Ибп дгу что это
Дизельные роторные (динамические) ИБП (Diesel Rotary Uninterruptible Power Supply – DRUPS) - это совмещённые в одном конструктиве синхронный генератор, кинетический модуль/маховик и дизельный двигатель. Электрическое питание из городской сети, проходя через дроссель, питает синхронный генератор, выступающий в роли двигателя. В обычном режиме работы генератор выполняет функцию стабилизатора и фильтра напряжения: устраняет гармонические искажения и короткие перебои (до 50 мс), импульсы помех, нивелирует скачки и провалы напряжения городской электросети.
Подключение генератора и ИБП
Итак, вы решили использовать ИБП в связке с ДГУ, чтобы обеспечить стабильное и качественное резервное питание. Самый простой способ их соединения в единую систему – через АВР. Некоторые модели ИБП поддерживают функцию «ONGenerator», при которой уменьшается величина зарядного тока аккумуляторных батарей при работе от генератора. Соответственно, нагрузка на генератор уменьшится.
Выбирая ИБП для работы в комплекте с ДГУ, нужно обращать внимание на соответствие номиналов. Недопустимо использовать генератор и ИБП с одинаковыми номиналами по двум причинам. Первая: КПД источника бесперебойного питания всегда ниже 100 %. Вторая: генераторы включаются в работу ступенчато, а чувствительное к помехам в сети оборудование требует плавного переключения. В общем случае специалисты рекомендуют придерживаться такого правила: номинальная мощность генератора должна быть в полтора раза выше номинальной мощности ИБП. Еще немного потребуется увеличить мощность генератора, работающего на газовом топливе.
Дизель-генераторные установки долгое время оставались незаменимым элементом оснащения дата-центров. Вместе с ИБП они отвечают за электроснабжение ИТ-оборудования и бесперебойную работу ЦОДа.
Дизель-генераторные установки долгое время оставались незаменимым элементом оснащения дата-центров. Вместе с ИБП они отвечают за электроснабжение ИТ-оборудования и бесперебойную работу ЦОДа.
Пример 3: только ИБП
Когда пропадает основное питание, ИБП переходит на работу от батарей без перерыва подачи питания. После восстановления ИБП по аналогичному принципу переключается в нормальный режим работы. В этой ситуации нагрузка не отключается.
Пример 2: генератор и ИБП
Когда пропадает основное питание, нагрузка не прерывается, так как переходит на питание от аккумуляторных батарей. Параллельно запускается ДГУ, срабатывает автоматическое включение резервного питания и оборудования (АВР). ИБП переходит в режим питания от ДГУ, при этом происходит переключение режима с «Battery» на «Normal». Когда появляется основное питание, АВР переключает на него и отключает дизель-генераторную установку. В такой ситуации нагрузка не отключается, а критически важное оборудование работает без остановки.
Вместо вывода
Говорить о полном отказе от дизель-генераторов еще рано, так как на данный момент нет универсальной технологии, которая подошла бы любому проекту. Кроме того, ни одна из описанных технологий не может похвастаться такими же низкими эксплуатационными расходами в сочетании с высокой плотностью энергии и надежностью, как ДГУ.
Тем не менее тенденция снижения зависимости от дизель-генераторов четко наметилась, особенно в ряду крупных операторов, таких как Microsoft, Equinix и т. д. Для обеспечения отказоустойчивости при работе с облачными средами важна репликация и управление нагрузкой для оперативной перенастройки сети дата-центра в случае проблем с электроснабжением в одном из элементов системы. Поэтому работа будет вестись в основном в области снижения той части нагрузки, которая требует резервирования электропитания посредством использования ДГУ.
Для выбора ИБП и дизельной электростанции необходимо определить следующие данные:
Таблица нагрузок. От подробности и достоверности данного документа зависит правильность расчётов и выбора оборудования.
- Номинальное напряжение (как правило, 220 или 380 В) и число фаз (1 или 3).
- Потребляемая мощность активная в установившемся режиме работы (в кВт).
- Потребляемая мощность полная в установившемся режиме (в ВА) и коэффициент мощности. Для реактивных потребителей желательно указание характера реактивности – емкостный или индуктивный.
- Потребляемая мощность в пусковом режиме (полная или активная, или потребляемый ток), а также примерная длительность пускового режима. Происходит ли запуск данного потребителя только при восстановлении подачи электропитания, или он включается и выключается периодически (например, привод лебёдки или компрессор). Для асинхронных электродвигателей желательна информация о величине коэффициента мощности при пуске (как правило, она составляет от 0,35 до 0,6).
- Требование по бесперебойности (нужно ли питать данного потребителя от ИБП) или допустимая длительность перерыва подачи электропитания. Если такого требования нет, то данный потребитель будет учитываться как нагрузка для системы гарантированного электропитания с возможным перерывом питания до 90 сек.
- Требование по уровню надёжности системы электропитания (или по степени резервирования – например, N+1).
- Требование по длительности автономной работы (в мин, часах).
Двигатели и системы запуска
Используемые для динамических ИБП дизельные установки отличаются от дизельных двигателей, применяемых в дизель-генераторах. Производители дизель-роторных ИБП выпускают самостоятельно, как правило, только роторные накопители энергии и выполняют окончательную сборку и проверку устройства. Используют дизельные установки MTU и Mitsubishi. В двигателях, выпускаемых Mitsubishi по заказу Hitec Power Protection, используются двойной стартер, предварительный подогрев и самотечная система подачи топлива, специальная муфта сцепления свободного хода.
Организуем бесплатный выезд инженера для оценки стоимости работ и для составления сметы на ДИБП или ДГУ.
Почему от ДГУ хотят избавиться?
При работе дизельные установки выделяют много углекислого газа, а также вредные твердые частицы. Естественно, их использование не лучшим образом сказывается на окружающей среде. Первая и основная причина, почему владельцы дата-центров хотят отойти от применения ДГУ, – экологическая. Но есть и вторая: установки простаивают большую часть времени и при этом создают накладные расходы, связанные с тестированием на соответствие нормативным требованиям, управлением рабочим процессом, снабжением топливом.
