Обычно принято выбирать оборудование по нагрузке

Как подобрать источник бесперебойного питания (ИБП) для серверов?

При выборе ИБП для серверов необходимо учесть ряд важных аспектов, обусловленных спецификой сферы применения. Рассмотрим в нашей статье источники резервного электроснабжения, которые подойдут для этой задачи, и расскажем, как их выбирать без ошибок.

Для нормальной эксплуатации серверного и телекоммуникационного оборудования необходимо его защищать от внешних проблем: как сетевых (вирусы, хакерские атаки), так и физических (перегрев, механическое повреждение, влажность). Полноценная физическая безопасность it-аппаратуры также невозможна без системы резервного электроснабжения, наиболее часто организуемой на основе источников бесперебойного питания.

ИБП какого типа рекомендован для серверного оборудования?

• резервные (off-line/standby);
• линейно-интерактивные (line-interactive);
• с двойным преобразованием (on-line).

В устройствах первого типа нагрузка в нормальном режиме работы подключена к внешней сети. При выходе сетевых параметров за установленные пределы электрическая цепь переключается на инвертор, питаемый от аккумуляторных батарей (АБ).

Резервные бесперебойники относительно недороги, однако имеют ряд серьезных минусов:

• задержку при переходе на батареи – от 5 мс;
• несинусоидальную форму выходного напряжения в автономном режиме;
• слабую фильтрацию и отсутствие коррекции сетевого сигнала;
• скачкообразные изменения напряжения и частоты при коммутации резервного питания.

Указанные недостатки вызывают нежелательные для микропроцессорной техники последствия (вплоть до выхода из строя). Следовательно, резервный UPS – не оптимальное решение для защиты серверной техники.

Линейно-интерактивный источник питания имеет схожую с предыдущим вариантом схему, дополненную стабилизатором напряжения. Она реализована на базе автотрансформатора с переключаемыми обмотками и позволяет, при небольших скачках напряжения в сети, регулировать выходное напряжение без участия АБ.

Благодаря синхронизации инвертора с входным сигналом, переход в автономный режим у линейно-интерактивных бесперебойников происходит быстрее, чем у off-line аппаратов, но тем не менее время переключения остаётся ненулевым. Кроме того, интерактивные ИБП не позволяют полностью фильтровать электрический сигнал от различных помех и не обеспечивают стопроцентную независимость выходных параметров от входных. Эти устройства не могут гарантировать полную энергобезопасность восприимчивого к любым электромагнитным колебаниям it-оборудования.

Оn-line модели – наиболее совершенный класс источников бесперебойного питания. Двойное преобразование предполагает участие аккумуляторов в работе независимо от сетевого режима. Это обеспечивает нулевое время перехода на резервное электроснабжение и, как следствие, беспрерывное питание нагрузки напряжением идеальной синусоидальной формы. Онлайн UPS устойчивы ко всем отклонениям качества электроэнергии и обеспечивают стабильное функционирование чувствительной техники независимо от параметров внешней электросети.

Только источники питания с двойным преобразованием отвечают всем требованиям к надёжности и качеству электроснабжения и рекомендованы для работы с любым серверным, сетевым и телекоммуникационным оборудованием.

Однофазный или трехфазный ИБП?

Выбор зависит от электрической сети на месте инсталляции и планируемой нагрузки:

• однофазные модели могут работать в сетях с напряжением 220 В, их мощность обычно не превышает 10 кВА. Они применяются для подключения отдельного сервера или компьютера, группы серверов, одной или нескольких серверных стоек, а также прочего телекоммуникационного оборудования, которым обладает компания;
• трехфазные бесперебойники питаются от сети с напряжением 380 В, отличаются высокой мощностью и обеспечивают защиту серверных помещений, больших it-комплексов и ЦОДов.

Внимание!
При подключении однофазного it-оборудования к трехфазному источнику питания любую из питающих фаз допустимо нагружать не более чем на 1/3 от его номинальной мощности. Например, трехфазная модель на 15 кВА способна запитать 5 кВА по каждой фазе. Нагрузка в 7 кВА на одну фазу, даже при нулевой нагрузке на остальные, вызовет аварийное отключение устройства!

Решения с конфигурацией 3:1 избавлены от таких проблем. Они позволяют равномерно загрузить три фазы за счёт однофазного выхода (220 В) при трёхфазном входе (380 В).

Эта статья посвящена однофазным источникам бесперебойного питания – их применение наиболее распространено с серверным оборудованием и небольшими it-системами. Схемы электроснабжения на базе трехфазных ИБП в основном применяются для ЦОДов.

