Проектирование системы бесперебойного питания в бизнес центре

Реферат
Введение
1. Теоретический раздел
1.1. Современные требования к электропитанию бизнес- центров
1.2. Состав потребителей, и анализ системы электропитания
1.3. Качество и надежность электроснабжения
1.4. Формулирование требований к проекту
2. Технологический раздел
2.1. Классификация и анализ типов систем БП
2.2. Выбор технических решений
2.3. Составление функциональной и структурной схем
3. Конструкторский раздел
3.1. Расчет номиналов
3.2. Выбор узлов и устройств
4. Организационно- эксплуатационный раздел
4.1. Размещение и монтаж системы БП
4.2. Управление и функционирование ИБП
4.3. Эксплуатация и надежность системы
5. Раздел БЖД
5.1. Безопасная эксплуатация системы
6. Экономический раздел
6.1. Общие положения
6.2. Расчет стоимости комплектующих
6.3. Расчетстоимости монтажа
6.4. Расчет амортизационных отчислений и затрат на обслуживание
Заключение
Список литературы

Проектирование системы бесперебойного питания в бизнес центре

Допускается на время включения резервного источника питания
С
Прочие технологические и инженерные системы, не вошедшие в группы А и В
Допускается на время устранения аварии
На рис. 8. приводится иллюстрация к высказанным соображениям по обеспе­чению надежности электроснабжения. Два ввода от источников основного (внеш­него, городского) электроснабжения осуществляются через устройство автоматиче­ского включения резерва (АВР). В условиях городской застройки электроснабже­ние от ДГУ может оказаться невозможным по нормам пожарной безопасности, природоохранным и санитарным нормам. В таком случае достаточно организовать электроснабжение от двух источников электроснабжения городской электросети и применить ИБП. Потребность установки ДГУ для случая электроснабжения от двух источников городской электросети следует рассматривать только в связи с требова­ниями задания на проектирование.
Рисунок 8. Обеспечение надежности электроснабжения
В табл. 2. отражено соответствие требований надежности электроснабжения групп А, В, С нормам ПУЭ. Приведены все встречающиеся на практике комбина­ции. На практике в заданиях на проектирование можно встретить требования к обеспечению надежности электроприемников группы А по нормам особой группы I категории надежности электроснабжения.
Таблица 2. Взаимосвязь требований к надежности электроснабжения с нормами ПУЭ
Параметры схемы электроснабжения
Группы
А
В
С
Количество независимых вводов от энергосистемы
2
1
2
1
2
1
Потребность в ДГУ
*
да
*
да
нет
нет
Потребность в ИБП
да
да
нет
нет
нет
нет
Фактическое количество источников электроснабжения
4
3
3
2
2
1
Категория надежности по классификации ПУЭ
Особая группа I
Особая группа I
Особая группа I
I
I
II
Технические условия и разрешения на присоединение к электрическим сетям энергосистемы определяют величину установленной и единовременной мощности потребителя и категорию надежности электроснабжения. Установка автономных источников электроснабжения техническими условиями и разрешениями не регла­ментируется и выполняется по проекту. Два независимых ввода от системы внеш­него (городского) электроснабжения (I категория надежности) характерны для крупного здания, имеющего в составе инженерных систем пожарные насосы, систе­мы подпора воздуха и дымоудаления и прочие системы, обеспечивающие безопас­ность персонала и работу аварийных служб. Если заданием на проектирование спе­циально не оговорена установка ДГУ, то проектом её можно не предусматривать, поскольку группа А имеет электроснабжение по нормам особой группы I категории надежности. Для небольших зданий обычно разрешается электроснабжение по II категории надежности. В этом случае рекомендуется установка ДГУ для электро­снабжения электроприемников группы А.
2.3. Составление функциональной и структурной схем
Функциональная и структурная схемы резервного электропитания выбранных потребителей рассматриваемого бизнес- центра размещены в приложении.
Основными узлами проектируемой системы являются источники бесперебойного питания 1 и 2, так как посредством их использования обеспечивается резервирование системы основного электропитания.
