Типы статических ИБП

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Типы статических ИБП определяются стандартом МЭК 62040.

Стандарт различает три рабочих режима:

  • режим резервирования (также называемый режимом «офф-лайн»);
  • линейно-интерактивный режим;
  • режим двойного преобразования (также называемый режимом «он-лайн»).

Эти определения касаются работы ИБП совместно с основным источником питания, включая распределительную систему до ИБП.

Стандарт МЭК 62040 определяет следующие термины:

  • Первичное электропитание: нормально стабильное электропитание, обеспечиваемое обычно электроэнергетической компанией, но иногда за счет генерирующей установки пользователя.
  • Резервное электропитание: электропитание, предназначенное для замены первичного электропитания в случае его нарушения.
  • Байпасное электропитание: электропитание через байпас.

Как правило, ИБП обеспечен двумя вводами переменного тока (в настоящем руководстве это нормальный ввод переменного тока и байпасный ввод переменного тока).

  • Нормальный ввод переменного тока, указанный как сетевой ввод 1 (линия 1), получает первичное электропитание, т.е. по кабелю, соединенному с питающей линией от энергосистемы или частной распределительной системы.
  • Байпасный ввод переменного тока, указанный как сетевой ввод 2 (линия 2), как правило, получает резервное электропитание, т.е. по кабелю, соединенному с питающей линией, отличной от питающей нормальный ввод переменного тока с резервированием посредством альтернативного источника (например, двигатель-генератор или другой ИБП).

При отсутствии резервного электропитания байпасный ввод переменного тока получает первичное электропитание (второй кабель, идущий параллельно кабелю, подсоединенному к нормальному вводу переменного тока).

Байпасный ввод переменного тока используется для питаний байпасных линий ИБП (при наличии). Поэтому, байпасные линии получают первичное или резервное питание в зависимости от наличия резервного источника питания.


ИБП, работающий в режиме резервирования (режим «офф-лайн»)

Принцип работы

Инвертер подсоединен параллельно с вводами переменного тока в источнике резервного питания (см. рис. N16).

  • Нормальный режим

Нагрузка питается энергосистемой через фильтр, который устраняет определенные помехи и обеспечивает некоторую степень регулирования напряжения («дополнительные устройства… для обеспечения кондиционирования параметров электропитания», как говорится в стандарте). Инвертер работает в режиме резервирования.

  • Режим резервного аккумуляторного питания

При выходе напряжения на вводе переменного тока за допуски, указанные для ИБП, или исчезновении электропитания от энергосистемы, включаются инвертер и батарея для обеспечения бесперебойного электропитания нагрузки с очень коротким временем переключения (< 10 мс).
ИБП продолжает работать от батареи до завершения времени автономной работы или возврата энергосистемы в нормальный режим, при этом нагрузка переключается обратно на вход переменного тока.

Применение

Фактически, эта конфигурация является компромиссом между приемлемым уровнем защиты от помех и стоимостью. Может использоваться только при низкой номинальной мощности (< 2 кВА).
Отсутствует бесконтактный переключатель, поэтому требуется определенное время для переключения нагрузки на инвертер. Это время приемлемо для определенных нагрузок, но неприемлемо для более сложных чувствительных систем (крупные вычислительные центры, АТС и т.д.).
Более того, частота не регулируется, и отсутствует байпас.

Примечание: в нормальном режиме питание нагрузки не поступает через инвертер, что объясняет, почему этот тип ИБП иногда называется «офф-лайн». Это неправильный термин, поскольку он подразумевает «не питаемый от энергосистемы», в то время, как фактически, нагрузка питается от энергосистемы через вход переменного тока в нормальном режиме работы.


Рис N16.jpg


Рис. N16 : ИБП, работающий в режиме резервирования


ИБП, работающий в линейно-интерактивном режиме

Принцип работы

Инвертор подсоединен параллельно с вводами переменного тока в резервной конфигурации, но одновременно он заряжает батарею (см. рис. N17).

  • Нормальный режим

Нагрузка получает стабилизированное электропитание через параллельное соединение ввода переменного тока и инвертера. Инвертер обеспечивает стабилизацию выходного напряжения и/или зарядку батареи. Выходная частота зависит от частоты на вводе переменного тока.

