Системы с резервированием шины питания нагрузки lbr

Основным способом защиты критичной нагрузки от возможных неполадок в электросети является установка источника бесперебойного питания (ИБП). Широкое распространение получила централизованная схема электропитания с использованием одномодульного ИБП. Однако для проведения профилактических, регламентных и др. работ ИБП переводится в режим Bypass, и нагрузка остается незащищенной на некоторое время. Для определенных типов нагрузок при непрерывном производственном цикле данный риск неприемлем. Предлагаемый Вашему вниманию обзор исследует распространенные схемы резервирования ИБП: системы с параллельным резервированием, системы с последовательным резервированием, системы с резервированием шины питания нагрузки (LBR) и системы с синхронизацией выхода (LBS). Здесь же описаны основные преимущества и недостатки каждого варианта.

К сожалению, промышленные электросети не обладают 100-процентной надежностью, гарантирующей отсутствие возможных перебоев с электроснабжением. Стандартным средством защиты критичной нагрузки являются одномодульные ИБП, построенные по схеме с двойным преобразованием напряжения (On-Line). Они комплектуются батарейными комплектами, рассчитанными на непродолжительное время работы в автономном режиме (обычно не более 30 минут). Для защиты от долговременных перебоев устанавливают дополнительный дизель-генератор с запасом топлива для непрерывной работы 8 … 24 часа.

Основными элементами одномодульного ИБП (рис.1), работающего по схеме On-Line, являются выпрямитель, инвертор, аккумуляторные батареи, зарядное устройство, а также устройства коммутации цепи Bypass (обходная цепь питания нагрузки, минуя схему двойного преобразования). Одномодульная система отличается высокой надежностью и простотой. Она является оптимальным решением для нагрузок, допускающих кратковременные запланированные отключения для обслуживания ИБП. Однако в моменты технического обслуживания ИБП или выполнения других регламентных работ возникает необходимость его перевода в режим Bypass. Для некоторых видов нагрузок с непрерывным технологическим процессом данный риск недопустим. Кроме того, нельзя забывать о возможности выхода из строя самого ИБП.

Для решения вышеупомянутых задач были разработаны всевозможные схемы резервирования. Приведенная таблица иллюстрирует преимущества и недостатки схем резервирования, рассматриваемых в данном обзоре.

Сравнение различных схем резервирования ИБП

* Подразумевается возможность обслуживания системы бесперебойного питания без отключения нагрузки и без питания ее от “грязной” сети.

BCB — батарейный размыкатель;
MBB — переключатель ручного Bypass;
MIB — размыкатель ручного Bypass;
SBB — статический переключатель;
UIB — входной размыкатель модуля;
UOB — выходной размыкатель модуля

Системы с параллельным резервированием ИБП

Система с параллельным резервированием состоит из двух или более модулей ИБП, включенных в параллель и работающих на общую нагрузку. По отношению к проектной нагрузке система должна иметь определенную избыточность по мощности в виде одного или нескольких дополнительных модулей для обеспечения резерва. Как правило, каждый модуль оснащен своим батарейным блоком, хотя и не исключен вариант использования общего батарейного комплекта для всей системы в целом.

При безаварийной работе нагрузка системы равномерно распределяется между модулями ИБП, а в случае выхода из строя или принудительного отключения одного из них нагрузка распределяется среди оставшихся модулей. Такая схема включения обеспечивает высокую степень защиты (99.99%). При этом процесс технического обслуживания отдельных модулей не приводит к временному питанию нагрузки от “грязной” сети. Однако все еще остается необходимость отключения системы при проведении работ с шиной питания нагрузки или оборудованием, расположенным между ИБП и нагрузкой.

Несмотря на простоту концепции построения параллельной системы резервирования, методы ее конкретной реализации существенно различаются у разных производителей ИБП.

Читайте также: Зимние шины кордиант snow cross 2 suv

Главное различие заключено в механизме распределения нагрузки между модулями. Большинство производителей используют инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), обладающие высокими динамическими характеристиками. Однако для их параллельной работы на единую нагрузку требуются дополнительные устройства синхронизации. При этом один из модулей ИБП становится ведущим и по его выходному напряжению синхронизируются оставшиеся модули системы. Недостаток данного решения очевиден. При выходе из строя ведущего модуля или цепей синхронизации выходит из строя вся система. Ведущий модуль — ее слабое звено.