От главного распределительного щита основная цепь электропитания абонентов категории А приходит на распределительный щит ЩР-1А, оборудованный системой автоматизированной и управляемой диспетчерским компьютером коммутации. Щит имеет три независимых ввода- от общей внешней системы электроснабжения, от резервного дизель- генератора и от разрабатываемой системы источников бесперебойного питания.
От данного щита осуществляется электроснабжение распределительных щитков в помещениях, в которых расположены потребители СГЭ.
Одна из силовых линий от ЩР-1А идет к ИБП, по ней осуществляется зарядка аккумуляторных батарей. Контроль параметров электропитания осуществляется встроенным модулем ИБП, который подключен к системе диспетчеризации для обеспечения удаленного мониторинга качественных параметров электроснабжения во всех трех режимах функционирования СГЭ (внешнее питание, питание от ИБП и питание от генератора).
При падениях напряжения во внешней сети и при перебоях в электроснабжении, питание автоматически возобновляется от аккумуляторов ИБП, при этом формируется управляющий сигнал для дистанционного запуска дизель- генератора. После запуска дизель- генератора и его выхода в рабочий режим, выполняется коммутация нагрузки в ЩР-1А, при этом ИБП переходит в режим восстановления заряда аккумуляторов.
При восстановлении внешнего электропитания выполняется обратная коммутация нагрузки, но дизель- генератор остается в дежурном режиме. После проверки диспетчером надежности восстановления основного электропитания, остановка дизель- генератора производится дистанционная его остановка.
3. Конструкторский раздел
3.1. Расчет номиналов
На основании требований к системе бесперебойного питания, формулированных в главе 1, запроектирована установка двух устройств бесперебойного питания UPS 1 и UPS 2, от которых питаются перечисленные потребители. UPS 1 должен обеспечивать 30 кВт, UPS 2 - 6,4 кВт в течение 30 минут.
Расчет мощности ИБП осуществляется по следующим параметрам:
- мощность нагрузки;
- коэффициент мощности нагрузки;
- пусковые токи потребителей с мощностью, соизмеримой с номинальной мощностью ИБП;
- время автономной работы ИБП;
- время зарядки батарей;
- требования к надежности;
- характер нагрузки.
Потребители электропитания от обоих ИБП- это, в основном, статические электронные приборы (компьютеры), которые при включении и выключении не вызывают каких- либо заметных переходных процессов в системе электропитания, поэтому при расчете мощности источников бесперебойного питания ими можно пренебречь. Учитывая, что потребители оборудованы высокочастотными (импульсными) блоками питания, а системы аварийного освещения оборудованы электронными пускорегулирующими автоматами (ЭПРА), что коэффициент активной мощности в системе гарантированного электропитания будет максимально приближен к единице. примем 0.94.
Многие производители для повышения надежности ИБП рекомендуют принимать запас мощности не менее 20%, чтобы обеспечить достаточную перегрузочную способность при необходимости питания дополнительных потребителей и для недопущения критических режимов работы системы.
Номинальная мощность ИБП вычисляется по формуле:
Рибп = (Рпотр * Кз) / Cos(f)
Следовательно, для первого ИБП:
Р1ибп = (30 * 1.2)/0.94 = 38.3 кВт
Для второго ИБП:
Р2ибп = (6.4 * 1.2)/0.94 = 8.2 кВт.
Рассчитаем ёмкость АБ для обеспечения времени автономной работы 30 мин при номинальной мощности потребления нагрузки для каждого ИБП.
Саб ≈((Рн/(η*Uаб))×tр,
где Uаб - среднее напряжение разряда батареи,
η = 0,92 - КПД инвертора, входящего в состав ИБП и включенного после аккумуляторной батареи,
tр = 0,5 ч – время автономной работы ИБП.
В качестве Uаб примем значение 350В.
Для ИБП1 получаем:
C1аб ≈ (38300/0,92*350)*0,5 ≈ 59,5Ач
Для ИБП2 получаем:
C2аб ≈ (8200/0,92*350)*0,5 ≈ 12,7Ач
В случае увеличения номинальной мощности потребления нагрузки в будущем потребуется увеличить и емкость АБ.
3.2. Выбор узлов и устройств
В качестве ИБП1 выбираем SU40KX. Данный ИБП фирмы SmartOnline представляет собой 3-фазную модульную интерактивную систему ИБП с двойным преобразованием.
