Схемы электроснабжения помещения: Схема электроснабжения

Содержание

Типовая Схема Электроснабжения Офиса

Данный проект электроснабжения офиса предназначен для инженеров-проектировщиков строительно-монтажных и электромонтажных организаций, монтажников распределительных щитов и электриков, работающих на объектах жилого и коммерческого секторов рынка.

Типовое решение, представленное в материале, может быть взято за основу для Вашего конкретного рабочего проекта, а электрические схемы и компоновки электрощита помогут электрикам квалифицировано и качественно осуществить монтаж оборудования.

Для дизайнеров, предлагающих своим заказчикам не просто дизайн проект помещения, а также и реализацию проекта «под ключ» в сотрудничестве со строительными и монтажными бригадами, статья подскажет, как правильно подготовить смету с ориентацией на бюджет электрической части проекта.

Менеджерам электротехнических компаний, заинтересованным в более профессиональной работе со своими клиентами, статья послужит инструментом дополнительной аргументации.

Данный материал призван помочь с подбором электротехнического оборудования:
— распределительных щитков, автоматических выключателей, УЗО, УЗИП, контакторов, автоматов защиты двигателей, реле неприоритетных нагрузок и т.п.,
— источников бесперебойного питания,
— кабель-каналов, компонентов слаботочной сети, оборудования для организации рабочих мест.
— электроустановочных изделий различных серий.

Проект электроснабжения офиса выполнен максимально приближенным к реальности — с учетом бюджета, применено актуальное оборудование и новые решения Legrand.

Проект включает в себя:
— планы помещений со всеми необходимыми обозначениями,
— трассировку силовых, розеточных, осветительных групп электроснабжения.

— распределение слаботочной сети.
— схемы распределительных щитов.
— схемы подключения электрооборудования,
— спецификацию электрооборудования проекта.

Электропроект выполнен в соответствии с действующими нормативными и регламентирующими документами (ТР ТС. ГОСТ-Р. ПУЭ. СНиП и др.).

Для обеспечения селективности при сверхтоках, в качестве вводного аппарата в распределительном щите XL3160 установлен автоматический выключатель в литом корпусе серии DRX.

Для резервного питания сервера и компьютеров сотрудников, предусмотрен ИБП мощностью 10 кВт.

Защита групповых цепей от перегрузок, коротких замыканий и дифференциальных токов реализована с помощью модульного оборудования серии

DX3.

Нормальный температурный режим и воздухообмен в помещениях обеспечивается с помощью централизованной системы кондиционирования и канального вентилятора с автоматическим выключателем МРХ.

При возникновении пожара и срабатывании пожарной сигнализации, система кондиционирования и вентиляция автоматически отключаются посредством независимых расцепителей, установленных на соответствующих автоматических выключателях.

Для питания компьютеров и подключения их к информационной сети, на рабочих местах предусмотрены соответствующие розетки, установленные в кабельные каналы

DLP и мини-колонну.

Потребители, находящиеся в нерабочее время в режиме standby (например, кулер для воды, принтеры, копировальная техника подключаются к сети через «зеленые» розетки.

Розетки управляются контактором по сигналам программируемого реле. Таким образом, в ночное время, в выходные и праздничные дни эти потребители полностью обесточены и энергопотребление минимизируется.

Электроустановочное оборудование представлено на примере серии Mosaic белого цвета.

Однолинейная схема электроснабжения офиса • Energy-Systems

 

Предназначение однолинейной схемы

Когда происходит вступление в права собственности (купля, продажа и т.п.) любого нежилого помещения (к примеру, купля помещения под офис) – необходимо проектирование однолинейной схемы расчетной или исполнительной. Разница заключается в том, что если помещение имеет уже работающую электроустановку, то проводится проверка электрической сети и создается исполнительная, скажем, схема электроснабжения офиса (фиксируется, в каком состоянии электроустановка находится на данный момент).

Если помещение только построено и не было до этого момента в эксплуатации – выполняется расчет нагрузок, подбираются аппараты защиты. Это означает, что проектируется расчетная схема (в однолинейной расчетной схеме отображается, как будут производиться монтажные работы всей совокупности необходимого электрооборудования).

Очень важно точно и систематично спроектировать однолинейную расчетную схему, так как от этого будет зависеть электрическая и пожарная безопасность объекта. Составление расчетной и исполнительной однолинейных схем осуществляется на основании Строительных Норм и Правил (СНиП), Правил Устройства Электроустановок (ПУЭ) и Правил Технической Эксплуатации Электроустановок Потребителей (ПТЭЭП).

Сведения о выполнении исполнительной схемы

Изначально производится зрительный обзор и исследование электроустановки офиса, в результате чего выдается уже рабочий чертеж электроснабжения, описывается, в каком состоянии на данный момент находится установка, предоставляются рекомендации по устранению дефектов или несоответствий с определенными правилами (если такие имеются).

Бывают случаи, когда при покупке помещения под офис последний его владелец не отдавал новому хозяину документы по электроустановке этого помещения. При этом, если эксплуатационное направление помещения не изменяется (остается под офис), это означает, что общая электрическая однолинейная схема электроснабжения офиса не меняется, благодаря чему, облегчается переутверждение соглашения по энергоснабжению.

Пример проекта электроснабжения офиса

Назад

1из9

Вперед

Новым владельцем предоставляется в Федеральную службу по экологическому, технологическому и атомному надзору, а также в компанию по ТеплоЭнергоСнабжению (энергосбыту) – только исполнительная схема электроснабжения офиса.

Необходимая информация при составлении расчетной однолинейной схемы офиса

Как уже говорилось ранее, расчетная однолинейная схема помещения (офиса) проектируется тогда, когда объект не был ранее в эксплуатации (нет действующей электроустановки). Для выполнения проекта электроснабжения необходимо рассчитать все нагрузки которые будут иметь место, а также подойти очень серьезно к выбору аппарата, необходимого для включения или отключения тока в электрических цепях (выключатель, УЗО, контактор, предохранитель и т.п.), а также к выбору необходимых кабелей и проводников (все комплектации индивидуально подбираются для каждого объекта, исходя из технических и другого рода особенностей помещения).

Обобщив вышеизложенный материал, можно легко понять и удостоверится в крайней, первоочередной необходимости проектирования схемы электроснабжения, купленного вами помещения, например, под офис. Потребность использования именно однолинейной схемы для проектной документации вашего объекта (офиса) заключается в том, что она выступает принципиальной схемой, только выполняется в более простом виде (что очень удобно в ее использовании, при необходимости). Простота ее заключается в том, что все однофазные и трехфазные линии электрических сетей отображаются на чертеже одной линией (дается общая оценка строения и составляющих элементов электрической сети объекта).

К оформлению полноты информационной составляющей однолинейных схем необходимо очень серьезно подходить. Так как, если будет недостаток каких-либо сведений (например, об утратах напряжения или не все нагрузки будут рассчитаны и т.п.) – тогда вы столкнетесь с определенного рода проблемными моментами во время утверждения проекта электроснабжения.

Также нужно учесть тот факт, что принцип проектирования однолинейной исполнительной и расчетной схем офиса практически ничем не отличается от схемы разводки электрики загородного дома, квартиры или другого рода помещений. Разве что существует нюанс, который необходимо учесть при установке приборов учета электроэнергии для жилых частных домов, – приборы учета устанавливаются не внутри здания, а снаружи. Это обусловлено тем, что воздушные линии с напряжением 380 / 220 В находятся очень близко к домам.

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости проектирования сетей электроснабжения:

Онлайн расчет стоимости проектирования

Схема электроснабжения.

Схемы электроснабжения определены в СП 31-110-2003

СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
7.1 Схемы электрических сетей должны строиться исходя из требований, предъявляемых к электробезопасности и надежности электроснабжения электроприемников зданий.
7.2 Количество вводно-распределительных устройств или главных распределительных щитов (ВРУ, ГРЩ), предназначенных для приема электроэнергии от городской сети и распределения ее по потребителям зданий, выбирается по соображениям обеспечения надежности электроснабжения с учетом конструкции здания и по построению схемы внешнего электроснабжения.

В жилых домах ВРУ рекомендуется размещать в средних секциях.
В общественных зданиях ГРЩ или ВРУ должны располагаться у основного абонента независимо от числа предприятий, учреждений и организаций, расположенных в здании.
7.3 В типовых проектах блок-секций жилых домов следует предусматривать планировочные решения, позволяющие изменять местоположение ВРУ при привязке проектов к конкретным условиям застройки.
7.4 У каждого из абонентов, расположенных в здании, должно устанавливаться самостоятельное ВРУ, питающееся от общего ВРУ или ГРЩ здания.
От общего ВРУ допускается питание потребителей, расположенных в других зданиях, при условии, что эти потребители связаны функционально.
7.5 Нагрузка каждой питающей линии, отходящей от ВРУ, не должна превышать 250 А.
7.6 Число стояков в жилых домах высотой 4 этажа и более, схемы их подключения к питающим линиям и ВРУ должны, как правило, соответствовать рекомендациям 7.2.
При превышении нагрузки стояка 250 А стояк следует выполнять состоящим из двух линий.
7.7 Линии питания лифтов, предназначенные для преимущественного использования пожарными подразделениями, должны прокладываться в соответствии с требованиями 7.19 и 14.12 настоящего Свода правил и иметь автономное управление с 1-го этажа (предусматривается в схемах управления лифтами).
7.8 Категория по надежности электроснабжения для питания электроприемников противопожарных устройств должна соответствовать требованиям 5.1.
7.9 При наличии в здании электроприемников, требующих первой категории по степени надежности электроснабжения, рекомендуется выполнять питание всего здания от двух независимых источников с устройством АВР независимо от требуемой степени обеспечения надежности электроснабжения других электроприемников в соответствии с 5.1.
7.10 При отсутствии АВР на вводе в здание питание электроприемников первой категории по надежности электроснабжения следует выполнять от самостоятельного щита (панели) с устройством АВР.
При наличии на вводе аппаратов защиты и управления этот щит (панель) с устройством АВР следует подключать после аппарата управления и до аппарата защиты.
При наличии на вводе автоматического выключателя, выполняющего функции управления и защиты, это подключение должно производиться до автоматического выключателя.
Панели щита противопожарных устройств должны иметь отличительную окраску (красную).
Аппараты защиты и управления линий, питающих противопожарные устройства, расположенные на ВРУ (ГРЩ), должны иметь отличительную окраску (красную).
7.11 Включение и отключение электродвигателей пожарных насосов должно быть местное, непосредственно у электродвигателей. Кроме того, необходимо предусматривать их дистанционное включение со шкафов пожарных кранов.
Управление системами дымоудаления и подпора воздуха должно быть автоматическим и дублироваться дистанционным управлением.
7.12 Питание аварийного освещения должно быть независимым от питания рабочего освещения и выполняться: при двух вводах в здание — от разных вводов, а при одном вводе — самостоятельными линиями, начиная от ВРУ или ГРЩ.
7.13 Распределительные линии сетей рабочего, эвакуационного и освещения безопасности, освещения витрин, рекламы и иллюминации в зданиях должны быть самостоятельными, начиная от ВРУ или ГРЩ.
Сети эвакуационного освещения и освещения безопасности могут быть общими.
7.14 Схемы электрических сетей жилых домов следует выполнять исходя из следующего:
питание квартир и силовых электроприемников, в том числе лифтов, должно, как правило, осуществляться от общих секций ВРУ. Раздельное их питание следует выполнять только в случае, когда расчетом будет подтверждено, что величины размахов изменения напряжения на зажимах ламп в квартирах при включении лифтов выше регламентируемых ГОСТ 13109;
распределительные линии питания вентиляторов дымоудаления и подпора воздуха при пожаре, установленные в одной секции, должны быть самостоятельными для каждого вентилятора, начиная от щита противопожарных устройств ВРУ. При этом соответствующие вентиляторы или шкафы, расположенные в разных секциях, допускается питать по одной линии независимо от числа секций, подключенных к ВРУ.
К одной питающей линии разрешается присоединять несколько стояков, при этом в жилых зданиях высотой более пяти этажей на ответвлении к каждому стояку должен устанавливаться отключающий аппарат.
Освещение лестниц, поэтажных коридоров, вестибюлей, входов в здание, номерных знаков и указателей пожарных гидрантов, огней светового ограждения и домофонов должно питаться линиями от ВРУ. При этом линии питания домофонов и огней светового ограждения должны быть самостоятельными. Питание усилителей телевизионных сигналов, как правило, следует осуществлять самостоятельными линиями от ВРУ.
Силовые электроприемники общедомовых потребителей жилых зданий (лифты, насосы, вентиляторы и т.п.), как правило, должны получать питание от самостоятельной силовой сети, начиная от ВРУ.
7.15 В общественных зданиях от одной линии рекомендуется питать несколько вертикальных участков (стояков) питающей сети освещения. При этом в начале каждого стояка, питающего три и более групповых щитков, следует устанавливать защитный аппарат. Если стояк питается отдельной линией, установка защитного аппарата в начале стояка не требуется.
7.16 Электроустановки торговых предприятий, учреждений бытового обслуживания населения, административно-конторских и других помещений общественного назначения, встроенные в жилые дома, следует питать отдельными линиями от ВРУ (ГРЩ) дома (см. также 16.3 настоящих правил и 7.1 ПУЭ). При этом у каждого потребителя должно устанавливаться самостоятельное ВРУ.
Допускается питание указанных потребителей от отдельного ВРУ.
7.17 Питающие линии холодильных установок предприятий торговли и общественного питания должны быть самостоятельными, начиная от ВРУ или ГРЩ.
7.18 Электроприемники центральных тепловых пунктов (ЦТП) должны питаться не менее чем двумя отдельными линиями от ТП. Не допускается присоединение к этим линиям других электроприемников.
Питание систем диспетчеризации и освещения коллекторов следует выполнять от щитов ЦТП.
7.19 По одной линии следует питать не более четырех лифтов, расположенных в разных, не связанных между собой лестничных клетках и холлах. При наличии в лестничных клетках или в лифтовых холлах двух или более лифтов одного назначения они должны питаться от двух линий, присоединяемых каждая непосредственно к ВРУ или ГРЩ; при этом количество лифтов, присоединяемых к одной линии, не ограничивается. На вводе каждого лифта должен быть предусмотрен аппарат управления и защиты (предусматривается схемой и комплектацией лифта). Рекомендуется установка одного аппарата, совмещающего эти функции.
7.20 На вводах распределительных пунктов и групповых щитков должны устанавливаться аппараты управления.
7.21 Распределение электроэнергии к силовым распределительным щитам, пунктам и групповым щиткам сети электрического освещения следует, как правило, осуществлять по магистральной схеме.
Радиальные схемы следует, как правило, выполнять для присоединения мощных электродвигателей, групп электроприемников общего технологического назначения (например, встроенных пищеблоков, помещений вычислительных центров и т.п.), потребителей I категории по надежности электроснабжения.
7.22 Питание рабочего освещения помещений, в которых длительно могут находиться 600 и более человек (конференц-залы, актовые залы и т.п.), рекомендуется осуществлять от разных вводов, при этом к каждому вводу должно быть подключено около 50 % светильников.
7.23 Отклонения напряжения от номинального на зажимах силовых электроприемников и наиболее удаленных ламп электрического освещения не должны превышать в нормальном режиме ±5 %, а предельно допустимые в послеаварий-ном режиме при наибольших расчетных нагрузках — ±10 %. В сетях напряжением 12-50 В (считая от источника питания, например понижающего трансформатора) отклонения напряжения разрешается принимать до 10 %.
Для ряда электроприемников (аппараты управления, электродвигатели) допускается снижение напряжения в пусковых режимах в пределах значений, регламентированных для данных электроприемников, но не более 15 %.
С учетом регламентированных отклонений от номинального значения суммарные потери напряжения от шин 0,4 кВ ТП до наиболее удаленной лампы общего освещения в жилых и общественных зданиях не должны, как правило, превышать 7,5 %.
Размах изменений напряжения на зажимах электроприемников при пуске электродвигателя не должен превышать значений, установленных ГОСТ 13109.

