lite text version

 

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ   |   * СИЛОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА  *

 

Заявление:  Приведённые сведения носят информационный характер. Деятельность по применению оборудования требует квалификации и специфической подготовки.

 

 

Расчёт ИБП.

 

По нашей практике и опыту применения ИБП, в промышленных задачах в настоящий момент из всех вариантов используются только источники класса "On-Line", источники двойного преобразования, в русской терминологии. Это так потому, что современные источники on-line способны работать во всех возможных режимах, которые могут потребоваться для защиты конкретных потребителей от конкретных сетевых помех.

Все прочие варианты источников переменного тока (off-line и line-interactive) уходят со сцены, т.к. уже не обладают какими-либо существенными технико-экономическими преимуществами своего применения в трактовке построения систем бесперебойного и гарантированного электропитания (СБГЭ) в настоящее время.

 

Не будем в этой статье обсуждать вопросы учёта перегрузки ИБП, пусковых ударных токов нагрузки и пр. возможные нюансы, а остановимся на основных показателях. Инженерный расчёт ИБП, достаточный для выбора источника, сводится, как правило, к определению мощности ИБП и времени автономии. Это независимые задачи, но всегда последовательные. Первым этапом рассчитывается необходимая мощность источника, а вторым – подсчитывается массив аккумуляторов, используемого в качестве резервного или аварийного источника электропитания нагрузки.

В качестве примера расчёта выберем типовой вариант подбора ИБП для питания 1-фазной нагрузки от 3-фазной сети. Следует отметить, что расчёт мощности ИБП никак не зависит от фазности его подключения по входу и выходу, расчёт зависит только от энергетических параметров самого источника.

 

Исходные данные:

входное напряжение: 400Vac / 3Ph+N;

выходное напряжение: 230Vac / 1Ph+N;

мощность нагрузки: 6кВА / 4,8кВт;

время автономии: 2 часа.

 

Сразу обратим внимание, что в отличие от расчётов источника постоянного тока (см. пример), где полная мощность (ВА) и активная мощность (Вт) для нагрузки совпадают, на переменном токе следует различать полную и активную мощность. Как указано в статье, физическое значение мощностей определяется следующим образом:

S (ВА) полная мощность, определяет номинальные значения токов и напряжений в электрической системе, причём напряжение задаёт необходимую электрическую прочность изоляции, а ток – сечения проводников;

P (Вт) активная мощность, определяет полезную работу, выполняемые электроэнергией, и промежуточные потери в системе, которые, как правило, реализуются в виде выделения теплоты;

Q (Вар) реактивная мощность, определяет меру накопления энергии источника в магнитных и электрических полях присутствующих накопителей энергии в контурах рассматриваемой системы. Такими накопителями являются в идеализированном виде индуктивности (магнитное поле) и ёмкости (электрическое поле). Реактивную мощность для простоты определения можно называть "платой за транзит активной энергии от источника к потребителю".

В русле этого объяснения, следует в общем понимать следующий принцип:

- источник электроэнергии всегда генерирует полную мощность в ВА;

- при транзите э/энергии от источника до потребителя, часть полной энергии "задерживается" в магнитном и электрическом полях линий электропередач;

- на вход нагрузки от источника через линии электропередач подаётся активная мощность источника;

- нагрузка, при выполнении полезной работы, также разделяет внутри себя активную мощность источника, подаваемую на свой вход, на две составляющие: активную и реактивную составляющую нагрузки.

Этот алгоритм движения электроэнергии от источника к нагрузке для выполнения полезной работы приводит к тому, что на вход потребителя необходимо подать такую активную мощность источника, которая будет равна полной мощности потребления нагрузки.

 

Расчёт:

Первым этапом, первым шагом, согласно вышеприведённым объяснениям, определяем что, для того чтобы обеспечить мощность нагрузки в 6кВА необходимо от источника (ИБП) получить 6кВт мощности, т.е.:

Pвых(общ) = 6,0 кВт;

 

Вторым шагом учитываем гармонические искажения тока, которые генерирует нагрузка на своём входе (см. статью). Предположим этот параметр THDi равным 3,0 %, тогда вводим поправку в выходную мощность ИБП по формуле:

Рвых(повыш) = Pвых(общ) / (1 THDi) = 6,0 кВт / 0,97 ≈ 6,19 кВт;

 

