Обеспечение отказоустойчивой работы ИБП в настоящее время осуществляется путем создания систем параллельного типа, а также энергетические массивы.

    Целью объединения нескольких ИБП в параллельный комплекс является обес­печение работы комплекса в целом при отказе одного из ИБП. Структура парал­лельного комплекса изображена на рисунке 5.     

Рисунок 5. Структура системы параллельного типа

       Количество ИБП рассчитывается таким образом, чтобы в случае выхода из строя одного из источников оставшиеся в работе могли обеспечивать питание нагрузки (принцип RPA — Redundant Parallel Architecture — избыточная параллельная архитектура).

    Возможны два варианта построения параллельного комплекса:

- по централизованной схеме (с выделением статического переключателя об­ходной цепи байпаса в виде объединительного блока);

- по децентрализованной (модульной) схеме — без объединительного блока.

Централизованная схема требует установки объединительного блока, рассчи­танного на суммарную выходную мощность комплекса. Модульная структура позволяет при необходимости нарастить комплекс, добавляя новые ИБП к уже установленным. В современных параллельных комплексах ИБП применяют­ся модульные схемы.

Управление централизованной и модульной структурой производится по прин­ципу распределенной логики, т.е. без центрального управляющего звена. Таким об­разом, микропроцессорные блоки синхронизации работы параллельного комплекса в каждом ИБП полностью равноправны, и отключение либо выход из строя одного из ИБП не приводит к потере работоспособности комплекса в целом. Такая схема позволяет также производить техническое обслуживание и ремонт любого ИБП не только без отключения нагрузки, но и с сохранением бесперебойного электроснаб­жения. Более предпочтительна модульная параллельная структура без объедини­тельного блока с резервированием шины управления (аналогично энергетическому массиву).

Энергетические массивы, выполненные по типу двойного преобразования энергии и принципу избыточности N+1 («горячий резерв»), представляют собой параллельную систему силовых модулей ИБП в едином корпусе (рисунок 6). В свою очередь, силовой модуль представляет собой блок, содержащий выпрямитель и инвертор, устанавливаемый в корпус

Рисунок 6. Структура энергетического массива

энергетического массива для параллельной работы с другими силовыми модулями. При таком построении энергетического массива отказ любого силового модуля не приводит к прекращению электропитания. Построение ИБП по принципу энергетических массивов экономически целесообразно для систем бесперебойного электропитания большой мощности (свыше 10 кВ·А).

    Однако каждая из приведенных систем основывается на аккумуляторных батареях. Таким образом увеличение мощности систем вызывает увеличение емкости батарей, а также их число.

    При проектировании системы бесперебойного электропитания с ИБП параллельного типа в дипломном проекте предлагается использовать систему СБЭП-48/160-6Б, выпускаемую предприятием ООО «АТС-КОНВЕРС», г. Псков.

     3.2 Структурная схема и исполнение системы бесперебойного электропитания с ИБП параллельного типа

Структурная схема системы бесперебойного электропитания с ИБП параллельного типа, получившая условное обозначение СБЭП-48/160-6Б-С5, приведена на рисунке 7.

 Модули-выпрямители ВМ-1300/48, входящие в состав СБЭП-48/160-6Б, получают электропитание с выхода трехфазного стабилизатора переменного напряжения СКм-9000-3-1, состоящего из трех однофазных стабилизаторов СКм-3000-1, установленных на объединительную раму. Переменное напряжение с выходов однофазных стабилизаторов СКм-3000-1 поступает на встроенную в телекоммуникационный шкаф СБЭП-48/160-6Б  распределительную панель переменного тока РП5.1. Панель имеет в своем составе клеммные блоки для подключения к ней сетевых проводников L1,L2,L3,N1,N2,N3,PE и три автоматических включателя QF1-QF3, распределяющих однофазное переменное напряжение по модулям-выпрямителям ВМ-1300/48, расположенным в основном модуле МО48-6-2. Выход каждого однофазного стабилизатора СКм-3000-1 обеспечивает электропитание двух модулей-выпрямителей ВМ-130/48. Таким образом, в случае неисправности одного из однофазных стабилизаторов СКм-3000-1, от сети переменного тока отключаются только два модуля-выпрямителя ВМ-1300/48 до тех пор, пока не будет выполнено ручное переключение выхода неисправного стабилизатора на встроенную в стабилизатор обводную цепь.