Электроснабжение жилых зданий

В Европе наиболее широко распространена система TN-S. В России до настоящего времени применялась система TN-С, в которой открытые проводящие части электроустановки (корпуса, кожухи электрооборудования) соединены с заземленной нейтралью источника совмещенным нулевым защитным и рабочим проводником (PEN) — «занулены». Эта система относительно простая и дешевая. Однако она не обеспечивает необходимый уровень электробезопасности.
В жилых зданиях металлические корпуса электрооборудования должны присоединяться к защитным проводникам, а сети штепсельных розеток должны выполняться трехпроводными. Это означает, что в жилых зданиях регламентировано применение систем TN-C-S и TN-S.
Наиболее перспективной для нашей страны является система TN-C-S, позволяющая обеспечить высокий уровень электробезопасности в электроустановках без их коренной реконструкции.
В системах заземления TN-C-S и TN-S электробезопасность потребителя обеспечивается не собственно системами, а возможностью применения в них устройств защитного отключения (УЗО) — самого современного и эффективного электрозащитного средства.
Как правило, электроснабжение жилых зданий осуществляется через главный распределительный щит (ГРЩ) или вводно-распределительное устройство (ВРУ). При этом питание всех потребителей осуществляется от сети напряжением 220/380 В с глухозаземленной нейтралью (система TN-S). В состав ГРЩ входят автомат защиты и устройства управления, позволяющие раздельно отключать потребители электропитания. Мощность ГРЩ выбирается с учетом обеспечения возможности дополнительного подключения внешнего освещения здания, наружной световой рекламы и т. д. В ГРЩ производится распределение напряжения электропитания по групповым потребителям (освещение лестничных площадок, подвалов, чердаков, лифтовое оборудование, пожарная и аварийная сигнализации, жилые помещения и прочее).
Электроснабжение жилых помещений (квартир) осуществляется по стоякам, через УЗО. В свою очередь к питающим стоякам подключаются этажные распределительные щитки, образующие групповую сеть электропитания по квартирам.
В состав этажных электрощитков, как правило, входят электросчетчики, автоматические выключатели и УЗО. Автоматические выключатели сгруппированы по каждой цепи электропитания (освещение, розетки, электроплита, стиральная машина и т. д.). Для равномерной нагрузки на распределительную сеть цепи питания разных квартир подключаются к разным фазным проводникам.
Установка УЗО на действующем жилом объекте с двухпроводными электрическими сетями, где оборудование не имеет защитного заземления, рекомендуется как временная мера повышения уровня электробезопасности и снижения вероятности возникновения пожаров из-за неисправной электропроводки в период до проведения полной реконструкции объекта. На объекте можно устанавливать дифференциальный автоматический выключатель или УЗО. При использовании УЗО необходимо последовательно с ним включить автоматический выключатель — для защиты от сверхтоков.
Схема электроснабжения в двухпроводной сети с применением УЗО показана на рисунке. В качестве УЗО здесь используется дифференциальный автоматический выключатель, установленный на входе линии питания.
Для нормального функционирования УЗО необходимо обеспечить формирование дифференциального тока при возникновении утечки тока на землю. Дифференциальный ток появится только в случае утечки через заземленный проводник, не подключенный к УЗО. Поскольку нейтраль N проходит через УЗО, необходимо до места подключения УЗО разделить проводник PEN на проводники N и РЕ. При этом проводник РЕ должен быть подключен к электрооборудованию непосредственно. Не допускается его размыкание или исполнение в виде временного проводника.

Для объектов нового строительства рекомендована, в частности, система TN-C-S. Она подразумевает заземление металлических корпусов электрооборудования и подключение розеток трехпроводными проводами. УЗО в этом случае должно осуществлять защиту максимального числа линий и оборудования.
При объединении групповых линий для защиты одним УЗО следует учитывать возможность их одновременного отключения. Кроме того, в многоступенчатых схемах необходимо выполнять условия селективности, то есть функции отключения с задержкой, с целью исключения срабатывания вводного УЗО после группового.
На современных объектах индивидуального строительства (коттеджи, дачные дома и т. д.) требуется применение повышенных мер электробезопасности. Это связано с высокой энергонасыщенностью, разветвленностью электрических сетей и спецификой эксплуатации как самих объектов, так и электрооборудования. При выборе схемы электроснабжения типа УЗО и распределительных щитков следует обратить внимание на необходимость использования ограничителей перенапряжений (грозовых разрядников), которые следует устанавливать до УЗО (после вводного диф-автомата, перед счетчиком). Особенно это актуально использовать в жилых домах с питанием по воздушным линиям электропередач.
В индивидуальных домах рекомендуется использовать УЗО с номинальным током, не превышающим 30 мА, для групповых линий, питающих ванные комнаты, душевые и сауны, а также штепсельные розетки (внутри дома, в подвалах, встроенных и пристроенных гаражах). Для линий, обеспечивающих наружную установку штепсельных розеток, применение УЗО с номинальным током, не превышающим 30 мА, обязательно.

Схемы электроснабжения жилых зданий.

Наиболее лучшая и удобная схема питания, обеспечивающая защиту групповых линий отдельным УЗО. Однако сложность схемы требует дополнительных затрат на материалы и монтажные работы.

Однолинейная схема электроснабжения, цена 5000 Тг., заказать в Алматы — Satu.kz (ID#44817210)

Однолинейная схема электроснабжения помещений

Прежде чем начать работы по прокладке электропроводки в помещении или на объекте, необходимо чётко составить подробный план выполняемых действий. Среди инженеров такой план получил название схема электроснабжения. На ней отображаются все основные элементы будущих коммуникаций: линии проводки, расположение розеток, выключателей и т. д. Для работников коммунальных служб или специализированных компаний проще всего, если используется однолинейная схема электроснабжения. На ней весь план проводки отражён «как на ладони», что обеспечивает точность и эффективность при выполнении работ.

Что представляет собой однолинейная схема электроснабжения

 

Как следует из названия, особенностью восприятия такой схемы заключается в том, что чертёж проводки отображается посредством почти исключительно при помощи линий. Это позволяет специалистам быстро разобраться в специфике схемы, составить проект в предельно сжатые сроки и даже разработать несколько независимых друг от друга схем для одного проекта. Главным преимуществом такого принципа планирования является возможность дать специалистам общее представление конструкции схемы электроснабжения. 

В зависимости от целей и задач, которые необходимо решить, однолинейная схема электроснабжения может быть:

  1. Расчётной — когда разработка плана проводится после тщательного изучения всех возможных нагрузок сети.
  2. Исполнительной — когда необходим ремонт или серьёзная модернизация ранее проложенной электропроводки на объекте. 

Где можно заказать разработку однолинейной схемы электроснабжения

Если вы хотите быстро и недорого решить все вопросы с электроснабжением в вашем помещении, обращайтесь в компанию АПК Энерго. Грамотно разработанная однолинейная схема электроснабжения позволит вам использовать все ресурсы без ограничений. 

Разработка однолинейной схемы для помещения специалистами

Однолинейная схема электроснабжения помещений

Прежде чем начать работы по прокладке электропроводки в помещении или на объекте, необходимо чётко составить подробный план выполняемых действий. Среди инженеров такой план получил название схема электроснабжения. На ней отображаются все основные элементы будущих коммуникаций: линии проводки, расположение розеток, выключателей и т. д. Для работников коммунальных служб или специализированных компаний проще всего, если используется однолинейная схема электроснабжения. На ней весь план проводки отражён «как на ладони», что обеспечивает точность и эффективность при выполнении работ.

Что представляет собой однолинейная схема электроснабжения

 

Как следует из названия, особенностью восприятия такой схемы заключается в том, что чертёж проводки отображается посредством почти исключительно при помощи линий. Это позволяет специалистам быстро разобраться в специфике схемы, составить проект в предельно сжатые сроки и даже разработать несколько независимых друг от друга схем для одного проекта. Главным преимуществом такого принципа планирования является возможность дать специалистам общее представление конструкции схемы электроснабжения. 

В зависимости от целей и задач, которые необходимо решить, однолинейная схема электроснабжения может быть:

  1. Расчётной — когда разработка плана проводится после тщательного изучения всех возможных нагрузок сети.
  2. Исполнительной — когда необходим ремонт или серьёзная модернизация ранее проложенной электропроводки на объекте. 

Где можно заказать разработку однолинейной схемы электроснабжения

Если вы хотите быстро и недорого решить все вопросы с электроснабжением в вашем помещении, обращайтесь в компанию АПК Энерго. Грамотно разработанная однолинейная схема электроснабжения позволит вам использовать все ресурсы без ограничений. 

