Володимир СКЛЯР

П оскаржили якось два байпаса - хто з них важливіший.

- Звичайно ж, я, - почав статичний байпас. У разі якщо навантаження перевищить допустиму величину або відмовить інвертор, немає іншого способу оперативно перейти на живлення від мережі.

- Повна нісенітниця, - обурився сервісний байпас. - Перевантаження найчастіше трапляється при короткому замиканні на виході, коли ніякої байпас вже не допоможе, а лише автомат або запобіжник. Хоча щодо інвертора ти, можливо, і прав. А ось без мене ніякої ДБЖ НЕ отремонтіруешь. Адже немає іншого способу подати вхідна напруга безпосередньо до споживачів, крім як створивши обхідний шлях. Тому я важливіше.

- Може, це і так. Але ж перш ніж включити ручний байпас, спочатку включають електронний, інакше не минути збою комп'ютерного обладнання, - поставив крапку в дискусії статичний перемикач.

Не будемо втручатися в суперечки цих благородних сеньйорів, поки самостійно не вивчимо це питання. Отже.

Нормальні герої завжди йдуть ... в байпас

Історично так склалося, що більшість джерел безперебійного живлення мають в своєму складі інвертор. Він забезпечує вироблення напруги для живлення навантаження при відключенні електромережі (в пристроях резервного і лінійно-інтерактивного типу) або постійно (в системах з подвійним перетворенням енергії). У разі виходу цього елемента з ладу ДБЖ не зможе забезпечити резервне живлення навантаження. Саме тому інженери передбачили наявність обхідного шляху (статичний, він же-електронний байпас), який автоматично включається при перевантаженні або виході інвертора з ладу.

Проте цей елемент присутній далеко не у всіх типах ДБЖ. Так, в резервних джерелах перемикання на батарею відбувається при пропажі вхідної напруги. Якщо в цей момент інвертор раптом вийде з ладу, то перемикання на зовнішнє харчування виконати буде неможливо.

Тому і встановлювати статичний байпас в ДБЖ резервного типу немає ніякого сенсу. Власне, в основному робочому режимі навантаження і так практично харчується від вхідної мережі (якщо не брати до уваги фільтр).

Лінійно-інтерактивні ДБЖ, в контексті досліджуваного питання, також більшу частину часу транслюють вхідна напруга на вихід, хоча і через відводи автотрансформатора. Їм також статичні байпаси ні до чого. А ось сервісні механічні байпаси для подібних пристроїв корпоративного рівня можуть виявитися досить корисними. Але про це трохи пізніше.

І лише при використанні джерел з подвійним перетворенням інвертор працює постійно. Вихід його з ладу може знеструмити навантаження, і тому є сенс в організації її автоматичного перемикання на обхідний шлях харчування, минаючи несправні ланцюги ( Рис. 1 ). Цей перехід здійснюється за допомогою швидкодіючого статичного перемикача, виконаного на сімісторов (двонапрямлених тиристорах). Перемикання на байпас відбувається також у разі перевантаження ІБП- будь-то через великі пускових струмів, помилок користувачів, що підключили до ДБЖ занадто велике навантаження, короткого замикання в ланцюзі розподілу або з інших причин.

І лише при використанні джерел з подвійним перетворенням інвертор працює постійно. Вихід його з ладу може знеструмити навантаження, і тому є сенс в організації її автоматичного перемикання на обхідний шлях харчування, минаючи несправні ланцюги (рис. 1). Цей перехід здійснюється за допомогою швидкодіючого статичного перемикача, виконаного на сімісторов (двонапрямлених тиристорах). Перемикання на байпас відбувається також у разі перевантаження ІБП- будь-то через великі пускових струмів, помилок користувачів, що підключили до ДБЖ занадто велике навантаження, короткого замикання в ланцюзі розподілу або з інших причин.

Зауважимо, що при необхідності користувач може примусово перевести джерело живлення на електронний байпас. Це виконується або за допомогою механічного перемикача або шляхом введення відповідної команди з екрану панелі управління ДБЖ.

