Что представляет собой система бесперебойного и гарантированного электроснабжения

02.10.2021

Задача по обеспечению бесперебойной работы производственных систем и защиты их от последствий аварии или сбоев электропитания в организациях возникает все чаще. Сбои в электропитании резко снижают финансовую и экономическую безопасность, негативно влияют на результаты работы бизнес-процессов компании.

Для реально существующих электрических сетей общего назначения характерно низкое качество электрической энергии — отключения, высокочастотные шум, отклонения частоты, провалы напряжения. Подключение к таким сетям высокотехнологического оборудования (компьютеров, телекоммуникационной аппаратуры, банковского и офисного оборудования), связано не только c повышенным риском нарушения функционирования, но и c возможностью выхода этого оборудования из строя. Для предотвращения перебоев в работе и выхода из строя применяются системы бесперебойного и гарантированного электропитания.

Описание и применение

В качестве основного оборудования в системах бесперебойного питания (СБП) применяются источники бесперебойного питания (ИБП). ИБП обеспечивают непродолжительную подачу требуемого напряжения за счет энергии, накопленной в аккумуляторных батареях. Такие системы проектируются для работы в автономном режиме в течение промежутка времени от нескольких минут до нескольких часов.

В системе гарантированного питания (СГП) для защиты от продолжительных отключений и неполадок в питающей сети используются дизель-генераторные электростанции для выработки электроэнергии в качестве альтернативного (резервного) источника питания. Такая система не является бесперебойной, время перебоя подачи электроэнергии потребителю составляет до 5 минут (время, необходимое для гарантированного запуска двигателя ДГУ). СГП проектируются для работы систем потребителей в автономном режиме в течение большого промежутка времени — от нескольких часов до нескольких суток.

По внутреннему устройству и логике работы ИБП делятся на три класса: пассивные, линейно-интерактивные и ИБП с двойным преобразованием.

• Пассивные (stand-by, back-UPS, Off-line, резервные) источники — самые простые и дешевые. В них схема питания от аккумулятора выключена и запускается только при пропадании напряжения в электросети. Время переключения с работы от сети на работу от батареи составляет десятые доли секунды, а выходной сигнал при работе от аккумулятора не является «правильной» синусоидой. Пассивные ИБП предназначены для питания отдельных ПК, недорогих периферийных устройств, работающих дома или в офисе. Такие источники способны автономно работать на протяжении короткого времени 10-15 минут. Преимущества пассивных ИБП – невысокая стоимость, простота устройства, низкий уровень шума, высокий коэффициент полезного действия. Недостатки back-UPS – недолгое время автономной работы, время переключения на работу от батареи.
• В линейно-интерактивных (line-interactive, Smart-UPS) ИБП схема питания от аккумулятора включена постоянно и в состав оборудования входит автоматический стабилизатор напряжения. Переключение на работу от батареи происходит только при полном отсутствии напряжения, что позволяет экономить ресурс батареи ИБП. Преимущества линейно-интерактивных ИБП – длительность автономной работы значительно больше, чем у резервных ИБП (до 20 минут). Работа таких устройств не зависит от скачков напряжения в сети, у них имеется высокая степень защиты техники, устройства более экономичны и дешевле по сравнению с моделями с двойным преобразованием (on-line). Недостаток – стоимость выше, чем у резервных ИБП. Назначение Smart-UPS – использование в электросетях с частыми скачками напряжения для защиты ПК, рабочих станций, компьютерной периферии, файл-серверов.

• В ИБП с двойным преобразованием (double conversion, Online-UPS) напряжение на выход устройства все время выдается от преобразователя напряжения, преобразователь постоянно работает от аккумулятора, а аккумулятор непрерывно заряжается от сети, т.е.  главной особенностью таких ИБП является отсутствие времени переключения на работу от батареи, что обеспечивает действительно бесперебойную работу техники. Это самая надежная, но вместе с тем и неэкономичная схема. Такой ИБП получается самым дорогим, большим и тяжелым, преобразователь сильно нагревается и требует охлаждения внутренними вентиляторами, а потери энергии в ходе преобразования составляют десятки процентов. Преимущества – наивысшая степень защиты электроприборов, время перехода на работу от батарей равно нулю, ИБП способны работать с техникой высокой мощности потребления. Недостатки – высокая стоимость, низкий коэффициент полезного действия, большое тепловыделение. Назначение Online-UPS – сети с частыми скачками напряжения, для питания дорогостоящего оборудования, серверов, компьютерного отдела или всего здания целиком.

Дизель-генераторные установки (ДГУ) применяются как самостоятельные источники питания на объектах, находящихся на удалении от централизованных электросетей, так и как резервные источники, подключенные к электросети в полуавтоматическом или автоматическом режиме для компенсации сбоев в подаче электроэнергии. В зависимости от условий установки и размещения на объектах, ДГУ могут поставляется в открытом виде на платформе, в контейнерном исполнении, во всепогодном защитном кожухе и на автомобильном шасси.

В зависимости от технических требований к электроснабжению выделенных потребителей, на объекте возможна организация несколько типов конфигураций подключений ИБП и ДГУ — как отдельно в виде одиночных устройств, так и в виде параллельного соединения нескольких идентичных модулей с эффективным резервированием. Резервирование энергомодулей ИБП и ДГУ обеспечивает высокую эксплуатационную готовность, ремонтопригодность и возможность модернизации.

Для организации системы гарантированного и бесперебойного электроснабжения (СГБЭ) средней мощностью до 1000кВА с успехом используются классические решения. Их схема предполагает комплексное использование ИБП, аккумуляторных батарей (АКБ) и дизельного генератора (ДГУ).

Для электроснабжения крупных энергоемких объектов (таких, как ЦОД или объекты с высокотехнологичными производственными циклами), где имеется суммарная мощность потребления 1МВт и более, применяют дизельные динамические ИБП (ДДИБП), которые состоят из дизельного двигателя, кинетического модуля (маховика) и электрической машины (мотор-генератора). Мотор-генератор раскручивается внешним рабочим напряжением, поступающим из городской электросети, а с установленного с ним на одном валу генератора снимается нагрузочное напряжение, которое подается к потребителям. В случае отключения внешней электросети кратковременным источником энергии в ДДИБП служит кинетический модуль (маховик): при наличии напряжения во внешней сети он раскручивается, аккумулируя энергию, а при его пропадании начинает работать в качестве электрогенератора, отдавая накопленную энергию нагрузке. Времени торможения маховика ДДИБП достаточно для обработки на объекте большинства кратковременных сбоев сети без запуска комплектного резервного дизеля, который находится в «горячем» режиме работы (двигатель ДГУ прогрет, все топливные системы находятся во включенном состоянии). В случае длительного сбоя или отсутствия на объекте электроэнергии, происходит автоматический запуск комплектного резервного дизеля для безаварийного электроснабжения потребителей.