Статьи и публикации

Системы Гарантированного Электропитания для телерадиокомпаний

Не секрет, что функционирование электрооборудования напрямую зависит от качества энергоснабжения. Электротехника и оборудование, которое входит с состав инженерной инфраструктуры телерадиокомпании относится к группе потребителей, соответствующих самым высоким требованиям к надежности электроснабжения. Даже незначительные помехи или сбои могут привести к остановке вещания на несколько минут, а иногда и часов. Необходима защита от систематических проблем, которые возникают в сети: провалы, колебания и выбросы напряжения, высокочастотные шумы, импульсные помехи и аварийные отключения на длительное время.
Надежной защитой от непредсказуемых сбоев является система гарантированного электропитания (СГЭ). Ее основополагающими компонентами являются Система Бесперебойного Питания и автономный источник энергоснабжения, дизель-генераторная установка. Кроме того, система включает в себя ряд электрооборудования, благодаря которому система представляет из себя единое автоматизированное звено. Особую роль выполняют Автоматический Выключатель Резерва (АВР), так же любая система включает в себя распределительно-коммутационное оборудование. Инженерный проект системы гарантированного электропитания всегда проектируется с учетом индивидуальных особенностей объекта, этими особенностями определяется конфигурация и компоненты системы.

Электроприемники, потребители электроэнергии, классифицируют согласно требований к надежности энергоснабжения. Всего выделяют три категории потребителей. В состав I группы входят ответственные потребители, которые по своему устройству чувствительны к качеству электропитания и являются критическими приложениями электротехнической инфраструктуры предприятия. Электрооборудование телевизионной компании относится именно к такой категории потребителей. От исправности работы устройств зависит качество и наличие телевизионного эфира.

Согласно «правил устройств электроустановок» и комплекса ГОСТ стандартов электроснабжение потребителей первой группы первоначально должно осуществляться за счет дополнительного независимого ввода от центральной энергосистемы. Кроме того, существует необходимость в автономном источнике, дизель-генераторной установке (ДГУ), который нужен на случай аварии трансформаторной подстанции или других сложно прогнозируемых причин.


Система бесперебойного электропитания (СБЭ) 

Система Бесперебойного Электропитания (СБЭ) является «рубежом обороны» в борьбе за качество и надежность электропитания приемников группы I категории, и предназначена для автономного питания нагрузки в случае отключения или нарушения электроснабжения от основных источников. Кроме того, онлайновые ИБП выполняют функцию преобразователя и обеспечивают чистую синусоиду напряжения.

Время автономной работы СБЭ, как правило, определяется исходя из расчета необходимого времени для безопасного завершения работы оборудования и сохранения данных. Время поддержки СБЭ в некоторых случаях может достигать до 3-4 часов, но чаще всего достаточно получасового резерва питания от ИБП.

Время автономной работы тесно связано с понятием отказоустойчивости и должно быть не менее времени переключения системы на резервный источник. В момент переключения ИБП берет на себя полную нагрузку и работает за счет аккумуляторных батарей, пока в работу не вступит ДГУ (дизель-генераторная установка). ДГУ может быть запрограммирован на задержку старта от одной до пяти минут, во избежание холостого запуска в случае кратковременного отключения. Кроме того, следует учитывать время запуска ДГУ до стабилизации выходного напряжения в 380 Вт 50 Гц, оно, как правило, бывает до минуты. Так, получасового времени поддержки ИБП вполне достаточно, для того чтобы любые помехи прошли незаметно для работы оборудования и вещания телерадио канала.

Схемы построения СБЭ определяются конфигурацией инженерной инфраструктуры телерадиокомпании. Традиционно их существует два типа: распределенная и централизованная. Распределенная схема представляет собой ряд маломощных розеточных ИБП, локально защищающих нагрузку. Это достаточно простое решение, оно не требует инженерных проектных работ, но с другой стороны оно и не обеспечивает необходимый уровень надежности защиты. Одиночные ИБП распределенной системы не предполагают резерва, а это означает, что любое звено инфраструктуры остается уязвимым.