Завдяки статичному перемикача час перекладу навантаження на зовнішнє харчування становить кілька мілісекунд і практично не позначається на роботі комп'ютерного обладнання. Хоча слід зазначити можливий стрибок рівня напруги на виході. Адже в момент перемикання навантаження харчувалася від інвертора (220 або 230 В), а статичний байпас забезпечив практично миттєву подачу на неї напруги вхідної мережі, яке в критичних ситуаціях може виходити за допустимі межі.

Як правило, статичний байпас у всіх однофазних ДБЖ, а також трифазних системах малої і середньої потужності розташовується в корпусі основного джерела живлення. Устаткування більш високого класу передбачає установку зовнішніх шаф байпасів, які об'єднують в одному корпусі статичний і ручний (сервісний) перемикачі. Але про це трохи пізніше.

Пишуться у байпаса і виходом з нього управляє внутрішній контролер ДБЖ. Нагадаємо, що цей перехід можливий тільки в режимі синхронності напруг на виході інвертора і сигналу на Байпасний вході джерела. В іншому випадку перемикання на обхідний шлях не відбудеться, і ДБЖ вимкнеться, знеструмивши навантаження.

Перехід на живлення від вхідної мережі може статися також при підключенні до виходу джерела ємнісний навантаження, що призведе до короткочасного кидка струму. Таку ситуацію контролер ДБЖ може сприйняти як перевантаження і сформувати сигнал переходу на байпас. Але в цьому немає нічого непоправного - через деякий час після завершення переход¬них процесів ДБЖ повернеться до нормального режиму роботи. А крім того, сучасні інвертори здатні витримувати досить великі короткочасні перевантаження без перемикання на зовнішню мережу.

Мультібайпасние рішення в паралельних системах

Нарощування потужності «по горизонталі» (іншими словами, паралельне включення відразу декількох ДБЖ на загальне навантаження) - найпростіший спосіб отримати систему харчування з резервуванням ( Рис. 2 ). При цьому виходи джерел з'єднуються один з одним, інвертори синхронізуються за напругою на Байпасний вході і управляються, як правило, від одного ДБЖ, призначуваного «майстром». Оскільки кожен ДБЖ має при цьому власний статичний байпас, то перехід в обхідний режим здійснюється синхронно всіма пристроями. Якщо паралельна система побудована за схемою N + 1, то вихід з ладу одного з джерел не призводить до негайного придбання конкретної вхідні мережу - адже ми маємо справу з резервованій системою електроживлення. Просто в цьому випадку вийшов з ладу ДБЖ відключається від навантаження.

У паралельних системах одночасність спрацьовування статичних байпасів забезпечується за рахунок швидкодії використовуваних електронних компонентів і управління з однієї точки. Індивідуальні байпаси при такому включенні знаходяться на загальній керуючої шині. Для цього при інсталяції системи виконується ряд необхідних перекомутацію і з'єднань.

Як приклад ІБП, обидві-спечівающего роботу в паралельному режимі, можна привести систему Galaxy 7000 ( Рис. 3 ). Як видно з ілюстрації, кожен пристрій має власний статичний і сервісний байпаси, які можуть виконувати свої функції при паралельному включенні декількох ДБЖ. Однак вважається, що при великій кількості джерел (більше 4-х) доцільне застосування централізованого модуля, що об'єднує в собі функції статичного і сервісного байпасів ( Рис. 4 ). При цьому аналогічні системи окремо розташованих джерел блокуються або у виробника замовляється спеціальна конфігурація ДБЖ без обхідних ланцюгів.

Однак не завжди виробники паралельних рішень дотримуються ідеології «мультібайпасності». Для систем великої потужності пропонуються окремо виконані незалежні бай-запасних системи, що включають як статичні, так і механічні з'єднувачі. В цьому випадку при нарощуванні «по горизонталі» поодинокі ДБЖ можуть взагалі поставлятися без індівідуаль¬них статичних і сервісних байпасів.

