DRUPS — дизель-роторные ИБП и почему их мощность короткого замыкания отличается от статического ИБП

Гид о типах аккумуляторов ИБП и гид о непрерывности резервного питания ИБП описывают распространённый статический ИБП: выпрямитель, аккумуляторную батарею и инвертор, полностью построенные из силовой электроники. Эта статья описывает принципиально иной тип: DRUPS (Diesel Rotary UPS), также называемый роторным или динамическим ИБП — систему без аккумуляторов со свойствами, важными для координации защит установки.

Принцип действия: маховик, муфта и дизельный двигатель на одном валу

DRUPS состоит из маховика (накопителя кинетической энергии), электрической машины (работающей как двигатель/генератор) и дизельного двигателя, механически соединённых на одном валу. При нормальном питании от сети вал вращается с синхронной скоростью, и электрическая машина подаёт отфильтрованную, бесперебойную мощность на нагрузку. При отключении сети момент инерции маховика обеспечивает достаточно энергии обычно на от 10 до 30 секунд, чтобы удержать вал на скорости, пока дизельный двигатель запускается и выходит на обороты — после чего дизельный двигатель приводит вал, и питание продолжается без перерыва.

Поскольку в силовом тракте нет аккумуляторной батареи, DRUPS не имеет старения аккумуляторов, периодической замены батарей и риска теплового разгона, характерного для литий-ионных аккумуляторных батарей (см. [гид о тепловом разгоне в литий-ионных BESS](/guides/nen-3140/lithium-ion-bess-thermal-runaway-brandveiligheid)) — часто упоминаемое преимущество при применении в дата-центрах с большой мощностью.

Мощность короткого замыкания: ключевое отличие от статического ИБП

Именно здесь DRUPS ведёт себя принципиально иначе, чем статический ИБП, с прямыми последствиями для координации защит:

• Статический ИБП построен из силовой электроники (IGBT), которая, защищая саму себя, обычно ограничивает выходной ток при коротком замыкании примерно 150-300% номинального тока. Этого может быть недостаточно, чтобы нижестоящий автоматический выключатель сработал быстро и селективно (см. [гид о предполагаемом токе короткого замыкания и выборе Icu](/guides/nen-1010/prospectieve-kortsluitstroom-icu-dimensionering) о том, почему достаточный ток короткого замыкания важен для корректной работы электромагнитного расцепителя).
• DRUPS при коротком замыкании ведёт себя как вращающаяся синхронная машина — сопоставимо с резервным агрегатом (см. гид о мощности короткого замыкания и селективности защит агрегатов) — и поэтому может выдавать ток, кратный номинальному, обычно достаточный для срабатывания обычных тепловых-магнитных защит (см. гид о настройках LSI) привычным образом.

При проектировании координации защит за статическим ИБП необходимо поэтому явно проверить, достаточен ли ограниченный ток короткого замыкания ИБП для срабатывания нижестоящих автоматов в требуемое время — проверка, которая для DRUPS обычно менее критична благодаря его генераторному поведению при коротком замыкании.

Байпас и обслуживание

Как и статический ИБП, DRUPS обычно имеет путь байпаса для питания нагрузки напрямую от сети во время обслуживания. Некоторые исполнения DRUPS используют для этого электронный (тиристорный) байпас, сопоставимый со статическим ИБП, другие — механическое разъединение вала. Периодическое обслуживание, в дополнение к обычным пунктам проверки NEN 3140, сосредоточено на подшипниках и муфте маховика, а также на нагрузочном испытании дизельного двигателя (см. гид о нагрузочном испытании резервных агрегатов о принципе, применимом также к дизельной части DRUPS).

Обратите внимание: системы DRUPS обычно применяются при больших мощностях (от нескольких сотен кВА) — дата-центры, промышленные непрерывные процессы; для меньших применений резервного питания статический ИБП с аккумуляторной батареей почти всегда является распространённым и более экономичным выбором.

Практическая значимость

При оценке координации защит за ИБП существенно сначала установить, идёт ли речь о статическом или роторном (DRUPS) ИБП — ограниченный ток короткого замыкания статического ИБП может создать проблему селективности, которая у DRUPS, благодаря его генераторному поведению, обычно не возникает.

Типичные ошибки

1. Приравнивание тока короткого замыкания статического ИБП к току сетевого подключения или генератора при выборе нижестоящих защит — ограниченный выходной ток силовой электроники принципиально ниже.
2. Предположение, что DRUPS требует того же цикла обслуживания, что и ИБП на аккумуляторах — у DRUPS внимание нужно уделять именно механическим компонентам (подшипники, муфта, дизельный двигатель), а не старению аккумуляторов.
3. Отсутствие нагрузочного испытания дизельной части из-за того, что систему называют «ИБП» — дизельная часть DRUPS требует того же периодического нагрузочного испытания, что и обычный резервный агрегат.

Связанные материалы

• Типы аккумуляторов ИБП — VRLA против лития
• Непрерывность резервного питания ИБП
• Предполагаемый ток короткого замыкания — выбор Icu
• Резервный агрегат — мощность короткого замыкания и селективность защит