Для преодоления этого недостатка в ИБП Powerware используется технология HotSync . Уникальность этой технологии заключается в отсутствии сигнальных интерфейсных связей между ИБП — ИБП Powerware «видят» друг друга через силовые выходы, равномерно распределяя нагрузку между собой. Технология позволяет использовать до 4 ИБП в параллель. Т.е., например, иметь систему Powerware 4х80=320 кВА или 4х80= 240+80 кВА (один ИБП обеспечивает резервирование по схеме N+1)

При этом возможно использование дополнительного кабинета управления, который не является блоком синхронизации или распределения мощности, а содержит коммутационные компоненты режима общего статического Bypass, устройства изоляции модулей ИБП относительно друг друга и контрольно-измерительные элементы для сбора и передачи информации (рис. 2).

Рис. 2. Система с параллельным резервированием

BCB — батарейный размыкатель;
MBB — переключатель ручного Bypass;
MIB — размыкатель ручного Bypass;
SBB — статический переключатель;
SOB — выходной размыкатель системы;
UIB — входной размыкатель модуля;
UOB — выходной размыкатель модуля

Дополнительные возможности систем с параллельным резервированием

Для экономии денежных средств совсем не обязательно использовать схему с двойным резервированием, обладающую двойной стоимостью. Например, для нагрузки 600 кВА можно построить систему 2 x 600 кВА, а можно 3 x 300 кВА. В последнем случае схема обладает полуторной избыточностью по мощности и, следовательно, такой же избыточностью по стоимости и является удачным компромиссом между высокой надежностью и экономичностью.

Схемы с параллельным резервированием позволяют производить техническое обслуживание отдельных модулей ИБП, не прерывая процесс защиты критичной нагрузки. Однако для обслуживания системы в целом или ее переконфигурирования, а также для проведения регламентных работ с элементами шины питания нагрузки требуется перевод системы в Bypass или полное отключение нагрузки. Поэтому схемы с параллельным
резервированием непригодны в тех случаях, когда работа системы в режиме Bypass недопустима даже на короткое время. Кроме того, в них не предусмотрена защита от сбоев на участке шины питания нагрузки.

Для повышения надежности защиты критичной нагрузки рекомендуется использовать схемы с синхронизированным выходом (LBS) и схемы резервирования шины питания нагрузки (LBR). Но прежде чем перейти к их рассмотрению, остановимся на схеме последовательного резервирования модулей ИБП.

Системы с последовательным резервированием ИБП

Система с последовательным резервированием состоит из одного или нескольких основных модулей и одного резервного. Каждый основной модуль работает на собственную нагрузку. Резервный модуль используется в качестве первичного источника питания входов Bypass основных модулей системы (рис. 3, 4).

Такая конфигурация позволяет производить техническое обслуживание основных и резервного модулей без отключения нагрузки и без снятия ее защиты. В этой схеме выходы основных модулей синхронизированы c выходом резервного модуля системы.

При пропадании питания на входе одного из основных модулей ИБП переходит в автономный режим работы и нагрузка потребляет энергию батарейного комплекта данного ИБП. Если к моменту его разряда питание не восстановится, произойдет автоматический переход модуля в Bypass, т.е. на резервный блок. Разумеется, в этом случае резервный блок становится недоступен для оставшихся основных модулей, и при переходе в Bypass второго основного модуля подключенный к нему сегмент нагрузки запитывается от незащищенного входа системы.

Рис. 3. Простейшая система с последовательным резервированием

ABB — размыкатель резервной цепи Bypass;
BIB — размыкатель цепи статического Bypass;
BSB — входной размыкатель цепи Bypass;
MBB — переключатель ручного Bypass;
MIB — размыкатель ручного Bypass;
PBB — размыкатель основной цепи Bypass;
RIB — входной размыкатель цепи выпрямителя