Модульная система бесперебойного электропитания постоянного тока

Изоляция электрических  цепей СБЭП относительно корпуса и цепей, электрически не связанных между собой, выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия в течение 1 мин испытательное напряжение синусоидальной формы частотой 50 Гц, действующее значение которого составляет 2000 В для цепей переменного тока и 1000 В для цепей постоянного тока.

Сопротивление изоляции электрических цепей СБЭП относительно корпуса и цепей, электрически не связанных между собой, не менее:

• в нормальных климатических условиях – 20 МОм;
• при повышенной температуре окружающего воздуха – 5 МОм;
• при повышенной влажности окружающего воздуха – 1 МОм.

Электрическое сопротивление между зажимом  защитного заземления и корпусом СБЭП не более 0,1 Ом. Среднее время наработки на отказ не менее 150000 часов. Средний срок службы не менее 10 лет. Среднее время восстановления  не более 0,5 часа в условиях ремонтных мастерских.

1. Постановка задач проектирования

1.1. Анализ прототипов, их характеристик и основных выполняемых функций

 Разработкой аналогичных источников бесперебойного электропитания (ИБЭП) занимается  ООО Фирма «Источник», характеристики и основные функции выполняемые ИБЭП приведены ниже.

ИБЭП имеет сертификат соответствия ОС/1-Э-145 Государственного Комитета РФ по связи и информатизации от 30.10.97г. и утвержденные технические условия 037-00-00ТУ.

Предприятие-изготовитель: ООО Фирма «Источник», 420029 г. Казань ул. Сибирский тракт д.34, для писем а/я № 206, тел./факс (8432) 76-07-22, 95-18-65, 95-28-89, E-mail: istochnik@sck.ru

Источник бесперебойного электропитания  (ИБЭП) выпускается в модификациях  №(1 - 21) и пяти вариантах исполнения:

Таблица 1.

 

№	Тип ИБЭП	Выход. напр-е   (В)	Выход.  ток   (А)	Макс. выход. мощность (Вт)	Тип ПНС, входящих в  ИБЭП	Кол. ПНС   (шт)	Габариты (Г´Ш´В)   (мм)	Масса     (кг)	Вых. ток I*н (А)	Резервирование
1	220В/60В-15А	52-72	0-15		60В-5А		375´482´133		10	N+1
2	220В/48В-18А	41-58	0-18	1080	48В-6А	3	(3U)	17	12	N+1
3	220В/24В-37А	20-29	0-37,5		24В-12,5				25	N+1
4	220В/60В-20А	52-72	0-20		60В-10А		450´491´272		10	N+1
5	220В/48В-25А	41-58	0-25	1440	48В-12,5А	2	(6U)	32	12,5	N+1
6	220В/24В-50А	20-29	0-50		24В-25А				25	N+1
7	220В/60В-50А	52-72	0-50		60В-25А		450´491´272		25	N+1
8	220В/48В-62А	41-58	0-62	3600	48В-31А	2	(6U)	38	31	N+1
9	220В/24В-125А	20-29	0-124		24В-62,5А				62,5	N+1
10	220В/60В-40А	52-72	0-40		60В-10А		600х550х659		30	N+1
11	220В/48В-50А	41-58	0-50	2880	48В-12,5А	4	(13U)	55	37,5	N+1
12	220В/24В-100А	20-29	0-100		24В-25А				75	N+1
13	220В/60В-100А	52-72	0-100		60В-25А		600х550х659		75	N+1
14	220В/48В-125А	41-58	0-124	7200	48В-31А	4	(13U)	67	93	N+1
15	220В/24В-250А	20-29	0-248		24В-62,5А				187,5	N+1
16	220В/60В-200А	52-72	0-200		60В-25А		600х550х1283		150	N+2
17	220В/48В-250А	41-58	0-248	14400	48В-31А	8	(27U)	125	186	N+2
18	220В/24В-500А	20-29	0-496		24В-62,5А				375	N+2
19	220В/60В-300А	52-72	0-300		60В-25А		600х550х1784		225	N+3
20	220В/48В-375А	41-58	0-372	21600	48В-31А	12	(36U)	186	279	N+3
21	220В/24В-750А	20-29	0-744		24В-62,5А				562,5	N+3
22	220В/60В-400А	52-72	0-400		60В-25А		600х550х2124		300	N+4
23	220В/48В-500А	41-58	0-496	28800	48В-31А	16	(45U)	250	372	N+4
24	220В/24В-1000А	20-29	0-992		24В-62,5А				750	N+4

 

где I*н – ток нагрузки ИБЭП, включающий в себя ток заряда АБ и максимальный ток потребителей.

 

Примечание:

При несоблюдении принципа резервирования с применением ИБЭП на максимальную выходную мощность 3600, 7200, 14400, 21600, 28800 или отдельно ПНС 60В-25А, 48В-31А, 24В-62,5А рекомендуются следующие режимы работы:

• Длительный (непрерывный) – при токе нагрузки не более 60% от максимальной величины;
• Кратковременный (не более 2 часов) – при токе нагрузки до 100% от максимальной величины.