Третьим шагом, при необходимости, учитываем потерю мощности в линиях электропередач от ИБП до нагрузки. Эту составляющую можно регулировать правильным выбором сечения кабельных линий. Как правило, подобные потери не должны превышать 2% от передаваемой мощности. Тогда:

Рвых(итог) = Pвых(повыш) / [Pвых(повыш) Pпотерь] = 6,19 кВт / 0,98 ≈ 6,31 кВт;

 

В результате на первом этапе определяем, что для питания нагрузки мощностью 6,0 кВА / 4,8 кВт необходимо получить от ИБП мощность около 6,31 кВт. Обращаем внимание, что не следует воспринимать соотношение выходной мощности ИБП 6,31кВт к мощности потребления нагрузки 4,8кВт как составную часть показателя эффективности (КПД) использования мощности нагрузкой.

По линейке выпускаемой продукции выбираем ближайший больший источник из номенклатуры предпочитаемого производителя, например, это может быть ИБП мощностью 8,0 кВА / 6,4 кВт.

 

 

Вторым этапом необходимо определить размер аккумуляторного массива, который позволит обеспечить нагрузку мощностью 4,8 кВт питанием в течение 2 часов при отсутствии сети.

Первым шагом необходимо в параметрах ИБП найти указание на КПД работы источника от батарей. Этот параметр часто задаётся обозначением КПД (battery-ac). В нашем случае примем этот показатель равным 90 %, тогда:

 Ракб = Pнагр / КПД(battary-ac) = 4,8 кВт / 0,90 ≈ 5,34 кВт; т.е. массив аккумуляторов в ИБП должен в течение 2 часов отдавать мощность 5340 Вт.

 

Вторым шагом по параметрам ИБП ищем указание на номинальное значение напряжения звена аккумуляторов. Для нашего примера, с привязкой к реальному оборудованию, определим, что Uакб = 480 В. Это значит, что звено батарей может быть построено на 12В-моноблоках в количестве 40 шт.

 

Третьим шагом соотнесём полную мощность массива батарей к количеству составляющих его моноблоков, т.е.:

Рбат = Pакб / Nбат = 5340 Вт / 40 шт. = 133,50 Вт/бат;

 

Четвёртым шагом учтём старение батарей в конце срока службы поправочным коэффициентом, обычно равным 0.8, т.е.:

Рбат(повыш) = Pбат / 0,8 = 133,50 / 0,8 = 166,88 Вт/бат;

 

Для окончательного подбора АКБ, обращаемся к разрядным характеристикам "Вт/час" аккумуляторов того производителя и той серии, которые мы хотим применить. Для того, чтобы первично сориентироваться от какого номинала ёмкостей подбирать батареи вверх, можно применить простой инженерный способ, реализуемый формулой

Cбат ≥ Pакб / Uакб * tчас = 5340 Вт / 480 В * 2 час ≈ 23 Ач; т.е. интересующие нас батареи однозначно находятся в диапазоне от 23 Ач.

 

В результате на втором этапе определяем, что по разрядным характеристикам конкретных батарей, в нашем примере нам необходимо использовать с учётом старения батареи ёмкостью 40 Ач в количестве 40 шт.

 

 

Делаем вывод: для создания бесперебойного питания от 3-фазной сети (~400В / 3Ph+N)  1-фазных потребителей (~230В / 1Ph+N) общей мощностью 6,0 кВА / 4,8 кВт в течение 2 часов после пропадания сети необходимо применить ИБП с выходной мощностью не менее 6,31 кВт в комплекте с аккумуляторным массивом из 40 шт. моноблоков по 40 Ач / 12 В каждый, соединённых в одну последовательную цепочку =480В.

 

Обращайтесь за более детальными консультациями или подбором оборудования.

 

 

 

© POWERSUITE  2000 – 2016  |   СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ  |  на главную  |  к списку статей

email: office@power-suite.ru   |   тел.: +7 (499) 754-84-15

 

|  резервные электростанции  |  источники бесперебойного питания  |  электропитающие установки  |  модульные источники питания  |  трансформаторы  | аккумуляторные батареи  |  системы мониторинга аккумуляторов |  устройства управления двигателями  |  средства автоматизации  |  распределительные щиты и панели  |  устройства защиты от импульсных перенапряжений  | коммутационная аппаратура  | шкафы и стойки  |  контейнеры  |