Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Источники бесперебойного питания представляют критически важный элемент инфраструктуры систем контрольно-измерительных приборов и автоматики на объектах нефтегазовой промышленности. Современные системы автоматизации технологических процессов требуют непрерывного электроснабжения для обеспечения безопасности производственных операций, предотвращения аварийных ситуаций и сохранения целостности данных технологического процесса.
Контрольно-измерительные приборы, программируемые логические контроллеры, SCADA-системы, датчики параметров технологического процесса, исполнительные механизмы и средства телемеханики нуждаются в стабильном электропитании качественного уровня. Перерывы в электроснабжении длительностью даже несколько миллисекунд могут привести к сбоям в работе оборудования, потере данных измерений, нарушению алгоритмов управления и остановке технологического процесса.
Источники бесперебойного питания обеспечивают защиту от кратковременных отключений электропитания, компенсацию провалов и всплесков напряжения, фильтрацию высокочастотных помех, стабилизацию частоты и амплитуды напряжения, а также предоставление времени для корректного завершения работы оборудования или переключения на резервный источник питания.
Промышленные системы КИПиА нефтегазовых предприятий эксплуатируются в условиях повышенных требований к надёжности электроснабжения. Согласно ФНП №534 от 15.12.2020 с изменениями от 31.01.2023, системы автоматизации технологических процессов на объектах нефтяной и газовой промышленности должны обеспечивать непрерывный контроль параметров и управление технологическим процессом.
Для полевых приборов КИПиА применяются специализированные промышленные ИБП с классом защиты не ниже IP54, обеспечивающие работоспособность в диапазоне температур от минус 40 до плюс 60 градусов Цельсия. Во взрывоопасных зонах используется оборудование с соответствующими видами взрывозащиты согласно IEC 60079-14:2024.
Стандарт IEC 62040-3:2021 определяет классификацию ИБП по типу зависимости выходного напряжения от входного питания. Для систем контрольно-измерительных приборов и автоматики применяются три основные топологии, каждая из которых имеет специфические характеристики и области применения.
Резервная топология характеризуется прямой передачей сетевого напряжения на нагрузку в нормальном режиме работы. Инвертор активируется только при выходе параметров электросети за допустимые пределы. Время переключения составляет от 4 до 10 миллисекунд в зависимости от конструкции коммутационных элементов.
Данная топология обладает высоким коэффициентом полезного действия в сетевом режиме, достигающим 95-98 процентов, что снижает тепловыделение и повышает энергоэффективность. Однако отсутствие стабилизации напряжения и коррекции формы сигнала ограничивает применение резервных ИБП в системах КИПиА некритичными приложениями с минимальными требованиями к качеству питания.
Линейно-интерактивная топология представляет промежуточное решение между резервными и онлайн системами. Встроенный автоматический регулятор напряжения осуществляет ступенчатую стабилизацию входного напряжения без перехода на батарейное питание при отклонениях в диапазоне плюс-минус 20-30 процентов от номинального значения.
Время переключения на аккумуляторные батареи составляет 2-4 миллисекунды, что приемлемо для большинства приборов КИПиА с импульсными источниками питания. Коэффициент полезного действия в сетевом режиме достигает 92-96 процентов. Линейно-интерактивные ИБП находят применение для питания периферийных устройств систем автоматизации, устройств сбора данных и некритичных элементов распределённых систем управления.
Топология с двойным преобразованием энергии обеспечивает максимальный уровень защиты оборудования от всех типов проблем электропитания. Входное переменное напряжение непрерывно преобразуется в постоянное напряжение выпрямителем, после чего инвертор формирует на выходе стабилизированное переменное напряжение с чистой синусоидальной формой.
Аккумуляторные батареи постоянно подключены к шине постоянного тока между выпрямителем и инвертором, что обеспечивает нулевое время переключения при пропадании входного напряжения. Инвертор работает непрерывно, поддерживая постоянные параметры выходного напряжения независимо от качества входного питания. Коэффициент нелинейных искажений выходного напряжения не превышает 3 процентов при линейной нагрузке и 5 процентов при нелинейной нагрузке.
Онлайн ИБП являются обязательным выбором для питания программируемых логических контроллеров, серверов SCADA-систем, прецизионных измерительных приборов и систем противоаварийной защиты. Диапазон мощностей промышленных моделей составляет от 1 кВА до 4400 кВА для трёхфазных систем.
Серия международных стандартов IEC 62040, разработанная подкомитетом 22Н Технического комитета 22 Международной электротехнической комиссии, устанавливает комплексные требования к источникам бесперебойного питания. Стандарты определяют методы испытаний, классификацию оборудования и требования безопасности для различных типов ИБП.
