Transcript Nagyépületek nagy megbízhatóságú villamos energiaellátása Dr. Szandtner Károly BME Villamos Energetika Tanszék Kandó Konferencia 2002.

Nagyépületek nagy
megbízhatóságú villamos
energiaellátása
Dr. Szandtner Károly
BME Villamos Energetika Tanszék
Kandó Konferencia 2002. november 15.
Előadás vázlat:
• Megbízhatósági igény villamos energiaellátó
rendszerekben
• Fogalmak a megbízhatóság elemzéséhez
• Villamos energiaellátó rendszer kialakítása
• Szünetmentes energiaellátás
• Szünetmentes áramellátó berendezés és
dízel generátor beépítési szempontok
• Összefoglalás
I. Megbízhatósági igény villamos
energiaellátó rendszerekben
• 1940. évtől az elektronika elterjedése;
• elektronikus számítógépek fejlesztése;
• növekedtek az energia elosztó rendszerekkel
szembeni elvárások;
• fokozódó veszély légiforgalom irányításnál,
gyógyászati és banki rendszereknél stb.;
• a számítógépes rendszerek kiesésének magas
költsége;
• termelési folyamatok kiesése, anyag- és
időveszteség.
Feszültségtartás jellemzői az MSZ 1, MSZ EN
50160 és a BS 4778 szabványok szerint
Jellemző
alkalmazás
Feszültség
tűrés
Feszültség
kiesési idő, tsz
Frekvencia
tűrés
szünetmentes
+/- 5 %
< 15 ms
+/- 1 %
4 vez. rsz., fázzis-nulla között
+ 5,2
-8,7
tápfeszültség változás:
-általában
-hosszú tápvon.
gyors tápfeszültség
változás az idő
95 %-ában
tápfeszültség rövididejű kimaradása
tápfeszültség tartós
kimaradása
+/- 10 %
+10 % / -15 %
+/- 5 %
< 1000 ms
szg. hálózathoz
kiesés az idő
70 %-ában
< 1000 ms
kiesés figyelmen
kívül hagyva
Megjegyzés
+/- 1 %
+4 % / - 6 %
+/- 2 %
+/- 15 %
Szinkron csatl. Az idő
99,5 és 100 %-ában
sziget üzem az idő 95
és 100 %-ában
általában
< 1000 ms
rövid időre
10...100 kiesés évente
az idő 70 %-ában
< 3000 ms
10…50 kiesés évente
+/- 10 %
A személyi számítógépes
rendszerek követelményei:
• nem lehet eltérés vagy szünet, tsz <15 ms;
• feszültségcsúcs mentesség, Ucs <1 kV;
• teljes harmonikus torzítás, THDu < 10 % és
THDi < 10%;
• feszültség állandósult állapotban +/- 1%;
• frekvencia-változás, dinamikus +/- 1 %;
• jelváltozási sebesség < 0,5 Hz/s;
• nulla és föld közötti potenciálkülönbség < 5 V;
Az épületek villamos hálózatának
létesítésénél a fő cél:
• folyamatos és megbízható
villamos energiaellátás
biztosítása a kritikus üzemviteli
körülmények között
II. Fogalmak a megbízhatóság elemzéséhez a
villamos energiaellátó rendszerekben
• Megbízhatóság
soros, párhuzamos,
soros-párhuzamos, egyéb
• Rendelkezésre állás
villamos energia betáplálásnál,
számítógépes rendszernél
• Rugalmasság
elemhiba esetén is működőképes
• Redundancia
nem redundáns rendszer,
passzív és aktív redundancia
Értelmezési példa redundanciára:
A1
A1
100 %
A2
100 %
1 + 1 redundancia
100/n %
A2
A1
A1
100/n %
50 %
100 %
A2
An
A2
50 %
100/n %
100 %
A (n+1)
A3
A3
100/n %
50 %
2 + 1 redundancia
n + 1 redundancia
100 %
1 + 2 redundancia
Példák redundanciákra
Q E IN F05P.PPT / 5 slide
Első számjegy: a működőképességhez
szükséges elemek
Második számjegy: készenléti vagy tartalék elemek
III. Villamos energiaellátó rendszer kialakítása a
megbízhatóság szempontjai alapján
• független hálózati (kábelhurkú) táplálás;
• transzformátorok, gyűjtősínek vagy kábelek, elosztórendszerek megkettőzése;
• tartalék generátor;
• szünetmentes áramforrás (központi és lokális telepítés);
• fogyasztók osztályba sorolása;
• egyidejű teljesítmény igény (csúcsidei és csúcsidőn kívüli);
• tartalék teljesítmény igény (csúcsidei és csúcsidőn kívüli);
• összevont fogyasztásmérés (több betáplálásnál).