Наряду с тем, что ДГУ надежны и проверены временем, легко подключаются и обеспечивают практически неограниченную подачу энергии, они являются внушительной статьей капитальных затрат, вместе с топливохранилищем занимают много места и работают «грязно».
Преимущества и недостатки
Для обеспечения работы ДИБП не требуются системы кондиционирования, быстро заряжаются (для раскрутки маховика требуется несколько минут), поэтому могут выдерживать многократные отключения электроэнергии в течение небольшого промежутка времени.
При многократных отключениях внешнего электропитания дизель-роторные ИБП - безальтернативное решение. Зачастую мощность традиционных, статических ИБП рассчитывается таким образом, чтобы ее хватило для поддержания работы оборудования в течение 10-15 мин. Но если на протяжении короткого отрезка времени (менее часа) напряжение в сети пропадет несколько раз подряд хотя бы на 4-5 мин, то аккумуляторы могут просто не успеть зарядиться. Динамическим ИБП в силу их конструктивных особенностей такая угроза не страшна.
Достоинства дизель-роторных систем начинают проявляться на мощностях, приближающихся к 1 МВА. Причем речь идет не только и не столько о питании ИТ-оборудования. Скорее, наоборот, динамические системы могут эффективно применяться в промышленности, особенно если нагрузка носит реактивный характер или если возможны короткие замыкания в системе (дизель-роторные ИБП выдерживают 10-кратное превышение тока короткого замыкания).
Видео: принцип работы ДИБП
Сравнивая классические СГЭ, в состав которых входят статические ИБП на мощность 1 МВА и дизель-генератор на 1,6 МВА, с динамическими решениями на 1 МВА, эксперты отмечают, что, начиная с пятого года эксплуатации, суммарная стоимость владения для динамического ИБП становится меньше, а к десятому году такой ИБП оказывается в 1,5 раза выгоднее.
Например, для ЦОД мощностью в 1 МВА потребуется обеспечить резервирование за счет использования двух дизель-роторных ИБП по 1 МВА каждый (схема 1+1). Когда энергопотребление дата-центра начнет расти, нужно будет установить дополнительный ИБП мощностью 1 МВА, чтобы сохранить резервируемость (схема 2+1). В случае со статическими ИБП ситуация иная: на рынке они представлены в широком диапазоне мощностей, поэтому этот параметр можно наращивать постепенно. Эффективность дизель-роторных ИБП начинает появляться в расчетах ТСО на семь лет при мощности, превышающей 1 МВт на серверную нагрузку.
При отсутствии капитальных затрат на аккумуляторные батареи в случае использования динамических ИБП потребитель должен быть готов к расходам на ремонт дизельных двигателей, топливо, расходные материалы.
По сравнению с классическими ИБП, которые предусматривают резервирование с помощью ДГУ, дизель-роторные требует гораздо более частых запусков дизеля, поскольку время поддержки нагрузки кинетическими накопителями энергии значительно меньше, чем АКБ.
Частое количество запусков требует больше дизельного топлива, для которого необходимы дополнительные емкости для хранения. Такие хранилища нуждаются в повышенных мерах безопасности, таких, как возможность резервного сброса дизельного топлива в случае аварии.
Время восстановления системы в случае отказа: любая авария в статических ИБП может быть устранена за 8 ч, а минимальный срок для полного восстановления дизель-роторного ИБП составляет 24 ч.
При этом вероятность возникновения неожиданных аварий при использовании дизель-роторных ИБП значительно выше в сравнении с использованием аккумуляторных батарей. Это объясняется тем, что химические элементы в составе батарей и происходящие химические процессы в значительной степени поддаются контролю (например, с помощью специальных систем мониторинга). Кроме того, АКБ меняют планово в процессе их эксплуатации. Это позволяет заблаговременно осуществлять превентивные действия для предупреждения неисправностей. В случае с дизель-роторным ИБП возможно скачкообразное возникновение аварии, поскольку поведение механической системы практически невозможно спрогнозировать.
Поскольку динамический ИБП – кинетическая конструкция с наличием большого количества подвижных частей, она требует ровного фундамента и тщательных выравниваний горизонтов при установке. Зачастую оптимально отвести под дизель-роторный ИБП отдельное здание, в котором должны быть кран-балки для проведения сборочно-разборочных работ и эксплуатационного обслуживания ИБП.
В отличие от статических ИБП, дизель-роторные оптимально использовать для электропитания кондиционеров. Компрессоры кондиционеров характеризуются очень высокими стартовыми токами, которые статические источники бесперебойного питания не всегда могут обеспечить.
ДГУ и ИБП: примеры совместного и отдельного использования
Мы уже говорили о том, как выбрать ДГУ для дата-центра.Здесь рассмотрим последствия совместного и отдельного использования генераторов и ИБП на трех реальных примерах.
Почему возникает необходимость одновременного использования ИБП и ДГУ
Когда прекращается подача основного питания, включается ДГУ, однако ему потребуется 10–15 секунд, чтобы запуститься и начать работу в штатном режиме. Это неприемлемо для серверного и другого IT-оборудования, от которого зависит жизнеобеспечение офиса или всей компании. Вторая проблема заключается в том, что при включении генератора нарушается стабильность частоты электропитания. Отклонения приводят к ошибкам в работе и даже повреждению оборудования, потере данных, системным сбоям. В обоих случаях использование ИБП в комбинации с ДГУ помогает избежать проблем, которые снижают качество и надежность электропитания, а генератор получает достаточное время для запуска.
Выбор ИБП и ДГУ
- Производится расчёт суммарной потребляемой мощности и других параметров нагрузки бесперебойной группы. При наличии однофазных потребителей рассматривается возможность их равномерного распределения по фазам трехфазной сети бесперебойного электропитания (если потребуется, необходимо уточнить возможность изменения существующей кабельной разводки и монтажа распределительных щитов). Если предполагается использование ИБП с трехфазными входом и выходом, такое распределение позволяет снизить требуемую мощность ИБП, однако его мощность должна выбираться с учётом наиболее загруженной фазы (допускается 100% перекос по нагрузке на выходе, но потребляемая по одной фазе мощность не должна превышать 1/3 номинальной мощности ИБП).
