвійного фідера даної системи. В той же час застосування розподільних пристроїв з подвійним входом дозволяє підключати навантаження з єдиним електричним входом.

Основна перевага конфігурації Power-Tie полягає в тому, що кожну з АБЕЖ або будь-яку ділянку кола може бути відключено без втрати напруги на виході системи й без перемикання навантажувального кола на живлення в режимі bypass.

4.6 Системи із синхронізацією виходу (LBS)

Схема із синхронізацією виходу (LBS) подібна з технологією Power-Tie. Вона містить дві незалежних систем безперебійного електроживлення зі своїми незалежними вихідними шинами. Системи мають достатню потужність для живлення всього навантажувального кола, але на відміну від технології Power-Tie не мають силових з'єднань на виході модулів (рис. 7.15). Синхронізацію модулів здійснюють за допомогою додаткового кола синхронізації з точністю до 3 градусів у всіх режимах (включно з забороненого bypass й автономного режиму роботи АБЕЖ).

Схема LBS призначено для електроживлення навантажувального кола від двох електрично-незалежних синхронних фідерів. Навантажувальне коло з дубльованим електричним входом підключають до них безпосередньо, а навантажувальне коло з єдиним входом припускає застосування додаткових швидкодіючих статичних перемикачів. На відміну від інших методів резервування (крім Power-Tie) дана система не має уразливих ділянок схеми електроживлення на всьому шляху від АБЕЖ до навантажувального кола.

Система LBS є більше ефективною і надійною в порівнянні з одномодульною, паралельною або системою з послідовним резервуванням.

Перевага: наявністю дублювання шини електроживлення навантажувального кола.

При проектуванні схеми LBS немає необхідності в застосуванні дорогих систем керування, перемикачів тощо. Досить застосовувати два одномодульні АБЕЖ із додатковою панеллю синхронізації.

Відсутність електричного зв'язку між вихідними фідерами забезпечує повну незалежність одного кола живлення від іншого у ситуації виникнення яких-небудь проблем у навантаженні. Синхронізацію АБЕЖ здійснють за допомогою кіл синхронізації без силового з'єднання на їхньому виході. При цьому допускають навіть підключення АБЕЖ до незалежних трансформаторних підстанцій.

При проектуванні системи LBS застосовують додатковий блок синхронізації, що містить інтерфейсну картку, установлювлену в кожному ДВЕЖ, і настінну панель керування, що має невеликі габарити. Блок синхронізації забезпечує мінімальний обмін інформацією з АБЕЖ. Він активізується тільки з появою неузгодженості між фідерами. Відсутність зв'язків між ним і засобами керування АБЕЖ гарантує максимальну незалежність системи та ізоляцію модулів.



Рисунок 15 - Функціональна схема системи з синхронізацією входу (LBS)

Позначення (до рис. 15):

BIB - розмикач кола статичного Bypass;

RIB - вхідний розмикач кола випрямляча;

BCB - батарейний розмикач.

5. Акумуляторні батареї

Під час вибору акумуляторної батареї для системи безперервного живлення основними параметрами є:

- тип батареї;

- потужність устаткування;

- час роботи від батареї;

- гранична напруга.

Ємність акумуляторної батареї не є сталою і залежить від сили струму розряду. Якщо струм розряду перевищує 10-кратне значення, для кислотних акумуляторів корисна ємність складає 50% від номінальної, для лугових не більше 70%. Для кислотних батарей номінальна ємність визначають за 10 годин роботи (розряду), для лугових - за 5 годин роботи. В нормальних умовах акумуляторна батарея гарантовано забезпечує номінальну ємність протягом однієї години. Це зумовлено тим, що за цей час можно використати від 50% до 70% її номінальної ємності.

Також важливе є допустиме значення напруги розряду (гранична напруга). Це значення вказує, до якого мінімального значення може бути знижено значення напруги під час розряду батареї без негативних наслідків стосовно значення ємності. Значення граничної напруги є 1,75 В та 1 В для кислотних та лугових акумуляторних батарей, відповідно. За таких значень граничної напруги можна повністю використати ємність батареї.

В таблицях 7.6 та 7.7 наведено значення коефіцієнтів k_з, які застосовують для визначення номінальної ємності акумуляторної батареї за різних значень допустимої напруги розряду та для різного часу розряду. Чим довшим є час розряджання батареї, тим меньшим може бути значення сили струму розряду, на що вказує зменшення коефіцієнта. Також чим більше значення допустимої напруги розряду, тим більший коефіцієнт.

Таблиця 6 - Значення коефіцієнта збільшення ємності кислотних акумуляторів

Час розряджання, год	Гранична напруга, В
	1,76	1,80	1,86	1,90
0,5 1 1,5 2	3,18 2,25 1,79 1,55	4,12 2,66 2,07 1,77	5,88 3,60 2,8 2,38	8,10 4,86 3,6 3,03

Таблиця 7 - Значення коефіцієнта збільшення ємності лугових акумуляторів

Час розряджання, год	Гранична напруга, В
	1,04	1,10	1,16	1,20
0,5 1 1,5 2	3,32 2,12 1,7 1,45	3,96 2,49 1,96 1,71	4,78 2,99 2,44 2,17	5,66 3,60 2,95 2,59

Висновки

1. Система безперебійного електроживлення - автоматичний пристрій, який застосовують для електроживлення навантажувального кола електроенергією у разі виникнення аварій у електромережі, а також корегуванні його параметрів. Розрізняють два основних типи СБЕЖ: агрегати безперебійного електроживлення та дизель-генераторні установки.