Разработка однолинейных и восстановление схем электроснабжения

Однолинейные схемы электроснабжения – это технический документ, содержащий информацию об основных нагрузках и их показателях, точках подключения объекта, характеристиках питающего кабеля и пр. Основной плюс однолинейных схем электроснабжения заключается в их простом виде. Данный чертеж служит лишь для того, чтобы давать общее представление о конструкции и параметрах сети питания. Таким образом, пользоваться компактной, не содержащей лишних деталей схемой удобно и просто.

Однако стоит понимать, что ошибки и просчеты, допущенные при подготовке чертежа, могут уже при эксплуатации объекта повлечь серьезные последствия, ставя под угрозу электро- и пожарную безопасность здания. Поэтому заниматься разработкой однолинейных схем электроснабжения должны опытные специалисты, отлично разбирающиеся в данном вопросе. Профессионалы учитывают каждый нюанс (количество всех имеющихся нагрузок, маркировку щитов, значение мощности и номиналов автоматов и значение других показаний), что позволяет в будущем гарантировать электро- и пожаробезопасность объекта, а также обеспечить бесперебойную работу всех используемых электроприборов.

При составлении однолинейных схем электроснабжения сотрудники «Детройт-Энерго» четко следуют нормативам ГОСТа и ЕСКД. Разработка чертежей возможна как для уже существующих объектов (при утрате или при изменении назначения объекта, без изменения внешней схемы и категории надежности электроснабжения объекта), так и для тех, что присоединяются к электрическим сетям впервые.

Стоимость разработки однолинейной схемы электроснабжения зависит в первую очередь от площади помещения. Еще стоит учитывать целевое назначение помещения – не всегда цена работ прямо пропорциональна размерам объекта. К примеру, составление однолинейной схемы электроснабжения для маленького цеха, где много потребителей с высокими пусковыми токами, обойдется дороже, чем для большого склада, где из оборудования – только лампочки и розетки.

Также на формирование стоимости влияет этап согласования – для разных служб может применяться разная надбавка, в зависимости от сложности утверждения в них проекта.

Опираясь на свои обширные профессиональные знания и многолетний опыт, наши специалисты выполняют работу качественно и оперативно. Мы четко соблюдаем заявленные сроки, предлагаем привлекательную стоимость на все виды услуг.

Как разработать безопасный и отказоустойчивый источник питания для серверной

Конструкция блока питания — одно из ключевых решений, которое необходимо принимать при строительстве нового серверного помещения или при ремонте существующего. Есть несколько элементов, которые следует учитывать даже для стоечного шкафа с одним стеком, если вы хотите, чтобы ваша серверная установка могла работать при перебоях в подаче электроэнергии.

Когда мы говорим о критическом пути питания в центре обработки данных, мы смотрим на электроснабжение здания, идущее от входа в здание до распределительного щита низкого напряжения и вспомогательных распределительных панелей, к источникам бесперебойного питания и блокам распределения питания (PDU), к которым подключены критические ИТ-нагрузки.

Обеспечение устойчивости

Устойчивость — это способность установки быть доступной и работать независимо от состояния неисправности. При проектировании системы электропитания важно учитывать любые единичные точки отказа и устранять их, добавляя в той или иной форме избыточность. В идеальном мире каждая система и компонент в критическом тракте питания должны иметь резервирование как минимум N + 1, но это не всегда возможно по нескольким причинам, включая начальные капитальные затраты (CAPEX) и эксплуатационные расходы (OPEX), включая текущее обслуживание и техническое обслуживание. .

Электроэнергия на вход в здание подается от местной подстанции. Входной модуль здания подключен к низковольтному распределительному щиту, от которого питаются электрические цепи в здании. В центрах обработки данных с высоким временем безотказной работы часто упоминаются поставки A и B. Центр обработки данных типа Tier-4, как определено Uptime Institute, будет включать несколько уровней резервирования, включая источники питания A и B, получаемые от отдельных трансформаторов подстанции.

Для большинства серверных это не вариант.Устойчивость начинается с системы ИБП и того, как она поддерживается.

Установка системы ИБП

Источник бесперебойного питания для серверной комнаты может быть установлен в централизованной или децентрализованной конфигурации. В централизованной установке система ИБП снабжает всю серверную комнату через распределительную панель, к которой подключены все критические электрические цепи. В децентрализованном или распределенном плане защиты электропитания отдельные системы ИБП используются для защиты отдельных цепей или систем в пространстве серверной.

Есть два способа добавить в конструкцию дополнительную устойчивость. Первый — использовать конфигурацию с параллельным резервированием N + X. Это может быть достигнуто путем установки и параллельной работы двух или более систем ИБП. В конфигурации «x» обозначает количество установленных дополнительных систем ИБП. В двухсистемной или модульной установке у нас есть конфигурация N + 1 с параллельным / резервированием.

Две системы ИБП с моноблоком имеют общий канал связи через параллельные платы, установленные в каждую.Микропрограммное обеспечение ИБП координирует их работу, так что они либо распределяют нагрузку через общий выход, либо один действует как ведущий, а другой — как ведомый. Если главный ИБП поддерживает нагрузку, подчиненная система готова взять на себя управление в случае перегрузки или неисправности основного ИБП.

Модульные системы ИБП

Модульные источники бесперебойного питания

по умолчанию предназначены для установки в конфигурации N + X. Моноблочные системы ИБП могут работать как отдельные автономные ИБП.Модульные системы ИБП включают в себя каркас, в который помещаются модули ИБП для параллельного увеличения выходной мощности и / или обеспечения устойчивости по схеме N + X. Большинство производителей ИБП предлагают трехфазные модули мощностью около 25-50 кВт, и этого может быть достаточно для серверных комнат среднего и большого размера. Дополнительной особенностью этого типа компоновки является то, что модульная рама ИБП по размеру аналогична корпусу серверной стойки. ИБП вертикально масштабируется, чтобы снизить потребность в занимаемой площади.

Автоматические переводы

Доступны три типа топологий ИБП, включая автономный (резервный), линейно-интерактивный и интерактивный.Интерактивные ИБП являются наиболее подходящим типом источников бесперебойного питания для серверной, поскольку они включают автоматический переключатель резерва как часть своей выходной цепи. Это может быть статический переключатель передачи или релейный переключатель.

Автоматический переключатель байпаса обеспечивает некоторый уровень устойчивости установки. Схема отслеживает форму выходного сигнала источника бесперебойного питания. Если формы сигналов напряжения и тока начинают сжиматься, это указывает либо на перегрузку на выходе, либо на внутреннюю неисправность.В любом из этих случаев автоматический байпас переключает выходную нагрузку (обычно ИТ-серверы, подключенные к PDU) на источник питания от сети до тех пор, пока не будет устранена перегрузка или сбой ИБП.

Автоматические переключатели (ATS) или статические переключатели (STS) также могут быть установлены перед критической нагрузкой. АВР основан на реле, что означает небольшой перерыв в несколько миллисекунд при переключении между одним из двух источников питания (A и B). Два источника питания могут быть одной системой ИБП и источником питания от сети, выходами от двух отдельных систем ИБП или их комбинацией.STS дороже, поскольку включает в себя полупроводниковую переключающую электронику, но это можно компенсировать тем фактом, что этот тип устройства не имеет разрывов при переключении между выходами.

Генераторы резервного питания и резервного питания

Батарея, установленная вместе с системой ИБП, должна обеспечивать заданное количество энергии во время работы в течение заданного периода времени. Батареи ИБП никогда не разрядятся полностью при отключении сетевого питания. Это сделано для предотвращения состояния «глубокой разрядки», из которого батареи могут не восстановиться.Если подача питания от сети будет восстановлена ​​до того, как будет достигнут предел отключения батареи, подключенные нагрузки будут отключены.

Эту проблему можно решить с помощью установки локального резервного генератора электроэнергии. Генератор добавляет уровень устойчивости к критическому пути питания и резервирование комплекта батарей. Типичный генератор имеет встроенный дневной резервуар, который может обеспечить до 8 часов в режиме ожидания. При установке с системой ИБП батарея ИБП используется только для покрытия периода включения генератора, который может занять несколько секунд для ускорения до стабильного электрического выхода с точки зрения напряжения и частоты.Система ИБП синхронизируется с источником питания генератора, который затем используется для питания инвертора. Аккумулятор заряжен.

Сводка

При относительно небольшом бюджете можно обеспечить отказоустойчивость в конструкции источника питания серверной комнаты. Последняя единственная точка отказа, которую необходимо учитывать, — это блоки PDU, к которым подключены критически важные серверы и ИТ-нагрузки. PDU должны быть интеллектуальными или интеллектуальными PDU со встроенной защитой от перегрузки в виде автоматического выключателя и с индивидуальным управлением розетками.Для дополнительной безопасности и отказоустойчивости сами ИТ-серверы могут быть установлены с двойными источниками питания A и B, взятыми из защищенных источников бесперебойного питания A и B в пределах критического пути питания.

Топология питания центра обработки данных

Электропитание центра обработки данных, электропитание серверного зала и управление электропитанием компьютерного зала

Эффективные конфигурации электропитания центра обработки данных
Многие центры обработки данных возникли еще до того, как отрасль сфокусировалась на эффективных технологиях.Первоначальные затраты и время безотказной работы были в центре внимания от проектирования до выбора технологии и установки, потому что мощность не была основным расходом, а доступность энергии не принималась во внимание. Обеспокоенность расходами, связанными с потреблением энергии и влиянием центра обработки данных на окружающую среду, не вошла в корпоративное сознание.

Сегодня энергия — это проблема, большая проблема. Центры обработки данных в США потребили 61 миллиард кВтч электроэнергии в 2006 году и примерно 70+ миллиардов кВтч электроэнергии в 2010 году, в то время как примерно 70% электроэнергии в США.С. образуется за счет ископаемого топлива. Экономические и экологические последствия делают некоторые устаревшие конструкции серверных комнат неуместными и расточительными. Унаследованная архитектура распределения питания 480–208 В является ярким примером. Компоненты (ИБП, PDU и блок питания сервера) устарели и теряют примерно 40% входящей электроэнергии во время преобразования и распределения.

В свою защиту этот подход к распределению мощности был разработан с учетом минимального диапазона мощности. Его неэффективность усиливается в контексте инсталляций с высокой плотностью установки, где нагрузка на стойку предположительно может затмить 30 кВт.

Улучшенное распределение питания переменного тока
Центры обработки данных больше не могут позволить себе тратить 40% входящей электроэнергии. По этой причине они исследуют новые энергетические технологии и схемы распределения. Современные архитектуры достигают общей эффективности 80-90%; согласно Green Grid, существует разница в 4% между наиболее и наименее эффективными. Кроме того, кривые производительности для нового оборудования круче и лучше выдерживаются на кривой нагрузки, что делает их значительно лучше при более легких нагрузках.

Некоторые типовые схемы распределения переменного тока:
Распределение питания 480–208 В (в настоящее время)
Современная конструкция распределения 480–208 В такая же, как и у его предшественника, за исключением того, что в нем используются компоненты с высочайшей эффективностью, представленные сегодня на рынке. Общий КПД, в зависимости от нагрузки, колеблется в пределах 80% -85%, что является значительным улучшением по сравнению с устаревшей конструкцией компьютерного зала.

Распределение питания 600–208 В
600–208 В наиболее часто используется в Канаде и очень напоминает современную схему на 480–208 В.Единственная разница — более высокое входное напряжение ИБП. Общий КПД конструкции также находится в пределах 80-85%.

Распределение питания 480 В / 277 В
Эта схема питания распределяет электроэнергию по трехфазной схеме «звезда» при напряжении 277 В между фазой и нейтралью при трехфазном питании 480 В. Вместо того, чтобы снижаться до 208 В, напряжение через PDU остается постоянным, что повышает эффективность конструкции. Эта схема распределения питания обеспечивает КПД от 85 до 90% в зависимости от нагрузки и считается эквивалентом в США 400/230 В и 415/240 В, хотя в настоящее время серверные блоки питания недоступны для приема 277 В.

Распределение питания 415 В / 240 В
Эта конструкция обычно используется за пределами США. Поскольку на большинстве объектов в США доступно 480/277 В, им придется преобразовать их в 415 В на уровне ИБП. Эта схема является еще одним подходом с высоким КПД, позволяющим достичь КПД 85–90% в зависимости от нагрузки.