- Выбирается модель ИБП по мощности, необходимой для питания данной нагрузки. Учитывается номинальная и пусковая мощность, соотношение выходной полной и активной мощности ИБП и потребляемой полной и активной мощности нагрузки (у ИБП оба показателя должны быть больше, чем у нагрузки), а также возможное снижение выходной мощности ИБП при ёмкостной нагрузке. При выборе параллельной системы надо учитывать, что максимальную надёжность имеет система, состоящая из минимального числа элементов (т.е. из двух ИБП).
- Определяются характеристики АКБ (с учётом требования по времени автономной работы и параметров зарядной цепи ИБП).
- Проводится расчёт потребляемой мощности на входе ИБП: либо с учётом величины нагрузки на ИБП, его КПД и затрачиваемой на заряд АКБ дополнительной мощности, либо по техническим данным на ИБП (раздел «Выпрямитель», параметр – максимальная потребляемая мощность при номинальной нагрузке и заряде АКБ).
- Рассчитывается суммарная мощность нагрузки гарантированной группы (пока без учёта ИБП), планируется поочерёдный запуск мощных потребителей.
- Анализируется возможность (или необходимость) реализации последовательного запуска параллельных или нескольких одиночных ИБП (для уменьшения броска тока при подаче электроэнергии от ДГУ) и/или отключения заряда АКБ (для уменьшения мощности, потребляемой от ДГУ).
- Выбирается модель ДГУ с учётом суммарной потребляемой мощности (гарантированная группа + потребляемая мощность ИБП). Учитывается номинальная и пусковая мощность нагрузки, соотношение выходной полной и активной мощности ДГУ и потребляемой полной и активной мощности нагрузки – у ДГУ оба показателя должны быть больше, чем у нагрузки. Выходной коэффициент мощности ДГУ принимается равным 0,8. Проводится проверка выбранной модели ДГУ с точки зрения просадки выходного напряжения при набросе нагрузки.
- Проводится расчёт величины искажения синусоидальности кривой напряжения на входе ДГУ (с учётом характеристик входного каскада ИБП).
- Проверяется необходимость увеличения мощности ДГУ для компенсации нелинейных искажений или замены модели ИБП на ИБП с входным фильтром или транзисторным выпрямительным каскадом. При выборе более мощного ДГУ необходимо учитывать требование по минимальной загрузке ДГУ при работе на нагрузку (не менее 30% его номинальной мощности).
Цены на ИБП мощностью 40 - 540 кВт
Характеристики сети: режим нейтрали (TN-C, TN-S), необходимость выполнения гальванической развязки (фазных линий, нейтрального проводника), наличие ограничения по потребляемой мощности.
Характеристики уже установленного оборудования (например, установленного ИБП, к которому нужно подобрать ДГУ или уже функционирующего ДГУ, от которого осуществляется резервное питание предполагаемой системы ИБП). Как правило, указания только названия модели недостаточно – требуется информация по конфигурации входного каскада для ИБП, установленным регуляторам напряжения для ДГУ.
Ограничения по месту установки (занимаемая площадь, общая и удельная нагрузка на пол, максимальное тепловыделение).
Требования по мониторингу (какая информация нужна, какой требуется/существует способ доступа и среда передачи данных – локальная сеть (протокол TCP/IP, SNMP), доступ через коммутируемую телефонную сеть общего пользования, радиодоступ, GSM сеть).
Определяется архитектура системы – будет ли она состоять только из ИБП, только из ДГУ или их комбинации. Наличие в списке требований указания на бесперебойность однозначно свидетельствует о необходимости использования ИБП. Требование длительного времени автономной работы (свыше 1 часа) приводит к необходимости использования ДГУ. ИБП не является источником энергии: его задача – улучшить качество, но не добавить мощности, поэтому при дефиците мощности на объекте обязательно потребуется разделение нагрузок на группы и организация электропитания одной из групп от резервного ДГУ.
В общем случае нагрузка разделяется на две группы – группа бесперебойного электропитания и группа гарантированного электропитания. В группу бесперебойного питания включаются все потребители, не допускающие перерыва питания или предъявляющие повышенные требования к качеству электроэнергии (стабильность напряжения или частоты, синусоидальность и т.д.). Как правило, эти потребители кроме высоких требований к качеству напряжения требуют длительной поддержки электропитания при аварии городских сетей (то есть необходимо бесперебойное и гарантированное электропитание). В группу гарантированного питания включаются все потребители, требующие повышения уровня надёжности электропитания, но допускающие кратковременное прерывание подачи электроэнергии.
Для каждой группы вычисляется суммарная номинальная и максимальная потребляемая мощность (полная – в кВА и активная – в кВт), коэффициент мощности, определяется требуемая фазность источника электропитания и возможность последовательного и (или) мягкого включения отдельных потребителей.
В случае отсутствия информации по пусковым режимам для потребителей с асинхронными электродвигателями принимается кратность пускового тока 5-7 по отношению к номинальному потребляемому току. При отсутствии указаний на наличие схемы последовательного включения нескольких мощных потребителей при расчётах рассматривается их одновременный запуск.
Организуем бесплатный выезд инженера для оценки стоимости работ и для составления сметы на ИБП-ДГУ.
Области применения ДИБП
Динамические ИБП используются в дата-центрах, банках, больницах, аэропортах, а также для построения системы гарантированного энергоснабжения (СГЭ) заводов с конвейерными линиями, где нагрузка носит реактивный характер.
Величина нагрузки для большинства проектов, реализованных с использованием дизель-роторных ИБП находится в большинстве случаев в пределах от 1 МВА до нескольких десятков мегаватт, причем чаще всего используются агрегаты мощностью порядка 2,5 МВА. Практически повсеместно при этом используется параллельное соединение необходимого количества дизель-роторных ИБП с резервированием по схеме 2N или N+1.
