ИБП и Резервный Генератор
1. ПРЕДИСЛОВИЕ
Целью данного документа является демонстрация основных проблем совместимости системы ИБП с Резервным Генератором (далее РГ), оценка величин и влияние на них гармоник тока, возбуждаемых выпрямителями ИБП.
Во многих применениях РГ используется для электропитания некритичных нагрузок, и / или систем ИБП. В этом случае, требуемое время автономной работы, в случае перебоя электропитания, может быть лишь несколько минут. Это не является общим правилом, но минимальное время автономии должно быть порядка 10 минут для того, чтобы запустить РГ, пусть даже вручную. Решение с РГ снизит затраты на большие батареи, но, несмотря на это, рекомендуется проЬести тщательный анализ специфических характеристик проектируемой установки для того, чтобы иметь наилучшее отношение цена/надежность и исключить возможные проблемы, которые могут возникнуть при совместной работе системы ИБП - РГ.
2. ГЕНЕРАТОР
Резервный Генератор может рассматриваться как отдельный источник электроэнергии, который не соответствует стандарту EN / IEC 61000-2-4. Более того, мы встречаемся со случаем, когда «электросеть» имеет высокий импеданс и относительно низкую мощность короткого замыкания. Выходное напряжение РГ определяется системой регулирования генератора переменного тока, которая измеряет выходное напряжение и сравнивает его с эталонной величиной. Если нагрузка РГ генерирует искажения, то они будут влиять на регулирование напряжения.
Гармоники тока, генерируемые нелинейными нагрузками, перетекают в импедансную линию, генерируя гармоники напряжения, которые, складываясь с основной частотой, вызывают искажения. Из этих рассуждений становится очевидным, что при нелинейных нагрузках, подобных выпрямителям ИБП, или SMPS??, которые имеют высокий уровень гармонических искажений, могут возникнуть серьезные проблемы, такие как нестабильность регулирования РГ и перегрев обмоток генератора переменного тока.
собое внимание долджно быть уделено сверхпереходной реактивности X"d резервного генератора, ее значение варьируется от 10% до 30%, в зависимости от типа РГ. Общепринято применять РГ с минимально возможным значением X"d, поскольку от этого значения неапрямую зависит уровень гармонических искажений напряжения, обуслвавливаемый гармониками тока. Из этого следует, что для того, чтобы минимизировать искажения напряжения, необходимо:
а) гармонические искажения тока (THD), генерируемые нелинейными нагрузками, должны быть
малыми.
б) сверхпереходная реактивность X"d РГ должна быть меньше 15% (для хороших РГ - от 8% до 12%).
При невыполнении пунктов а) и б) возможность снизить искажения напряжения остается только в увеличении мощности РГ, что приводит к его неэффективному использованию.
3. ИБП И РГ
Если электроустановка предполагает наличие ИБП, питаемого от РГ, то, когда они соединяются вместе, могут возникнуть проблемы, которые не возникали, когда они работали по-одинчке. При наличии таких проблем, очень трудно определить ответственность того или иного устройства для идентификации и исправления проблемы. Производитель ИБП может говорить, что система ИБП работает нормально и вся прблема в РГ, тогда как производитель РГ может утверждать, что вся проблема в нагрузке и ничего не надо делать с РГ.
Возможность нормальной совместной работы РГ и ИБП требует специального рассмотрения, касающегося их совместимости.
Опыт GE, накопленный за многие годы, позволяет идентифицировать следующие общие проблемы и соответствующие решения при подсоединении ИБП к РГ.
Как уже было указано, выпрямители ИБП генерируют гармоники тока, которые, протекая по линии и через импеданс РГ, могут вызвать искажения напряжения.
Чтобы снизить THD, GE предлагает различные решения, как-то увеличение «пульсовости» выпрямителей, или применение фильтров. (См. документ acad-h-Reduction of Harm-epe).
3.1. Фильтр
Особое внимание следует обратить на применение входных фильтров ИБП, чтобы не подвергать опасности связь ИБП-РГ.
Фильтры предназначены для того, чтобы понизить уровень гармоник тока и улучшить фактор мощности при работе системы ИБП на полных нагрузках. Некотороые производители ИБП, включая GE, проявляют интерес к функционированию фильтров при нагрузках, близких к нулю или равных нулю, обеспечивая возможность отключения части или всех фильтров.
При частичных нагрузках менее 30% или при отсутствии нагрузки, система будет имеет очень низкий емкостный фактор мощности, если фильтры не отключить. Такая ситуация может возникнуть в частности при перебое электропитания, когда выпрямитель ИБП выключен, а РГ начал подавать электроэнергию, питая только фильтры, которые представляют почти полностью емкостную нагрузку. РГ может обеспечивать только относительно малый емкостный ток.
РГ, питая входные фильтры в качестве единственной нагрузки, может отключиться по причине перенапряжения свыше 500В, или избыток энергии возбуждения может нарушить регулирование РГ. Это отключение после перебоя электропитания может произвести разрушительное действие на критичные нагрузки.
3.2. Подключение нагрузки
При работе от РГ, мгновенное подключение нагрузки к РГ может вызвать пусковые экстра-токи, котрые могут вызвать отклонение напряжения и частоты от нормы.