Расчет мощности ИБП для серверного оборудования

Мощность источника бесперебойного питания для it-оборудования определяется по тому же принципу, что и для любой другой техники. Необходимо просуммировать мощности всех подключаемых потребителей и сверх этого заложить запас, компенсирующий возможные эксплуатационные перегрузки (актуальное значение – 30%). Подбор модели производится по полученному значению с округлением в большую сторону.

В технической документации и на заводских этикетках it-оборудования часто указывается максимальная мощность блока питания, а не действительное энергопотребление устройства. Рекомендуется уточнить реальную мощность, потребляемую нагрузкой. Данные можно запросить у производителя либо произвести самостоятельные замеры с помощью электроизмерительной аппаратуры (мультиметры, ваттметры).

Модельный ряд большинства производителей бесперебойников выстраивается по их полной мощности, измеряемой в вольт-амперах – ВА. Если мощность электрической нагрузки представлена только в ваттах – Вт (активная мощность), то перевод в вольт-амперы осуществляется делением на коэффициент мощности – cosφ (может обозначаться как PF), равный для простейшего it-оборудования 0,6-0,8 (например, для домашнего ПК).

Серверная и сетевая техника обычно оснащается блоком питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC), приближающей его значение к единице – 0,99. Если уверенности в наличии данной функции нет, то применяется типовое значение из указанного интервала.

Обратите внимание – в характеристиках источника бесперебойного питания указываются входной и выходной коэффициенты мощности, зависящие от электронной схемы самого устройства:

• входной – отражает влияние ИБП на внешнюю сеть и не имеет прямого отношения к подключаемой нагрузке;
• выходной – необходим при определении максимальной нагрузки в ваттах, которую устройство способно запитать, для этого умножаем полную мощность UPS на выходной коэффициент мощности.

Расчёт полной мощности защищаемой техники следует проводить, используя соответствующий ей коэффициент мощности, а не значения входного и выходного коэффициентов источника питания (cosφ прописывается в руководстве по эксплуатации большинства потребителей электрической энергии).

Полная (ВА) и активная мощность (Вт) подобранной модели должна быть не меньше соответствующих мощностей подключенных электроприемников, а для гарантированно надёжной работы – превышать их. Рассмотрим вычисление мощности на конкретных примерах.

Пример подбора источника питания для сервера

Необходимо подобрать источник бесперебойного питания для сервера с реальной потребляемой мощностью 600 Вт и блоком питания с PFC:

(600 Вт/0,99) + 30% (необходимый запас) ≈ 773 ВА.

По стандартной линейке мощностей подбираем бесперебойник номиналом 1000 ВА с выходным коэффициентом мощности не менее 0,8, так как 1000 ВА х 0,8 = 800 Вт.

Пример подбора источника питания для группы серверного оборудования

Необходимо подобрать источник бесперебойного питания для подключения серверного шкафа, в состав которого входит серверное оборудование мощностью 2400 Вт (блоки питания с PFC) и вентиляторный блок мощностью 1000 Вт (согласно эксплуатационной документации cosφ = 0,7):

((2400 Вт/0,99) + (1000 Вт/0,7)) +30% = 5008,6 ВА.

Округляем в большую сторону и выбираем ИБП номиналом 6 кВА.

В таблице ниже приведены типовые значения мощностей однофазных источников бесперебойного питания и их сферы применения в контексте оборудования для сбора, хранения и обработки данных.

Мощность ИБП, кВА	Сфера применения
От 0,5 до 1	Одиночные серверы, сопутствующее сетевое оборудование
От 1 до 5	Серверные группы, телекоммуникационные стойки с сетевым и периферийным оборудованием
От 6 до 10	Несколько серверных групп средней мощности, небольшие компьютерные и серверные комнаты, сетевые хранилища
От 10 и выше	Серверные группы большой мощности, серверные комнаты, мини ЦОДы

Внимание!
Приведённые примеры условны. При выборе нужно ориентироваться на мощность конкретного оборудования.

Питание особо ответственных элементов it-системы организуется по схеме с двумя параллельными линиями, на каждой из которых устанавливается по отдельному источнику бесперебойного питания. В нормальном режиме мощность делится между питающими линиями поровну. Несмотря на это, каждый ИБП должен резервировать общую нагрузку системы.

Какое время резервирования требуется для серверного оборудования?

Методика расчета времени автономной работы для источника бесперебойного питания рассматривается в данной статье. Она не имеет принципиальных отличий и для it-оборудования.

Основное правило, которого следует придерживаться – время завершения всех информационных процессов не должно превышать период разряда аккумуляторных батарей.

Серверный ИБП со встроенными аккумуляторами при 80% нагрузке поддерживает электропитание в течение 5-10 минут (среднее значение, зависит от конкретной модели). Этого интервала обычно достаточно для корректного завершения работы и сохранения необходимых данных.