2. Агрегат безперебійного електроживлення - комплекс електричних пристроїв, який використовує енергію акумуляторних батарей для електроживлення навантажувального кола в «аварійному» режимі.

3. Дизель-генераторна установка - пристрій який застосовує механічну енергію паливних двигунів для електроживлення навантажувального кола в «аварійному» режимі.

4. «Аварійний» (автономний) режим - режим роботи, коли навантажувальне коло живлять від акумуляторні батареї.

5. Основним збуренням електроживлення є провали напруги, підвищена напруга, високовольтні імпульси, електричний шум, повне відключення напруги, гармонійні спотворення напруги, нестабільна частота.

6. Залежно від типових схемних конфігурацій та електричних властивостей СБЕЖ розподіляють на:

1) одиночну;

2) паралельну;

3) з резервом.

7. Одномодульна система є оптимальним рішенням для завдань, що не вимагають безперервного циклу роботи протягом усього терміну служби встаткування.

8. Паралельна система має більшу надійність і допускає обслуговування в процесі роботи.

9. Конфігурація з послідовним резервуванням дозволяє ввести резервування до вже існуючої одномодульної установки.

10. Три основних типи джерел безперервного електроживлення:

- ДБЕЖ, побудовані за схемою off-Line (Standby - резервні);

- ДБЕЖ із подвійним перетворенням енергії (On-Line UPS);

- ДБЕЖ, які взаємодіють з мережею (line interactive UPS).

11. ДБЕЖ, які побудовані за схемою off-line може працювати у двох основних режимах роботи: режим роботи від мережі й режим роботи від батареї.

12. Система з паралельним резервуванням складена із двох або більше модулів АБЕЖ, включених паралельно, які працюють на загальне навантажувальне коло.

13. Схема LBS призначена для електроживлення навантажувального кола від двох електрично-незалежних синхронних фідерів.

14. Технологія Power-Tie має максимальну надійність в обслуговуванні всіх її компонентів, включаючи шину електроживлення навантажувального кола й установлені на ній силові комутаційні елементи.

15. Технологія LBS дозволяє додати резервну систему безперебійного електроживлення й впровадити топологію подвійної шини електроживлення навантажувального кола до вже існуючої системи.

Список використаної літератури

1. Касаткин А.С., Немцов М.В. «Электротехника». Учебное пособие для вузов, М.: Энергоатомиздат, 2001

2. Лоторейчук Е.А. Теоретические основы электротехники: учеб. для студ. учреждений сред. проф. образования / Е.А. Лоторейчук. - Гриф МО. - М.: Форум: Инфра-М, 2008. - 316 с.

3. Федорченко А.А. Электротехника с основами электроники: учеб. для учащ. проф. училищ, лицеев и студ. колледжей / А.А. Федорченко, Ю.Г. Синдеев. - 2-е изд. - М.: Дашков и К°, 2010. - 415 с.

4. Катаенко Ю.К. Электротехника: учеб. пособие / Ю.К. Катаенко. - М.: Дашков и К°; Ростов н/Д: Академцентр, 2010. - 287 с.

5. Москаленко В.В. Электрический привод: Учеб. пособие для сред. проф. образования / В.В. Москаленко. - М.: Мастерство, 2000. - 366 с.

6. Савилов Г.В. Электротехника и электроника: курс лекций / Г.В. Савилов. - М.: Дашков и К°, 2009. - 322 с.

7. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: учеб. пособие для проф. училищ, лицеев и колледжей / Ю.Г. Синдеев. - Изд. 12-е, доп. и перераб.; Гриф МО. - Ростов н/Д: Феникс, 2010. - 407 с.

8. Евдокимов, Ф.Е. Теоретические основы электротехники: учеб. для средн. проф. обр. / Ф.Е. Евдокимов - М.: Academia, 2004. - 560 c.

9. Данилов, И.А. Общая электротехника с основами электроники / И.А. Данилов - М.: Высш.шк., 2000. - 752 с.

10. Аваев С.А. Общая электротехника. 1959 год.

11. Анхимгон В.Л. Теория автоматического регулирования. 1968 год.

12. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. 1970 год.

13. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи. 1973 год.

14. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Нелинейные цепи. 1973 год.

15. Борисов Ю.М. Электротехника. 1985 год.

16. Веллер В.М. Электротехника и электрооборудование зданий. 1975 год.

17. Веселовский О.М. Основы электротехники и электротехнические устройства радиоэлектронной аппаратуры. 1977 год.

18. Волынский Б.А. Электротехника. 1987 год.

19. Вольман В.И. Техническая электродинамика. 1971 год.

10. Глазенко Т.А. Электротехника и основы электроники. 1996 год.

11. Гольдин О.Е. Программированное изучение теоретических основ электротехники. 1978 год.

12. Данилов И.А. Дидактический материал по общей электротехнике с основами электроники. 1987 год.

13. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники. 2000 год.

14. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники. 1989 год.

15. Данилов И.А. Общая электротехника. 1977 год.

16. Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника. 1990 год.

17. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники. 2004 год.

Размещено на Allbest.ru