Выходы модулей-выпрямителей ВМ-1300/48 соединены параллельно для обеспечения требуемого выходного тока СБЭП-48/160-6Б и организации резерва по принципу N+1 на случай выхода из строя одного из модулей-выпрямителей ВМ-1300/48.

Рисунок 7. Структурная схема СБЭП-48/160-6Б-С5

Напряжение с выходов модулей-выпрямителей поступает на распределительную панель постоянного тока РП1, которая обеспечивают распределение токов и защиту потребителей автоматическими выключателями F1–F5. Также в состав панели РП1 входят автоматические выключатели аккумуляторных батарей FB1 и FB2, обеспечивающие коммутацию двух групп АБ, их защиту от перегрузок по току, селективное отключение одной группы АБ при поведении профилактических работ с сохранением бесперебойности электропитания нагрузки при условии не отключения другой группы АБ.

Подключение АКБ к общей выходной шине постоянного тока производится с помощью автоматически управляемого контактора Q1, входящего в состав модуля защиты от глубокого разряда батарей МЗР1.

Вход обводной цепи системы переменного тока параллельного типа СПТ-5000 получает электропитание с выхода однофазного стабилизатора переменного напряжения СКм-6000-1.

При нахождении напряжения сети в пределах рабочего диапазона, модули-выпрямители ВМ-1300/48 поддерживают аккумуляторные батареи в заряженном состоянии, а СПТ-5000 питает нагрузку стабилизированным посредством однофазного стабилизатора СКм-6000-1 сетевым напряжением по обводной цепи. Модули-инверторы ИМ-700 в этом режиме работают в режиме холостого хода и не потребляют от выхода СБЭП-48/160-6Б заметной мощности.

При недопустимых отклонениях параметров напряжения сети выходы стабилизаторов СКм-3000-1 отключаются, и электропитание входных цепей модулей-выпрямителей ВМ-1300/48 прекращается. При этом модули-инверторы ИМ-700 получают питание непосредственно от аккумуляторных батарей. В свою очередь, модуль статического переключателя обводной цепи СП-6000 из состава СПТ-5000 переключает нагрузку переменного тока с обводной цепи на питание от модулей-инверторов ИМ-700, входы постоянного тока которых подключены к аккумуляторным батареям через автоматические выключатели F1–F5 распределительной панели РП1.

Контактор Q1 автоматически отключает батареи от выходной шины постоянного тока, если в процессе разряда напряжение батарей снизится до заданного граничного значения. Это предотвращает глубокий разряд батарей и их повреждение.

При восстановлении параметров сетевого напряжения стабилизаторы СКм-3000-1 автоматически включаются в работу, что приводит к запуску модулей-выпрямителей ВМ-1300/48, возобновляющих электропитание модулей-инверторов ИМ-700 от сети переменного тока. При этом статический переключатель обводной цепи СПТ-5000 переключает нагрузку переменного тока на питание от стабилизированного сетевого напряжения обводной цепи.

Внешний вид системы бесперебойного электропитания СБЭП-48/160-6Б-С5 с ИБП параллельного типа (СПТ-5000), выполненной на базе СБЭП-48/160-6Б показан на рис. 8, состав системы приведен в таблице 5.

                                               Таблица 5. Устройство СБЭП-48/160-6Б-5С

Рисунок 8. Внешний вид СБЭП-48/160-6Б-С5

Система бесперебойного электропитания с ИБП параллельного типа имеет вид климатического исполнения УХЛ4 по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89 и предназначена для установки и эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями в длительном (непрерывном) режиме в условиях воздействия:

 - температуры от 274 до 313 К (от 1 до 40 °С);

 - относительной влажности воздуха не более 80 % при температуре не выше 298 К (25 °С);

 - атмосферного давления от 60 до 106,7 кПа (от 450 до 800 мм рт. ст.);

 - механических внешних воздействующих факторов – по ГОСТ 17516.1-90 для группы механического исполнения М1.

Степень защиты системы от проникновения посторонних тел и воды – IP20 по ГОСТ 14254–96. Окружающая среда не должна содержать токопроводящей пыли и химически активных веществ.