Распределение постоянного тока для серверной

В последние несколько лет наблюдается возобновление интереса к распределению постоянного тока (DC) по центру обработки данных и серверной комнате.Есть несколько точек, включая ИБП и источники питания серверов, где входящая мощность переменного тока преобразуется в постоянный ток. При каждом преобразовании возникают убытки, серьезность которых зависит от оборудования. Сторонники видят в распределении мощности постоянного тока способ минимизировать электрические потери, тем самым обеспечивая более эффективную конструкцию.

Вот некоторые схемы распределения питания постоянного тока:
Распределение питания от 480 до 48 В постоянного тока
Схема распределения питания 48 В постоянного тока наиболее распространена в телекоммуникационных системах.Он достигает КПД 85% -90% в зависимости от нагрузки.

Распределение питания 480Vac-575Vdc-48Vdc
Эта конструкция распределяет мощность 575Vdc от ИБП, чтобы минимизировать потери в распределительных кабелях и затраты. Уровни эффективности, как и у большинства других современных конструкций, колеблются от 80% до 85% в зависимости от нагрузки.

Распределение питания 480Vac-380Vdc
Эта конструкция распределяет 380Vdc на источник питания сервера, обеспечивая большую эффективность и минимизируя потери в распределительных кабелях.Он достигает 90% при 30-50% мощности, при этом общий КПД немного снижается по мере приближения нагрузки к полной. 380 В постоянного тока широко обсуждается в отрасли. Марк Монро, бывший директор Sun Microsystems по устойчивым вычислениям, сказал по этой теме следующее: «Итак, мы решили запустить центр обработки данных при напряжении 380 вольт постоянного тока. В настоящее время питание постоянного тока более опасно, чем питание переменного тока, поэтому возникают проблемы с безопасностью, и нам было трудно найти электриков для подключения источника постоянного тока на 380 вольт ».

Если у Sun возникли трудности с поиском квалифицированных электриков, разумно предположить, что большинство профессионалов центров обработки данных не имеют опыта работы в области 380 В постоянного тока.Отсутствие обученного персонала может представлять угрозу безопасности для тех, кто работает с силовыми компонентами.

Заключение
Доступны новые усовершенствованные технологии, повышающие эффективность распределения электроэнергии в серверных. Последние системы ИБП и PDU достигают эффективности в 90-е годы, в то время как некоторые серверные блоки питания достигли или превысили девяностый процентиль.

Однако эти лучшие в своем классе технологии могут резко контрастировать с оборудованием, уже имеющимся в центре обработки данных.В официальном документе от 2008 года Национальная лаборатория Лоуренса Беркли оценила, что «типичная система переменного тока в сегодняшнем центре обработки данных будет иметь ИБП с эффективностью около 85% и источниками питания с КПД около 73%». Для этих существующих центров обработки данных остается вопрос: с точки зрения сложности и стоимости, насколько возможно для старого центра обработки данных использовать систему распределения электроэнергии следующего поколения?

Самое простое упражнение — обновление оборудования. Если организация из-за налоговых льгот или корпоративного протокола обновляет свое оборудование каждые 3-5 лет, новейшие серверные продукты могут поставляться с высокоэффективными источниками питания.Если прогнозы LBNL верны, улучшенные источники питания окажут заметное влияние на общую эффективность распределения мощности.

Распределение постоянного тока

, о котором говорится в техническом документе LBNL, кажется, наиболее подходящим для новых или специализированных приложений центров обработки данных. Несмотря на то, что это наиболее эффективный из рассмотренных выше проектов, полный переход на распределение постоянного тока нецелесообразен для существующего центра обработки данных. И прежде чем распределение энергии постоянного тока станет жизнеспособным для нового объекта, особенно для высокоэффективной конструкции 380 В постоянного тока, рынок должен поддержать это.Нет продуктов для распределения питания в стойке или производителей серверов, поддерживающих питание 380 В постоянного тока (хотя некоторые из них доступны при напряжении электросвязи 48 В постоянного тока).

Одна из 10 лучших рекомендаций Data Center Pulse, группы конечных пользователей, требовала, чтобы блоки питания сервера поддерживали 277 В переменного тока, что устранит потери в промежуточном трансформаторе между ИБП и нагрузкой. 277 В — это напряжение между фазой и нейтралью при трехфазном питании 480 В. Кроме того, известный производитель источников питания / охлаждения считает, что всемирный стандарт 400/230 В переменного тока будет соперничать с лучшими конструкциями постоянного тока по эффективности и будет намного менее сложен в эксплуатации.

Извлеченный урок состоит в том, что любое улучшение компонентов в стандартной конструкции 480–208 В переменного тока приводит к повышению эффективности. Однако текущее изменение схемы распределения электроэнергии может оказаться непрактичным для существующей серверной комнаты из-за сложности, а также риска и стоимости длительного простоя. Новый центр обработки данных может воспользоваться преимуществами последних достижений в области продуктов и архитектур.

Подробнее о Power

Ссылки
Национальная лаборатория Лоуренса Беркли.(2008). Электропитание постоянного тока для повышения эффективности центра обработки данных. Беркли: Национальные лаборатории Лоуренса Беркли: http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/EETD-DC-power.html

Рассмуссен, Н. (2007). Электропитание переменного и постоянного тока для центров обработки данных. Получено 2 марта 2009 г. с корпоративного сайта APC: http://www.apc.com/whitepaper/?wp=63

.

Sun Microsystems. (2007, март). Sun Microsystems строит энергоэффективные центры обработки данных. Получено 23 марта 2009 г. с сайта Sun Microsystems: http://www.oracle.ru / us / корпоративное / гражданство / устойчивость / центры обработки данных / index.html

Зеленая сетка. (2008, 1 декабря). Количественный анализ эффективности конфигураций распределения электроэнергии для центров обработки данных. Получено 10 марта 2009 г. из The Green Grid: http://www.thegreengrid.org/Global/Content/white-papers/Quantitative-Efficiency-Analysis

.

Server Technology, Inc. (21 августа 2008 г.). Трехфазное питание в дата-центре. Получено 17 марта 2009 г. с сайта www.ServerTech.com http: //cdn1.servertech.ru / assets / documents / documents / 236 / original / 3-Phase_Power_in_the_Data_Center.pdf

Управление источниками питания — принципы, проблемы и детали

Введение

Разработчики источников питания используют гибкие схемы контроля, последовательности и настройки питания для управления своими системами. В этой статье рассказывается, почему и как.

Мониторинг и управление растущим числом шин напряжения питания были жизненно важны для безопасности, экономии, долговечности и правильной работы электронных систем в течение многих лет, особенно для систем, использующих микропроцессоры.Определение того, находится ли шина напряжения выше порогового значения или в пределах рабочего окна — и включается или выключается это напряжение в правильной последовательности по отношению к другим шинам — имеет решающее значение для эксплуатационной надежности и безопасности.

Существует множество методов для решения различных аспектов этой проблемы. Например, простая схема, использующая прецизионный резистивный делитель, компаратор и эталон, может использоваться для определения того, находится ли напряжение на шине выше или ниже определенного уровня. В генераторах сброса , таких как ADM803, эти элементы объединены с элементом задержки для удержания устройств, таких как микропроцессоры, специализированные ИС (ASIC) и процессоры цифровых сигналов (DSP), в сброс при включении питания .Этот уровень мониторинга подходит для многих приложений.

Там, где необходимо контролировать несколько шин, несколько устройств (или многоканальных компараторов и связанных с ними схем) используются параллельно, но увеличивающиеся возможности требуют мониторинга ИС, которые делают больше, чем простое сравнение пороговых значений.

Например, рассмотрим общее требование для последовательности источников питания: производитель FPGA (программируемой вентильной матрицы) может указать, что напряжение ядра 3,3 В должно подаваться за 20 мс до 5-VI / O (вход / выход). ) напряжения, чтобы избежать возможных повреждений при включении устройства.Выполнение таких требований к последовательности может иметь такое же решающее значение для надежности, как и поддержание напряжения питания и температуры устройства в заданных рабочих пределах.

Также резко увеличилось количество шин питания во многих приложениях. Сложные дорогие системы, такие как коммутаторы LAN и базовые станции сотовой связи, обычно имеют линейные карты с 10 или более шинами напряжения; но даже чувствительные к стоимости потребительские системы, такие как плазменные телевизоры, могут иметь до 15 отдельных шин напряжения, многие из которых могут требовать контроля и упорядочения.

Многие высокопроизводительные ИС теперь требуют нескольких напряжений. Например, отдельные напряжения ядра и ввода / вывода являются стандартными для многих устройств. В верхней части DSP может потребовать до четырех отдельных источников питания на устройство. Во многих случаях множество устройств с несколькими источниками питания могут сосуществовать в одной системе, содержащей FPGA, ASIC, DSP, микропроцессоры и микроконтроллеры (а также аналоговые компоненты).

Многие устройства имеют стандартные уровни напряжения (например, 3,3 В), в то время как другим может потребоваться напряжение, зависящее от устройства.Кроме того, может потребоваться независимая установка определенного стандартного уровня напряжения во многих местах. Например, могут потребоваться отдельные аналоговые и цифровые источники питания, такие как 3,3 В ANALOG и 3,3 В DIGITAL . Многократная генерация одного и того же напряжения может потребоваться для повышения эффективности (например, шины памяти, работающие на сотни ампер) или для удовлетворения требований к последовательности (3,3 В A и 3,3 В B необходимы отдельным устройствам в разное время).Все эти факторы способствуют распространению источников напряжения.

Мониторинг и последовательность напряжения могут стать довольно сложными, особенно если система должна быть спроектирована так, чтобы поддерживать последовательность включения, последовательность отключения питания и множественные реакции на все возможные неисправности на различных шинах питания в разных точках во время работы. Центральный контроллер управления питанием — лучший способ решить эту проблему.

По мере увеличения напряжения питания возрастает вероятность того, что что-то пойдет не так.Риск увеличивается пропорционально количеству расходных материалов, количеству элементов и сложности системы. Внешние факторы также увеличивают риск. Если, например, основная ASIC не полностью охарактеризована во время первоначального проектирования, разработчик источника питания должен взять на себя обязательство установить пороговые значения для контроля напряжения и временные последовательности, которые могут изменяться по мере разработки спецификаций ASIC. Если требования изменятся, возможно, придется пересмотреть печатную плату — с очевидными последствиями для графика и затрат.Кроме того, спецификации напряжения питания для некоторых устройств могут изменяться в процессе их разработки. В таких обстоятельствах способ быстрой регулировки источников питания был бы полезен любому центральному администратору энергосистемы. Фактически, гибкость для контроля, последовательности и регулировки шин напряжения в таких системах является жизненно необходимой.

Оценка устойчивости выбранной защиты от сбоев и временной последовательности может быть значительной задачей, поэтому устройство, упрощающее этот процесс, ускорит оценку платы и сократит время вывода на рынок.Регистрация неисправностей и оцифрованные данные о напряжении и температуре являются полезными функциями как в полевых условиях, так и на всех этапах проектирования от ранней разработки печатной платы до оценки прототипа.

Базовый мониторинг

На рис. 1 показан простой метод контроля нескольких шин напряжения с использованием компаратора ADCMP354 и эталонной ИС. Для каждой рейки используется индивидуальная схема. Резистивные делители уменьшают напряжение, устанавливая точку срабатывания при пониженном напряжении для каждого источника питания. Все выходы связаны вместе для генерации общего сигнала с хорошим энергопотреблением .

Рис. 1. Обнаружение пониженного напряжения на основе компаратора с общим выходом «power-good» для системы с тремя источниками питания.

Базовая последовательность

На рисунке 2 показано, как можно реализовать базовую последовательность операций с дискретными компонентами, используя логические пороги вместо компараторов. Шины 12 В и 5 В были созданы в другом месте. Необходимо ввести временную задержку, чтобы гарантировать правильную работу системы. Это достигается за счет использования комбинации резистор-конденсатор (RC) для медленного увеличения напряжения затвора на n-канальном полевом транзисторе последовательно с источником питания 5 В.Значения RC выбираются таким образом, чтобы обеспечить достаточную задержку времени до того, как полевой транзистор достигнет порогового значения напряжения и начнет включаться. Шины 3,3 В и 1,8 В генерируются регуляторами с малым падением напряжения (LDO) ADP3330 и ADP3333. Время включения этих напряжений также определяется RC-цепочками. Никаких серийных полевых транзисторов не требуется, поскольку RC управляет выводом выключения (/ SD) каждого LDO. Значения RC выбираются так, чтобы обеспечить достаточные временные задержки ( t 2 , t 3 ) до того, как напряжения на выводах / SD поднимутся выше своих пороговых значений.

