Система гарантированного и бесперебойного электропитания

1. Введение

1.1. Необходимость в создании системы

Основная проблема, с которой приходится сталкиваться при решении вопроса о необходимости установки на объект дизель-генераторной установки (ДГУ) и источника бесперебойного электропитания (ИБП) - это обеспечение электроснабжения в случае исчезновения напряжения основной питающей сети потребителей I категории и потребителей I категории особой группы согласно ПУЭ.

К сожалению, на практике, нередкие ситуации выхода из стоя оборудования распределительной трансформаторной понижающей подстанции (РТП 10/0,4кВ или РТП 6/0,4кВ), сбой в электросетях района и т.п. Поэтому, 2-х вводов от РТП, как требует ПУЭ, на практике бывает недостаточно и на таких объектах существует необходимость в установке дизель-генераторной станции - гарантированное электропитание, и источников бесперебойного электропитания - бесперебойное электропитание.

Система гарантированного электропитания служит для обеспечения электроэнергией требуемого качества (ГОСТ 13109-87) потребителей I категории (ПУЭ гл.1.2.17), в случае исчезновения напряжения основной питающей сети.

Система бесперебойного электропитания служит для обеспечения электроэнергией требуемого качества (ГОСТ 13109-87) без разрыва синусоиды питающего напряжения потребителей I категории особой группы (ПУЭ гл.1.2.17).

2. Описание решения

2.1. Общие сведения

    Система гарантированного электроснабжения должна обеспечивать:
  • гарантированное электропитание подключенных потребителей;
  • автоматический запуск (суммарно не менее 3 попыток) дизель-генератора через 9 секунд при отклонении параметров основной внешней сети электропитания за пределы требования ГОСТ 13109-87 или полном ее исчезновении;
  • автоматическое переключение нагрузки с основной внешней сети электропитания на дизель-генератор и обратно;
  • выдача сигнала тревоги на пост диспетчера в случае аварийного события с оборудованием ДГУ

    Система бесперебойного электроснабжения должна обеспечивать:
  • бесперебойное электропитание (без разрыва синусоиды питающего напряжения) потребителей, подключенных через ИБП; Полностью регулируемое выходное напряжение.
  • выходное напряжение чистой синусоидальной формы;
  • высокий КПД;
  • совместимость с дизель-генераторами с коэффициентом запаса мощности не более 1,3;
  • максимальную защиту против всплесков, скачков, перепадов и отключений напряжения;
  • возможность параллельного включения нескольких ИБП;
  • возможность автономной поддержки нагрузки в течение 20мин.;
  • возможность бесперебойного переключения нагрузки на питание от внешней электросети через встроенный и внешний байпас;
  • гальваническую развязку входных и выходных цепей;
  • дистанционный мониторинг и управление параметрами ИБП.

2.2. Структура решения

В зависимости от требований к электропитанию потребителей, используются разные варианты построения схем электропитания. Рассмотрим несколько вариантов.

2.2.1. Использование на объекте схемы гарантированного электропитания

Если на объекте в качестве резервного источника электропитания используется только дизель-генераторная установка, то такая схема называется схемой гарантированного электропитания, а потребители, получающие электропитание от ДГУ в случае исчезновения напряжения основной питающей сети - потребители гарантированного электропитания.

Такую схему целесообразно использовать в случаях частого исчезновения напряжения основной питающей сети и отсутствии на объекте потребителей I категории особой группы, которым необходимо для нормального функционирования электропитание без разрыва синусоиды питающего напряжения.

2.2.2. Использование на объекте схемы бесперебойного питания

Если на объекте в качестве резервного источника электропитания используется только источник бесперебойного электропитания, то такая схема называется схемой бесперебойного электропитания, а потребители, получающие электропитание от ИБП в случае исчезновения напряжения основной питающей сети - потребители бесперебойного электропитания.

Такую схему целесообразно использовать в случаях нечастого и кратковременного исчезновения напряжения основной питающей сети и при наличии на объекте потребителей I категории особой группы.

2.2.3. Использование на объекте схемы бесперебойного и гарантированного питания совмещённо

Если на объекте в качестве резервного источника электропитания используется и дизель-генераторная установка, и источник бесперебойного электропитания, то такая схема называется схемой повышенной надёжности с использованием бесперебойного и гарантированного электропитания.

В случае исчезновения напряжения основной питающей сети - на ДГУ поступает команда на его запуск. В момент запуска ДГУ (5-10сек.) потребители гарантированного электропитания, кратковременно остаются без напряжения. Электроснабжение потребителей гарантированного электропитания восстанавливается при выходе ДГУ на номинальную частоту и напряжение.

Во время запуска ДГУ, ИБП переходит на аккумуляторные батареи, и питание потребителей бесперебойного электропитания осуществляется от батарей ИБП столько времени, сколько необходимо для запуска дизель-генераторной установки. Таким образом, питание потребителей бесперебойного электропитания осуществляется без разрыва синусоиды питающего напряжения.