Для решения этой проблемы ИБП GE имеютсистему «мякгого старта», так что мощность, потребляемая выпрямителем ИБП от РГ, нарастает постепенно. Время нарастания мощности примерно 30 секунд.
3.3. Синхронизация частоты
РГ имеют ограничения на точность и скорость управления частотой при внезапных подключениях нагрузок. С другой стороны, допустимый диапазон отклонения частоты при синхронизации с байпасом может быть значительно уже. В результате может возникнуть постоянная тревога: «ИБП не синхронизирован». Поэтому система ИБП должна иметь возможность блокировать синхронизацию, изменять скорость слежения за частотй и/или увеличивать окно синхронизации, при условии, что критичные нагрузки позволяют работу в более широком окне частот.
3.4. Заряд батареи
Электроэнергия, производимая РГ весьма дорога. В системах с большими батареями было бы дорого их заряжать от электроэнергии, поставляемой РГ. Поэтому ИБП должен иметь возможность блокировать заряд батареи, когда выпрямитель потребляет энергию от РГ.
Выводы: в системе, включающей ИБП и РГ, должен быть проведен тщательный анализ, принимающий во внимание электрические параметры и совместимость оборудования.
1 - ИБП должен иметь:
a) Систему «мягкого старта»
б) Различные решения по снижению гармоник.
в) Фильтры, которые могли бы отключаться/включаться в зависимости от величины нагрузки.
г) Восможность блокировки синхронизации с РГ.
д) Возможность автоматически изменять скорость слежения за частотой.
е) Возможность блокировать заряд батарей.
Замечание. Все ИБП GE SitePro обеспечивают эти возможности.
2 - РГ должен иметь:
a) Достаточную можность, чтобы питать ИБП, другие нагрузки и иметь некоторый резерв мощности.
б) Малую сверхпереходную реактивность (<12%) чтобы обеспечить низкие искажения напряжения и не приводить к значительному завышению мощности РГ.
3 - Кабели должны быть рассчитаны на гармоники токов, и, если длина кабелей значительна, падение напряжения порядка 5% должно учитываться в выходном напряжении РГ.
4 - Для больших установок следует также проанализировать установку конденсаторов, компенсирующих фактор мощности.
Эти емкости образуют резонансный контур с питающим генератором, и могут формировать резонас на одной или более гармонических частот, вызывая большие искажения.
Техническая информация, приведенная в таблице приложения возможно поможет Вам проверить совместимость ИБП и РГ.
3.5. Определение мощности генератора
Приведенная ниже информация поможет определить мощность РГ по сверхпереходной реактивности X"d, приемлемым искажениям напряжения d, и входной мощности выпрямителя. (Входная мощность выпрямителя примерно на 10% больше номинальной мощности ИБП). Замечание: норма EC/IEC 61000-2-2 допускает максимум искажений напряжения 8% THD.
Однако рекомендуется проконсультироваться с производителем РГ по поводу совместимости РГ и ИБП и других нагрузок, если мощность РГ меньше чем в два раза превышает возможные нагрузки.
Простая формула для вычисления мощности РГ следующая:
PG = PR x C x X''d / d
Где PG - мощность генератора;
PR - входная мощность выпрямителя;
X''d - сверхпереходная реактивность РГ;
d - приемлемый уровень гармонических искажений напряжения;
C - константа, значение которой зависит от числа импульсов выпрямителя и суммарного импеданса линии электросистемы.
Экстраполируемые значения: для 6-и пульсного выпрямителя C= 1.3 1.6 для 12-и пульсного C= 0.8 1
Пример: ИБП 100 кВА; приемлемый уровень гармонических искажений напряжения 6%; сверхпереходная реактивность X''d=12%
Для 6-и пульсного выпрямителя; PG= (110 x 1.3 x 0.12)/0.06 = 260 кВА Для 12-и пульсного выпрямителя; PG= (110 x 0.8 x 0.12)/0.06 = 176 кВА
В системах, где мощности РГ и ИБП уже выбраны, вышеприведенная формула может использоваться для оценки ожидаемых искажений напряжения, и, следовательно, для решения о необходимости применения фильтров для снижения THD напряжения.
d = ( PR x C x X''d ) / PG
Пример: ИБП 300 кВА; РГ 450 кВА; X''d = 0.12
d = (330 x 1.3 x 0.12) / 450 = 11% для 6-и пульсного выпрямителя d = (330 x 0.8 x 0.12) / 450 = 7% для 12 пульсного выпрямителя.
Если требуется меньшие уровни искажений напряжения, следует применять фильтры.
Приблизительные величины мощностей РГ по отношению к мощности выпрямителя ИБП следующие:
а) для 6-и пульсного выпрямителя PG = 2.5 ~ 3 раза больше PR
б) для 12 пульсного выпрямителя PG = 1.5 ~ 2 раза больше PR
в) для 12 пульсного выпрямителя + фильтр PG < 1.5 в зависимости от THD
Для получения более полной информации и/или вычисления гармонических искажений, пожалуйста проконсультируйтесь с компанией GE Digital Energy и пошлите таблицу параметров, приведенную в приложении.
Богатый опыт GE Digital Energy в вашем распоряжении!