В стандартной конфигурации N+1 ИБП SU40KX обеспечивает два полнокомплектных, надежных модуля питания мощностью 20 кВт, которые можно заменять без выключения ИБП (сохраняется питание нагрузки) при необходимости проведения обслуживания. В конфигурации 1+1 два ИБП модели SU40KX, соединенных параллельно, могут обеспечивать 100%-ную надежность (два ИБП мощностью 40 кВт питают нагрузку 40 кВт) или повышенную мощность (два ИБП мощностью 40 кВт питают нагрузку 80 кВт).
ИБП SU40KX обеспечивает высочайший уровень защиты питания для критичного оборудования. ИБП большой мощности (40000 Вт) непрерывно производит преобразование входного переменного напряжения в фильтруемое постоянное напряжение, которое затем восстанавливается снова в переменное, с обеспечением правильной синусоидальной формы. Строгая стабилизация выходного синусоидального напряжения и нулевое время переключения гарантируют пригодность для работы с оборудованием любого типа. Большой коэффициент мощности, улучшенная технология преобразования IGBT и технология цифровой обработки сигналов (DSP) обеспечивают суммарный коэффициент нелинейных искажений (THDi) менее 3%. За счет этого генератор меньше нагревается и работает дольше, что позволяет добиться меньшей стоимости установки путем выбора генератора с мощностью, равной нагрузке (соотношение 1:1). Исключительно эффективная работа (до 97%) позволяет экономить средства за счет снижения потребления электроэнергии. Проводные подключения входа и выхода поддерживают широкий диапазон постоянных подключений или с использованием блока распределения питания (PDU). В модели SU40KX используются 3-фазные входы и выходы 220/380 В, 230/400 В или 240/415 В переменного тока, 4 провода + заземление, соединение звездой. В ней также применяется корректировка напряжения в широком диапазоне: 173 – 300 В/276-477 В~. Частота 50 или 60 Гц (выбирается автоматически). В модели SU40KX внутренние модули питания и блоки батарей помещаются в одном вертикальном отсеке, занимающем небольшую площадь в помещении. Обычное время работы при половинной/полной нагрузке составляет 13 мин./5,5 мин. Время работы от батарей можно продлить за счет подключения дополнительных внешних блоков батарей (например, модели BP24V26B и BP24V40C) Ручной обходной переключатель и функция автоматического включения обходной цепи гарантируют 100% доступность подключенного оборудования за счет пропускания электропитания в обход ИБП, если нужно выполнить его обслуживание. Встроенный порт связи RS-232.
Конфигурация N+1: Если требуется проведение обслуживания, можно заменить любой из двух полнокомплектных, надежных модулей питания 20 кВА без отключения питания нагрузки.
Конфигурация 1+1: Два ИБП SU40KX можно подключить параллельно, чтобы обеспечить либо безотказную и надежную работу оборудования, либо увеличить мощность по питанию.
Большой коэффициент мощности, улучшенная технология преобразования IGBT и технология цифровой обработки сигналов (DSP) обеспечивают низкий суммарный коэффициент нелинейных искажений (THDi).
Низкие суммарные значения нелинейных искажений (менее 3%) снижают стоимость установки за счет использования генератора с соотношением 1:1 к нагрузке.
Исключительно эффективная работа (до 97%) позволяет экономить средства за счет снижения потребления электроэнергии. Интерактивная работа, двойное преобразование с помощью технологии IGBT обеспечивают на выходе переменное напряжение правильной синусоидальной формы. Поддерживается непрерывная работа с мгновенным переключением при перебоях в подаче электроэнергии, колебаниях напряжения и импульсных помехах в сети. Устраняются нелинейные искажения, электрические импульсные помехи, колебания частоты и другие трудно решаемые проблемы с электропитанием.
На передней панели есть набор светодиодов и ЖК дисплей, на который может выводиться экран с журналом событий, регистрируемых в реальном времени. Емкость журнала до 500 событий. Экран динамического управления батареей оптимизирует работу батареи для продления ее срока службы и позволяет выполнять холодный запуск ИБП Встроенный порт связи RS-232 работает с ПО PowerAlert или аналогичным для выдачи команды выключения и записи отчета для одного сервера
Разъем подключения принадлежностей может использоваться для установки карты (модель SNMP-WEBCARD) с управлением через SNMP для удаленного выключения, перезагрузки и других функций. Кнопка аварийного выключения (функция EPO) выключает ИБП и отключает обходную цепь.