При восстановлении питающего напряжения внешней энергосети при переключении потребителей от ДГУ к внешней питающей сети, потребители гарантированного электропитания кратковременно остаются без напряжения. Таким образом, питание потребителей переходит в нормальный режим. Дизель-генераторная установка, после полного останова, переходит в дежурный режим.

Питание от ДГУ возможно в течение промежутка времени, определяемого запасом топлива в топливном баке ДГУ и удельным расходом топлива (величина этого параметра зависит от нагрузки), а также возможностью дозаправки ДГУ во время работы. Если энергоснабжение от основного ввода не восстановится до окончания ресурса топлива в штатном топливном баке, то блок автоматики ДГУ остановит дизель-генератор.

Такую схему целесообразно использовать для объектов, требующих повышенной надежности электропитания.

3. Создание системы бесперебойного и гарантированного электроснабжения на объекте

3.1. Необходимые условия для создания на объекте схемы гарантированного электропитания

    При создании на объекте схемы гарантированного электропитания необходимо учесть следующие требования:
  • дизель-генераторные установки должны иметь показатель наработки на отказ не менее 40000 часов;
  • эксплуатация ДГУ с загрузкой по мощности менее 50% длительное время не рекомендуется, а с загрузкой менее 30% - ведет к отказу поставщика от гарантийных обязательств на оборудование;
  • время экстренного старта и приема нагрузки из режима ожидания в горячем резерве не более 9 сек.
  • обеспечить возможность проведения ремонтных работ и регламентного обслуживания дизель-генераторной установки без нарушения нормальной работы системы электроснабжения;
  • обеспечить дистанционный контроль работы ДГУ;
  • исключить возможность параллельной работы ДГУ с внешней системой электроснабжения;

3.2. Необходимые условия для создания на объекте схемы бесперебойного электропитания

    При создании на объекте схемы бесперебойного электропитания необходимо учесть следующие требования:
  • одиночный отказ любого элемента СБП не должен приводить к полной потере работоспособности системы;
  • средний срок службы СБП не менее 10 лет;
  • избегание перегрузок нейтральных кабелей входных электросетей и оборудования трансформаторных подстанций;
  • работа длительное время в режиме отключения внешней энергосети и обеспечение питания ответственных потребителей от ИБП;
  • обеспечение возможности проведения ремонтных работ и регламентного обслуживания ИБП без нарушения нормальной работы системы электроснабжения;
  • обеспечение дистанционный контроль работы и ИБП;
  • выполнение корректного завершения технологических процессов при исчезновении внешнего питания и истечения ресурса автономии аккумуляторных батарей.

3.3. Необходимые условия для создания на объекте схемы бесперебойного и гарантированного электропитания совмещённо

    При создании на объекте схемы бесперебойного электропитания необходимо учесть следующие требования:
  • класс ИБП - on-line, как единственный защищающий нагрузку от всех существующих неполадок в электросети;
  • мощность ИБП выбирается, исходя из мощности нагрузки;
  • ИБП обязательном порядке комплектуется аккумуляторными батареями. В общем случае, время резервирования аккумуляторов выбирается в диапазоне 5-10 минут;
  • для снижения нелинейных искажений токов, вносимых ИБП в питающую сеть, применяются ИБП с выпрямителями на IGBT - транзисторах с 12-пульсными выпрямителями или с активными выпрямителями;
  • желательно подбирать ИБП с системой плавного перехода ИБП на питание с батареи на сеть;
  • мощности ДГУ и ИБП подбираются в соотношении: ДГУ/ИБП= 1,3;
  • ДГУ должна комплектоваться автоматическим регулятором выходного напряжения и электронным регулятором скорости приводного двигателя.

Как показывает опыт "НИЦ", выбор звеньев системы бесперебойного и гарантированного электропитания с учетом приведённых выше требований обеспечивает согласованную и устойчивую совместную работу ИБП и ДГУ. Дополнительное преимущество этой схемы над предыдущими двумя - практически неограниченное время работы в автономном режиме, т.е., полная независимость электроснабжения ответственной нагрузки (потребителей I категории и потребителей I категории особой группы) от неполадок основной сети.

4. Схемы решений

4.1. Схема гарантированного электропитания

4.2. Схема бесперебойного электропитания

4.3. Схема бесперебойного и гарантированного электропитания

5. Производители оборудования для реализации схемы гарантированного и бесперебойного электропитания

5.1. Общие принципы при выборе производителя

    При выборе производителя для поставки оборудования по созданию системы гарантированного электропитания на объектах, компания "НИЦ" опирается на следующие показатели:
  • соответствие оборудования российским стандартам;
  • гарантия качества и надежность работы;
  • приемлемые сроки поставки;
  • грамотная техническая поддержка от производителя.

5.2. Производители дизель-генераторных установок и источников бесперебойного электропитания

Имея немалый опыт по созданию систем гарантированного электропитания, наша компания отдаёт предпочтение таким производителям, как : F.G.Wilson, Gesan, Cummins, SDMO.

При создании на объектах систем бесперебойного электропитания чаще всего наша компания использует ИБП фирмы APC , также, довольно часто используются ИБП Powerware, реже - Libert.

ИБП GE DE серия SG