Электропитание инфокоммуникационного оборудования. Учебное пособие

ния непосредственно на инверторы, для чего переключатель байпаса обслуживания должен быть переведен в положение 2. При необходимости ремонта самих инверторов питание аппаратуры переводится на сеть переменного тока, для чего переключатель байпаса обслуживания должен быть переведен в положение 1. В рассмотренной системе отсутствует резервирование статического байпаса, поэтому средняя наработка на отказ системы в целом не может быть выше средней наработки на отказ самого статического байпаса. С целью повышения надежности системы в целом в последнее время некоторые фирмы изготовители начали выпускать инверторные системы, в которых каждый инвертор имеет свой отдельный статический байпас и байпас обслуживания (например ИС серии PSI, выпускаемые группой компаний - Штиль. www.shtyl.ru). Работа отдельных инверторов и байпасов синхронизируется схемой управления. Для повышения помехозащищенности инверторной системы информационные связи между отдельными элементами этой системы осуществляются по оптоволоконным кабелям. Однако ведущие фирмы предпочитают вариант ИС с одним общим байпасом. В настоящее время большое число производителей предлагает широкий ассортимент цифровых инверторных систем, комплектуемых цифровыми инверторами на номинальную выходную мощность 0.7, 1.0, 2.0. 5.0 кВА. Основные параметры ИС некоторых фирм приведены в данном пособии.

Рассмотрим возможные состояния и переходы системы, выполненной по схеме рис.11 с точки зрения надежности бесперебойной подачи электрической энергии к оборудованию компьютерной сети. Предположим, что ИС состоит из 4-х рабочих инверторов и одного резервирующего и имеет одно общее переключающее устройство (байпас), а выпрямительные устройства представлены 3-мя рабочими и одним резервирующим модулем. Ориентированный граф состояний и переходов для этого случая приведен на рис. 12.

Состояние 1 – все устройства, входящие в состав УБП исправны. Питание инверторов осуществляется от сети переменного тока через выпрямительные устройства. Полностью заряженная АБ находится в режиме непрерывного подзаряда.

Отказал один из пяти инверторов. Система переходит в состояние 2, при котором оставшиеся инверторы обеспечивают нормальное питание аппаратуры. Вероятность перехода из первого состояния во второе зависит от интенсивности отказов всех 5-ти работающих инверторов (5 И), каждый из

21

которых при этом нагружен на мощность меньшую его номинальной мощности. Это состояние является возвратным. Возврат из состояния 2 в состояние 1 характеризуется интенсивностью восстановления инвертора И.

Отказал еще один инвертор. Система переходит в состояние 3, при котором питание аппаратуры переводится электронным байпасом на сеть переменного тока. Переход из состояния 2 в состояние 3 характеризуется суммарной интенсивностью отказов инверторов и байпаса (4 В+ БАЙП). Это состояние также является возвратным.

Система перейдет в состояние 7 –в состояние отказа в случае, если произойдет отключение подачи электроэнергии даже по одному из вводов переменного тока (сеть1, сеть2). Переход из состояния 3 в состояние 7 характеризуется интенсивностью отказов 1С одного ввода переменного тока, так как даже при наличии электронного АВР, (для которого длительность перехода может составлять 0.1 с) после его срабатывания, придется перезапускать компьютеры и серверы.

Система может перейти в состояние отказа (состояние 7) и при исправных элементах инверторной системы и исправных выпрямительных модулях в случае отключения подачи электроэнергии по обоим вводам или выходе из строя устройства АВР. В этом случае система перейдет из состояния 1 в состояние 6 (рабочее состояние системы). Переход из состояние 6 в состояние отказа произойдет при разряде аккумуляторной батареи, от которой будет получать энергию инверторная система. Интенсивность перехода из состояния 6 в состояние отказа является величиной обратной допустимой длительности разряда АБ (Тр0 АБ).

Система может перейти в состояние отказа и при отказах выпрямительных модулей. При отказе одного выпрямительного модуля система переходит из состояния 1 в состояние 4, являющимся ее рабочим состоянием. При отказе еще одного выпрямителя система переходит из 4-ого в 5-е состояние, при котором два оставшихся исправными выпрямителя будут работать в режиме ограничения тока. При этом АБ будет частично разряжаться разностным током потребления инверторной системой и суммарным током ограничения двух выпрямителей. Поэтому длительность разряда АБ Тр1АБ будет существенно большей по сравнению с Тр0АБ.