Стандарт IEC 62040-1:2019 устанавливает общие требования безопасности к источникам бесперебойного питания. Документ определяет требования к защите от поражения электрическим током, защите от энергетической опасности, требования к заземлению, маркировке и технической документации. Отечественный аналог представлен ГОСТ IEC 62040-1-2018, действующим с изменениями и поправками.
Стандарт регламентирует конструктивные требования к корпусам, требования к изоляции токоведущих частей, параметры защитного заземления и требования к системам автоматического отключения при неисправностях. Для промышленных ИБП устанавливаются повышенные требования к механической прочности корпусов и устойчивости к воздействию климатических факторов.
Стандарт IEC 62040-2:2016 определяет требования к электромагнитной совместимости источников бесперебойного питания. Документ устанавливает предельно допустимые уровни электромагнитных помех, излучаемых ИБП, а также требования к помехоустойчивости оборудования при воздействии внешних электромагнитных полей.
Требования включают нормы на кондуктивные помехи в диапазоне частот от 150 килогерц до 30 мегагерц, излучаемые радиопомехи в диапазоне от 30 до 1000 мегагерц, гармонические составляющие входного тока до 40-й гармоники, а также стойкость к электростатическим разрядам, импульсным помехам и провалам напряжения.
Стандарт IEC 62040-3:2021 определяет методы установления эксплуатационных характеристик и требования к испытаниям источников бесперебойного питания. Актуальная версия ГОСТ IEC 62040-3-2024 действует с 01.02.2025 и идентична международному стандарту. Документ регламентирует методики измерения электрических параметров, испытания на переключение режимов работы, определение времени автономной работы и требования к точности измерительного оборудования.
Стандарт устанавливает классификацию ИБП по динамическим характеристикам выходного напряжения, методы оценки влияния нагрузки на параметры выходного напряжения, требования к форме выходного напряжения при различных типах нагрузки. Контрольно-измерительная аппаратура для измерения электрических параметров должна соответствовать требованиям IEC 61000-4-30.
При применении ИБП в системах безопасности дополнительно учитываются требования IEC 61508:2010 по функциональной безопасности и IEC 61511-1:2016 для систем противоаварийной защиты. Источники питания для систем безопасности должны обеспечивать уровень полноты безопасности SIL 2 или SIL 3 в зависимости от категории защищаемого оборудования.
Корректное определение требуемой мощности источника бесперебойного питания является критичным фактором обеспечения надёжности системы электроснабжения приборов КИПиА. Недостаточная мощность приводит к перегрузке инвертора и отключению защит, избыточная мощность увеличивает капитальные затраты без повышения надёжности системы.
Первым этапом расчёта является определение суммарной активной мощности всех приборов КИПиА, подключаемых к источнику бесперебойного питания. Активная мощность указывается в паспортной документации оборудования и выражается в ваттах. Для типовых элементов систем автоматизации значения составляют: программируемый логический контроллер базового уровня от 10 до 50 ватт, модули ввода-вывода от 3 до 8 ватт на модуль, промышленный коммутатор Ethernet от 15 до 40 ватт, преобразователи интерфейсов от 3 до 10 ватт, датчики с питанием 24 вольта постоянного тока от 0,5 до 3 ватт.
При суммировании мощностей учитывается коэффициент одновременности работы оборудования. Для систем автоматизации с постоянно работающими контроллерами коэффициент принимается равным единице. Для периферийного оборудования, работающего в режиме опроса, коэффициент может составлять 0,7-0,9 в зависимости от специфики технологического процесса.
Полная мощность источника бесперебойного питания выражается в вольт-амперах и рассчитывается с учётом коэффициента мощности нагрузки. Для современных приборов КИПиА с импульсными источниками питания коэффициент мощности составляет 0,7-0,9. Формула расчёта требуемой полной мощности: S = (P × Kзап) / cos φ, где P представляет суммарную активную мощность нагрузки в ваттах, Kзап — коэффициент запаса мощности, cos φ — коэффициент мощности нагрузки.
Коэффициент запаса мощности учитывает возможное расширение системы, пусковые токи оборудования, старение элементов ИБП и снижение ёмкости аккумуляторных батарей. Для промышленных систем КИПиА рекомендуется коэффициент запаса от 1,2 до 1,3, что соответствует резерву мощности 20-30 процентов от расчётной нагрузки.
Отдельного внимания требуют устройства с электродвигателями и трансформаторными источниками питания, создающие значительные пусковые токи. Для исполнительных механизмов с асинхронными двигателями пусковая мощность превышает номинальную в 3-7 раз в зависимости от конструкции двигателя и момента инерции нагрузки.
