Содержание
Как подобрать ИБП к дизельгенератору
Аварийное отключение электричества – нередкое явление, которое может повлечь за собой как временные бытовые неудобства, так и критичные для жизнеобеспечения офиса или учреждения ситуации. Предусмотрительные владельцы частного дома, офиса, торговой точки приобретают дизель-генераторную установку (ДГУ), которая автоматически включается при прекращении подачи основного питания. Дизельгенераторы – наиболее распространенные сегодня системы гарантированного питания, основными структурными элементами которых являются дизельный двигатель и генератор. Однако их не всегда бывает достаточно. Для включения и запуска работы в штатном режиме дизельной электростанции (ДЭС) требуется в среднем от 1 до 5 минут, а иногда и больше. Такая пауза недопустима для серверного и другого IT-оборудования, медицинской техники, в ряде других случаев. Кроме того, включение ДГУ нарушает стабильность частоты электропитания, а это может повлечь повреждение оборудования, потерю данных, системные сбои. Решить эту проблему и обеспечить достаточно времени для запуска генератора поможет использование ДГУ в связке с источником бесперебойного питания (ИБП, UPS). Такое решение обеспечит потребителя электроэнергией высокого качества и позволит сэкономить на дорогостоящих батареях. Но предварительно необходимо проанализировать характеристики приборов и произвести расчеты для обеспечения совместимости ИБП и ДГУ.
Выбор ИБП и ДГУ
Создавая схему ИБП и ДГУ, следует обращать внимание на следующие сведения и характеристики:
- Таблица нагрузок. Ее точность и полнота данных определяет правильность расчетов и выбора оборудования для аварийного питания.
- Номинальное напряжение. Как правило, оно составляет, 220 или 380 В. Отклонение от номинального не должно быть более 15%. Следует учесть, что при подключении другого оборудования допуск по напряжению уменьшается до ±10% или менее. Число фаз – 1 или 3.
- Потребляемая мощность:
- активная в штатном режиме работы прибора – энергия, которую тратит устройство в зависимости от своего назначения, измеряется в кВт;
- полная в установившемся режиме в ВА – величина потребления электроэнергии прибором;
- в пусковом режиме (полная или активная, иными словами, потребляемый ток), а также ориентировочная длительность пускового режима.
С данным показателем связан коэффициент мощности – безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя. Для реактивных устройств желательно указать, емкостным или индуктивным является тип нагрузки.
- Осуществляется ли запуск данного устройства только при возобновлении подачи электричества, или включение/выключение происходит периодически в определенных ситуациях. Для асинхронных электродвигателей рекомендуется учитывать величину коэффициента мощности при пуске, обычно она составляет от 0,35 до 0,6.
- Требования по следующим показателям:
- Бесперебойность электроснабжения (необходимость использования ИБП) или допустимая длительность отключения электропитания. При отсутствии такого требования принимается в расчет возможный перерыв в подаче питания до 90 секунд.
- Уровень надежности системы электропитания.
- Длительность работы в автономном режиме.
- Характеристики сети и уже установленного оборудования.
- Ограничения по месту оборудования.
Непосредственный процесс выбора моделей ИПГ и ДГУ рекомендуется осуществлять по предлагаемому алгоритму:
- Рассчитать суммарную потребляемую мощность и другие параметры нагрузки системы резервного электричества. Если потребители энергии однофазные, можно равномерно распределить их по фазам трехфазной сети суммарной потребляемой мощности и других параметров нагрузки бесперебойной группы. При использовании ИБП для генератора с трехфазными входом и выходом такое решение позволит уменьшить значение требуемой мощности источника резервного питания. Его мощность надо выбирать, исходя из наиболее загруженной фазы. При этом потребляемая по одной фазе мощность должна быть не более 1/3 номинальной мощности ИБП.
- Выбрать бесперебойный источник питания с мощностью, требуемой для питания данной нагрузки. Критерии подбора:
- номинальная и пусковая мощность;
- соотношение выходной полной и активной мощности ИБП и потребляемой полной и активной мощности нагрузки;
- возможность снижения мощности UPS на выходе при емкостной нагрузке. При организации параллельной системы электроснабжения наиболее надежна группа из двух источников бесперебойного питания.