 

Устройства  и основные функции, выполняемые  ИБЭП.

 

ИБЭП в зависимости  от модификации может иметь на выходе напряжения 60В, 48В, 24В и состоит из: корпуса, от одного до шестнадцати, включенных в параллель преобразователей  напряжения стабилизирующих (ПНС) на выходную мощность 360Вт (ПНС~220В/60В-5А, ПНС~220В/48В-6А, ПНС~220В/24В-12А); 720Вт (ПНС~220В/60В-10А, ПНС~220В/48В-12,5А, ПНС~220В/24В-25А) или 1800Вт (ПНС~220В/60В-25А, ПНС~220В/48В-31А, ПНС~220В/24В-62А); устройство контроля и управления (УКУ); кросс-платы, устройства управления магнитными пускателями, узел телеметрии, системы коммутации.

Корпус ИБЭП имеет  пять вариантов исполнения: первый вариант содержит от одного до трех ПНС; второй вариант – до двух ПНС; третий вариант – до четырех ПНС; четвертый вариант – до восьми ПНС; пятый вариант – до двенадцати ПНС.

На передней панели УКУ  размещена планка индикации режимов  АВАРИЯ - входной сети - фазы А, В и С; ИБЭП; ПОТРЕБ.; разряд АБ до минимально допустимого напряжения U мин АБ; перегрузка по току АБ; работа и отключение Зуммера при аварии; отключение АБ1 или АБ2; цифровой индикатор контроля напряжения АБ, тока заряда (знак плюс) и разряда (знак минус) АБ, суммарного тока потребителя.                

На передней панели ПНС  расположены: потенциометры регулировки  выходного напряжения U и тока выравнивания при заряде АБ, три гнезда ОБЩ, U, I (для подключения внешнего вольтметра) и индикатор ПНС ИСПР.

Примечание: ток заряда (знак плюс) и разряда (знак минус) АБ указаны для ИБЭП на минусовое выходное напряжение; для ИБЭП на плюсовое выходное напряжение – знаки токов заряда и разряда будут иметь противоположные знаки.

 

Выполняемые  функциональными узлами функции.

 

Автоматические  выключатели АВ обеспечивают коммутацию напряжения ПНС (выход), АБ, ПОТРЕБИТЕЛЯ, а также защиту  их от перегрузок по току и пожарной  ситуации в источнике, в том числе:

• по сети - АВ по фазам А, В и С;
• по выходу ПНС - АВ каждого ПНС;
• по цепям  подключения  АБ - АВ по двум каналам подключения АБ;
• по выходу ИБЭП  - до шести АВ включения ПОТРЕБИТЕЛЯ (Табл.1 п/п 1-9);
• до двадцати АВ включения ПОТРЕБИТЕЛЯ (Табл.1 п/п 10-21);

 

ПНС обеспечивает:

• параллельную работу до 16 ПНС в режимах стабилизации напряжения или тока ограничения при обеспечении разности  токов не более 4%;
• индикацию наличия выходного напряжения при включении ИБЭП;
• стабилизацию выходного напряжения или тока ограничения;
• регулировку величины выходного напряжения и тока ограничения заряда АБ;
• отключение ПНС при напряжении сети более/менее (270-276)В/(171-165)В, в том числе при бросках/провалах сетевого напряжения до ±40% Uсети номинального  значения длительностью до 3 с и при бросках до 1000В длительностью до 10 нс;
• возврат ПНС в рабочий режим при вхождении напряжения сети в зону допуска;
• отключение ПНС при его выходном напряжении более допустимого значения;  
• ступенчатую коррекцию выходного напряжения ПНС (напряжения заряда АБ) в зависимости от температуры АБ;
• защиту от перегрузок и коротких замыканий на выходе.

 

Устройство  контроля-управления АБ обеспечивает:

• автоматический заряд и содержание АБ;
• заряд АБ напряжением 2,3В на элемент АБ при токе заряда АБ превышающем  0,5 - 2А (регулируемая величина устанавливается по требованию Заказчика, исходя из применяемой АБ);
• содержание АБ напряжением 2,23В на элемент при токе заряда меньше величины  0,5 - 2А;
• защиту АБ от глубокого разряда, отключением АБ от потребителя при напряжении ниже 1,8В на элемент АБ;
• защиту АБ от превышения выходного напряжения более 2,4В на элемент АБ;
• ограничение тока заряда АБ от ИБЭП, превышающем допустимое значение;
• цифровую индикацию напряжения АБ, токов заряда-разряда АБ и суммарного тока потребителя;
• световую индикацию контроля АВАРИИ СЕТИ, то есть снижения напряжения сети ниже допустимого значения или пропадания напряжения сети фазы  А, В или С, а также фаз А-В, В-С или С-А, либо увеличение напряжения сети выше допустимого значения;
• cветовую индикацию  АВАРИИ ИБЭП при отказе одного или нескольких ПНС и питание потребителя от оставшихся ПНС и АБ;
• световую индикацию АВАРИИ ПОТРЕБИТЕЛЯ;
• световую индикацию контроля U мин АБ при разряде ее до напряжения близкого к отключению АБ от потребителя;
• регулировка величины тока ограничения заряда АБ потенциометром I АБ;
• световую индикацию I АБ> при токе разряда АБ, превышающем ток ограничения.