Если мощность ЦОД составляет более 5 МВт, целесообразно использовать не классическую систему, состоящую из дизеля, АВР, статического ИБП и системы кондиционирования, а дизель-роторный ИБП – такое решение содержит меньше компонентов и не требует прецизионного кондиционирования – достаточно приточно-вытяжного охлаждения.
Одна из обязательных статей эксплуатационных расходов в ЦОДе – источники бесперебойного питания (ИБП). Статические (классические) ИБП состоят из двух компонент – самих источников и батарей – и работают с дизель-генераторными установками (ДГУ). Но они имеют недостаток - ограниченный срок службы батарей (5 лет).
Какие задачи у дизель-генератор в ЦОДе?
ДГУ делятся на две группы: используемые в качестве основного источника электроснабжения и как резервный компонент. Первые востребованы на объектах, не имеющих доступа к центральной электросети. Вторые выступают альтернативным источником энергии и включаются в работу в случае планового отключения электроэнергии или при аварийных ситуациях.
Чаще всего в дата-центрах востребованы дизель-генераторы второй группы. При сбое в электросети ИБП переключаются на автономное питание от аккумуляторных батарей, а спустя несколько секунд-минуту подается сигнал на запуск ДГУ. Задержка нужна, чтобы избежать ложной тревоги, если электричество просто «моргнуло».
В ЦОДах устанавливаются мощные ДГУ, которые кроме ИТ-оборудования смогут питать энергоемкие инженерные системы: кондиционирование и вентиляцию
Ремонт и техническое обслуживание
Вращающиеся части кинетического накопителя энергии и синхронного мотор-генератора требуют смазки подшипников. В современных решениях эта работа выполняется без остановки системы, однако через некоторое время изношенные детали все равно придется менять. И тогда без вывода из эксплуатации дизель-роторного ИБП уже не обойтись. Кроме того, раз в год необходимо произвести осмотр и обслуживание дизельной установки.
Постоянного внимания требуют стартовые аккумуляторы, отвечающие за запуск дизельной установки, которым приходится работать в тяжелых температурных условиях.
Каждые 10 лет производится полная замена аккумулирующего ротора кинетического накопителя. За этот срок 2 раза меняются подшипники. Это требует проведения трудоемких и затратных работ, сравнимых с капитальным ремонтом двигателя - комплекс работ по балансировке, измерению, настройке и запуску системы в эксплуатацию.
Когда использовать генератор и ИБП отдельно друг от друга
Возникает закономерный вопрос: значит, в системе резервного питания можно обойтись без ДГУ? В теории – да. Но только в тех условиях работы, где нулевая или допустимо низкая вероятность отключения основного питания на длительное время. Это связано с тем, что для продолжительной работы ИБП от батарей потребуется большое количество аккумуляторных элементов.
Еще одна причина использования ИБП в связке с ДГУ – защита от проблем с питанием. Генератор не решает эту проблему, потому источник бесперебойного питания становится дополнительным щитом для оборудования, у которого секундное прекращение подачи питания станет серьезной проблемой (вплоть до выхода из строя).
Как насчет подключения только ИБП, без ДГУ? Эта схема имеет право на жизнь, но у нее тоже есть недостатки. Необходимо будет установить большой массив аккумуляторных батарей, где их суммарная емкость зависит от мощности и желаемого времени автономной работы. Но тогда возникают такие проблемы: высокая цена ИБП, большой вес и объем АКБ, потребность в специальном помещении для их размещения. Если польза от установки такой системы перекрывает затраты, можно смело использовать ее для защиты от перебоев с питанием критически важного оборудования – в ЦОД, медицинских центрах и т. п.
Расчёт АКБ для ИБП
При расчёте и построении системы АКБ следует избегать параллельного соединения более чем 4-х линеек АКБ. Максимально разрешённой изготовителями АКБ считается конфигурация из 6 параллельно включённых линеек.
Величина зарядного тока должна лежать в пределах от 10% до 25% величины ёмкости АКБ, выраженной в А. Для 10-летних батарей допускается заряд меньшим током (до 5% от ёмкости). Номинальным для ИБП считается режим, при котором величина тока в начале заряда составляет 20% ёмкости.
При комплектации ИБП аккумуляторной батареей большой ёмкости необходимо согласовать увеличенное (по сравнению с типовым - 8 часов) время восстановления полного заряда, которое может составлять от 12 часов до нескольких суток. Такая ситуация обязательно должна быть согласована с заказчиком, поскольку возможно, что такое длительное время восстановления ёмкости является недопустимым и потребуется выбрать более мощный ИБП.
Важный ограничительный фактор – потребляемая ИБП от сети мощность может сильно возрасти по сравнению с мощностью нагрузки (поскольку для быстрого заряда большой АКБ требуется мощность, соизмеримая с мощностью нагрузки). Если на объекте система электропитания уже реализована без запаса по мощности, то данное требование может стать невыполнимым.
Указанное в документации время заряда АКБ (от 4 до 8 часов) справедливо для АКБ на 10-20 минут автономной работы ИБП на номинальную нагрузку при её заряде номинальным (20% от величины ёмкости) током.
При подключении нагрузок с большими пусковыми токами к выходу ИБП не рекомендуется подбирать мощность ИБП таким образом, чтобы при их пуске ИБП переходил в режим перегрузки, особенно для потребителей, работающих в старт-стопном режиме (мощные кондиционеры, двигатели подъёмных механизмов). Это приводит к ускоренному выходу из строя полупроводниковых элементов выходного каскада ИБП.
При использовании ИБП с трехфазным входом и однофазным выходом следует обязательно просчитать режим работы входной сети и ИБП на электронном и/или ручном байпасе, при котором может возникнуть существенный перекос по загрузке входной сети. В общем случае, лучше избегать применения ИБП структуры «3ф вход/1ф выход».