- Определить характеристики АКБ, учитывая требования по времени работы в автономном режиме и параметры зарядной цепи ИБП.
- Рассчитать потребляемую мощность на входе резервного питания.
- Определить суммарную мощность нагрузки гарантированной группы без учёта ИБП, планируется поочередный запуск мощных приемников энергии.
- Проанализировать, потребуется ли последовательно запустить параллельные или несколько одиночных UPS с целью уменьшения броска намагничивающего тока при подаче электроэнергии от дизельгенератора и/или отключения заряда АКБ.
- Выбрать модель ДГУ. При этом учитывается суммарная потребляемая мощность, складывающаяся из гарантированной группы и потребляемой мощности ИБП. Также берется в расчет номинальная и пусковая мощность нагрузки. Важный фактор – соотношение выходной полной и активной мощности ДГУ и потребляемой полной и активной мощности нагрузки: эти показатели у электрогенератора должны быть больше, чем у нагрузки. Выходной коэффициент мощности ДГУ – 0,8.
- Проверить выбранную модель дизель-генераторной установки на предмет просадки выходного напряжения при одномоментном подключении электроприборов.
- Рассчитать величину искажения синусоидальности кривой напряжения на входе ДГУ, принимая во внимание характеристики входного каскада ИБП.
- Проверить, надо ли увеличить мощность ДГУ для компенсации нелинейных искажений или заменить модель ИБП на бесперебойник с входным фильтром либо транзисторным выпрямительным каскадом.
Расчёт АКБ для ИБП
Аккумуляторные батареи (АКБ) используются в системе бесперебойного электропитания для накопления и использования электрической энергии с целью поддержания работы оборудования при нарушении электроснабжения от основного источника питания. Расчет АКБ производится по следующим критериям:
- Время автономной работы, которое батареи могут обеспечить в составе ИБП для генератора. Это самая важная характеристика для АКБ. Основными факторами, влияющими на данный показатель, являются:
- C – суммарная емкость аккумуляторной батареи, выражается в ампер-час;
- V – напряжение подключенного АКБ в вольтах;
- η – КПД инвертора;
- P – средняя мощность подключенного к ИБП оборудования, выражается в ваттах;
- T – время работы в часах, в течение которого с помощью АКБ поддерживается питание ИБП до полного разряда.
Время работы аккумуляторов рассчитывается по формуле:
T [час] = C [А*час] * V [В] * η / P [Вт].
- Средняя мощность. Следует исходить из средней активной мощности подключенного к ИБП оборудования. Дело в том, что среднее потребление за время работы от аккумулятора может существенно отличаться от номинальной или максимальной мощности агрегатов. Например, номинальная мощность блока питания может составлять 500 Вт, а реально подключенные приборы «берут» только 150. Или же устройства включаются периодически на непродолжительное время.
- Суммарная ёмкость. Для ИБП, как правило, используются аккумуляторные батареи с номинальным напряжением 12 вольт, состоящие из шести секций по 2 вольт каждая. В систему бесперебойного питания может входить от одного до 40 таких АКБ в составе одной группы. Для увеличения суммарной емкости такие группы (последовательно соединенные в цепочку батареи) могут подключаться параллельно. Не следует соединять более четырех параллельно включенных линеек АКБ. Максимально допустимое количество таких линеек – 6.
- Время работы ИБП от АКБ. Эта характеристика определяется по формуле:
- Разрядная характеристика. Приведенные выше расчеты достаточно надежны для длительного периода работы ИБП от аккумулятора (более 8-10 часов). При больших токах разряда АКБ отдает только часть своей ёмкости.
T [час] = C [А*час] * V [В] * η / P [Вт], где C – рассчитанная суммарная емкость аккумуляторных батарей в ампер-часах; V – напряжение аккумуляторов в вольтах; η - КПД инвертора ИБП; P – средняя активная мощность в ваттах, потребляемая подключенным к UPS оборудованием. Поскольку время работы бесперебойника от АКБ не зависит напрямую от мощности самого ИБП, рекомендуется выбирать источник бесперебойного питания, у которого больше суммарная мощность аккумуляторов.