Szünetmentes betáplálás két
független ágon keresztül
G e n e rá to r
H á ló z a ti
e llá tá s
UPS 1
H á ló z a ti
e llá tá s
G e n e rá to r
UPS 2
S z ü n e tm e n te s e llá tá s k é t fü g g e tle n re n d s z e rh e z k a p c s o lt á g o n k e re s z tü l
q e in f0 4 p .p p t / 2 s lid e
Nagyépület kisfeszültségű villamos energia
betáplálási vázlata
H á ló z a ti fe sz ü ltsé g g y ű jtő sín
Ü zem i
e llá tá s
S z ü k sé g
e llá tá s
S z a k a sz o ló b iz to sító
B iz to sító
=
D ie se l
g e n e r á to r o s
b e tá p lá lá s G
0 ,4 k V
~
k é z i b y p a ss
k a p c so ló
k é z i b y p a ss
k a p c so ló
~
Ü zem i
b e tá p lá lá s
1 0 / 0 ,4 k V
akku
=
S z a k a sz o ló
=
T a r ta lé k
b e tá p lá lá s
1 0 / 0 ,4 k V
I
S z ü n e tm e n te s
e llá tá s
~
Ü zem i
b e tá p lá lá s
kézi bypass ág
II
bypass ág
akku
III
M e g sz a k ító
=
kézi bypass ág
~
bypass ág
S z ü n e tm e n te s fe sz ü ltsé g
T a r ta lé k
b e tá p lá lá s
T a r ta lé k
sz ü n e tm e n te s b e tá p lá lá s
Fogyasztók csoportosítása:
• Szünetmentes ellátást igénylő fogyasztók (I. csop.),
0 sec kiesési idővel (10-15 ms),
pl.: számítógépek, telefonok, biztonsági és
tűzvédelmi rendszerek;
• Szükség ellátást igénylő fogyasztók (II. csop.),
1 perc kiesési idővel (gép felfutás),
pl.: hűtőgépek, klímák, biztonsági világítás;
• Normál ellátást igénylő fogyasztók (III. csop.),
nincs kiesési időkorlát,
pl.: irodai világítás, hőtechnikai fogyasztók;
Irodában használatos berendezések mértékadó
teljesítményfelvétele szünetmentes tápegység kiválasztásához
Berendezés
Névleges teljesítmény (VA)
PC monitor nélkül
200
Hálózati szerver monitor nélkül
300
14” színes monitor
70
17” színes monitor
100
19-21” színes monitor
150
A4-es tintasugaras nyomtató
80
A3-es tintasugaras nyomtató
120
A4-es lézer nyomtató
900
A3-es lézer nyomtató
1200
Fekete-fehér videó terminál
100
Színes videó terminál
150
A3-as plotter
70
A0-as plotter
150
IV. Szünetmentes, nagy megbízhatóságú
villamos energiaellátás eszközei
• statikus átkapcsolók (STS);
• váltakozó áramú szünetmentes tápegységek (statikus UPS)
- on-line UPS
- off-line UPS
- hálózat-vezérelt UPS
• váltakozó áramú szünetmentes tápegységek (dinamikus UPS):
- első generációs dinamikus UPS
- komplex energia-kondicionáló berendezések
• UPS dízel motorral
• UPS szupravezetős mágneses energiatárolóval (SMES).