Внимание!
С увеличением нагрузки время резервирования снижается.

Для резервирования мощных it-систем и особо важного оборудования, отключение которого может повлечь критические последствия, предназначены источники бесперебойного питания с внешними батарейными модулями. Их автономная работа может быть увеличена за счёт подключения дополнительных аккумуляторных блоков до значения необходимого либо для устранения неполадок в сети, либо для включения цепи резервного электроснабжения, например, от дизель-генераторной установки (ДГУ).

Некоторые UPS при работе в автономном режиме могут автоматически отключать нагрузку поэтапно. В этом случае приоритетные электроприборы обесточиваются в последнюю очередь. У таких моделей обычно предусмотрено несколько разъемов для подключения основной и неприоритетной нагрузки.

Выбор внешних аккумуляторных батарей для источника питания рекомендуется проводить после консультации со специалистом. Это связано с тем, что необходимо учесть большое количество факторов: мощность нагрузки, качество внешней электросети, тип зарядного устройства.

Какими дополнительными функциями должен обладать серверный ИБП?

Современные источники бесперебойного питания имеют богатый функционал и оснащаются большим количеством опций. Некоторые из них необходимы для работы с серверным и телекоммуникационным оборудованием, а именно:

• автоматическое отключение защищаемого оборудования – позволяет при глубоком разряде батарей с помощью специального управляющего сигнала завершить работу операционной системы и своевременно закрыть все активные приложения. Сигнал формируется автоматически при достижении уровня заряда АКБ заданного значения;
• байпас – служит для коммутации сетевого напряжения в обход ИБП и позволяет проводить техническое обслуживание устройства, не прерывая электроснабжения нагрузки. Встречаются автоматический и механический байпас. Первый обычно встраивается в устройство и срабатывает при перегрузках и поломках, второй реализуется в виде внешнего модуля и рассчитан на ручное переключение;
• функция «холодного» старта – запуск источника питания от батарей при отсутствии внешнего напряжения. Опция даёт возможность включения защищаемого оборудования во время длительного отсутствия электроэнергии;
• «горячая» замена АБ – замена аккумуляторных блоков без остановки рабочих процессов;
• поддержка параллельной работы – позволяет параллельно соединить несколько приборов одного типа для повышения общей надёжности и мощности системы;
• автоматическая диагностика батарей – мониторинг технического состояния, температуры и прочих характеристик аккумуляторов, формирование аварийных сигналов при необходимости.

Также при выборе модели необходимо учитывать входное напряжение. Чем шире его предельный диапазон, тем с более значительными перепадами устройство справится без перехода в автономный режим. Большой диапазон входного напряжения уменьшает количество циклов зарядов – разрядов аккумуляторных батарей и сохраняет их ресурс.

Какое ПО необходимо для серверного ИБП?

Программное обеспечение серверного ИБП должно отвечать определённым требованиям, главное из которых – наличие средств информационной коммутации с защищаемым it-оборудованием. Например, стандартный SNMP-протокол, позволяющий интегрировать бесперебойник в локальную сеть.

Существуют две функции, наличие которых в ПО источника бесперебойного питания повышает качество защиты it-оборудования:

• рассылка уведомлений об аварийных ситуациях по «сухим» контактам, электронной почте или SMS;
• поддержка удалённого подключения – дает возможность дистанционного мониторинга и анализа рабочих характеристик, а также настройки некоторых параметров устройства, в том числе через web-интерфейс.

Внимание!
При наличии функционала по удалённому обмену данными необходимо принять меры для предотвращения неразрешенного доступа к источнику питания. Он должен осуществляться только уполномоченными лицами!

ИБП «Штиль» для защиты серверного оборудования

Группа компаний «Штиль» предлагает однофазные источники бесперебойного питания для серверов с выходной мощностью от 1 до 10 кВА. Оборудование выпускается в напольном (tower), стоечном (rack) и универсальном (rack/tower) вариантах. В номенклатуре компании также представлены более мощные трехфазные решения и ИБП конфигурации 3:1.

Модели выполнены по схеме с двойным преобразованием энергии (on-line) и имеют весь функционал, гарантирующий качественное и бесперебойное электроснабжение:

• защиту от нештатных ситуаций (перегрузка, короткое замыкание, высоковольтные импульсов, нелинейный искажения и т.д.) и автоматический перезапуск после
• аварийного завершения работы;
• полный автоматический контроль аккумуляторных батарей;
• «холодный» старт;
• встроенный байпас;
• поддержку подключения модулей внешнего байпаса;
• «горячую» замена батарей;
• поддержку параллельной работы.