22

9.Каковы функции контроллеров в современных СЭП постоянного тока?

10.Каковы функции контроллеров в современных СЭП переменного тока?

11.Какими показателями надежности характеризуются СЭП?

ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ И ВЫБОРУ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ,

Целью данного раздела является расчет и выбор оборудования ЭПУ, выполненной по схеме рис.11 и обеспечивающей бесперебойное электропитание аппаратуры телекоммуникаций и компьютерной сети предприятия связи. Раздел предполагает расчет и выбор оборудования исходя из индивидуального задания, соответствующего номеру студенческого билета.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Исходя из индивидуального задания, приведенного в табл.1 и табл.2, студент должен:

-рассчитать число последовательно соединенных между собой элементов в каждой группе АБ;

-определить мощность, потребляемую рабочими местами и серверами от инверторной установки;

-выбрать тип и необходимое число инверторов, входящих в состав ИС;

-определить мощность, потребляемую ИС от выпрямительноаккумуляторной установки;

-определить требуемую емкость АБ и выбрать тип аккумуляторов;

-рассчитать и выбрать требуемое число выпрямителей, входящих в состав ЭПУ;

-определить мощность, потребляемую ЭПУ от сети переменного тока и ток потребляемый по каждой из фаз питающей сети;

-нарисовать ориентированный граф состояний и переходов ИС и рассчитать надежность подачи электрической энергии для оборудования компьютерной сети.

24

Таблица 1.

*под коэффициентом использования КИ понимают отношение числа электропроемников, находящихся одновременно в работе к общему числу электроприѐмников (числу рабочих мест и серверов), установленных на объекте.

Значения допустимых пределов изменения напряжения на зажимах телекоммункационной аппаратуры, мощности, потребляемой этой аппаратурой Рап в аварийном режиме работы ЭПУ и падения напряжения в токораспределительной сети ТРС постоянного тока, а также длительность аварийого режима ЭПУ tав (время питания аппаратуры от одной группы АБ) и минимальное значение температуры tокр в помещении, где устанавливаются аккумуляторы приведены в табл. 2.

Таблица 2.

25

tав * - время аккумуляторного резерва, т.е. время в течение, которого каждая из групп АБ, обеспечивает электропитание всего технологического оборудования. При наличие двух групп АБ, время работы аппаратуры от АБ составит примерно 3 часа.

Расчет и выбор оборудования ЭПУ.

1. Расчет и выбор оборудования инверторной системы.

1.1. Исходя из требований телекоммуникационной аппаратуры, определяем число элементов в каждой из групп аккумуляторной батареи.

Необходимое число элементов nмин в каждой группе аккумуляторной батареи, обеспечивающее питание телекоммуникационной аппаратуры в аварийном режиме работы ЭПУ, определяется ниже следующим соотношением.

где Uн мин –минимально допустимое значение напряжения на входных зажимах телекоммуникационного оборудования, определяемое из табл.2;

Uкр – минимально допустимое напряжение в конце разряда для одного элемента, определяемое в зависимости от длительности разряда tав из табл. 3; Uтрс –падение напряжения в ТРС, значение которого дано в табл.2.

Округляя до ближайшего большего целого числа найденное из (1) получим необходимое количество элементов nмин в каждой группе АБ, обеспе-

26

чивающее нормальную работу телекоммуникационной аппаратуры в конце разряда АБ.