Статичний байпас в модульних системах

Модульні ДБЖ з'явилися через необхідність організації нарощуваних відмовостійких систем, що дозволяють легко збільшувати необхідну потужність і забезпечувати при цьому необхідний рівень резервування - N + 1, N + 2, 2 (N +1). Крім того, відносно невеликий розмір і вага модулів дозволяє в разі несправності їх легко замінювати, причому за досить короткий час.

Модульні системи будуються у вигляді нарощуваних «по вертикалі» блоків, що представляють собою або повнофункціональні ІБП, або спеціалізовані модулі. У першому випадку кожен «цеглинка» системи електроживлення містить в собі випрямляч, інвертор, акумуляторну батарею, блок управління, статичний байпас. Тут ми маємо систему, аналогічну паралельного включення декількох ДБЖ. У другому випадку рішення є набором функціональних модулів, кожен з яких виконує свою певну задачу. Тут система електроживлення містить спеціалізовані блоки - силові, батарейні, управління, статичного і сервісного байпаса.

Саме в модульних рішеннях при другому способі реалізації ми бачимо появу реальної можливості винесення байпаса за межі силового блоку, і більш того, використання єдиного байпаса для всієї системи електроживлення.

Виділення статичного і сервісного байпаса в окремий пристрій, що доповнює силові і батарейні модулі, цілком логічно. По-перше, потужність одного такого пристрою можна розрахувати «із запасом» під реальне навантаження. По-друге, відпадають побоювання щодо гарантованої одночасності перемиканні групи незалежних байпасів. Хоча, в общем-то, це не така вже й велика проблема - управляти ними можна, подаючи сигнал через загальну шину від одного контролера; одночасність перемикань тут гарантована.

Сервісні байпаси

Будь-який пристрій, в тому числі і таке, як ДБЖ, потребує профілактики та ремонту, заміни батарей. Механізм, який дозволяє відключити ДБЖ від мережі живлення, забезпечуючи при цьому безперервність живлення навантаження, отримав назву «сервісний байпас». На перший погляд це досить просте зовнішнє пристрій, що дозволяє повністю знеструмити ІБП, відключивши його вхід від мережі живлення, а вихід - від навантаження. У деяких системах для цього використовуються кілька перемикачів (контакторів), що дозволяють в ручному режимі повністю знеструмити ДБЖ.

Непродумана реалізація такої схеми може привести до короткочасного відключення навантаження на час спрацьовування механічних з'єднувачів. Навіть в разі, якщо це будуть електронні реле, перерва в подачі електроенергії на навантаження складе відчутний час і призведе до збою комп'ютерного обладнання. Щоб уникнути такої проблеми, застосовують досить складну, особливо для непосвячених, послідовність процедур. Спочатку ДБЖ примусово переводиться в режим статичного байпаса (перемикачем або командою). Далі ця ж ланцюг шунтируется ручним байпасом, відключається вихід ДБЖ, вимикається сам джерело, а потім і його вхід. Для виконання зворотної процедури підключаємо вхід, включаємо ДБЖ, після самотестування переводимо його в електронний байпас, підключаємо вихід, розмикаємо шунтуючу ланцюг, виводимо ДБЖ з електронного байпаса.

Що станеться в разі порушення порядку ви-конання цієї інструкції, сказати важко. Швидше за все, виробник повинен передбачити помилки обслуговуючого персоналу і убезпечити обладнання від виходу з ладу, а навантаження - від знеструмлення.

В одиночних ИБП, де є обидва типи організації обхідного шляху, встановлювати додатковий тиристорний перемикач немає сенсу. Його функції виконує наявний статичний байпас, який одержує команду на примусове перемикання в результаті замикання сухих контактів механічного рубильника. Далі вже спрацьовує механічний контактор, дублюючий підключення навантаження до зовнішньої мережі.

