ИБП и стабилизаторы напряжения: непредсказуемый синергетический эффект
Напряжение, подаваемое электрической сетью на клеммы пользователя, должно быть идеально синусоидальным, с постоянной частотой и без перебоев. На самом деле, сетевое напряжение обычно имеет несколько аномалий, как показывают измерения, проведенные на месте, и как указано в ГОСТ 32144-2013, руководящем документе в России основ качества электроэнергии.
Нарушение непрерывности является одной из основных проблем, связанных с электроснабжением: это может быть вызвано срабатыванием автоматических выключателей, обрывом проводов, техническим обслуживанием или работами в сети, атмосферными явлениями и т.д. Провалы напряжения - еще одна большая проблема: их можно рассматривать как близких родственников перебоев напряжения, когда они короткие и глубокие; вместо этого они больше похожи на колебания напряжения, когда они имеют ограниченную глубину и большую продолжительность. Другой проблемой являются колебания напряжения, которые могут быть быстрыми или медленными, обычно из-за маневров сети, трудностей регулировки распределителем энергии, отключения или запуска больших нагрузок и т.д. Продолжительность колебания напряжения может составлять несколько часов.
“Классическим” решением для замедления колебаний напряжения является стабилизатор напряжения, который может быть электромеханическим или электронным. Стабилизаторы напряжения низкого напряжения для больших мощностей, скажем, > 100 кВА, обычно работают благодаря трансформатору, подключенному последовательно к линии и соответствующим образом управляемому регуляторами напряжения. Они доступны в широком диапазоне размеров: от самых маленьких, способных выдерживать кажущуюся мощность в несколько кВА, до тех, которые управляют несколькими МВА. Они гарантируют превосходную точность выходного напряжения, вплоть до ±0,5% от номинального значения, при условии, что изменение входного напряжения остается в пределах диапазона, указанного на табличке с данными. В самых последних версиях регулирование напряжения осуществляется с помощью электронных приводов, характеристики которых обеспечивают более высокую скорость реакции: регулирование напряжения завершается в течение 20 мс.
При оснащении соответствующими аксессуарами стабилизаторы напряжения становятся очень комплексными решениями и могут значительно улучшить качество питания систем.
Стабилизаторы напряжения могут быть оснащены следующими опциями:
- Устройства прерывания и защиты.
- Защита нагрузки от избыточного / пониженного напряжения с автоматическим отключением, если выходное напряжение превышает предварительно установленный порог: это очень полезная защита для очень чувствительных нагрузок.
- Байпасная линия выполнена с разъединителями, переключателями или автоматическими выключателями.
- Входной изолирующий трансформатор.
- Фиксированная или автоматическая система коррекции коэффициента мощности.
- Ограничители перенапряжения.
- Фильтры EMI/RFI для обнаружения и уменьшения высокочастотных помех, передаваемых по линиям.
- Активная система фильтрации для уменьшения текущего содержания гармоник.
При добавлении этих дополнительных функций стабилизатор напряжения называется “линейным кондиционером”.
Поскольку стабилизаторы напряжения не оснащены какой-либо системой накопления энергии, они, конечно, не могут покрывать перебои. Короткие проблемы традиционно решались с помощью дорогостоящего и сложного оборудования, такого как динамический ИБП, обычно предназначенные для специальных систем. Генераторы - это правильное решение для длительных перерывов в работе.
Совсем недавно развитие силовой электроники и распространение аккумуляторов привели к появлению ИБП в качестве решения значительной части проблем с напряжением, что особенно верно для более полных версий (типа “онлайн” или “VFI”):
- Прерывания
- Медленные и быстрые колебания напряжения
- Провалы
- Вариации частоты
Таким образом, похоже, что стабилизатору напряжения суждено быть неумолимо замененным ИБП. Казалось бы, когда проектировщик или лицо, ответственное за установку, решает использовать ИБП, стабилизатор автоматически отбрасывается. Но это не всегда так.
Прежде всего, идеального оборудования без “слабых мест” не существует: в случае ИБП самым дорогим и деликатным аспектом является стоимость батарей на борту и тот факт, что они имеют ограниченный срок службы, по истечении которого их необходимо заменить, иначе ИБП окажется неэффективным.
С батареями необходимо тщательно обращаться и обслуживать, чтобы оптимизировать срок их службы: необходимо обращать внимание на их рабочую температуру, но другие аспекты также могут вызывать раздражение, например, работа ИБП при слишком низком напряжении сети. Фактически, если напряжение сети превышает определенный диапазон, ИБП переходит на работу от батареи, даже если сеть включена. По этим причинам некоторые ИБП оснащены ступенью стабилизации для сохранения заряда батарей.
При выборе решения мы столкнулись со многими примерами синергии между стабилизаторами и ИБП, особенно когда речь идет о большой установленной мощности и когда пользователь загружает сложное оборудование, чувствительное к проблемам с качеством электроэнергии. Это особенно верно в тех странах, где крупные и технически продвинутые промышленные предприятия снабжаются гораздо менее надежными электрическими сетями.
Давайте рассмотрим три наиболее типичные ситуации.
Последовательно
Как уже было понятно из предыдущего параграфа, довольно частое совместное использование стабилизатора и ИБП заключается в установке двух блоков каскадом, причем стабилизатор напряжения находится непосредственно перед ИБП. В электросетях, где ожидаются большие и частые колебания напряжения, стабилизатор, установленный последовательно с ИБП, предотвращает износ батарей, которые обычно требуются для сверхурочной работы, что значительно сокращает срок их службы. В этом случае стабилизатор и ИБП обязательно должны иметь одинаковый размер. Стабилизатор предназначен для управления очень большими колебаниями напряжения, которые отличаются даже на 30% от номинального значения. Для таких ситуаций мы поставили стабилизаторы напряжения до 1,5 МВА.
Параллельно
Чтобы обеспечить непрерывность работы систем с питанием в случае выхода ИБП из строя для технического обслуживания или отказа, очень часто предусмотрена обходная линия. Если сеть нестабильна, но клиент не хочет добавлять резервный ИБП, хорошим решением является установка стабилизатора напряжения или линейного кондиционера на байпасной линии, тем самым повышая качество электроэнергии по разумной цене в течение ограниченного периода времени, в течение которого он будет использоваться. Стабилизатор / линейный кондиционер является отличным решением для такого рода применений, поскольку он требует очень ограниченного обслуживания в периоды простоя. Также в этом случае два блока имеют практически одинаковый размер.
Централизованный стабилизатор, распределенный ИБП
“Централизованный” стабилизатор / линейный кондиционер большой мощности, связанный с небольшими “локальными” ИБП только для тех нагрузок, которые в них действительно нуждаются, является отличным решением для тех систем, которые характеризуются большой установленной мощностью, чтобы избежать установки огромного ИБП или многих из них, когда нагрузки многочисленны. В этом случае стабилизатор выводит общее качество питания системы на хороший уровень, сохраняя батареи отдельных периферийных ИБП, “балуя” особо чувствительные нагрузки. В больших системах эта философия может привести к значительной экономии также с точки зрения обслуживания / замены батарей. Стабилизатор должен быть достаточно большим, чтобы поддерживать мощность всей системы, в то время как ИБП должны соответствовать индивидуальным нагрузкам, для которых они предназначены. Для такого рода применений мы поставили стабилизаторы мощности до 4 МВА.