Если планируется длительная работа при аварии входной сети, и в составе системы имеются ИБП, необходимо предусмотреть резервное электропитание систем кондиционирования или вентиляции, которые обеспечивают номинальный температурный диапазон для ИБП. В этом случае кондиционеры должны запитываться от ДГУ. Следует избегать подключения мощных кондиционеров к выходу ИБП, поскольку это приводит к броскам тока при запуске компрессора.
Монтаж ДГУ, ПНР и подключение АВР для Покровской больницы в Санкт-Петербурге
Июнь 2018 года
Для обеспечения резервным источником электропитания компания «Техэкспо» летом 2018 года подключила дизель-генераторную установку на базе двигателя DOOSAN мощностью 500 кВА в автоматическом режиме к зданию административного корпуса Санкт-Петербургского государственного бюджетного учреждения.
ДГУ мощностью 280 кВт в контейнере на шасси и ИБП 60 кВт для здания Администрации Мурманска
Октябрь 2018 года
В октябре 2018 года компания «Техэкспо» завершила работы по обеспечению аварийным источником электроэнергии здание Администрации г.Мурманска. Объекты муниципального значения являются потребителями с I и II категории надежности электроснабжения, а это значит, что они нуждаются в беспрерывной пода.
ДЭС 100 кВт с двигателем ЯМЗ и ИБП Delta EH-20K Ultron 20 кВА для Главной геофизической обсерватории в Петербурге
Апрель 2019 года
В апреле 2019 года компания «Техэкспо» осуществила поставку энергетического оборудования для старейшего метеорологического учреждения России - Федеральное государственное бюджетное учреждение «Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова» (ФГБУ «ГГО»). По условиям контракта «Техэкспо» пос.
Выбор ДГУ и его комплектация:
Для ДГУ, работающей в качестве основного источника электроэнергии, среднесуточный коэффициент загрузки должен быть не выше 80%, возможна её кратковременная работа с перегрузкой не более 10%. Для автоматической ДГУ с АВР загрузка может достигать 100%, перегрузка при работе недопустима.
Для ДГУ как основного источника электроэнергии или резервного ДГУ с длительным временем резервирования (12-24 часа и больше) может потребоваться монтаж дополнительной топливной системы и дополнительного бака для смазочного масла.
Пример расчёта параметров ИБП:
Техническое обоснование выбора мощности дизель-генераторной установки для резервного электроснабжения ИБП 60 кВА
Расчет мощности, потребляемой источником от ДГУ
КПД* ИБП LP 60 кВА, о.е. | η ИБП | 0,92 |
Нагрузка, кВт | Pн | 40 |
Мощность от ДГУ на питание нагрузки, кВт | РвхИБП | 43,5 |
Ток заряда АКБ, А | I зар | 15 |
Напряжение заряда, В | U зар | 546 |
КПД выпрямителя, о.е. | η ИБП | 0,98 |
Мощность от ДГУ на заряд АКБ, кВт | Рзар | 8 |
ИТОГО: | ||
Активная мощность, потребляемая ИБП, кВт | Рнн | 51,5 |
К-т м-ти входной ИБП, о.е. | Cosφ ИБП | 0,98 |
Полная мощность, потребляемая ИБП, кВА | Sнн | 52,5 |
Пусковая мощность ИБП, кВА (равна номинальной) | Sпуск | 52,5 |
Эквивалентная пусковая мощность ИБП, кВА | Sпуск экв | 64,3 |
Мощность нагрузки, набрасываемой на ДГУ за один шаг не должна превышать 60% от основной мощности ДГУ (рассматривается активная мощность). Тогда мощность ДГУ:
Есть ли альтернатива ДГУ?
Восемь лет назад компания Microsoft сообщила о намерении отказаться от использования дизель-генераторов в своих дата-центрах в Куинси. Однако спустя 6 лет снова запросила разрешение на установку более 70 ДГУ со сроком эксплуатации 10 лет. Это говорит о том, что найти достойную альтернативу оказалось не так-то просто.
ДГУ очень важны, особенно для ЦОДов средних и крупных размеров. Представить их стабильную работу без этого оборудования довольно сложно.
Несмотря на все минусы дизель-генераторов пока им нет достойной замены. Но в последние годы активно ведется работа, направленная на поиск более экологичных технологий резервного питания. Некоторые разработки весьма перспективны и уже были испробованы на практике.
Сегодня еще рано говорить о полном отказе от ДГУ, скорее это единичные случаи. Но тенденция наметилась, а это значит, что постепенно ЦОДы будут модернизироваться, так как экологические вопросы сегодня стоят очень остро, и крупные операторы, как и человечество в целом, заинтересованы в снижении загрязнений.
Уже сейчас можно выделить несколько направлений деятельности в отношении разработки и внедрения новых экологичных технологий электроснабжения.
Последние 10 лет использование топливных элементов для непрерывного производства электроэнергии непосредственно на площадках дата-центров активно изучалось и даже испытывалось. Часть экспертов полагает, что за топливными элементами будущее. Другие утверждают, что экологичность этой технологии не абсолютна, так как топливные элементы работают с использованием газа на основе ископаемого топлива, то есть тоже с выбросами. Еще один довод не в пользу новой технологии – риск для безопасности при использовании газохранилищ.
Тем не менее, современные системы распределения газа очень надежны и проблемы при их эксплуатации возникают крайне редко. И как ни крути, выбросов в атмосферу при использовании газа значительно меньше, чем от ДГУ.
Почему технология еще не прижилась? Дело в цене. Применение топливных элементов в пересчете на кВт⋅ч обходится дороже, чем установка генераторов. Кроме того, их архитектура требует постоянной нагрузки, что ведет к усложнению конструкции СБЭП.
Технология уже применяется в одном из крупных парков дата-центров в Коннектикуте (США). Там установлены топливные элементы Doosan мощностью 20 МВт. Также новую технологию успешно внедрила компания Equinix, которая в ближайшее время планирует увеличить количество установок. Ставку на топливные элементы делает и Microsoft. Выбор в пользу инноваций был сделан крупными операторами по двум причинам: с целью сокращения вредных выбросов и создания систем без простоя оборудования.