Рис. 2. Базовая дискретная последовательность для системы с четырьмя источниками питания.

Этот простой и недорогой подход к упорядочиванию источников питания требует небольшой площади на плате и вполне приемлем во многих приложениях. Он подходит для систем, в которых стоимость является основным фактором, требования к последовательности просты, а точность схемы последовательности не является критичной.

Но во многих ситуациях требуется более высокая точность, чем это доступно с RC цепями запаздывания. Кроме того, это простое решение не позволяет устранять неисправности структурированным образом (например,g., сбой питания 5 В в конечном итоге приведет к выходу из строя других шин).

Секвенирование с помощью ИС

На рис. 3 показано, как микросхемы упорядочивания питания ADM6820 и ADM1086 могут использоваться для точного и надежного упорядочивания шин питания в аналогичной системе. Внутренние компараторы обнаруживают, когда напряжение на шине превышает точно установленный уровень. Выходы утверждаются после программируемых задержек включения, что позволяет регуляторам ADP3309 и ADP3335 в желаемой последовательности. Пороги устанавливаются соотношениями сопротивлений; задержка устанавливается конденсатором.

Рисунок 3. Последовательность работы системы с четырьмя источниками питания с ИС для мониторинга.

Доступен широкий выбор ИС для упорядочивания источников питания. Некоторые устройства имеют выходы, которые можно использовать для непосредственного включения силовых модулей, и доступны многочисленные конфигурации выходов. Некоторые из них включают в себя встроенные генераторы напряжения с накачкой заряда . Это особенно полезно для низковольтных систем, которым необходимо упорядочить шины, которые генерируются вверх по потоку, но не имеют источника высокого напряжения, такого как шина 12 В, для управления затвором полевого транзистора с каналом n .Многие из этих устройств также имеют разрешающие контакты, позволяющие внешнему сигналу — от кнопочного переключателя или контроллера — перезапустить последовательность или отключить управляемые направляющие, когда это необходимо.

Интегрированное управление энергосистемой

В некоторых системах так много шин питания, что дискретные подходы, использующие большое количество ИС и устанавливающие временные и пороговые уровни с помощью резисторов и конденсаторов, становятся слишком сложными и дорогостоящими и не могут обеспечить адекватную производительность.

Рассмотрим систему с восемью шинами напряжения, для которой требуется сложная последовательность включения питания.Каждую рейку необходимо контролировать на предмет повреждений при пониженном и повышенном напряжении. В случае неисправности все напряжения могут быть отключены, или может быть инициирована последовательность отключения питания, в зависимости от механизма отказа. Действия должны выполняться в зависимости от состояния сигналов управления, а флаги должны генерироваться в зависимости от состояния источников питания. Реализация схемы такой сложности с дискретными устройствами и простыми ИС может потребовать сотен отдельных компонентов, огромного пространства на плате и значительных совокупных затрат.

В системах с четырьмя или более напряжениями может иметь смысл использовать централизованное устройство для управления источниками питания. Пример этого подхода можно увидеть на рисунке 4.

Рис. 4. Централизованное решение для контроля последовательности и мониторинга для системы с восемью источниками питания.

Централизованный мониторинг и последовательность

Семейство ADM106x Super Sequencer продолжает использовать компараторы, но с некоторыми важными отличиями. Для каждого входа выделено два компаратора, поэтому можно реализовать обнаружение пониженного и повышенного напряжения, обеспечивая тем самым оконный мониторинг шин, созданных преобразователями постоянного тока ADP1821 и ADP2105 и LDO ADP1715.Ошибка пониженного напряжения — это нормальное состояние шины перед подачей питания, поэтому эта индикация используется для определения последовательности. Состояние перенапряжения обычно указывает на критическую неисправность — например, короткое замыкание полевого транзистора или катушки индуктивности — и требует немедленных действий.

Системы с большим количеством расходных материалов обычно имеют большую сложность и, следовательно, имеют более жесткие ограничения по точности. Кроме того, установка точных пороговых значений с помощью резисторов становится сложной задачей при более низких напряжениях, таких как 1,0 В и 0,9 В. Хотя допуск 10% может быть приемлемым для шины 5 В, этот допуск обычно недостаточен для шины 1 В.ADM1066 позволяет устанавливать пороги компаратора входного детектора в пределах 1% наихудшего случая, независимо от напряжения (всего 0,6 В) — и во всем диапазоне температур устройства. Он добавляет к каждому компаратору внутреннюю фильтрацию сбоев и гистерезис. Его логические входы могут использоваться для запуска последовательности включения питания, отключения всех шин или выполнения других функций.

Информация из банка компараторов, поступающая в мощный и гибкий ядро ​​сценической машины, может быть использована для различных целей:

Последовательность: Когда выходное напряжение недавно включенного источника питания попадает в окно, может быть запущена временная задержка для включения следующей шины в последовательности включения питания.Возможна сложная последовательность, с несколькими последовательностями включения и выключения, или совершенно разными последовательностями для включения и выключения питания.

Тайм-аут: Если задействованная шина не включается должным образом, можно предпринять соответствующие действия (например, создание прерывания или выключение системы). Чисто аналоговое решение просто зависло бы в этой точке последовательности.

Мониторинг: Если напряжение на какой-либо шине выходит за пределы предустановленного окна, можно предпринять соответствующие действия — в зависимости от неисправной шины, типа возникшей неисправности и текущего режима работы.Системы с более чем пятью источниками питания часто дороги, поэтому комплексная защита от сбоев имеет решающее значение.

Встроенная подкачка заряда используется для генерации примерно 12 В управления затвором, даже если максимальное доступное напряжение системы составляет всего 3 В, что позволяет выходам напрямую управлять полевыми транзисторами серии n . Дополнительные выходы включают или отключают преобразователи или регуляторы постоянного тока в постоянный, позволяя выходу внутренне подтягиваться к одному из входов или к регулируемому напряжению на плате.Выходы также могут быть заявлены с открытым стоком. Выходы также могут использоваться как сигналы состояния, такие как power good или power-on reset. При необходимости светодиоды состояния могут управляться напрямую с выходов.

Корректировка предложения

В дополнение к мониторингу нескольких шин напряжения и обеспечению решения для сложной последовательности, интегрированные устройства управления питанием, такие как ADM1066, также предоставляют инструменты для временной или постоянной регулировки напряжения отдельных шин.Выходное напряжение преобразователя или регулятора постоянного тока может быть изменено путем регулировки напряжения на узле подстройки или обратной связи этого устройства. Обычно резистивный делитель между выходом и землей модуля устанавливает номинальное напряжение на выводе подстройки / обратной связи. Это, в свою очередь, устанавливает номинальное выходное напряжение. Простые схемы, включающие переключение дополнительных резисторов или управление переменным сопротивлением в контуре обратной связи, изменят напряжение подстройки / обратной связи и, следовательно, отрегулируют выходное напряжение.

ADM1066 оснащен цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП) для прямого управления узлом подстройки / обратной связи.Для максимальной эффективности эти ЦАП не работают между землей и максимальным напряжением; вместо этого они работают через относительно узкое окно с центром на номинальном уровне подстройки / обратной связи. Значение ослабляющего резистора масштабирует инкрементное изменение на выходе силового модуля с каждым изменением младшего разряда ЦАП. Эта регулировка разомкнутого контура обеспечивает уровни увеличения и уменьшения запаса, эквивалентные тем, которые получаются при цифровом переключении сопротивления в опорной цепи, и будет регулировать выходной сигнал с аналогичной точностью.

ADM1066 также включает 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для измерения напряжения питания, поэтому может быть реализована схема регулировки напряжения питания с обратной связью. При заданной настройке выхода ЦАП выходное напряжение силового модуля оцифровывается АЦП и сравнивается с заданным напряжением в программном обеспечении. Затем можно настроить ЦАП для калибровки выходного напряжения как можно ближе к целевому напряжению. Эта схема с обратной связью обеспечивает очень точный метод регулировки подачи.При использовании метода с обратной связью точность внешних резисторов не имеет значения. На рисунке 4 выходное напряжение DC-DC4 регулируется одним из ЦАП на кристалле.

Есть два основных применения схемы регулирования подачи. Первый — это концепция , на которой запасы источников питания, то есть проверка реакции системы на работу источников питания на границах указанного диапазона напряжения питания оборудования. Производители оборудования для передачи данных, телекоммуникаций, сотовой инфраструктуры, серверов и сетей хранения данных должны тщательно тестировать свои системы перед отправкой конечным клиентам.Все источники питания в системе должны работать с определенным допуском (например, ± 5%, ± 10%). Маржа позволяет отрегулировать все расходные материалы на борту до верхнего и нижнего пределов допустимого диапазона с проведением тестов для обеспечения правильной работы. Централизованное устройство управления питанием с возможностью регулировки питания можно использовать для выполнения этого испытания на запас, при этом сводя к минимуму потребность в дополнительных компонентах и ​​площади печатной платы, необходимой для выполнения функции, которая требуется только один раз — во время испытания запаса на испытательном полигоне производителя.

Четыре- углов Тестирование, т. Е. Тестирование в рабочем диапазоне напряжения и температуры оборудования, часто требуется, поэтому ADM1062 объединяет измерение температуры и обратное считывание в дополнение к схеме запаса источника питания с обратной связью.

Второе применение схемы регулировки подачи — это компенсация колебаний подачи системы в полевых условиях. У таких различий много причин. В краткосрочной перспективе довольно часто напряжения незначительно изменяются при изменении температуры.В долгосрочной перспективе значения некоторых компонентов могут незначительно изменяться в течение срока службы продукта, что может привести к дрейфу напряжения. Цепи АЦП и ЦАП можно активировать периодически (например, каждые 10, 30 или 60 секунд) в сочетании с циклом программной калибровки, чтобы поддерживать напряжение там, где оно должно быть.

Гибкость

ADM1066 имеет встроенную энергонезависимую память, что позволяет его перепрограммировать столько раз, сколько необходимо, в то время как потребности системы в последовательности и мониторинге развиваются в процессе разработки.Это означает, что проектирование аппаратного обеспечения может быть завершено на ранней стадии процесса прототипа, а оптимизация мониторинга и последовательности может выполняться по мере выполнения проекта.

Такие функции, как цифровое измерение температуры и напряжения, упрощают и ускоряют процесс оценки. Инструменты маржирования позволят регулировать шины напряжения во время цикла разработки. Таким образом, в ситуации, когда ключевой ASIC, FPGA или процессор также находятся в разработке, а уровни напряжения питания или требования к последовательности находятся в постоянном изменении по мере поставки новых версий кремния, простую настройку можно выполнить через графический интерфейс программного обеспечения. .Таким образом, устройство управления питанием можно перепрограммировать за несколько минут, чтобы учесть изменения, без необходимости физического изменения компонентов на плате или, что еще хуже, перепроектирования оборудования.

Заключение

Растущее количество шин напряжения и появление последовательности источников питания повысили требования к проектировщикам питания во всех видах устройств и систем — от ноутбуков, телевизионных приставок и автомобильных систем до серверов и хранилищ, сотовой связи. базовые станции и системы Интернет-маршрутизации и коммутации.Также представляют интерес более строгие процедуры тестирования, новые уровни сбора информации и быстрое и простое программирование, особенно в системах среднего и высокого уровня. Для повышения устойчивости и надежности, а также для добавления этих жизненно важных новых функций доступно множество новых интегральных схем управления питанием, которые помогают решать эти проблемы безопасно, эффективно и с минимальной площадью платы, сокращая при этом время вывода на рынок.

Консультации — Специалист по спецификациям | Как спроектировать заземленную систему электроснабжения

Цели обучения:

  • Поймите разницу между заземленными и незаземленными системами.
  • Узнайте, что требует код для незаземленных систем питания переменного и постоянного тока.
  • Знайте, чем поведение незаземленных систем во время замыканий на землю отличается от поведения заземленных систем и как уменьшить этот эффект.

На любом объекте с критическими нагрузками, связанными с безопасностью жизни или чувствительными компьютерными нагрузками, жизненно важными для работы объекта, одним из наиболее важных элементов оборудования, указанного в проекте, является источник бесперебойного питания (ИБП), который использует накопленную энергию для подавать питание на эти критические нагрузки, когда обычное питание пропадает и запускается резервный источник питания для питания нагрузок в здании.