УКУ содержит также ЗУММЕР, который издает прерывистый звуковой сигнал при отказе ПНС или ПОТРЕБИТЕЛЯ, когда переключатель ЗУМ установлен в нижнее положение.

Кнопка СБРОС обеспечивает повторное включение ИБЭП в случае его отключении при отказе ПНС или ПОТРЕБИТЕЛЯ.

 

Узел телеметрии

Узел телеметрии содержит по три сухих контакта пяти цепей  телеметрии, один из которых общий, о состоянии сети, снижении напряжения АБ до значения на 1±0,2В больше напряжения ее отключения, о рабочем и аварийном состоянии ПНС, о нормальной работе АБ и ее отключении, об отказе потребителя. 

При нормальной работе одна группа контактов замкнута, другая разомкнута. При аварийном режиме - наоборот.

 

Устройство  управления магнитным пускателем обеспечивает:

• коммутацию цепей подключения АБ к ИБЭП при максимальном значении тока потребления схемы управления;
• минимальное значение тока потребления схемы управления при работе магнитного пускателя.

 

Индикация о состоянии сети, АБ, ПОТРЕБИТЕЛЯ, ПНС.

 

Цифровая  индикация  показывает: напряжение АБ; ток заряда-содержания /разряда АБ; ток потребителя.

Измерение указанных  напряжений и токов осуществляется переключателем UАБ,  I АБ и I ПОТР., устанавливаемым в соответствующее положение.

Точность цифровой индикации:

- напряжения ±0,2В;

- тока ±0,2А.

 

Световая индикация обеспечивается светодиодами, расположенными как на каждом ПНС, так и передней панели ИБЭП.

   

Индикация ПНС:

• при нормальной работе ПНС горит его индикатор ПНС ИСПР.;
• при аварии, отключении или разности выходных токов параллельно работающих ПНС более 15% – индикатор ПНС ИСПР гаснет.

   

Индикация ИБЭП:

• АВАРИЯ фаз А, В и С - индикация загорается при недо/перенапряжении сети или пропадании напряжения фаз или сети в целом;
• АВАРИЯ ИБЭП - индикация загорается при аварии ПНС, ПОТРЕБИТЕЛЯ и обрыве датчика контроля температуры АБ;
• АВАРИЯ ПОТР. - индикация загорается при отключении любого из АВ «Потребитель»;
• U мин. АБ - индикация загорается при разряде АБ до напряжения на 1,0В больше  напряжения ее отключения;
• I АБ> - индикация загорается при перегрузке АБ по вытекающему току.
• ЗУМ.:
• индикация горит, когда выключатель ЗУМ находится в верхнем положении, при этом зуммер во время любой из аварий не звучит;
• индикация гаснет, когда выключатель ЗУМ находится в нижнем положении, при этом зуммер во время любой из аварий звучит;
• АБ1 и/или АБ2:

• индикация горит, когда переключатели в верхнем положении и АБ не подключены; 
• индикация гаснет и АБ подключается к выходу ПНС, когда переключатели в нижнем положении.

    

     4. Порядок установки и стыковка  ИБЭП с сетью, АБ и потребителем.

 

Установка ИБЭП у Заказчика  производится в соответствии со схемами  его подключения. Перед монтажом необходимо убедиться в отсутствии механических повреждений ИБЭП.

Произвести прокладку  кабелей к ИБЭП, в  том  числе:

• от сети переменного тока 220В 50Гц к автоматическим выключателям (АВ):

• фаз А и В (ПНС ВКЛ ВХОД) и нулевой проходной клемме при одном или двух генераторах;
• фаз А, В, С (ПНС ВКЛ ВХОД) и нулевой проходной клемме;

– два или четыре кабеля сечением фазных проводов не менее 2,5 кв.мм и общего провода сечением не менее 5 кв.мм;

• от аккумуляторных батарей АБ1 и АБ2 к АВ минуса и:

• общим проходным клеммам плюса (Табл.1, п/п 1-3);
• общей шине плюса (Табл.1, п/п 4-21);

– два или четыре кабеля сечением не менее 10 кв. мм в зависимости  от количества групп АБ;

• от Потребителя:

• шесть выходных каналов по минусу к автоматическим выключателям и по плюсу к шести общим проходным клеммам (Табл.1, п/п 1-3),
• двадцать выходных каналов по минусу к автоматическим выключателям и по плюсу к общей шине (Табл.1, п/п 4-21);

Примечание: здесь и далее знак плюс и знак минус указаны для ИБЭП на минусовое выходное напряжение; для ИБЭП на плюсовое выходное напряжение – знаки будут противоположными.

Концы соединительных кабелей, подключаемые к ИБЭП, должны быть зачищены на расстоянии до одного сантиметра.

При использовании медного  провода кабели вход-выход выбираются из условия обеспечения 2,5 А/кв.мм, алюминиевого провода – 1,0 А/кв.мм. Сечение земляного провода то же, что нулевого провода сети.