Рассмотрим типовой шкаф КИПиА с контроллером мощностью 30 ватт, восемью модулями ввода-вывода по 5 ватт, коммутатором 25 ватт и блоком питания датчиков 40 ватт. Суммарная активная мощность составляет 135 ватт. При коэффициенте мощности 0,8 и запасе 1,3 требуемая полная мощность ИБП: S = (135 × 1,3) / 0,8 = 219 вольт-ампер. Выбирается стандартный ИБП мощностью 500 вольт-ампер с онлайн топологией.
Время автономной работы источника бесперебойного питания определяется ёмкостью аккумуляторных батарей, мощностью подключённой нагрузки и эффективностью преобразования постоянного тока в переменный. Для систем контрольно-измерительных приборов и автоматики требуемое время автономии зависит от категории надёжности электроснабжения объекта и наличия резервных источников питания.
Базовая формула расчёта времени автономной работы: T = (C × U × ηинв × Kразр) / P, где C представляет ёмкость аккумуляторных батарей в ампер-часах, U — напряжение батарейной системы в вольтах, ηинв — коэффициент полезного действия инвертора, Kразр — коэффициент допустимого разряда батарей, P — мощность нагрузки в ваттах, T — время автономной работы в часах.
Коэффициент полезного действия инвертора для промышленных онлайн ИБП составляет 0,85-0,90 в зависимости от уровня нагрузки. Максимальный КПД достигается при нагрузке 60-80 процентов от номинальной мощности инвертора. Коэффициент допустимого разряда для свинцово-кислотных аккумуляторов типа VRLA составляет 0,8-0,9 для обеспечения расчётного срока службы батарей.
Доступная ёмкость аккумуляторных батарей существенно зависит от температуры окружающей среды. Номинальная ёмкость определяется при температуре 20 градусов Цельсия. При понижении температуры до 0 градусов доступная ёмкость снижается до 70-75 процентов от номинальной, при температуре минус 10 градусов — до 60-65 процентов.
Для компенсации температурного влияния в расчёты вводится коэффициент температурной корректировки Kt, значение которого зависит от температурных условий эксплуатации. При размещении ИБП в отапливаемых помещениях коэффициент принимается равным 1,0. Для неотапливаемых помещений с температурой воздуха от 0 до 10 градусов коэффициент составляет 0,8-0,9, при температуре от минус 10 до 0 градусов — 0,7-0,8.
Обратная задача определения необходимой ёмкости аккумуляторных батарей для обеспечения заданного времени автономии решается по формуле: C = (P × T) / (U × ηинв × Kразр × Kt). При проектировании систем электроснабжения КИПиА учитывается, что стандартные ёмкости аккумуляторных батарей составляют 7, 12, 18, 24, 40, 55, 65, 100, 150 и 200 ампер-часов.
Согласно ФНП №534, системы автоматизации технологических процессов на объектах нефтяной и газовой промышленности должны обеспечивать работоспособность не менее 30 минут при отключении основного питания. Для систем противоаварийной защиты минимальное время автономии составляет 60 минут. При наличии автоматического ввода резерва время автономии может быть сокращено до 15 минут.
Для системы автоматизации с суммарной мощностью нагрузки 200 ватт требуется обеспечить 60 минут автономной работы. Напряжение батарейной системы составляет 48 вольт. Коэффициент полезного действия инвертора 0,88, коэффициент разряда 0,85, температурный коэффициент 0,9. Расчёт: C = (200 × 1) / (48 × 0,88 × 0,85 × 0,9) = 6,2 ампер-часа. Выбирается батарейный модуль с ёмкостью 7 ампер-часов, обеспечивающий расчётную автономию с запасом.
Нефтегазовые объекты предъявляют специфические требования к системам бесперебойного питания, обусловленные условиями эксплуатации, требованиями промышленной безопасности и необходимостью обеспечения непрерывности технологических процессов. Источники бесперебойного питания применяются для обеспечения работоспособности систем автоматизации добычи, транспорта, подготовки и переработки углеводородного сырья.
На объектах добычи нефти и газа источники бесперебойного питания обеспечивают электроснабжение автоматизированных групповых замерных установок, системы управления электропогружными центробежными насосами, станций управления штанговыми глубинными насосами, газлифтных систем и телеметрических комплексов. Для этих применений используются промышленные ИБП онлайн топологии мощностью от 1 до 10 кВА с временем автономии от 30 до 120 минут.
Полевые контроллеры систем телемеханики, размещаемые на кустовых площадках и нефтесборных пунктах, питаются от специализированных ИБП с пониженным энергопотреблением и расширенным температурным диапазоном. Для взрывоопасных зон применяются ИБП с видом взрывозащиты Ex d или Ex e согласно требованиям IEC 60079-14:2024.