1.2. Определяем минимальное UАБ МИН и максимальное UАБ МАКС значения напряжения на зажимах АБ. Напряжение UАБ МИН в конце еѐ разряда определяется следующим образом:

Максимальное значение напряжения на зажимах АБ (UАБ МАКС ) зависит от способа заряда АБ в послеаварийном режиме работы ЭПУ и типа аккумуляторов. Для кислотных аккумуляторов закрытого типа (классических) применяется, как правило, двухступенчатый способ заряда, при котором напряжение на первой ступени принимается равным 2,35В/эл, тогда как на второй ступени заряда напряжение равно напряжению содержания АБ и составляет 2,23 В/эл. Всвязи с выше изложенным, для аккумуляторов закрытого типа

Послеаварийный заряд герметизированных кислотных аккумуляторов чаще всего проводится в одну ступень при напряжении равным (2,25…2.27) В/эл. Поэтому для герметизированных кислотных аккумуляторов максимальное

1.3. Определяем мощность Sк , потребляемую компьютерной сетью от инверторов.

Sк = Nрм * Рср * Ки/ , кВА (5)

Все параметры, входящие в правую часть выражения (5) определяются из табл.1.

В настоящее время на рынке различными фирмами предлагается достаточно широкий ассортимент модульных инверторных систем. Так фирма BENNING предлагает инверторы типа TEBEVERT на выходную мощность 1кВА, 2,5 кВА и 5,0 кВА. Данные инверторы выпускаются на номинальное значение входного напряжения –60 В и –48 В. В инверторную систему могут

27

входить до 5-ти, параллельно работающих, инверторов. Основные типы инверторов и их параметры приведены в табл.4.

Для этих, параллельно работающих модулей, фирма выпускает электронные переключающие устройства EUE (статические байпасы) на номинальную выходную мощность 5,0; 12,5 и 25,0 кВА. Это позволяет создавать ИС с пятью инверторами соответствующей мощности.

Фирма OLDHAM выпускает модульные ИС (на базе инверторов c номинальной выходной мощностью 2кВА) типа MOS Delta PR20 с резервированием по формуле (n+1), способные работать как от входного напряжения – 48 В, так и –60 В. Выпускаются версии ИС, имеющие соответственно по 3, 4, 5 и 6 инверторов. Эти системы способны работать при изменении входного напряжения в достаточно узких пределах (–12,5…+15% от номинального значения).

28

Существенно лучшие технические характеристики имеют ИС, выпускаемые этой же фирмой OLDHAM, выполненные на базе инверторов UNV48. Модельный ряд этих инверторов представлен в табл. 5.

Таблица 5.

при работе с меньшим 0,8 выходную мощность инвертора необходимо уменьшить на коэффициент, представляющий собой отношение 0,8 к заданному .

Отечественный производитель «Юрьев-Польский завод «Промсвязь» выпускает цифровую ИС типа УИЦ-9000 с цифровыми инверторами ИЦ-1500 (номинальная мощность 1500 ВА).

Ниже в табл. 6 приведены основные характеристики ИС UNV-F и

УИЦ-1500.

29

Исходя из расчетного значения требуемой выходной мощности ИС необходимо произвести выбор типа инверторов, входящих в состав ИС. Выбор может производиться по табл. 4…табл. 6, с учетом избыточности числа инверторов не меньшей, чем 6/5. Далее следует убедиться, что минимальное и максимальное значения входного напряжения инверторов не выходят за границы значений рассчитанных по выражениям (2)…(4). В том случае, когда UАБ МИН окажется меньше минимально допустимого входного напряжения следует либо найти другой тип инвертора, способного работать при UАБ МИН либо увеличить число элементов АБ. В том случае, когда UАБ МАКС окажется больше максимально допустимого входного напряжения следует либо перейти к другому типу инвертора, либо вместо аккумуляторов закрытого типа следует предусмотреть установку герметизированных при их заряде в одну ступень (при напряжении 2,27 В/эл).

Убедившись в правильности выбора типа и числа инверторов, а также в правильности выбору числа элементов АБ можно переходить к расчету мощности, потребляемой ИС от выпрямительно-аккумуляторной установки.

2.Расчет и выбор АБ.

2.1.Мощность Рис , потребляемая ИС от выпрямительно-аккумуляторной установки, может быть определена следующим образом:

где ис – КПД инверторной установки.

2.2. Общая мощность Р , потребляемая от выпрямительно-аккумуляторной установки, аппаратурой телекоммуникаций и ИС

2.3. Определяем мощность РАБ , отдаваемую АБ (одной группой) во время еѐ разряда, с учетом температурного коэффициента изменения ѐмкости:

30