Встроенный интерфейс с сухими контактами для функции EPO поддерживает удаленное аварийное отключение в условиях крупных объектов.
В качестве ИБП2 выбираем аналогичное устройство соответствующей мощности- SU10KRT3/1X с аналогичными свойствами.
Для выбранных ИБП производитель рекомендует использование свинцовых аккумуляторных батарей BP24V26С с напряжением 24 В и емкостью 35 А*ч, следовательно, возникает необходимость вычисления количества потребных аккумуляторных батарей.
Для бесперебойной работы системы гарантированного электропитания к ИБП необходимо подключить аккумуляторы на напряжение не менее 400 В, следовательно, количество последовательно включенных аккумуляторов в секции для ИБП1 и ИБП2 составит:
Nнапр = 400/24 = 17 шт
Исходя из емкости одного аккумулятора 35А*ч, вычисляем количество батарей, необходимое для обеспечения емкостей обоих ИБП:
N1аб = 59,5/35 = 2, следовательно, необходимо использовать параллельно включенные две секции по 17 аккумуляторов.
N2аб = 12,7/35 = 1, следовательно, одна секция аккумуляторов позволит обеспечить почти трехкратный запас емкости ИБП.
NБ = 42 / 55 ≈ 1
4. Организационно- эксплуатационный раздел
4.1. Размещение и монтаж системы БП
Некоторые производители ИБП предлагают для решения задач размещения и монтажа систем бесперебойного питания интегрированный продукт. Основу его составляет телекоммуникационный монтажный шкаф стандартного 19- дюймового типоразмера (стандарт EIA-310-D). В концепции интегрированного продукта шкаф является базовым строительным модулем, с элементами инфраструктуры и основного инфокоммуникационного оборудования. Шкафы могут подбираться для конкретного оборудования и иметь различную ширину (от 600 до 800 мм), глубину (от 600 до 1000 мм) и высоту (до 45 U). Естественно, имеется комплект дополнительного оборудования и конструкций – кабельные органайзеры, полки, комплекты заземления и т. д.
Инфраструктура строится на основе источника бесперебойного питания 19-дюймового типоразмера (для установки в стойку, rack mount – RM). В рассматриваемом случае это три двойных модуля блоков управления, монтируемые в стойку 600х800 мм и две стойки с аккумуляторами, что представляет собой, по классификации некоторых производителей именуется «отказоустойчивый ИБП класса энергетический массив»
Распределение питания возможно с встраиваемой в монтажный шкаф с блоками управления панели распределения, содержащей автоматические выключатели (PDU). Она используется как для распределения питания внутри линейки монтажных шкафов, так и извне – на рабочих местах, после подводки питания от PDU к потребителям с гарантированным обеспечением электропитанием.
Вентиляция и охлаждение оборудования в шкафах осуществляется при помощи блока вентиляторов 19- дюймового типоразмера. Такая технология обеспечивает удаление теплоизбытков до 3 кВт, что по расчетам тепловыделений будет достаточно для применяемой системы БП. Вывод вентиляции осуществляется в систему вытяжной вентиляции здания. Система монтируется в отдельном помещении с ограниченным доступом.
4.2. Управление и функционирование ИБП
Проектируемый источник питания является полностью автоматизированным устройством, узел управления которого самостоятельно отслеживает наличие и качество электропитания в сети и при необходимости производит переключение на аккумуляторы, при этом на корпусе ИБП обеспечивается индикация режимов его работы, вследствие чего обязательное управление и наблюдение за данной системой не требуется. Более того, контроллер ИБП при отсутствие напряжения в сети в течение заданного времени способен генерировать управляющий сигнал для запуска резервного дизель- генератора, который, в свою очередь, также является полностью комплектным автономным автоматизированным устройством.