Внедрение топливных элементов позволит исключить ДГУ и АКБ, используемые для резервного питания, и избавиться от системы распределения энергии, на которую уходит четверть капитальных затрат
Крупные дата-центры требуют высокой доступности к системам электроснабжения. Для небольших ЦОДов (с потреблением электроэнергии до 500 кВт) это не критично, а их, согласно прогнозам, будет становиться все больше.
Небольшим ЦОДам проще и удобнее дублировать нагрузку и данные в таких же ЦОДах, расположенных по соседству, а для обеспечения автономной работы при отключении электропитания установить аккумуляторные батареи или топливные элементы.
- Питание от независимых электростанций
В 2014 году в Финиксе, США, был реализован проект создания высоконадежного дата-центра с подключением к силовым каналам от двух независимых электростанций. Решение реализовано компанией BaseLayer для коммунальной фирмы SRP.
Суть проекта состояла в расположении дата-центра неподалеку от магистрального электропровода и рядом с ЛЭП другой электростанции. Основным источником питания выступает магистральный электропровод как более надежный – по нему передается огромное количество электроэнергии на большие расстояния. Возможность переподключения к ЛЭП – это резерв на случай непредвиденных ситуаций. На практике таких резервных источников может быть более чем один.
Возможность расположения серверных ферм вблизи магистральных электропроводов исключает затраты на прокладку инфраструктуры для передачи электроэнергии и избавляет от необходимости использовать ДГУ. Но этот способ доступен не всегда и не всем ЦОД.
Революционным достижением последних лет можно назвать усовершенствование аккумуляторов Li-ion и снижение их стоимости. Еще 10 лет назад они были роскошью для ЦОДов, так как стоили нереально дорого. С тех пор цена на них опустилась на 85 % и продолжит снижаться, благодаря запуску крупномасштабного производства. Это позволит использовать литий-ионные батареи для накопления энергии и замены ДГУ.
Технологию пока еще нельзя назвать массовой, но все больше операторов рассматривают возможность использования хранилищ Li-ion для накопления энергии с целью уменьшения зависимости от ДГУ. Полный переход исключительно на батареи вряд ли окажется экономически целесообразным, но их применение в связке с ИБП в отдельных схемах существенно увеличит время автономной работы и позволит позже запускать генераторные установки.
Опыт работы ООО "Техэкспо" по ремонту и техобслуживанию ДИБП
Строительно-монтажные и инженерные работы на энергетическом оборудовании 1,2 МВт для дата-центра в Петербурге
Сентябрь 2020 года
В сентябре 2020 года специалисты компании «Техэкспо» выполнили строительно-монтажные и инженерные работы на энергетическом оборудовании ДИБП-3 крупного дата-центра в Санкт-Петербурге, который оказывает услуги в сфере DC-аутсорсинга. Летом 2019 года мы оказывали услуги монтажа на энерг.
Техническое обслуживание дизельного двигателя и инженерные работы на энергетическом оборудовании дата-центра Санкт-Петербурга
Октябрь 2019 года
В сентябре 2019 года, в рамках капитального ремонта энергетического оборудования, специалисты Техэкспо выполнили расширенное годовое техническое обслуживание дизельного двигателя динамического источника бесперебойного питания (ДИБП) крупного дата-центра в Санкт-Петербурге. Кроме.
Принцип работы
На одном валу с синхронной машиной вращается кинетический модуль – аккумулятор кинетической энергии, состоящий из двух роторов: внутреннего и внешнего. Внутренний ротор вращается с той же частотой, что и синхронный генератор – 1500 об/мин, внешний – около 3000 об/мин (относительно внутреннего – те же 1500 оборотов). При этом обмотка постоянного тока внутреннего и короткозамкнутая обмотка внешнего ротора вступают в электромагнитное взаимодействие. Кинетический модуль в процессе нормальной работы системы накапливает кинетическую энергию. В случае кратковременного (в течение 5 с) пропадания внешнего электропитания или выхода его параметров за границы нормы синхронный генератор продолжает вращаться и питать нагрузку за счет передачи ему энергии модулем. Магнитное поле внутреннего ротора кинетического модуля замедляет скорость вращения внешнего ротора и благодаря электронному блоку управления автоматически поддерживает частоту синхронного генератора на уровне необходимых 1500 об/мин.
Производители предусмотрели в своих DRUPS дополнительный механизм старта дизельного двигателя: если двигатель не вступает в работу, происходит электромагнитное сцепление (через 3–4 с) и, как следствие, прокручивание стартера. Двигатель в этом случае гарантированно «заводится с толкача», что увеличивает надежность пуска.
Какие ИБП используются для обеспечения бесперебойного питания
ИБП можно условно разделить на три категории: Off-line (инверторы), Line-Interactive и On-line. Рассмотрим, чем они отличаются в контексте обеспечения бесперебойного питания в паре с генератором или без него.
Off-line при отключении основного питания включаются в течение 10–20 мс. Этого достаточно, чтобы заметить мигание индикатора освещения, но во многих типах оборудования подобное не приводит к временной остановке. Такой тип питания в маломощном исполнении подходит для некритичных нагрузок: мониторов, офисных ноутбуков, принтеров, другой оргтехники. Мощные ИБП вида Off-line (они же инверторы) автоматически дают питание от аккумуляторов, а при восстановлении основного питания переходят в режим заряда аккумуляторных батарей и параллельно питают нагрузку.
Line-Interactive представляет собой улучшенный вариант Off-line, дополненный стабилизатором напряжения и фильтром помех. Принцип работы и сфера применения – аналогичные.