Централизованная же система это несколько иной уровень защиты. Она отказоустойчива за счет резервирования и главное устойчива к перегрузкам. Резервируемая централизованная система параллельной архитектуры, известная под маркой RPA™, была разработана компанией General Electric для обеспечения надежной защиты потребителей именно высокой мощности. Ее конфигурация образована с помощью соединения двух или более ИБП в одноранговую систему источников, одновременно распределяющих нагрузку между собой. Благодаря такому принципу, в любой момент может быть подключен дополнительный ИБП для увеличения уровня резервирования или выходной мощности. Между тем, суммарная мощность системы бесперебойного электропитания всегда должна превышать номинальную нагрузку, это необходимо для исключения вероятности перегрузок. Поэтому параллельная система RPA™ проектируется с резервированием по принципу N+1.

Из всех конфигураций параллельная система наиболее устойчива к перегрузкам и характерна отсутствием нерезервируемых критических точек отказа. Здесь каждый из ИБП содержит в себе автоматический байпас (обходной переключатель, переводящий нагрузку на питание от внешней сети), батареи и управляющую логику. Технология RPA™ внедрила в работу системы свойство самостоятельного интеллектуального управления. Эту функцию в автоматическом режиме выполняет «ведущий» ИБП из параллели, он осуществляет синхронизацию синусоиды напряжения, контролирует исходное и выходное напряжение всех элементов системы и, в случае необходимости, дает команду переключения на байпас.

Кроме того, существуют и так называемые «критические» нагрузки, которые нуждаются в дополнительном резервировании питания. К таким нагрузкам относятся видеосервера, видеомиксеры, приемные части спутниковой связи, а так же оборудование, необходимое для вещания. Такие критические приложения, как правило, дополнительно защищаются локальными одиночными ИБП малой и средней мощности.

Наряду с параллельной схемой существует последовательная конфигурация. Схема последовательного резервирования, или как еще ее называют – «горячего» резервирования, была первой на пути к созданию отказоустойчивых систем, но с появлением RPA технологии стала менее актуальна в силу наличия ряда недостатков.

На сегодняшний момент рынок предлагает и так называемые «модульные» системы, которые являются компромиссным решением между схемой одиночных ИБП с последовательным подключением и полноценной параллельной. Модульные системы, основанные на принципе «горячего резервирования», позволяют производить замену батарейных блоков в «горячем» режиме, а модулей мощности в обходном режиме, без отключения нагрузки. Проблема заключается в том, что быстрая «горячая замена» модулей может в свою очередь приводить к микровсплескам напряжения. Кроме того, в большинстве случаев модульные системы имеют общие батареи, общий байпас и централизованную управляющую логику, а резервируются только силовые модули (выпрямители и инверторы).


Дизель-генераторная установка (ДГУ)

При отказе основного источника электроснабжения в работу вступает дизель-генераторная установка (ДГУ). ДГУ предназначена для работы в качестве основного или резервного источника. При использовании ДГУ в качестве основного источника электропитания, его работа допустима с перегрузкой не более чем 10 % от номинальной мощности в течение одного часа раз в 12 часов.

ДГУ может функционировать как полностью в автоматическом режиме, так и в режиме ручного управления. Автоматизация должна обеспечивать выполнение ряда операций:
стабилизацию выходных электрических параметров;
аварийно-предупредительную сигнализацию и аварийную защиту;
дистанционное и автоматическое управление всеми технологическими процессами.
По конструктивному исполнению ДГУ подразделяются на три типа: для внутренней установки (открытого исполнения), для наружной установки – в кожухах или контейнерах и передвижные. ДГУ для внутренней установки предназначена для размещения в специально приспособленном электромашинном помещении или для монтажа в кожухах.

Кожух с шумоизоляцией предназначен как для наружной установки, так и для установки внутри специально оборудованных помещениях в случае необходимости снижения уровня шума двигателя. Он имеет большие габариты и массу в сравнении со вспомогательным кожухом за счет применения звукоизоляции. При установке ДГУ в непосредственной близости от жилищных помещений, в пределах городской застройки согласно гос. стандартов может потребоваться использование кожуха с шумоизоляцией.