  • Режим резервного питания от аккумуляторов

При выходе питающего напряжения за допуски, указанные для ИБП, или исчезновении электропитания от энергосистемы, включаются инвертер и батарея для обеспечения бесперебойного питания нагрузки после мгновенного переключения с помощью бесконтактного выключателя, который отсоединяет ввод переменного тока для предотвращения поступления питания от инвертера в энергосистему.
ИБП продолжает работать на батарее до завершения времени автономной работы или возврата энергосистемы в нормальный режим, при этом нагрузка переключается обратно на ввод переменного тока.

  • Байпасный режим

Этот тип ИБП может обеспечиваться байпасом. При отказе одной из функций ИБП нагрузка может переключаться на байпасный ввод переменного тока (от энергосистемы или резервного источника в зависимости от объекта).

Применение

Эта конфигурация не совсем подходит для резервирования чувствительных нагрузок в диапазоне мощности от средней до высокой из-за невозможности регулирования частоты. По этой причине она редко применяется, кроме случаев низкой номинальной мощности.


Рис N17.jpg


Рис. N17 : ИБП, работающий в линейно-интерактивном режиме


ИБП, работающий в режиме двойного преобразования (режим «он-лайн»)

Принцип работы

Инвертер подсоединен последовательно между вводом переменного тока и нагрузкой.

  • Нормальный режим

При нормальном режиме все питание, подаваемое на нагрузку, проходит через выпрямитель/зарядное устройство и инвертер, которые совместно выполняют двойное преобразование (пер. ток - пост. ток - пер. ток). Отсюда и название режима.

  • Режим резервного аккумуляторного питания

При выходе напряжения на вводе переменного тока за допуски, указанные для ИБП, или исчезновении электропитания от энергосистемы, включаются инвертер и батарея для обеспечения бесперебойного питания нагрузки после мгновенного переключения с помощью бесконтактного выключателя.
ИБП продолжает работать на батарее до завершения времени автономной работы или возврата энергосистемы в нормальный режим, при этом нагрузка переключается обратно на вход переменного тока.

  • Байпасный режим

Как правило, этот тип ИБП обеспечивается статическим байпасом, иногда называемым статическим (бесконтактным) переключателем (см. рис. N18).
Нагрузка может переключаться без прерывания питания на байпасный ввод переменного тока (с питанием от энергосистемы или резервного источника в зависимости от объекта) в следующем случае:
  -  отказ ИБП;
  -  большие переходные токи нагрузки (броски тока при включении или при повреждении).
  -  пики нагрузки.

Однако, присутствие байпаса подразумевает одинаковую входную и выходную частоту, а при разных значениях напряжения требуется байпасный трансформатор.

В большенстве случаев ИБП должен быть синхронизирован с байпасным электропитанием для обеспечения бесперебойного питания нагрузки. Более того, когда ИБП работает в байпасном режиме, помехи от входного источника пер. тока могут передаваться непосредственно на нагрузку, поскольку инвертер в этом режиме не подключен.

Примечание: также может быть предусмотрена другая байпасная линия, часто называемая сервисным байпасом, для проведения техобслуживания. Она включается ручным выключателем.


Рис N18.jpg


Рис. N18 : ИБП, работающий в режиме двойного преобразования (режим «он-лайн»)


Применение

При такой конфигурации время, требуемое для переключения нагрузки на инвертер, пренебрежимо мало благодаря бесконтактному выключателю.

Кроме того, выходное напряжение и частота не зависят от входного напряжения и частоты. Это означает, что ИБП, разработанный для такой цели, может работать в качестве преобразователя частоты.

Практически, это основная конфигурация, используемая при средней и высокой номинальной мощности (10 кВА и выше). Далее в данном разделе будет рассматриваться только эта конфигурация.

Примечание: этот тип ИБП часто называется «он-лайн», подразумевая, что нагрузка постоянно питается через инвертер независимо от режима работы входного источника пер. тока. Однако, этот термин неверен, поскольку он подразумевает «питаемый энергосистемой», в то время, как, фактически, нагрузка получает питание, преобразованное системой двойного преобразования. Вот почему стандарт МЭК 62040 рекомендует термин “двойное преобразование”.