Рассматриваемый бизнес- центр оборудован системами «интеллектуального здания», при этом задачи мониторинга и управления электропитанием имеют особую важность, поэтому, несмотря на отсутствие необходимости диспетчеризации системы бесперебойного питания, в рамках данного проекта она будет выполнена.
С точки зрения управления и мониторинга, рассматриваемая система бесперебойного питания состоит из следующих элементов:
- ИБП;
- автономный ДГ;
- блок коммутации источников и потребителей.
Управление системой бесперебойного питания заключается в переключении ИБП на тот или иной режим работы, запуск и остановка дизель- генератора и коммутация нагрузок. К задачам мониторинга относятся контроль параметров входящего электропитания, работоспособности и ресурса резервных источников, а также их выходных характеристик.
Возможны два варианта построения системы мониторинга и управления системой БП: при помощи специальной панели, монтируемой в заданном помещении или при помощи компьютерной программы.
Наиболее целесообразно реализовать данные функции на центральном терминале системы диспетчеризации здания. На сегодняшний день на отечественном рынке представлен ряд компьютерных программ, позволяющих управлять системами резервного электропитания посредством стандартизированных протоколов. На основании сравнительного анализа, выберем протокол SNMP, так как для его реализации нет необходимости в монтаже дополнительных кабелей, т.к. управление и контроль производится через TCP/IP компьютерную сеть здания, доступ к которой имеется во всех помещениях.
Выбранный ИБП без дополнительной подготовки позволяет коммутацию по внутренней компьютерной сети, а дизель- генератор и блок коммутации нагрузок необходимо дополнительно укомплектовать специализированными устройствами телеавтоматики- модуль дистанционного управления и мониторинга CEМ6 фирмы General Electrics.
Для установки на диспетчерский компьютер выбираем программу UPSMON Plus Network, так как в ней наиболее широко реализованы все возможные функции по мониторингу и управлению системой бесперебойного электропитания.
4.3. Эксплуатация и надежность системы
Для потребителей системы гарантированного электропитания наиболее критичным показателем является надежность системы. В системе есть наиболее критические потребители, и для обеспечения надежности электропитания таких нагрузок применяются параллельные схемы ИБП с резервированием, но также можно использовать и двухуровневую систему, когда у потребителя размещен индивидуальный ИБП соответствующе мощности.
В суммарная мощность параллельно подключенных ИБП превосходит мощность нагрузки таким образом, что при выходе из строя одного или нескольких ИБП остальные ИБП способны обеспечить питание без малейшего прерывания и изолировать неисправность, чтобы она не могла повлиять на выполнение функций питаемого оборудования. Параллельные резервируемые системы обеспечивают самую высокую надежность электропитания нагрузки.
Не все ИБП способны работать параллельно. Этот параметр весьма существенен для сравнения ИБП: возможность параллельной работы и тип логики параллельной системы (например, "ведущий - ведомый", распределенная логика и т.д.).
Схему с параллельным подключением ИБП следует применять при необходимости обеспечения работоспособности системы в случае отказа одного ИБП. Вариант параллельного подключения дороже на 20-50%, чем установка единичного ИБП.
К основным параметрам надежности ИБП относятся:
Среднее время между отказами (MTBF, Mean Time Between Failures). Эта величина вычисляется на основе показателей надежности компонентов устройства и не учитывает такие важные моменты, как качество сборки, надежность конструкции и некоторые другие, в том числе человеческий фактор.
Как правило, эта оценка применяется для сравнения надежности одного и того же устройства после проведенной модернизации, сравнение же ИБП различных производителей по этому параметру несостоятельно.
Коэффициент нелинейных искажений, особенно для мощных устройств, характеризует степень "загрязнения" электросети на входе ИБП. Для снижения коэффициента КНИ применяются специальные схемы выпрямителей и дополнительные фильтры.
Следует обеспечить наличие "интеллектуального" управления зарядом- разрядом батареи, поскольку именно надежность батареи определяет работу ИБП при перебоях электроснабжения. Обычно под "интеллектуальным" управлением понимается контроль конечного напряжения разряда в зависимости от тока разряда и температурно-зависимый, многостадийный заряд батареи.
Не менее важным параметром ИБП с точки зрения надежности его эксплуатации является и диапазон входных напряжений, при котором ИБП работает от электросети.