Statikus átkapcsoló normál és
tartalék üzemi helyzetben
F ő b e tá p lá lá s
T a rta lé k b e tá p lá lá s
F ő b e tá p lá lá s
K im e n e t
K im e n e t
kritiku s te rh e lé sh e z
kritiku s te rh e lé sh e z
T a rta lé k b e tá p lá lá s
S tatikus átkapcsoló norm ál és tartalék üzem i helyzetben
qeinf04p.ppt / 1 slide
On-line szünetmentes áramforrás
(UPS) felépítése
A k k u m u lá to r
E g y e n irá n y ító
~
=
=
~
M ik ro p ro c e s s z o r
S z e rv iz b y -p a s s
T á v je lz ő
é rin tk e z ő k
RS 232
p o rt
A u to m a tik u s b y-p a s s e g y s é g
Bem enet
In v e rte r
K im e n e t
Dinamikus szünetmentes áramforrás
(UPS) felépítése
HÁLÓZAT
TERHELÉS
M /G
a.,
HÁLÓZAT
TERHELÉS
M
G
P éld ák d in am ik u s in v erterek k ap cso lására
b.,
HÁLÓZAT
TERHELÉS
M
Q E IN F 0 5 P .P P T / 1 slid e
G
c.,
a., lendkerékkel összeépített egységes motor generátor;
b., kétgépes átalakító (háromfázisú aszinkron motor és háromfázisú szinkron
generátor) lendkerékkel;
c., kétgépes átalakító egyenáramú motorral és lendkerékkel
Megjegyzés: a generétor tengelyére csatlakoztatható további más meghajtó
motor is (pl. dízel motor)
A szupravezetős mágneses
energia tároló elvi felépítése
V. Szünetmentes áramellátó berendezés
és dízel generátor beépítési szempontok
• Tervezés
• Üzemeltetés
• Felügyelet
Az inverterek telepítésének főbb
szempontjai:
• egy gyűjtősínre azonos típusú inverterek kerüljenek;
• klíma és szellőztetés biztosítása;
• felharmonikus problémák megoldása (mérés, szűrő méretezése);
• statikus inverterek folyamatos terhelhetősége ne haladja meg a
80 %-ot (motorindítás, felharmonikus);
• az inverterek többlépcsős túlfeszültség védelmének kiépítése;
• az áthidalási idő helyes megválasztása;
• a folyamatos üzemállapot figyelés - az épület-felügyeleti
rendszerben - megoldható legyen
A dízel aggregát telepítésének
néhány szempontja:
• Ellátandó fogyasztók  teljesítmény igény
• a fogyasztók osztályba sorolása ( I., II. csop.);
• 90 %-os tartós teljesítmény kihasználás;
• fázisjavítással a gépegység terhelhetősége nem javul;
• hűtés, hűtővíz, szellőztetés és frisslevegő biztosítása, füstgáz
elvezetése, üzemanyag utánpótlása, zaj- és rezgésvédelem;
• üzemzavari átkapcsoló automatikák;
• a folyamatos üzemállapot figyelés - az épületfelügyeleti
rendszerben - megoldható legyen.
Szünetmentes áramellátás
akkumulátor telepei:
• párhuzamos akkumulátorok (áramterhelhetőség
növelés);
• akkumulátor csoportok külön biztosítása;
• speciális ún. akkumulátor telep biztosítók
alkalmazása;
• párhuzamos telepsorok terhelésének szimmetria
figyelése;
• akkumulátor helyiség szellőztetés, légcsere és
klimatizálás (durranógáz elvezetés, kb. 20 0C beltéri
hőmérséklet tartás, élettartam optimalizálás).
A 120 kVA-es szünetmentes áramellátó
berendezés akkumulátor telepei
+
16 x 12 V 65 A h
-
+
In v erterh ez
-
16 x 12 V 65 A h
+
+
16 x 12 V 65 A h
2 A / 240 V
S zim m etria-fig y elé
2 A / 240 V
-
16 x 12 V 65 A h
+
M N B „B ” ép ü let k ö zp o n ti in v ertertelep ak k u m u láto r eg y ség k ap cso lási v ázlata
m n b p p 0 0 3 .p p t / 1 s
Nagyépület villamos energiabetáplálása és -elosztása
független szünetmentes hálózat kiépítése mellett
VI. Összefoglalás, értékelés
• Megbízhatóság, rugalmasság, karbantarthatóság, teljesítőképesség, alakíthatóság és
illeszthetőség követelményeinek kielégítése.
• Megbízhatóság fokozása (berendezés,
energiaellátás).
• Biztonság és kockázat, költségelemzés.
• Egyéb problémák megoldása (EMC zavarok, potenciál kiegyenlítés, árnyékolás,
földelés, összecsatolás stb.).
Köszönöm a figyelmet!