В линейке дополнительного оборудования для источников питания представлен большой выбор аксессуаров для размещения аккумуляторов: шкафы, модули, стойки, стеллажи. Платы расширения интерфейсов позволят организовать удаленный и локальный мониторинг приборов, которые легко интегрируются как в локальные и внешние сети (протоколы: SNMP/SMTP/NTP/протокол Штиль), так и в системы инженерной диспетчеризации (протокол Modbus RTU). Поддерживаются следующие интерфейсы удаленного доступа: USB, «сухие» контакты, Ethernet, RS-485. Дополнением является современное ПО по управлению системой бесперебойного питания: от настройки и мониторинга основных параметров до организации удаленного контроля множества территориально разнесенных ИБП, в том числе и сторонних производителей.

Тестовые задания для студентов 3 курса по МДК.01.05 Электроснабжение отрасли

Какое из понятий не относится к показателям качества электроэнергии?

А) надежность; Б) колебание частоты; В) отклонение напряжения;

Г) колебание напряжения.

Электрические сети промышленных предприятий напряжением свыше 1000 В могут иметь следующие номинальные напряжения:

А) 6, 10 кВ; Б) 20, 35 кВ; В)110 и 220кВ; Г) все указанные напряжения.

Г) все указанные напряжения.

Системой электроснабжения называется:

А) С овокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией;

Б) Совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии;

В) Совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств;

Г) Совокупность подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных (ВЛ) и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории.

Б) Совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии;

Основным методом расчета общего освещения является:

А) Метод коэффициента использования;

Б) Точечный метод;

В) Метод упорядоченных диаграмм;

Г) Метод коэффициента формы.

А) Метод коэффициента использования

В зависимости от расчетной нагрузки выбирают:

А) источник электроснабжения; Б) трансформаторы; В) источник электроснабжения и все оборудование электрической сети; Г) линии и распределительные устройства.

В) источник электроснабжения и все оборудование электрической сети;

Рассчитайте минимальный ток плавкой вставки для защиты асинхронного трехфазного электродвигателя с параметрами Рн = 18,5 кВт; cos φ = 0,82; КПД = 87%; Uн = 380 В. Величину пускового тока не учитывать.

А) 18,5 А; Б) 39,6 А; В) 40 А; Г) 63 А.

Установите соответствие между элементами сети напряжением до 1000 В и их конструктивным исполнением:

1) Шинопроводы А) в кабельных сооружениях

2) Электропроводки Б) скрытые, внутри зданий

3) Кабельные линии В) неизолированные провода

4) Воздушные линии Г) троллейные

1 правильное соответствие 1 балл.

Определите величину напряжения прикосновения к корпусу заземленной установки при фазном напряжении 220 В, сопротивлении растеканию заземлителя 6 Ом и сопротивлении нейтрали 4 Ом.

А) 88 В; Б) 132 В; В) 250 В; Г) 24 В.

Рассчитайте силовые нагрузки группы электроприемников, приведенных в таблице.

А) 1,96 кВт, 3,39 кВАр, 23,52 кВт; 40,68 кВАр;

Б) 1,9 кВт, 3,4 кВАр, 22,8кВт; 40,8 кВАр;

В) 2,0 кВт, 3,5 кВАр, 24,0 кВт; 42,0 кВАр;

Г) 24,0 кВт, 3,39 кВАр, 288,0 кВт; 40,68 кВАр;

1 правильный ответ 1 балл.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на :

A ) пять категорий;

Б) две категории;

В) шесть к атегорий;

Г) три категории.

Г) три категории

Шины в электроустановках напряжением свыше 1000 В проверяют:

А) по расчетному току;

Б) по номинальному напряжению;

В) на термическую и динамическую устойчивость;

Г) на термическую устойчивость.

В) на термическую и динамическую устойчивость.

Плавкие предохранители – это коммутационные аппараты предназначенные…:

А) для защиты цепей; Б) только для отключения токов короткого замыкания; В) для отключения сверхтоков; Г) только для отключения токов короткого замыкания и перегрузки (сверхтоков).

Г) только для отключения токов короткого замыкания и перегрузки (сверхтоков)

Приведенная формула используется для приведения нагрузки повторно-кратковременного режима к номинальной длительной мощности при ПВ=100% :

А) сварочных трансформаторов; Б) двигателей; В) двигатели кранов, подъемников, тельферов; Г) сварочных трансформаторов, у которых задается полная паспортная мощность.

В) двигатели кранов, подъемников, тельферов

Комплектными подстанциями называются подстанции:

А) получающие питание от районной энергосистемы;

Б) выполненные по упрощенным схемам;

В) состоящие из комплектных узлов;

Г) центральные на напряжение 110…220 кВ.

В) состоящие из комплектных узлов

Какой из способов не относится к способам регулирования напряжения?