При выборе модулей ИБП для питания критических нагрузок на объекте необходимо принять одно ключевое решение — использовать ли ИБП с входными и / или выходными трансформаторами или без них. На рисунках 2 и 3 представлены условные схемы, изображающие трансформаторный и бестрансформаторный модули ИБП, соответственно.

За последнее десятилетие бестрансформаторные ИБП стали популярными, затмив конструкции на основе трансформаторов. Этот переход неудивителен, поскольку бестрансформаторные модули имеют много преимуществ по сравнению с ИБП с трансформаторами.Самое большое преимущество — эффективность. ИБП без трансформаторов может получить преимущество в КПД на 5% или больше по сравнению с ИБП с трансформаторами. Это не только означает более низкие счета за электроэнергию, но также снижает тепловую нагрузку в помещении, в котором находится ИБП, что приводит к снижению требований к HVAC.

На объектах с большой критической нагрузкой экономия может быть значительной. Кроме того, бестрансформаторные системы ИБП уменьшают вес и занимаемую площадь каждого модуля ИБП по сравнению с трансформаторными системами, уменьшая размер и требования к конструкции электрических помещений и оставляя больше места для пустого пространства или других частей здания.

Тем не менее, выходной трансформатор ИБП на основе трансформатора предоставляет возможность, недоступную для бестрансформаторных систем ИБП: электрическая изоляция, обеспечиваемая трансформатором, дает возможность создать отдельно производное соединение нейтрали с землей на выходе ИБП. В определенных ситуациях — например, в системе, обслуживаемой незаземленной схемой треугольника, в системе, заземленной через заземление с высоким сопротивлением, или в системах, в которых существует вероятность того, что два источника ИБП с двумя входами могут поступать от двух независимых источников — может быть желательно получить нейтраль на ИБП без трансформатора, чтобы обеспечить ИБП стабильным опорным заземлением, которое он может использовать для регулирования напряжения на выходе и на шине постоянного тока.

Если такая нейтраль не образуется в бестрансформаторной системе ИБП, тогда, когда батарея ИБП разряжается во время сбоя входного питания, а входной автоматический выключатель ИБП разомкнут, нижестоящая система работает без заземления. В большинстве установок будет один или несколько выходных трансформаторов, внешних по отношению к ИБП, обслуживаемых критически важной системой электроснабжения. Эти выходные трансформаторы обычно размещаются в блоке распределения энергии, и на их вторичной стороне может быть получена заземленная система, но эта часть системы на первичной стороне, тем не менее, будет незаземленной в течение этого периода.

Большинство инженеров-проектировщиков привыкли работать с заземленными системами, и перспектива оставить часть здания незаземленной даже в течение обычно короткого переходного периода между отключением входного питания и запуском системы резервного питания объекта может показаться тревожной. Однако создание безопасной, надежной и соответствующей нормам незаземленной системы электропитания относительно просто, требуя лишь незначительных модификаций систем заземления и соединения, необходимых в любой заземленной системе электропитания.

Заземленный против незаземленного

Чтобы понять особые требования к незаземленной системе, важно сначала определить, что подразумевается под «заземленной» и «незаземленной». Заземление системы достигается путем намеренного подключения токоведущего проводника к земле (т. Е. К земле) или к чему-то, что служит вместо земли. Обычно это достигается путем соединения нейтрального провода системы с землей в источнике питания, часто со вторичной обмоткой трансформатора или статора генератора, соединенной звездой, а также с помощью основных средств отключения на объекте.Следовательно, незаземленная система — это система, в которой ни один из проводников с током не заземлен намеренно.

Заземленные системы обычно предпочтительнее незаземленных по нескольким причинам. Заземленные системы стабилизируют уровни напряжения по всей системе, гарантируя, что все оборудование в системе работает при одинаковой разности потенциалов. Это особенно важно для ИБП, так как он предназначен для точного регулирования уровней напряжения как на выходе, так и на шине постоянного тока, а для точного регулирования напряжения требуется надежное, стабильное опорное напряжение относительно земли.Заземленные системы также уменьшают скачки напряжения из-за ударов молнии, помогают предотвратить разность потенциалов между различными частями оборудования в системе и обеспечивают цепь для протекания тока замыкания на землю через заземленные проводники цепи обратно к источнику питания, позволяя использовать устройства защиты от сверхтоков. для быстрой работы и локализации неисправности.

NFPA 70: Национальный электротехнический кодекс (NEC), статья 250.4, содержит общие, основанные на характеристиках требования для обеих заземленных систем в 250.4 (A) и незаземленные системы в 250,4 (B). К заземленным системам предъявляются пять требований: заземление электрической системы, заземление электрического оборудования, соединение электрического оборудования, соединение электропроводящих материалов и эффективные пути тока замыкания на землю.

Примечательно, что четыре требования к незаземленным системам, перечисленные в 250.4 (B), аналогичны или идентичны последним четырем требованиям к заземленным системам. Так же, как и в заземленных системах, для незаземленных систем требуется, чтобы нетоковедущие проводящие материалы, окружающие электрические проводники или оборудование, а также те, которые могут оказаться под напряжением, были подключены к земле через путь с низким сопротивлением.Перекрытие между этими двумя наборами требований иллюстрирует представление о том, что проектирование незаземленной системы не слишком сильно отличается от проектирования заземленной.

Чтобы понять, что NEC требует от бестрансформаторной системы ИБП, когда она работает без заземления во время разряда батареи, мы должны сначала определить, как эта система определяется на языке NEC. Когда входной автоматический выключатель ИБП разомкнут, ИБП не подключается к вышестоящей системе электроснабжения и, следовательно, к источнику питания через какие-либо проводники цепи, кроме тех, которые используются для заземления и соединения.

Важно отметить, что даже несмотря на то, что корпус ИБП и последующее оборудование все еще могут быть эффективно подключены к корпусу источника питания в этом состоянии, система не считается заземленной, если токоведущий проводник не подключен к земле. Поэтому NEC определяет систему в этом состоянии как отдельно производную систему, а батареи ИБП как отдельно производный источник. Требования к заземлению для незаземленных отдельно выведенных систем определены в статье 250.30 (В).

Для этого раздела NEC требуются три компонента: провод заземляющего электрода, система заземляющих электродов и соединительная перемычка на стороне питания. Последний из этих компонентов требуется только тогда, когда источник отдельно производной системы расположен в отдельном корпусе, чем первое средство отключения. Обычно это не относится к ИБП, поскольку выходной автоматический выключатель ИБП обычно размещается в корпусе ИБП.

Все три из этих заземляющих компонентов также требуются в заземленных отдельно производных системах.По сути, корпус ИБП должен быть заземлен через систему заземляющих электродов здания с помощью проводника заземляющего электрода. Это соединение в незаземленной системе служит опорной точкой заземления для всего токопроводящего оборудования в незаземленной системе, которое не пропускает ток при нормальных условиях.

Заземление системы

Производители ИБП

предлагают множество решений по вопросу о том, как обеспечить, чтобы ИБП поддерживал связь с землей в незаземленных условиях, чтобы гарантировать стабильное регулирование напряжения ИБП.Некоторые производители устанавливают так называемое «виртуальное заземление» в общей точке входного и выходного фильтров ИБП для достижения этой цели. Часто это стандартная функция, особенно на новых моделях ИБП, но в некоторых случаях требуется дополнительный аксессуар. При выборе бестрансформаторного ИБП, особенно в трехфазной трехпроводной системе, следует учитывать, как он будет работать в незаземленных условиях.

Правила, регулирующие систему заземляющих электродов и проводников заземляющих электродов, содержатся в Части III статьи 250 NEC.Та же система заземляющих электродов, которая используется для здания в целом, также должна использоваться для любых отдельно созданных систем в соответствии с NEC 250.58, поэтому все, что требуется, — это соединение между заземляющим электродом здания и корпусом ИБП через провод заземляющего электрода. . Соответственно, в этой ситуации применимы все обычные требования к материалам системы заземляющих электродов, перечисленные в NEC 250.52, и к установке, перечисленные в 250.53.

Точно так же правила, регулирующие проводники заземляющих электродов, не различаются для заземленных и незаземленных систем.Статьи 250.62 и 250.64 NEC регулируют материалы и методы установки заземляющих проводников электродов соответственно. Требуемый размер используемых проводов заземляющего электрода должен определяться в соответствии с требованиями NEC 250.66, которые различаются в зависимости от типа используемого заземляющего электрода, размера самого большого незаземленного проводника или набора проводников в системе и материала провод заземляющего электрода.

Независимо от размера системы, провод заземляющего электрода всегда должен быть не меньше, чем # 8 AWG для меди или # 6 AWG для алюминия, и, если это не отменено местными поправками или требованиями юрисдикции (AHJ), заземление провод электрода не должен быть больше, чем # 3/0 AWG для меди или 250 тыс. куб. м для алюминия.Наконец, требования к соединению проводов заземляющего электрода с системой заземляющих электродов изложены в NEC 250.68.

Незаземленные системы

До сих пор обсуждаемые правила заземления для незаземленных систем очень похожи на правила для заземленных систем. Действительно, если использовать надежную конструкцию заземления для нормально заземленной системы и гарантировать, что ИБП и корпуса батарейных шкафов подключены к системе заземляющих электродов здания через проводники заземляющих электродов соответствующего размера, почти все требования к незаземленной системе будут выполнены. когда ИБП разряжает свои батареи и становится незаземленной системой во время переключения питания.

Однако есть ключевое различие между поведением заземленных и незаземленных систем, которое накладывает дополнительные требования на незаземленные системы. Эта разница появляется, когда в системе происходит одиночное замыкание линии на землю.

В системе с глухим заземлением соединение (обычно) нейтрального провода с землей в источнике питания означает, что при замыкании линии на землю будет сформирована полная цепь. Это позволяет протекать большому току короткого замыкания через путь с низким сопротивлением, созданный замыканием, в результате чего срабатывает устройство защиты от сверхтока (OCPD), оборудованное функцией обнаружения замыкания на землю, и быстро изолирует замыкание.

В незаземленной системе, однако, не возникает цепи, когда происходит одиночное замыкание линии на землю, через которое может протекать ток короткого замыкания. Вместо этого поврежденный провод просто заземляется, и межфазные потенциалы между поврежденной фазой и другими неповрежденными фазами становятся межфазными потенциалами. Однако величина разности потенциалов между фазами не меняется. Это не окажет заметного влияния на производительность системы, когда это произойдет, но если неисправность не будет устранена и произойдет второе замыкание между фазой на землю, это приведет к двойному замыканию между фазой и землей, вызывая большие токи замыкания. и создание потенциала для большего повреждения электрического оборудования и большего риска для безопасности персонала.Как и в заземленной системе, междуфазное замыкание в незаземленной системе будет генерировать ток короткого замыкания и, как правило, приведет к срабатыванию устройства защиты от перегрузки по току и изоляции замыкания.

Чтобы гарантировать, что одиночные замыкания на землю не останутся незамеченными, NEC 250.21 (B) требует, чтобы незаземленные системы были оснащены детекторами заземления в точке, максимально приближенной к источнику питания системы. Детектор заземления отслеживает разность потенциалов между фазными проводниками системы и землей в незаземленной части системы, к которой он подключен.Если в системе присутствует замыкание на землю, она издает визуальный и / или звуковой сигнал, чтобы предупредить операторов или обслуживающий персонал. Затем операторы могут инициировать плановое отключение системы, чтобы можно было обнаружить и устранить неисправность. Это особенно важно в системе, обслуживаемой ИБП, поскольку обычно необходимо регулярно отключать критические нагрузки, чтобы свести к минимуму риск для безопасности жизни или нарушения бизнес-функций.

Например, инициирование выключения критически важной компьютерной системы может быть дорогостоящим из-за наличия замыкания на землю в системе, но это, безусловно, будет меньше, чем внезапное отключение питания тех же самых компьютеров.Большинство систем ИБП содержат механизм обнаружения земли, но важно убедиться, что этот компонент включен, чтобы обеспечить соответствие этому требованию.

Обнаружение замыканий на землю особенно важно, когда система становится временно незаземленной, например, когда бестрансформаторный ИБП разряжает свою батарею из-за отказа источника входного сигнала, потому что, вероятно, он снова станет заземленным при восстановлении входной мощности. Когда питание восстанавливается, либо через возврат к электросети, либо из-за того, что источник генератора переходит в оперативный режим, входной автоматический выключатель ИБП замыкается, и система снова будет заземлена.Если замыкание на землю все еще присутствует в системе, когда это происходит, ток замыкания на землю будет протекать через замыкание. Детектор заземления в ИБП может предотвратить эту ситуацию путем упреждающего отключения до того, как появится шанс протекать ток короткого замыкания.