У разі модульних або паралельних рішень при винесенні сервісного байпаса в окремий блок статичний байпас також може прісутство¬вать там, як його невід'ємна складова частина. У той же час в паралельних системах можна зустріти варіант рішення, коли статичні байпаси стоять в кожному ІБП і управляються шляхом реакції на зами¬каніе «сухих контактів» механічного рубильника.

Сумісна робота байпасів

Хоча процедуру перекладу в сервісний режим обслуговування кожен виробник для свого обладнання прописує досить детально, бувають критичні моменти, коли необхідно діяти швидко (наприклад, з джерела повалив дим) або виконати захист пристрою та системи живлення в цілому від можливих непродуманих дій оператора. Для цього в сервісних байпасах паралельно з механічним перемикачем встановлюють статичний, який в момент спрацьовування механічного контактора забезпечує живлення навантаження від зовнішньої мережі. Електронний тиристорний перемикач в цьому випадку передує механічний контакт за рахунок більш раннього замикання додаткових ( «сухих») контактів рубильника.

Оскільки передбачається, що джерело і мережу сфазіровани, навантаження починає харчуватися від вхідної мережі через тиристори. По завершенні операції включення сервісного байпаса замикається механічний контактор і з'являється паралельна ланцюг живлення навантаження. Тепер статичний байпас можна відключити (хоча якщо цього не зробити, то нічого страшного не станеться). Потім відключається вхід ДБЖ - адже саме для профілактичних або ремонтних дій з цим пристроєм ми і перевели навантаження на живлення від вхідних електромережі. В результаті такої операції все ланцюга харчування ДБЖ виявляються знеструмленими, в тому числі і контролер, керуючий байпасом, і останній переходить в режим «вимкнений».

Після закінчення профілактичних робіт необхідно включити ДБЖ і забезпечити захищене харчування навантаження. На момент включення ДБЖ контакти механічного з'єднувача (рубильника) все ще замкнуті, як, втім, і «сухі контакти». Останній факт інформує ІБП про те, що система знаходиться в режимі сервісного байпаса. Щоб уникнути знеструмлення навантаження в момент відключення її від зовнішньої мережі механічним контактором ДБЖ відразу ж після включе¬нія замикає статичний байпас, дублюючи харчування навантаження від зовнішньої мережі через електронні ланцюги тиристорів. Далі здійснюється разми¬каніе контактора ручного байпаса і «сухих контактів». Після цього ДБЖ починає запуск стандартної процедури перемикання на живлення від інвертора - синхронізація з електромережею, відключення статичного байпаса і перемикання виходу інвертора на навантаження.

Кажуть, що саме так влаштована «захист від дурня». Ми не віримо, що інженери подібного рівня можуть бути допущені до роботи з таким обладнанням. Але оскільки «береженого Бог береже», рішення з автоматичним включенням статичного байпаса при використанні механічних контакторів повинні стати необхідним еле¬ментом будь надійної системи електроживлення.

З діалогу байпасів - замість епілогу

А оскільки байпаси так і не змогли прийти до спільної думки, вони покликали до себе джерело безперебійного живлення, щоб він дозволив їх суперечка про те, хто важливіший.

- Не сваріться, - сказав ДБЖ. - Ви для мене обидва важливі і обидва корисні кожен у своїй іпостасі. І коли потрібно забезпечити живлення навантаження по обхідний ланцюга, і коли потрібно відремонтувати сам джерело, що не відключаючи навантаження від мережі. Причому в цьому останньому випадку ви обоє повинні працювати злагоджено і в потрібній послідовності.

Ось на цій оптимістичній ноті ми і закінчимо розповідь про статичних і сервісних байпасах і їх спільну роботу щодо захисту ДБЖ і навантаження.

Автор вдячний співробітникам компаній «Бест Пауер Україна» (Ігоря Шкуренко), «Шнейдер Електрик Україна» (Романа Осадчого) і «Аквілон Енергія» (Миколи Гузя) за допомогу, надану в написанні статті.

Володимир СКЛЯР,

СІБ

№ 5 (листопад) 201 2