Шасси передвижных ДГУ представляют собой дорожные одно-, двух- или трехосные трейлеры. Трейлеры допускают буксировку на большие расстояния, но не всегда это единственная причина по которой выбор выпадает на электростанцию с шасси. Так, например, на телекомпании «5-й канал» была уставлена передвижная электростанция, поскольку монтаж и полная инсталляция ее в запланированном месте были невозможны, поскольку там проходит канализационная система. Специалистами компании «НТТ Энергия» была спроектирована система гарантированного электропитания с учетом сложившихся сложностей. Таким образом, там была установлена ДГУ на шасси, для того чтобы сохранить возможность доступа к коммуникационным системам в случае необходимости их ремонта. Этот прогноз уже оправдал себя, таким образом, ремонт внутренних коммуникаций никак не отразились на работе «5ого канала».

С увеличением спроса рынок наполнился широким выбором генерирующих электроэнергию агрегатов. Но, к сожалению, они не всегда способны соответствовать хотя бы минимальным проектным требования и техническим стандартам. На сегодняшний день на рынке Украины лучше всего представлены европейские производители дизельных и бензиновых электростанций. Они способны предложить покупателю ассортимент в широком диапазоне мощностей, и, конечно же, качество и надежность оборудования. Кроме того, при выборе поставщика следует учитывать его способность обеспечить сервис по инсталляции, пуско-наладочным работам и обслуживанию установки, а так же его опыт в проведении такого ряда работ.


Автоматический выключатель резерва (АВР)

Устройства автоматического выключения резерва (АВР) предназначены для переключения питания нагрузки между источниками электроснабжения.

В нормальном режиме нагрузка питается от одного установленного источника центральной системы, но при его отказе коммутационный аппарат в цепи этого источника размыкается и замыкается в цепи второго источника, резервного.

Устройство АВР применяется тогда, когда в систему энергоснабжения включены резервные источники питания. Он представляет собой второй важнейший элемент СГЭ. Без АВР невозможно организовать автоматическое переключение питания на ДГУ. АВР необходим во избежание возникновения встречных токов, которые приводят к моментальному выходу из строя ДГУ. В некоторых случаях вместо автоматического выключателя резерва используют перекидные рубильники, которые не являются автоматическими аппаратами и требуют постоянного присутствия на объекте оперативного персонала для осуществления необходимых переключений. СГЭ, которая проектируется для работы телерадиокомпании, должна соответствовать максимальной автоматизации. В современных устройствах АВР, в качестве элемента осуществляющего коммутацию используют электродвигатель. Он пришел на смену ненадежных контакторов, которые допускают утечку тока, что может привести к возникновению встречных токов.

Схема АВР должна содержать необходимые элементы для управления работы ДГУ: автоматический пуск, возможность регулировки различных временных параметров, т. е. время задержки старта и обратного переключения на сеть, время работы ДГУ на холостом ходу для охлаждения и т.п.


Схема построения системы гарантированного электропитания (СГЭ)

Система гарантированного электропитания (СГЭ) по своему назначению является резервной (аварийной). Она требует выделения группы критических и некритических нагрузок на отдельные секции шин. Это позволяет оптимизировать установленную мощность ДГУ и обеспечить требования к отказоустойчивости. Оптимизация мощности заключается в том, что на питание от ДГУ включается не весь состав электроприемников объекта, а только группа критических нагрузок I и II категории.

При построении СГЭ учитываются такие факторы, как мощность и тип нагрузки в кВА/кВт, прогноз энергопотребления на будущее, характер возможных сбоев электропитания, наличие пусковых нагрузок (двигателей, кондиционеров) для расчета запаса мощности ИБП, архитектурно-строительные особенности зданий и помещений, а так же состояние коммутационных разводок.

Для инсталляции системы гарантированного электропитания необходим детальный инженерный проект и ряд проектной документации и разрешений от санкционирующих учреждений, отвечающих за соблюдение норм безопасности. Поэтому, удобнее всего обращаться в компании, основной профиль которых – это построение и инсталляция систем гарантированного и автономного электропитания. Которые могут правильно проанализировать состояние объекта и разработать оптимальное техническое решение, выполнить инженерный проект, предложить качественное и надежное оборудование, выполнить строительно-монтажные и пуско-наладочные работы, обеспечить сервис гарантийного и послегарантийного обслуживания, а так же провести инструктаж со специалистом заказчика по правилам эксплуатации агрегатов и системы в целом. Кроме того, немаловажным преимуществом является то, когда компания готова самостоятельно подготовить и согласовать необходимую документацию и разрешения на инсталляцию и проведение всего комплекса работ.