Обнаружение

Для обеспечения правильной работы детектора замыкания на землю во всей незаземленной системе важно проверить соответствие требованиям для подключения корпуса ИБП к системе заземляющих электродов (см. Выше), а также требованиям к заземлению. металлических предметов, которые не проводят ток, подпадают под действие Части V статьи 250 NEC.Это гарантирует, что любая точка в незаземленной системе, в которой может произойти замыкание на землю, имеет надежную ссылку на землю посредством подключения корпуса ИБП к системе заземляющих электродов, и что детектор может точно обнаружить замыкание на землю. состояние.

Помимо требований к незаземленным системам переменного тока, NEC содержит дополнительные требования к незаземленным системам постоянного тока. Это относится к более распространенной 2-проводной системе постоянного тока, поскольку Раздел 250.162 (B) требует, чтобы все 3-проводные системы постоянного тока были заземлены.Конечно, ИБП будет содержать систему постоянного тока, а именно соединение между системой накопления энергии и выходным инвертором. В статье 250.169 NEC перечислены требования к незаземленной системе постоянного тока с отдельным производством. Эти требования аналогичны требованиям системы переменного тока, а именно: корпус источника должен быть заземлен через систему заземляющих электродов здания посредством проводника заземляющего электрода.

Однако обратите внимание, что размер проводника заземляющего электрода для системы постоянного тока регулируется другим участком, чем в системе переменного тока, а именно участком 250.166, который требует, чтобы провод заземляющего электрода был не меньше, чем самый большой проводник, питаемый системой постоянного тока. Однако одинаковые минимальные и максимальные размеры проводов заземляющих электродов для различных установок применимы как к системам постоянного, так и переменного тока. Для большинства установок ИБП не требуется никаких особых требований для системы постоянного тока, поскольку обычно система постоянного тока заземляется на батарейном отсеке, хотя важно убедиться, что это будет так в данной установке.

В случае, если необходимо принять во внимание особые проектные соображения, чтобы рассмотреть, что может быть наилучшей практикой для проектирования системы заземления для части постоянного тока ИБП в условиях незаземленной системы, может быть полезно рассмотреть в некоторой степени аналогичную ситуацию: Незаземленная солнечная фотоэлектрическая система.

Незаземленные фотоэлектрические системы не редкость по многим из тех же причин, по которым бестрансформаторные ИБП стали популярными. Подобно части постоянного тока системы ИБП во время передачи энергии, незаземленная фотоэлектрическая система — это незаземленная система постоянного тока, питающая систему переменного тока через инвертор.Фактически, большинство фотоэлектрических систем имеют системы хранения энергии как часть системы постоянного тока, как и в ИБП. Таким образом, хотя они и не являются требованиями, правила и комментарии NEC относительно фотоэлектрических систем, содержащиеся в статье 690, особенно в части III и части V, могут быть полезны при размышлении о заземлении системы накопления энергии ИБП.

Особо следует отметить Раздел 690.15 (D), в котором описаны требования к средствам отключения оборудования для фотоэлектрических систем. В этом разделе обращается внимание на более общее требование, содержащееся в разделе 210.4 (B), согласно которому отключающие средства должны одновременно отключать все незаземленные проводники цепи, к которой они подключены. В отличие от системы с заземлением, в которой отключение нейтрального провода не обязательно должно происходить одновременно с отключением фазных проводов, в незаземленной системе все провода должны быть одновременно отключены, так как ни один из них не заземлен. Это не часто вызывает беспокойство, но об этом следует помнить при выборе автоматического выключателя постоянного тока, защищающего систему накопления энергии ИБП.


Бен Стивенс — младший инженер-электрик в Пейдж. Он проработал в компании Page 3 года и специализируется на научно-технических проектах.

Общий источник питания

— обзор

5.2.2 Отказ по общей причине (CCF)

В то время как простые модели резервирования предполагают, что отказы являются как случайными, так и независимыми, при моделировании отказов по общей причине (CCF) учитываются отказы, которые связаны между собой из-за к некоторой зависимости и, следовательно, происходят одновременно или, по крайней мере, в пределах достаточно короткого интервала, чтобы восприниматься как одновременные.

Два примера:

(a)

Наличие водяного пара в газе, вызывающее заклинивание двух клапанов из-за обледенения. В этом случае интервал между двумя отказами может составлять порядка дней. Однако, если интервал между контрольными испытаниями для этого неактивного отказа составляет два месяца, то два отказа будут, по сути, одновременными.

(b)

Выпрямительные диоды несоответствующего номинала на идентичных сдвоенных печатных платах выходят из строя одновременно из-за переходного процесса напряжения.

Обычно причины возникают из:

(a)

Требования: неполные или противоречивые

(b)

Конструкция: стандартные источники питания, программное обеспечение, ЭМС, шум

(c)

Производство: недостатки компонентов, связанные с партиями

(d)

Техническое обслуживание / эксплуатация: проблемы, связанные с деятельностью человека или испытательного оборудования

(e)

Окружающая среда: температурные циклы, электрические помехи и т. Д.

Защита от CCF включает в себя конструктивные и эксплуатационные особенности, которые формируют критерии оценки, приведенные в Приложении 3.

CCF часто доминируют в ненадежности резервных систем в силу подавления функции случайного совпадающего отказа резервной защиты. Рассмотрим дублированную систему на рисунке 5.2. Интенсивность отказов резервного элемента (другими словами, совпадающие отказы) можно рассчитать по формуле, приведенной в таблице 5.1, а именно 2λ 2 MDT.Типичные показатели частоты отказов 10 на миллион часов (10 −5 за час) и время простоя 24 часа приводят к частоте отказов 2 × 10 −10 × 24 = 0,0048 на миллион часов. Однако, если только один отказ из 20 имеет такую ​​природу, что влияет на оба канала и таким образом нарушает избыточность, необходимо добавить последовательный элемент, показанный как λ 2 на рисунке 5.3, частота отказов которого составляет 5% × 10 −5 = 0,5 на миллион часов, что на два порядка чаще. 5%, используемые в этом примере, известны как коэффициент БЕТА.Эффект состоит в том, чтобы заглушить избыточную часть прогноза, и поэтому важно включить CCF в модели надежности. Такая чувствительность сбоя системы к CCF делает акцент на достоверности оценки CCF и, таким образом, оправдывает усилия по улучшению моделей.

Рисунок 5.3. Блок-схема надежности, показывающая CCF.

На рисунке 5.3 (λ 1 ) — это частота отказов одного резервного блока, а (λ 2 ) — это скорость CCF, такая что (λ 2 ) = β (λ 1 ) для Модель BETA, которая предполагает, что фиксированная доля отказов возникает по общей причине.Вклад в BETA разделен на группы по конструктивным и эксплуатационным характеристикам, которые, как считается, влияют на степень CCF. Таким образом, множитель БЕТА складывается путем сложения вкладов каждого из ряда факторов в каждой группе. Эта модель частичного бета-тестирования (как она поэтому известна) включает в себя следующие группы факторов, которые представляют защиту от CCF:

Сходство (Разнесение между резервными модулями снижает CCF)

Разделение (физическое расстояние и барьеры уменьшают CCF)

Сложность (более простое оборудование менее подвержено CCF)

Анализ (FMEA и анализ полевых данных помогут снизить CCF)

Процедуры (контроль модификаций и технического обслуживания может снизить CCF)

Обучение (разработчики и специалисты по обслуживанию могут помочь уменьшить CCF, понимая основные причины)

Контроль (контроль окружающей среды может снизить восприимчивость к CCF, e.g., защита дублированных приборов от атмосферных воздействий)

Испытания (Экологические испытания могут удалить особенности конструкции, подверженные CCF, например, испытание на электромагнитное излучение)

Предполагается, что модель Partial BETA состоит из количество частичных βs, каждое из которых обусловлено различными группами причин CCF. Затем β оценивается путем анализа и оценки каждого из факторов (например, разнообразия, разделения).

Модель BETAPLUS была разработана на основе метода частичной бета-версии, потому что:

Она объективна и обеспечивает максимальную прослеживаемость при оценке BETA.Другими словами, выбор результатов контрольного списка при оценке дизайна может быть записан и пересмотрен.

Любой пользователь модели может разработать контрольные списки для дальнейшего учета любых значимых причинных факторов отказа, которые могут быть восприняты.

Можно откалибровать модель по фактической частоте отказов, хотя и с очень ограниченными данными.

Существует надежная взаимосвязь между контрольными списками и анализируемыми функциями системы.Таким образом, этот метод, вероятно, будет приемлемым для неспециалистов.

Метод аддитивной оценки позволяет отдельно взвешивать частичные составляющие β.

Метод β подтверждает прямую связь между (λ 2 ) и (λ 1 ), как показано на рисунке 5.3.

Он допускает предполагаемую «нелинейность» между значением β и оценкой в ​​диапазоне β.

Модель BETAPLUS включает следующие усовершенствования:

(a) Категории факторов

Принимая во внимание, что существующие методы полагаются на единую субъективную оценку в каждой категории, метод BETAPLUS предоставляет ответы на вопросы, связанные с конкретным дизайном и эксплуатацией. в каждой категории.

(b) Подсчет баллов

Максимальный балл по каждому вопросу был взвешен путем калибровки результатов оценок с известными полевыми оперативными данными.

(c) Учет охвата диагностикой

Поскольку CCF не является одновременным, увеличение частоты автотестов или контрольных тестов снизит β, поскольку сбои могут произойти не в один и тот же момент.

(d) Разделение контрольных списков в соответствии с эффектом диагностики

Два столбца используются для оценок контрольного списка. Столбец (A) содержит баллы для тех характеристик защиты от CCF, которые воспринимаются как улучшенные за счет увеличения частоты диагностики.Столбец (B), однако, содержит баллы для тех функций, которые, как считается, не улучшаются за счет повышения частоты диагностики. В некоторых случаях оценка была разделена между двумя столбцами, где считается, что затронуты некоторые, но не все аспекты функции (см. Приложение 3).

(e) Создание модели

Модель позволяет изменять оценку в зависимости от частоты и охвата диагностического теста. Баллы в столбце (A) изменяются путем умножения на коэффициент (C), полученный из соображений, связанных с диагностикой.Этот балл (C) основан на частоте диагностики и охвате. (C) находится в диапазоне 1–3. Коэффициент «S», используемый для получения BETA, затем оценивается из RAW SCORE:

S = RAWSCORE = (∑A × C) + ∑B

(f) Нелинейность

В настоящее время нет данных CCF для обоснования отступая от предположения, что по мере уменьшения (т. е. улучшения) БЕТА последовательных улучшений становится пропорционально труднее достичь. Таким образом, предполагается, что отношение коэффициента BETA к RAW SCORE [(ΣA × C) + ΣB] является экспоненциальным, и эта нелинейность отражается в уравнении, которое переводит исходную оценку в коэффициент BETA.

(g) Тип оборудования

Оценка была разработана отдельно для программируемого и непрограммируемого оборудования, чтобы отразить несколько разные критерии, применимые к каждому типу оборудования.

(h) Калибровка

Модель откалибрована по полевым данным.

Критерии оценки были разработаны для охвата каждой из категорий (т.е. разделение, разнообразие, сложность, оценка, процедуры, компетентность, экологический контроль и экологический тест).Вопросы были собраны так, чтобы отразить вероятные особенности, защищающие от CCF. Затем оценки были скорректированы с учетом относительного вклада в CCF в каждой области, как показано в данных автора. Значения оценок были взвешены для калибровки модели по данным.

При ответе на каждый вопрос (в Приложении 3) может быть выставлен балл меньше максимального 100%. Например, в первом вопросе, если суждение таково, что только 50% кабелей разделены, тогда 50% максимальных баллов (15 и 52) могут быть введены в каждый из столбцов (A) и (B) (7). .5 и 26).

Контрольные списки представлены в двух формах (перечислены в Приложении 3), поскольку вопросы, применимые к программируемому оборудованию, будут немного отличаться от вопросов, необходимых для непрограммируемых элементов (например, полевых устройств и контрольно-измерительных приборов).