А) изменением частоты; питающего напряжения; Б) колебание частоты; В) изменение сопротивления элементов сети;

Г) изменение реактивного тока, протекающего в сети.

А) изменением частоты; питающего напряжения

В России глухое заземление нейтрали применяют:

А) в сетях напря жением 110 кВ и выше; Б) четырехпроводных сетях на 380/220 В; В) трехпроводных сетях постоянного тока; Г) все указанные заземления нейтрали.

Г) все указанные заземления нейтрали.

А) Э лектроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории, а так же юридическое или физическое лицо, в собственности которого находятся эти электроприемники;

Б) Совокупность электроприемников производственных установок, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания;

В) Совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств;

Г) Группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории, а так же юридическое или физическое лицо, в собственности которого находятся эти электроприемники.

Б) Совокупность электроприемников производственных установок, присоединенных с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания

Основным методом определения расчетной нагрузки для групп электроприемников с резкопеременной нагрузкой, колеблющейся с большой частотой является:

А) Метод коэффициента использования;

Б) Метод коэффициента спроса;

В) Метод упорядоченных диаграмм;

Г) Метод коэффициента формы

.Г) Метод коэффициента формы

Выбор площади сечения проводника осуществляется:

А) по потере напряжения; Б) по нагреву длительным током; В) по нагреву длительным током и экономической плотности тока; Г) по потере напряжения и экономической плотности тока

В) по нагреву длительным током и экономической плотности тока

В цепь питания асинхронного трехфазного электродвигателя установлены предохранители с номиналом плавкой вставки 40 А. Какой максимальной активной мощности двигатель может быть включен в эту цепь. если остальные его параметры: cos φ = 0,82; КПД = 87%; Uн = 380 В.Величину пускового тока не учитывать.

А) 18,75 кВт; Б) 40 кВт; В) 6 кВт; Г) 20 кВт.

Установите соответствие между конструктивными элементами электростанций и типом электростанций, которым они принадлежат:

1) Ядерный реактор А) ТЭС

2) Нижний бьеф Б) ГЭС

3) Котлоагрегат В) ТЭЦ

4) Деаэратор Г) АЭС

1 правильное соответствие 1 балл.

Определите мощность трансформатора цеховой Трансформаторной подстанции по следующим исходным данным Р_р = 250 кВт, Q _р =270кВАр, категория электроприемников цеха по степени надежности – третья.

А) 250 кВ·А; Б) 400 кВ·А; В) 630 кВ·А; Г) 160 кВ·А

Рассчитайте силовые нагрузки группы электроприемников, приведенных в таблице.

4 Расчётно-графическая работа №1. Определение годовой потребности в электроэнергии, построение графиков нагрузки и выбор оборудования

4.1 Определение годовой потребности в электроэнергии

Суммарная годовая потребность в электрической энергии на планируемый год в установившейся энергосистеме определяется на основе:

• фактического электропотребления абонентами системы за отчетный год;
• удельного веса потребителей в годовом потреблении электрической энергии;
• годового прироста электропотребления абонентами энергосистемы; — потерь электроэнергии в сетях.

4.2 Построение зимнего и летнего суточных графиков

электрической нагрузки энергосистемы Суточные графики электрической нагрузки для зимнего (декабрь) и летнего (июль) дня по каждой отрасли народного хозяйства строятся в процентах от годового максимума Годовой (зимний) суточный максимум электрической нагрузки для каждой отрасли определяется: , (3) где — величина годового электропотребления данной отрасли; — годовое число часов использования максимумов электрической нагрузки для данной отрасли. Летний максимум электрической нагрузки обычно принимают равным 75% от зимнего максимума. Типовые суточные графики нагрузки приведены в приложении А, таблица 3. На основе типовых отраслевых суточных графиков строится (в табличной и графической формах) суммарный суточный зимний график электрической нагрузки энергосистемы. Для пикового значения суммарного зимнего суточного графика нагрузки привести значения потребляемой мощности по отраслям (для этого интервала времени) и их процент (от суммарного пика). Полученные значения занести в таблицу 1. Таблица 1 – Нагрузка по отраслям в период зимнего максимума

Отрасль	Мощность нагрузок, МВт	% от суммы
Промышленность	45
Коммунально-бытовое хозяйство	11
Сельское хозяйство	30
Транспорт	2
Потери в сетях	12
∑	100

4.3 Определение максимальной величины мощности электростанций энергосистемы и выбор генераторов электроэнергии на различных типах станций для покрытия нагрузки региона