On-line обеспечивает нагрузку самым качественным питанием за счет системы двойного преобразования. Вначале ИБП преобразует переменный ток в постоянный, а уже инвертор превращает постоянный ток в переменный. Но самое важное – нулевое время, которое требуется для переключения на аккумуляторные батареи в случае прекращения подачи основного питания. Оборудование не сможет идентифицировать момент переключения и продолжит работать в штатном режиме. Соответственно, ИБП типа On-line подходят для тех предприятий, где остановка оборудования даже на доли секунды может оказаться критичной. Например, использование On-line систем – принципиальное условие для питания газовых котлов отопления без функции автоматического запуска.
ИБП Delta Ultron HPH-100K
Производители
Динамические ИБП выпускаются в диапазоне мощностей от 100 до 3000 кВА:
Hitec Power Protection: 500 - 3000 кВА.
Euro-Diesel: No-Break KS5 200 - 1750 кВА, No-Break KS5-SB 200 - 2000 кВА.
Широкое распространение систем гарантированного электроснабжения (СГЭ) вызвало закономерный рост интереса к вопросам согласования совместно работающих источника бесперебойного питания (ИБП) и дизельного генератора (ДГУ). В тех случаях, когда необходимо обеспечить продолжительное, более 20 минут, время автономной работы, лучшим способом достижения заданных характеристик резервного питания может оказаться использование небольшой батареи в сочетании с дизельным генератором. Н ередко система состоит из наиболее ответственной части, например, сервера, и менее важных элементов, отвечающих, например, за освещение и кондиционирование воздуха. При такой топологии наиболее удачным решением будет установка дизельного генератора, питающего вспомогательное оборудование и ИБП с самой важной нагрузкой. В этом случае дизельный генератор после своего запуска будет снабжать энергией ИБП, сохраняя, таким образом, ресурсы батарей. Однако опыт создания многих корпоративных электросетей свидетельствует о том, что наладка совместной работы ИБП и дизеля не всегда проходит гладко, так как обе системы являются управляемыми, а их управляющие факторы взаимодействуют между собой, что может выразиться в нестабильности. Как правило, ИБП - крупнейшая или единственная нагрузка дизельного генератора, поэтому оптимизация ИБП приведет к стабилизации системы в целом, причем даже в тех случаях, когда ИБП не является непосредственной причиной нестабильности.
Важные параметры системы ИБП+ДГУ
Совместимость дизельного генератора и ИБП
Рген= √3 х Vген х Iвх_ибп
Допуск по напряжению:
Напряжение не должно отклоняться от номинального более чем на 15%. Однако при подключении другого оборудование допуск по напряжению уменьшается до ±10% или менее.
Допуск по частоте:
Как на холостом ходу, так и при полной нагрузке частота генератора должна поддерживаться в пределах допусков, заданных заказчиком. Данное требование относится и к динамическому, и к статическому режиму. Максимальный допуск ±8%, типичный ±6%. При подключении ИБП к генератору, необходимо использовать режим программируемого "мягкого" старта. Таким образом, дизельный генератор должен выдерживать постепенное включение нагрузки от 0 до 100% в течение заданного времени, одновременно соблюдая допуск по частоте и напряжению в течение всего процесса включения. Предполагается, что до запуска генератор находится в "холодном" режиме.
Искажения (коэффициент гармонических искажений)
Коэффициент гармонических искажений не должен превышать 10%.
При описании всех перечисленных выше требований считалось, что ИБП обеспечивает питание нагрузки, являясь, таким образом, фильтром между нагрузкой и генератором. Однако следует учитывать, что источник может находиться в режиме электронного или сервисного обходного режима ("байпаса"), в котором генератор непосредственно подключается к нагрузке.
При построении системы, состоящей из ИБП и дизельного генератора, следует позаботиться об организации интеллектуального взаимодействия между дизельным генератором и ИБП. Сигнал от ИБП может использоваться для запуска дизельного генератора. В режиме работы от дизельного генератора внешняя электросеть отключается, а дизель вводится в действие с помощью двух контакторов. В режиме работы от дизельного генератора все оборудование находится в устойчивом рабочем состоянии, поэтому обратное переключение не следует производить до появления уверенности в полном восстановлении внешнего электроснабжения. Во избежание раннего износа двигателя дизельный генератор не следует выключать до истечения определенного промежутка времени после запуска, например, 20-30 минут. В этот же период батарея ИБП будет заряжаться, накапливая энергию, необходимую для переключения нагрузки на питание от внешней электросети. При переключении обратно на питание от внешней электросети дизельный генератор может быть успешно синхронизирован с внешним источником, и переключение пройдет бесперебойно. Если не выполнить синхронизацию дизельного генератора, то в процессе переключения должна обеспечиваться задержка продолжительностью около 100 мс, защищающая другое оборудование, не подключенное к ИБП, от изменения фазы.
Улучшение совместимости ИБП и ДГУ
Одно из решений заключается в использовании коммутируемого емкостного фильтра, который перед запуском дизель-генератора и при низкой нагрузке на ИБП отсоединяется от выхода выпрямителя специальным переключателем. Таким образом уменьшается реактивная составляющая, создаваемая емкостным фильтром. Когда дизель-генератор запущен, переключатель еще какое-то время остается разомкнутым, и подключение емкостного фильтра к выходу выпрямителя ИБП происходит только после того, как нагрузка на его выходе превысит определенный уровень. Чем эта нагрузка выше, тем меньше реактивной мощности будет потреблять ИБП. При реализации подобного решения опасность заключается в том, что если по какой-то причине переключатель не сработает и фильтр не отсоединится от выхода выпрямителя, то в силу вышеописанных причин система регулирования выходного напряжения дизель-генератора отключит его. Если же после запуска дизель-генератора фильтр останется отключенным, то уровень нелинейных искажений на входе ИБП увеличится, а значение коэффициента THD может достичь 45%. Еще одним отрицательным моментом при реализации этого решения является тот факт, что при коммутации фильтра большой емкости в сети электропитания вполне вероятно возникновение кратковременных провалов напряжения, которые отнюдь не лучшим образом влияют на нагрузку, подключенную к той же шине питания, что и ИБП. Более того, эти искажения напряжения способны передаваться и на другие шины питания.