Магистральные нефтепроводы и газопроводы оснащаются системами диспетчерского управления и сбора данных на базе программируемых логических контроллеров и SCADA-систем. Источники бесперебойного питания на линейных производственных диспетчерских пунктах обеспечивают питание контроллеров нефтеперекачивающих и компрессорных станций, систем измерения количества и показателей качества транспортируемой продукции, систем связи и телемеханики.
Согласно ФНП №517 от 11.12.2020, системы автоматизации магистральных трубопроводов должны обеспечивать непрерывный контроль технологических параметров и управление запорной арматурой при аварийных ситуациях. Время автономной работы систем противоаварийной защиты должно составлять не менее 2 часов для обеспечения контролируемой остановки объекта при отключении основного и резервного электропитания.
Установки комплексной подготовки нефти, газа и конденсата оснащаются распределёнными системами управления с применением микропроцессорных контроллеров. Источники бесперебойного питания обеспечивают электроснабжание контроллеров технологических процессов разделения, нагрева, стабилизации продукции, систем коммерческого учёта и систем противоаварийной защиты.
Для крупных технологических установок применяются модульные ИБП мощностью от 40 до 200 кВА с возможностью параллельной работы для повышения надёжности и наращивания мощности. Архитектура построения предусматривает резервирование по схеме N+1 или 2N для обеспечения отказоустойчивости системы электроснабжения.
Современные промышленные ИБП оснащаются интерфейсами связи RS-485, Ethernet, Modbus RTU и Modbus TCP для интеграции в систему диспетчерского управления. Контроллеры ИБП передают информацию о режиме работы, параметрах входного и выходного напряжения, степени заряда батарей, наличии аварийных состояний. Протоколы связи соответствуют требованиям IEC 60870-5-101 и IEC 60870-5-104 для систем телемеханики.
Мировой рынок источников бесперебойного питания для промышленных применений представлен несколькими крупными производителями, специализирующимися на разработке и производстве оборудования для критичных систем. Для систем контрольно-измерительных приборов и автоматики нефтегазовых объектов применяется оборудование, соответствующее требованиям международных стандартов и сертифицированное для применения в условиях промышленных производств.
Компания Eaton представляет широкий спектр источников бесперебойного питания для промышленных применений мощностью от 400 вольт-ампер до 4400 киловольт-ампер. Линейка продукции включает однофазные и трёхфазные ИБП онлайн топологии, модульные системы с возможностью наращивания мощности, специализированные решения для морских платформ и объектов с особыми условиями эксплуатации.
Серия 9PX предназначена для питания небольших систем автоматизации мощностью от 1 до 11 кВА с возможностью установки в стойку или напольном исполнении. Модульная серия 93PM мощностью от 30 до 150 кВт обеспечивает высокую надёжность за счёт горячего резервирования модулей. Технология ABM продлевает срок службы аккумуляторных батарей на 50 процентов за счёт интеллектуального управления режимами заряда.
Компания APC, входящая в состав Schneider Electric, производит источники бесперебойного питания для промышленных применений под брендом Galaxy. Линейка Galaxy охватывает диапазон мощностей от 10 до 1200 кВА с топологией онлайн двойного преобразования. Серия Easy UPS 3S мощностью от 10 до 40 кВА предназначена для малого и среднего бизнеса с требованиями к компактности размещения.
Smart-UPS серия представляет линейно-интерактивные ИБП мощностью от 500 до 3000 вольт-ампер для распределённых систем автоматизации. Модели оснащаются встроенными сетевыми картами для удалённого мониторинга и управления по протоколам SNMP, HTTP, Modbus TCP. Литий-ионные батарейные системы SRTL обеспечивают увеличенный срок службы до 10 лет и расширенный температурный диапазон эксплуатации.
Российский рынок промышленных ИБП представлен продукцией компаний ОВЕН, Инэлт, БАСТИОН. Компания ОВЕН производит источники бесперебойного питания для промышленной автоматики серии ИБП60 мощностью до 60 ватт с питанием от сети 220 вольт или 24 вольт постоянного тока. Модели предназначены для питания контроллеров, модулей ввода-вывода, преобразователей интерфейсов в составе систем автоматизации.
При выборе производителя ИБП для систем КИПиА учитываются требования к надёжности оборудования, доступность сервисного обслуживания, наличие технической документации на русском языке, возможность интеграции в существующие системы диспетчерского управления. Для критичных применений рекомендуется оборудование, сертифицированное по стандартам ISO 9001 для системы менеджмента качества и ISO 14001 для системы экологического менеджмента.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.