С целью покрытия графиков электрической нагрузки потребителей принимаем в энергообьединении (ЭО) три типа электростанций. Покрытие пиковой нагрузки осуществляется ГЭС, число часов их работы лежит в пределах 2500-3000 часов в год. Мощность ТЭЦ принимают в соответствии с уровнем промышленной нагрузки. Для случая, когда величина промышленной нагрузки менее 40%, мощность ТЭЦ составляет 20-25% общей мощности ЭО, а в случае, если нагрузка превышает 50%, мощность ТЭЦ принять 25-35%. Остальная часть требуемой мощности покрывается КЭС. Общее количество ЭС рекомендуется принять равным не менее чем 6 или 7. Из них 2 ГЭС, 3 (4) ТЭЦ, 2 КЭС. Четыре ТЭЦ принимаем в случае, если после распределения требуемых мощностей по типам электростанций выяснится, что на долю ТЭЦ приходится более 1200 МВт. При этом мощность отдельных станций выбирается, исходя из следующего соотношения: 40%-45% суммарной мощности, вырабатываемой электростанциями определённого типа, должно вырабатываться на одной станции, 55%-60% — на оставшейся (или в сумме на оставшихся – для ТЭЦ). При выборе единичной мощности агрегатов для тепловых электростанций необходимо ориентироваться на современные энергоблоки и турбоагрегаты мощностью не менее 50 МВт. При этом на долю одного агрегата должно приходиться 40%-45% мощности всех энергопроизводящих агрегатов станции, а 55%-60% — на долю оставшихся энергоагрегатов. Выбранное оборудование свести в таблицу 2, расписав подробно по каждому блоку каждой ЭС. Таблица 2 — Состав и мощность оборудования электростанций

Электростанции и блоки	Установленная мощность
ГЭС	340
ГЭС 1	140
блоки 1 и 2	2х40
блок 3	1х60
ГЭС 2	200
блоки 1 и 2	2х60
блок 3	1х80
ТЭЦ	1655
ТЭЦ 1	495
блоки 1 и 2	2х180
блок 3	1х135
ТЭЦ 2	495
блоки 1 и 2	2х180
блок 3	1х135
ТЭЦ 3	665
блоки 1 и 2	2х250
блок 3	1х165
КЭС	2280
КЭС 1	680
блоки 1 и 2	2х250
блок 3	1х180
КЭС 2	1600
блоки 1 и 2	2х500
блок 3	2х300
∑NуЭС всех ЭС	4275

Мощность турбин для ГЭС выбирается из приведённого в приложении Б стандартного ряда мощностей генераторов, а установленные на ТЭС турбины выбираются из таблиц 1-6 приложения Б. При определении суммарной мощности станции необходимо учесть расход электроэнергии на собственные нужды электростанций. Для ТЭЦ расход на СН принять 5-10% от N_уст. станции; для КЭС – 3-5%; для ГЭС – 1-2%. Структуру и состав основного оборудования электростанций принимать из следующих требований норм технологического проектирования станций: а) выдачу мощности станциями осуществлять не менее чем от двух открытых распределительных устройств (ОРУ) различного класса напряжения. б) распределение нагрузки между ОРУ принять: 1) 60-65% от установленной мощности электростанции (N_yст.) – для покрытия нагрузки потребителей РЭК (класс напряжения – до 110 кВ); 2) 35-40% – передача электроэнергии в направлении связи с энергосистемой (в НЭС) через второе ОРУ на напряжении 220 кВ и выше. В этом разделе следует привести теоретические принципы экономического распределения электрической нагрузки между электростанциями энергосистемы с учетом энергоэкономических характеристик различных типов электростанций. В основе принять, что в отдельных интервалах времени совмещенного суточного графика нагрузки энергосистемы предпочтение отдается той или иной электростанции на основе критерия минимума расхода топлива на единицу выработки электроэнергии. При проектировании энергосистем аварийный резерв мощности размещается на ГЭС или крупных маневренных КЭС и ГТЭС. В данной работе резерв мощности размещаем на ГЭС. Установленная мощность ЭО определяется по формуле: N_у = _рез , (4) где N_рез – суммарный энергетический резерв мощности, сконцентрированный на ГЭС ЭО, МВт. В расчёте, в целях упрощения, принимаем величину резерва мощности равной 15% суммарной мощности ГЭС. Суммарный энергетический резерв мощности ЭО составит: N_рез = 0,15 ∙ N_{расп.ГЭС} . (5) Резервная мощность не участвует в покрытии общего графика нагрузок, но используется в покрытии пиковой нагрузки, так как вероятность выхода из строя основного генерирующего оборудования в часы пика мала и поэтому не учитывается в расчётах. Это необходимо учитывать в дальнейшем. Тогда суммарная мощность ГЭС составит: N_ГЭС = 1,15 N_расп . (6) Расчётно-графическая работа №1. Определение годовой потребности в электроэнергии, построение графиков нагрузки и выбор оборудованияОпределение годовой потребности в электроэнергии Суммарная годовая потребность в электрической энергии на планируемый год в установившейся энергосистеме определяется на основе:

• фактического электропотребления абонентами системы за отчетный год;
• удельного веса потребителей в годовом потреблении электрической энергии;
• годового прироста электропотребления абонентами энергосистемы; — потерь электроэнергии в сетях.