Заголовки (расширенные баллами в Приложении 3):

(1)

Разделение / сегрегация

(2)

Разнообразие

(3)
900 Сложность / Дизайн / Применение / Зрелость / Опыт

(4)

Оценка / анализ и обратная связь данных

(5)

Процедуры / человеческий интерфейс

(6)

Компетентность / Обучение / Культура безопасности

(7)

Контроль окружающей среды

(8)

Экологические испытания

Оценка фактора интервала диагностики (C)

Чтобы установить оценку (C), необходимо учитывать влияние частоты диагностики.Охват диагностикой, выраженный в процентах, представляет собой оценку доли отказов, которые будут обнаружены контрольным или автоматическим тестом. Это можно оценить путем суждения или, более формально, путем применения FMEA на уровне компонентов, чтобы решить, будет ли каждый сбой обнаружен диагностикой.

Экспоненциальная модель используется для отражения возрастающих трудностей в дальнейшем сокращении БЕТА по мере увеличения оценки. Это отражено в следующем уравнении, которое разработано в Smith D J, 2000, «Развитие использования данных о частоте отказов»:

ß = 0.3exp (−3,4S / 2624)

Однако базовая модель BETA применяется к простому резервированию «один из двух». Другими словами, с парой избыточных элементов «главным событием» является отказ обоих элементов. Однако по мере увеличения числа систем, за которые проголосовали (другими словами, N> 2), доля отказов по общей причине меняется, и значение β необходимо изменять. Причину этого можно понять, рассмотрев два крайних случая:

1 из 6

В этом случае для работы требуется только один из шести элементов, и можно допустить до пяти сбоев.Таким образом, в случае отказа по общей причине необходимо, чтобы еще пять отказов были спровоцированы общей причиной. Это менее вероятно, чем случай «один из двух», и β будет меньше (см. Таблицы ниже).

5 из 6.

В этом случае для работы требуются пять из шести элементов, и можно допустить только один отказ. Таким образом, в случае отказа по общей причине есть пять элементов, к которым могут относиться отказы по общей причине. Это более вероятно, чем случай «один из двух», и β будет больше (см. Таблицы ниже).

Эта область вызывает много споров. Эмпирических данных нет, и модели являются предметом предположений, основанных на мнениях различных авторов. Между различными предложениями нет большого соответствия. Таким образом, это очень противоречивая и неопределенная область. Первоначальные предложения были взяты из статьи SINTEF (в 2006 г.), которые были факторами MooN, первоначально использовавшимися в пакете Technis BETAPLUS версии 3.0. Документ SINTEF был пересмотрен (в 2010 г.) и снова в 2013 г. Рекомендации IEC 61508 (2010 г.) аналогичны, но не идентичны (Таблица 5.10). Значения SINTEF (2013) показаны в Таблице 5.11. Компромисс BETAPLUS (теперь версия 4.0) показан в Приложении 3.

Таблица 5.10. Коэффициент BETA (MooN) IEC 61508.

M = 1 M = 2 M = 3 M = 4
N = 2 1 N = 3 0,5 1,5
N = 4 0,3 0.6 1,75
N = 5 0,2 0,4 0,8 2

Таблица 5.11. Фактор BETA (MooN) SINTEF (2013).

907 907 907
M = 1 M = 2 M = 3 M = 4
N = 2 1
2
N = 4 0.3 1,1 2,8
N = 5 0,2 0,8 1,6 3,6

Система бесперебойного питания 151 AG000 Аккумуляторы для автомобилей

6,4 Запуск для

Аккумуляторы AGM уже много лет используются в стационарных условиях, например, в телекоммуникациях и системах бесперебойного питания. Учитывая их успешный послужной список, использование этой технологии в дорожных транспортных средствах рассматривалось еще в 1990-х годах [7].В одном из первых случаев наиболее перспективным оказалось сочетание двух свинцово-кислотных аккумуляторов. Одна серия автомобилей, родстер от ведущего немецкого производителя, оснащалась двумя батареями вместо одной, соединенной переключателем. Одна небольшая залитая батарея специальной конструкции использовалась исключительно для запуска двигателя, в то время как другая батарея (AGM) покрывала все велосипедные приложения. Если по какой-либо причине основная батарея будет сильно разряжена, небольшая стартерная батарея сможет самостоятельно запустить двигатель [3,8].Основным стимулом для этой системы с двумя аккумуляторами было ожидаемое сезонное использование автомобиля, которое могло привести к глубокому разряду аккумулятора. Специальная отдельная стартерная батарея позволила избежать проблем с запуском двигателя.

Еще одним стимулом для автомобильных аккумуляторов AGM было их использование в качестве обходного пути при создании сетей для глобального соединения компьютеров. Аналогичным образом было решено подключить все электронные устройства и блоки управления в автомобилях. Первые автомобили, которые были полностью подключены, оказались катастрофой.Когда они не используются, все устройства обычно переходят в спящий режим, чтобы минимизировать потребление энергии. К сожалению, в некоторых случаях система режимов пробуждения и сна не работала удовлетворительно при подключении через шинную систему. Следовательно, (залитая) батарея иногда полностью разряжалась после короткого периода выключения. Даже если после этого машина все еще могла заводиться, циклическая нагрузка на аккумуляторы была колоссальной. Замена стандартных залитых аккумуляторов аналогами AGM помогла свести к минимуму сбои, вызванные неоптимизированной электрической системой автомобиля.Сегодня сетевые системы транспортных средств технически зрелы.

Такси, машины скорой помощи и другие автомобили скорой помощи — другие важные примеры, в которых аккумуляторы AGM служат в качестве долговременной замены обычных залитых аккумуляторов. В такси многие устройства работают даже при выключенном двигателе, например, вентиляция, радио и освещение (внутри пассажирского салона, а также габаритные огни). Залитые батареи часто демонстрируют короткий срок службы, всего 6 месяцев в таких суровых условиях эксплуатации.Напротив, аккумуляторы AGM способны выдерживать нагрузку до 3 лет и позволяют владельцам автопарков оправдать премию, установленную на аккумуляторы.

Еще одна причина для замены обычных, заливных стартерных аккумуляторов — это более высокая пусковая способность аккумуляторов AGM при холодном пуске. Конструкция батареи AGM не требует резервуара для раствора электролита, поэтому высота пластины больше, чем у затопленных конструкций. Следовательно, высокоскоростные характеристики улучшаются из-за большей площади поверхности электродов.Эта концепция также называется «уменьшением габаритов», поскольку она позволяет использовать батареи меньшего размера с такими же быстродействующими характеристиками, например, для автомобилей с большим рабочим объемом двигателя, но ограниченным пространством для стартерной батареи.

Типовые схемы электроснабжения резервных и производственных генераторных установок

Турбины и дизельные двигатели

Основными типами первичных двигателей, используемых в генераторных установках с приводом от двигателя для промышленных объектов и коммерческих зданий, являются Дизельные двигатели, газовые турбины и паровые турбины .Турбины используются в основном для производственных установок, тогда как дизельные двигатели могут использоваться как для производственных, так и для резервных агрегатов.

Типовые схемы электропитания для резервных и производственных генераторных установок

Темы, затронутые в этой статье, не зависят от типа используемого первичного двигателя, поэтому будет использоваться общий термин генераторная установка . Выбор первичного двигателя определяется такими соображениями, как наличие и тип топлива, и не рассматривается в этой технической статье.

Так как дизельные двигатели используются очень часто, будет дана некоторая конкретная информация о дизель-генераторных установках.


Резервные генераторные установки

Типичный источник питания основных нагрузок для коммерческих зданий, небольших промышленных объектов или для аварийного питания блочных подстанций на более крупной площадке показан на рисунке 1.

При нормальных условиях эксплуатации основная нагрузка подается от электросети. При пропадании этого источника питания срабатывает автоматический выключатель Q3 между шинами , запускается генераторная установка, а затем нагрузка питается от резервной генераторной установки путем замыкания автоматического выключателя Q2 генератора .

Рис. 1 — Типичное аварийное питание для небольших промышленных предприятий

Критические нагрузки, которые не могут выдержать перебоев в электроснабжении, питаются от ИБП. ИБП оснащен статическим переключателем, который немедленно отключит выпрямительный / инверторный модуль в случае внутренней неисправности и, таким образом, обеспечит непрерывную подачу электроэнергии.

Типичные размеры генераторной установки для этой схемы: от 250 кВА до 800 кВА . Достоинством этой схемы является ее простота и понятность.Все основные нагрузки подключаются к той же сборной шине, что и генераторная установка, поэтому отключение нагрузки не требуется. Время резервного питания ИБП обычно может быть ограничено до 10 минут , поскольку ИБП будет питаться от аварийного источника питания.

Как обычное, так и резервное питание ИБП следует брать от основной шины.

Для крупных промышленных объектов часто используется централизованная система аварийного электроснабжения, как показано на Рисунке 2. Главный аварийный распределительный щит обычно питается от электросети, хотя на некоторых участках одна из генераторных установок может работать постоянно.

Аварийный распределительный щит спроектирован так, чтобы генераторные установки могли работать параллельно, а также подключаться к электросети .

Рисунок 2 — Типичное аварийное электроснабжение для крупных промышленных объектов

Автоматический переход от электросети к аварийному питанию выполняется на каждой блочной подстанции. Поскольку аварийный распределительный щит обычно находится под напряжением, можно использовать быстрые переключения без потери нагрузки установки.

Использование централизованного аварийного электроснабжения имеет следующие преимущества:

  1. меньшее количество генераторных установок для объекта (обычно максимум 2),
  2. постоянно включенный аварийный источник питания, позволяющий использовать схемы быстрого переключения,
  3. без потерь аварийного питания за счет обслуживания одной генераторной установки.

Генераторные установки для таких систем обычно находятся в диапазоне 1–4 МВт .

Нагрузочные испытания генератора 500 кВА

2. Производственные генераторные установки

Для удаленных объектов, не имеющих электроснабжения, используются несколько генераторных установок. Типичная распределительная система показана на Рисунке 3.

Количество комплектов N будет зависеть от требуемой мощности, но, поскольку генераторные установки требуют периодического обслуживания, мощность станции должна быть обеспечена от комплектов N-1 без каких-либо сброс нагрузки .

Размер генераторной установки должен быть таким, чтобы она была загружена не менее на 50% . Плохой коэффициент нагрузки может нанести вред комплектам. Например, дизельные двигатели , загруженные менее 30%, не будут достигать хорошей рабочей температуры , что приведет к плохому сгоранию и ухудшению качества смазочного масла.

Рисунок 3 — Промышленная площадка без коммунального снабжения

Следует также учитывать работу завода на N — 2 наборах , этот случай имеет место, когда один набор находится в обслуживании и есть потеря дополнительного набора.Наивысший коэффициент начальной нагрузки F , который может использоваться с N установленными генераторами, так что сброс нагрузки не требуется для режима N — 2 может быть определен из:

Например, самый высокий коэффициент нагрузки для N = 6 будет 80%. Автоматические выключатели для присоединения шин часто используются для целей технического обслуживания . Во время нормальной работы установки все автоматические выключатели шинопровода нормально замкнуты. При расчетах короткого замыкания всегда следует принимать во внимание работу с N генераторами, так как обычно подключаются резервные агрегаты перед отключением агрегатов для обслуживания.

Источник питания, использующий локальную генерацию, обычно намного слабее, чем источник питания от электросети, и поэтому вероятно, что сброс нагрузки потребуется для поддержания стабильности системы в условиях неисправности.

Определение того, какая нагрузка должна быть сброшена, требует динамического моделирования сети для различных условий неисправности, таких как потеря генератора или короткое замыкание. Перед исследованием необходимо определить, какие рабочие конфигурации следует учитывать.

Условия эксплуатации с автоматическим выключателем шинопровода как в разомкнутом, так и в замкнутом положениях значительно увеличивают сложность системы отключения нагрузки, поскольку каждая шина может работать независимо и потребует определенных критериев отключения нагрузки. Для большинства предприятий рекомендуется использовать только стандартную рабочую конфигурацию для динамического моделирования и определения стратегии сброса нагрузки.

На рисунке 3 показан каждый генератор с собственным трансформатором.Использование генераторных трансформаторов имеет несколько преимуществ:

  1. Обеспечивает гибкость в выборе напряжения генератора,
  2. Снижает пиковый ток короткого замыкания на главной плате,
  3. Позволяет использовать заземление генератора с высоким сопротивлением (снижает возможное повреждение генератора) .

Турбинный генератор, работающий на природном газе, 1 мегаватт

Ссылка // Интеграция местного производства электроэнергии на промышленных объектах и ​​в коммерческих зданиях Т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.