3.3 Расчет мощности и времени резервирования системы с ИБП параллельного типа

При выполнении расчетов системы бесперебойного электропитания с ИБП параллельного типа исходим из того, что система постоянного тока может комплектоваться 6 модулями-выпрямителями ВМ-1300/48 с характеристиками:

 - диапазон входного сетевого напряжения -                        187-275 В;

 - номинальная выходная мощность -                                         1300 Вт;

 - номинальное выходное напряжение -                                          48 В;

 - диапазон регулировки выходного напряжения -                   44-56 В;

 - точность стабилизации выходного напряжения -                       ±1%;

 - максимальный выходной ток -                                                     27 А,

и двумя 48В аккумуляторными батареями, составленными из стационарных герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов 12 VE180F, имеющих следующие характеристики:

 - номинальная емкость  -                                                        150 А·ч;

 - номинальное напряжение -                                                             48 В;

 - напряжение буферного заряда при 20 -                                     54 В;

 - коэффициент температурной компенсации -                      1,2В/10 ;

 - предельный ток заряда 0,1  -                                                        30А.

Из анализа характеристик, приведенных выше, следует, что система постоянного тока с модулями-выпрямителями ВМ-1300/48 способна обеспечить наиболее благоприятные условия содержания именно этого типа аккумуляторных батарей, поскольку:

 - напряжение буферного заряда, равное 54В при 20 , находится в регулируемом диапазоне выходного напряжения ВМ-1300/48 – 44-56В;

 - при увеличении температуры электролита аккумуляторных батарей, например, на 10  напряжение буферного заряда становится равным 52,8В и также находится в регулируемом диапазоне выходного напряжения ВМ-1300/48 – 44-56В;

 - в регулируемом диапазоне выходного напряжения ВМ-1300/48 - 44-56В обеспечивается стабилизация напряжения буферного заряда с требуемой для герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов точностью - ±1%.

При выполнении расчетов принимаем коэффициент использования основного оборудования системы , равным 0,75.

3.4 Расчет мощности системы по переменному току

Номинальная мощность используемых в системе модулей-инверторов параллельного типа ИМ-700 составляет 1000В·А. Телекоммуникационный шкаф позволяет использовать в системе 5 модулей-инверторов ИМ-700. С учетом принятого коэффициента использования =0,75 и принципа резервирования +1, где =4, расчетная мощность системы по переменному току будет равна:

 В·А.

Определяем суммарный потребляемый ток параллельно работающими на общую нагрузку модулями-инверторами ИМ-700. В качестве входного тока от источника постоянного тока для модуля-инвертора ИМ-700 принимаем входной ток инвертора , равным 22А. Следовательно, суммарный потребляемый ток модулями-инверторами ИМ-700 с учетом резервирования модулей-инверторов по принципу +1 будет равен:

.

3.5 Расчет мощности системы по постоянному току

Производители стационарных герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов рекомендуют ограничивать ток заряда батарей в пределах . Поэтому при использовании в системе СБЭП-48/160-6Б двух 48В аккумуляторных батарей с общей номинальной емкостью =300 А·ч, принимаем предельный ток заряда батарей =30А.

Следовательно, выходной ток модулей-выпрямителей ВМ-1300/48, способный обеспечить одновременно питание модулей-инверторов ИМ-700 и заряд двух аккумуляторных батарей должен быть равен:

А.

Определяем количество модулей-выпрямителей ВМ-1300/48, необходимых для питания пяти ИМ-700 и заряда двух аккумуляторных батарей. С учетом выходного тока модуля-выпрямителя ВМ-1300/48, равного 27 и резервирования модулей-выпрямителей ВМ-1300/48 по принципу N+1:

.

Таким образом, с учетом резервирования модулей-выпрямителей по принципу N+1 мощность системы по постоянному току должна составлять:

Вт.

3.6 Расчет времени резервирования

Пользуясь разрядными характеристиками аккумуляторов 12VE180F и значением конечного напряжения разряда, которое для данного типа аккумуляторов составляет 1,82 В/Эл или 43,6 В на батарею, при токе разряда, определяемом в режиме работы от батарей только значением суммарного входного тока +1 модулей-инверторов ИМ-700, равного 60 А, определяем время резервирования системы:

час.