Э = Э_п,о, + Э_{сет ,} МВт·ч/год, где Э_п,о,— планируемый полезный отпуск электрической энергии по отраслям; Э_сет – потери электроэнергии в сетях. Исходные данные: Таблица 3 – Исходные данные

Вариант энергообьединения	Отпущено в отчетном году, тыс. МВт.ч.	Потреблено отраслями народного хозяйства, %					Потери в сетях		Топливо
									Цена франко-потребителя, тенге/т.н.т		Теплотворная способность ккал/кг.н.т
		Промышленность	Коммунально-бытовое хоз-во	Сельское хоз-во	Транспорт
56	12300	45	11	30	2	12		4505		4750

Таблица 4–Число использования максимумов электрической нагрузки

Вариант	Число часов использования эл. нагрузки по отраслям
	Промышленность	коммунально-бытовое хозяйство	Сельское хозяйство	Транспорт
56	7000	3500	3600	5000

Таблица 5 – Типовые суточные графики электрической нагрузки народного хозяйства (в % от максимума)

Потребитель	Часы суток	0-4	4-8	8-12	12-16	16-20	20-24
Промышленность	при:	0,60	0,8	0,9	1	0,85	0,6
	Тпр=6600-7000
Коммунально-бытовая	Тн-б=3500 и выше	0,32	0,55	0,6	0,85	1	0,6
Сельское хозяйство	Тс/ж=3400-3600	0,5	0,8	0,45	0,6	1	0,6
Транспорт	Ттр=5000-6500	0,22	0,27	0,8	1	0,65	0,45

Обычно принято выбирать оборудование по нагрузке

I . ВЫБОР ШИН РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ

Типы проводников, применяемых в

основных электрических цепях.

Основное электрическое оборудование электростанций и подстанций (генераторы, трансформаторы, синхронные компенсаторы) и аппараты в этих цепях (выключатели, разъединители и др.) соединяются между собой проводниками разного типа, которые образуют токоведущие части электрической установки.

Рассмотрим типы проводников, применяемых на электростанциях и подстанциях. На рис. 1 упрощенно, без разъединителей, показаны эле­менты схем ТЭЦ, КЭС.

Цепь генератора на ТЭЦ (рис. 1, а). В пределах турбинного отделения от выводов генератора G до фасадной стены (участок АБ) токоведущие части выполняются шинным мостом из жестких голых алюми­ниевых шин или комплектным пофазно-экранированным токопроводом (в цепях генераторов мощностью 60 МВт и выше). На участке БВ между турбинным отделением и главным распределительным устройством (ГРУ) соединение выполняется шинным мостом или гибким подвесным токопроводом. Все соединения внутри закрытого РУ 6—10 кВ, включая сборные шины, выполняются жесткими голыми алюминиевыми шинами прямоугольного или коробчатого сечения. Соединение от ГРУ до выводов трансформатора связи Т1 (участок ИК) осуществляется шинным мостом или гибким подвесным токопроводом.

На некоторых действующих электростанциях ГРУ располагается в главном корпусе, например, в машинном зале и весь участок от выводов генератора G до фасадной стены (участок АК) выполняется жесткими шинами.

Токоведущие части в РУ 35 кВ и выше обычно выполняются стале-алюминиевыми проводами АС. В некоторых конструкциях ОРУ часть или вся ошиновка может выполняться алюминиевыми трубами.

Цепь трансформатора собственных нужд (рис. 1, а). От стены ГРУ до выводов Т2, установленного вблизи ГРУ, соединение вы­полняется жесткими алюминиевыми шинами. Если трансформатор соб­ственных нужд устанавливается у фасадной стены главного корпуса, то участок ГД выполняется гибким токопроводом. От трансформатора до распределительного устройства собственных нужд (участок ЕЖ) приме­няется кабельное соединение.

В цепях линий б-10 кВ вся ошиновка до реактора и за ним, а также в шкафах КРУ выполнена прямоугольными алюминиевыми ши­нами. Непосредственно к потребителю отходят кабельные линии.

В блоке генератор — трансформатор на КЭС участок АБ и отпайка к трансформатору собственных нужд ВГ (рис. 1, б) выполняются комплектным пофазно-экранированным токопроводом.