Для точного расчета времени работы системы бесперебойного электроснабжения от АКБ следует учитывать значение КПД инвертора ИБП при заданной мощности и разрядных кривых для конкретного типа аккумулятора.
Выбор ДГУ и его комплектация
Основные параметры, на которые надо обращать внимание при выборе дизельгенератора:
- мощность ДГУ – на 35-75% больше мощности подключенных к нему приборов;
- условия эксплуатации – внутри помещения подойдет модель открытого исполнения, на открытых площадках рекомендуются генераторы контейнерного типа;
- количество фаз – для бытового применения, как правило, бывает достаточно однофазного ДГУ, для производства используют трехфазные устройства;
- тип двигателя – для регулярного применения рекомендуются низкооборотные модели, если же количество рабочих часов не превышает 500 в год – высокооборотные;
- тип самого генератора – при необходимости точного поддержания выходного напряжения, например, в медучреждениях, рекомендуются асинхронные модели, где не предъявляются высокие требования к этому показателю, подойдут синхронные дизели.
Если ДГУ работает в качестве основного источника электроэнергии, среднесуточный коэффициент загрузки не должен превышать 80%. Допускается кратковременная работа с перегрузкой не более 10%. При эксплуатации автоматической дизельгенератора с АВР загрузка может достигать 100%, перегрузка недопустима.
Для ДЭС, являющейся основным источником питания, или резервной ДГУ с длительным временем резервирования (12-24 часа и более) может потребоваться комплектация дополнительной топливной системой и дополнительным баком для смазочного масла.
Пример расчета параметров ИБП
Техническое обоснование выбора мощности дизель-генераторной установки для резервного электроснабжения ИБП 5 кВА Расчет мощности, потребляемой источником от ДГУ.
| КПД ИБП 5000 ONLINE | η ИБП | 0,93 |
| Нагрузка (Pн), кВт | Pн | 4 |
| Ток на входе ИБП, с учетом тока заряда аккумуляторов, при расчетной нагрузке (Iвх), А | Iвх | 27 |
| ИТОГО: | ||
| Активная мощность, потребляемая ИБП (Pвх), кВт | Рнн | 4,56 |
| Коэф. мощности ИБП (n) | Cosφ ИБП | 0,99 |
| Полная мощность, потребляемая ИБП (Sвх), кВА | Sнн | 4,6 |
Мощность нагрузки, набрасываемой на ДГУ одномоментно не должна превышать 60% от основной мощности ДГУ (рассматривается активная мощность). Тогда мощность ДГУ:
Рдгу ≥ Рнн / 0,6 = 4,56 / 0,6 = 7,6 кВт
Оценка способности ДГУ к «подхвату нагрузки»
В этой категории рассматривается способность оборудования мгновенно принять нагрузку при внезапном прерывании подачи электроэнергии от основного источника питания или дефиците мощности в сети. Необходимо оценить величину мгновенной просадки напряжения моделей дизельгенераторов, потенциально пригодных для электроснабжения при скачкообразном увеличении нагрузки при подключении бесперебойного источника питания. В момент подсоединения бесперебойника к генератору происходит изменение напряжения и частоты генератора на выходе. При этом проседание может выйти за пределы допустимого диапазона, ИБП отреагирует на это как на пропадание сети и перейдет на питание от батареи. ДГУ, оказавшись в режиме электрического холостого хода, восстановит напряжение и частоту. ИБП воспримет это как возобновление основного питания и вновь перейдет с батареи на генератор. Подключение нагрузки опять вызовет снижение напряжения и частоты генератора, в результате процесс повторится.
В зависимости от соотношения мощностей ДГУ и ИБП варьируется величина просадки на выходе.
Стоит учитывать, что инверторы, в отличие от онлайн ИБП, менее требовательны к стабильности напряжения и частоте генератора. Поэтому инверторы могут работать практически с любым типом генераторов и генератор можно подбирать к нагрузке по мощности 1к1. Однако инвертору все так же требуется стабильное напряжение от генератора на заряд аккумуляторов, именно поэтому на холостом ходу генератора инвертор не будет заряжать аккумуляторы.
Возможно, вас заинтересует:
- Как выбрать источник бесперебойного питания для газового котла.
- Расчет времени работы газового котла от ИБП и аккумулятора.
