Дизельные роторные (динамические) ИБП мощностью от 1 до 2 МВт

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.

Комплект ДДИБП Hitec QPS 2250-РЕ (DRUPS 2250 kVA) в наличии 2 шт. на складе

ДДИБП Hitec QPS 2250-РЕ

Скачать документацию ДДИБП Hitec QPS 2250-РЕ:

• Спецификация - ДДИБП Hitec QPS 2250-РЕ.pdf
• Чертеж - ДДИБП Hitec QPS 2250-РЕ.pdf
• Комплектация - ДДИБП Hitec QPS 2250-РЕ.pdf

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).

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.

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.

Если пропадание электропитания происходит на более длительное время, или напряжение питания изменяется больше, чем на 10%, включается  дизельный двигатель. Входной выключатель при этом размыкается, и синхронный генератор из электрической машины трансформируется в генератор тока. В течение этой пятисекундной паузы срабатывает электромагнитное сцепление, обеспечивающее соединение дизельного двигателя и генератора (продолжительность процесса – в среднем не более 1 сек). Дизель вращается на оптимальных для системы оборотах – 1500 и передает энергию вращения синхронному генератору. Выходное напряжение снимается с обмоток генератора и идет через ответственную нагрузку. Кинетический модуль в это время накапливает энергию, возвращаясь к 3000 об/мин. Когда электропитание от сети возобновляется, синхронный генератор переходит на режим синхронного двигателя.

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.

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.

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.

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.

• Piller: Uniblock UBTD 420 - 2500 кВА.