Рис. 1. К выбору проводников в ос­новных электрических цепях: элементы схем ТЭЦ (а); КЭС и АЭС (б);

Для участка ЕД от Т2 до распределительного устройства собственных нужд применяется закрытый токопровод 6 кВ.

В цепи резервного трансформатора собственных нужд (участок ЖЗ) может быть выполнен кабелем или гибким проводом. Выбор того или другого способа соединения зависит от взаимного расположения ОРУ, главного корпуса и резервного ТЗ. Так же как на ТЭЦ, вся ошиновка в РУ 35 кВ и выше выполняется проводами АС.

На подстанциях, в открытой части, могут применяться провода АС или жесткая ошиновка алюминиевыми трубами. Соединение трансфор­матора с закрытым РУ 6-10 кВ или с КРУ 6-10 кВ осуществляется гибким подвесным токопроводом, шинным мостом или закрытым комплектным токопроводом. РУ 6-10 кВ применяется жесткая ошиновка.

Выбор жестких шин

В закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках. При токах до 3000 А применяются одно- и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения.

Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам (ошиновка) 6-10 кВ из проводников прямоугольного или коробчатого профиля крепятся на опорных фарфоровых изоляторах.

Для лучшей теплоотдачи и удобства эксплуатации шины окрашивают при переменном токе фаза А в желтый, фаза В — зеленый и фаза С — крас­ный цвет; при постоянном токе положительная шина в красный, отрица­тельная — синий цвет.

Согласно ПУЭ сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются.

Выбор сечения шин производится по нагреву (по допустимому току). При этом учитываются не только нормальные, но и послеаварийные режимы, а также режимы в период ремонтов и воз­можность неравномерного распределения токов между секциями шин. Усло­вие выбора:

где — допустимый ток на шины выбранного сечения с учетом поправки при расположении шин плашмя или температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах ( ). В последнем случае

Для неизолированных проводов и окрашенных шин принято =70°С; =25°С, тогда

где — допустимый ток по таблицам [2] при температуре воздуха = 25 °С; — действительная температура воздуха;

— допустимая температура нагрева продолжительного режима (по ПУЭ для шин принято +70°С).

Проверка шин на термическую стойкость при КЗ производится по условию:

где — температура шин при нагреве током КЗ; — допустимая температура нагрева шин при КЗ [1]; — минимальное сечение по термической стойкости; q — выбранное сечение.

Проверка шин на электродинамическую стойкость.

В большинстве конструкций шин механического резонанса не возникает. Поэтому ПУЭ не требуют их проверки на электродинамическую стойкость с учетом механических колебаний.

Механический расчет однополосных шин.

Наибольшее удельное усилие при трехфазном КЗ, определяется, Н/м:

Так как расстояние между фазами значительно больше периметра шин а>>2( b + h ), то коэффициент формы k _ф = 1.

Наибольшие электродинамические усилия возникают при трехфазном повреждении, поэтому в дальнейших расчетах учитывается ударный ток трехфазного КЗ. Индексы (3) для упрощения опускаются.

Равномерно распределенная сила f создает изгибающий момент, (шина рассматривается как многопролетная балка, свободно лежащая на опорах), Н•м:

где l — длина пролета между опорными изоляторами шинной конструк­ции, м.

Напряжение в материале шины, возникающее при воздействии изги­бающего момента, МПа:

где W — момент сопротивления шины относительно оси, перпендикуляр­ной действию усилия, см 3 [1].

Шины механически прочны, если

где — допустимое механическое напряжение в материале шин.

В распределительных устройствах шины крепятся на опорных, проходных и подвесных изоляторах. Жесткие шины крепятся на опорных изоляторах, выбор которых производится по следующим усло­виям:

· по номинальному напряжению

· по допустимой нагрузке

где F _расч — сила, действующая на изолятор; F _доп — допустимая нагрузка на головку изолятора:

F _разр — разрушающая нагрузка на изгиб.

При горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз расчетная сила, Н:

Рис. 2. К определению расчетной нагрузки на изолятор

При горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз расчетная сила, Н:

где k_h — поправочный коэффициент на высоту шины, если она расположена на ребро (рис 2):

где H _из — высота изолятора.

При расположении шин в вершинах треугольника F _расч= k_hF _и

Проходные изоляторы выбираются:

· по номинальному току

· по допустимой нагрузке

Для проходных изоляторов расчетная сила, Н:

Задание. Выбрать ошиновку в цепи генератора ТВФ-бЗ и сборные шины 10.5 кВ, к которым присоединен генератор на ТЭЦ с двумя генераторами по 63 МВт и связью с системой по линиям 110 кВ. Принять Т _max = 6000 ч, среднемесяч­ную температуру наиболее жаркого месяца +30°С. Значения токов КЗ приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Значения токов КЗ