По заверениям некоторых специалистов линейно-интерактивные ИБП (иногда их выдают за ИБП типа он-лайн) весьма “дружественны” по отношению к дизель-генераторам, однако имеют ряд серьезных недостатков. Из теории известно, что при работе таких устройств в обычном режиме (напряжение сети изменяется в пределах 10—15% его номинального значения) электропитание поступает в нагрузку напрямую от сети. В определенных пределах отклонения напряжения от номинального значения и гармонические искажения корректируются инвертором ИБП, подключенным параллельно основному источнику электропитания. При таком режиме работы действительно создаются довольно благоприятные условия для совместной работы ИБП и дизель-генератора. Ахиллесовой пятой линейно-интерактивных ИБП остается невозможность регулировать частоту напряжения (это не относится к режиму работы от батарей, нагрузка полностью питается от инвертора ИБП). Неприятности начинаются, когда подключенный к ИБП дизель-генератор резко увеличивает выходную мощность (например, при включении мощного электромотора или когда трансформатор создает противоток). При этом частота выходного напряжения дизель-генератора, как правило, падает и ИБП ничего не остается, как пропустить напряжение пониженной частоты в нагрузку или перейти на питание от батарей. Если ИБП работает на большой относительно дизель-генератора мощности, данное событие приведет к тому, что нагрузка будет переведена на питание от инвертора ИБП. После стабилизации частоты выходного напряжения дизель-генератора ИБП опять переключится на питание от дизель-генератора, вынуждая его скачком увеличить выходную мощность. ИБП при этом вновь переведет нагрузку на питание от батарей и т. д. Этот неуправляемый циклический процесс будет продолжаться до тех пор, пока заряд батарей не израсходуется, в результате защищаемое оборудование останется без электропитания. Некоторые производители пытаются решить данную проблему путем расширения диапазона рабочих частот ИБП до 4—6 Гц от номинального значения, т. е. при отклонениях частоты входного напряжения в этих пределах ИБП не будет переключаться на работу от батарей. Недостатки данного решения очевидны: во-первых, в нагрузку будет поступать напряжение с частотой, отличной от номинальной, а во-вторых, вполне вероятно, что при скачкообразном увеличении выходной мощности отклонения частоты выходного напряжения дизель-генератора превысят рамки указанного диапазона — следовательно, проблема останется. Из всего сказанного следует, что при совместном использовании линейно-интерактивных ИБП и дизель-генераторов необходимость в завышении мощности последних отнюдь не исчезает.
Наиболее эффективным решением для улучшения совместимости дизель-генератора и ИБП является использование гармонического фильтра. Подобные устройства разрабатываются специально для снижения реактивной составляющей потребляемой мощности и ограничения ее в контролируемых пределах. Их применение позволяет уменьшить уровень нелинейных искажений до 6—7%, что никак не сказывается на нормальной работе дизель-генератора и не требует завышения мощности последнего. Кроме того, столь низкий уровень нелинейных искажений не мешает работе оборудования, подключенного к той же сети электропитания, что и ИБП с гармоническим фильтром на входе. Еще один плюс данного решения — использование только пассивных компонентов, поэтому никаких коммутационных потерь, как при активной коррекции коэффициента мощности, не происходит. Благодаря снижению реактивной составляющей потребляемой мощности и низкому коэффициенту THD применение подобного фильтра теоретически позволяет обеспечить соотношение мощностей дизель-генератора и ИБП 1:1 (с учетом тока заряда батарей и при работе ИБП в режиме байпаса). Правильно рассчитанный фильтр успешно фильтрует гармоники тока и минимально влияет на эффективность работы системы в целом, потребляя всего около 0,5% ее мощности.
Компания " Электро-Проф " всегда готова помочь Вам подобрать наилучшее сочетание генератора и ИБП в системе гарантированного энергопитания, исходя из Ваших потребностей с оптимальным соотношением Цена/Качество. При необходимости Мы доукомплектуем систему необходимыми устройствами для комфортной эксплуатации.
Источники бесперебойного питания и дизель-генераторные установки (ДГУ) решают похожие задачи и в некоторых случаях взаимозаменяемы. Оба типа оборудования обеспечивают резервное питание в случае потери основного, но делают это по-разному. Нужно ли использовать ИБП как дополнение к ДГУ?
Области применения ДИБП
Динамические ИБП используются в дата-центрах, банках, больницах, аэропортах, а также для построения системы гарантированного энергоснабжения (СГЭ) заводов с конвейерными линиями, где нагрузка носит реактивный характер.
Величина нагрузки для большинства проектов, реализованных с использованием дизель-роторных ИБП находится в большинстве случаев в пределах от 1 МВА до нескольких десятков мегаватт, причем чаще всего используются агрегаты мощностью порядка 2,5 МВА. Практически повсеместно при этом используется параллельное соединение необходимого количества дизель-роторных ИБП с резервированием по схеме 2N или N+1.
Если мощность ЦОД составляет более 5 МВт, целесообразно использовать не классическую систему, состоящую из дизеля, АВР, статического ИБП и системы кондиционирования, а дизель-роторный ИБП – такое решение содержит меньше компонентов и не требует прецизионного кондиционирования – достаточно приточно-вытяжного охлаждения.
Одна из обязательных статей эксплуатационных расходов в ЦОДе – источники бесперебойного питания (ИБП). Статические (классические) ИБП состоят из двух компонент – самих источников и батарей – и работают с дизель-генераторными установками (ДГУ). Но они имеют недостаток - ограниченный срок службы батарей (5 лет).
Пример 1: только генератор
Когда пропадает питание, отключается нагрузка – соответственно, серверное, медицинское, промышленное и другое оборудование вынужденно останавливается. ДГУ требуется несколько секунд на то, чтобы включиться, прогреться, выйти на нужное количество оборотов в единицу времени. Только после этого подключается нагрузка. В зависимости от модели ДГУ запуск длится от 10 секунд до нескольких минут. В это время питание на нагрузке отсутствует.
Читайте также: