UNS 0868 Güç Kaynağı Ünitesi, haklı olarak tüm kontrol sisteminin 'kalbi' olarak kabul edilen ABB UNITROL® F serisi uyarım sistemleri içerisinde güç kaynağı ve yönetiminden sorumlu temel bileşen olarak hizmet eder. Birincil tasarım hedefi, uyarım sisteminin kontrol elektroniği için son derece güvenilir, yedekli ve kararlı DC çalışma gücü sağlamaktır. Bu, başlatma, kapatma ve hatta şebeke arızaları gibi geçici olaylar da dahil olmak üzere çeşitli jeneratör çalışma koşulları altında tüm düzenleme, kontrol ve koruma fonksiyonlarının sürekli ve kesintisiz çalışmasını sağlar.
Uyarma sistemi içindeki kontrol elektronikleri (SDCS-CON-2 kontrol panosu, UNS 1860 sinyal işleme cihazı, UNS 0863 G/Ç arayüzü vb. gibi) temiz, kararlı DC voltajları gerektirir. Bununla birlikte, endüstriyel ortamlarda mevcut olan güç kaynaklarının (istasyon pilleri ve yardımcı AC gücü gibi) voltaj seviyeleri ve kalitesi çoğu zaman bu gereksinimleri karşılamamaktadır. UNS 0868, güç adaptasyonu, yedeklilik anahtarlaması ve elektriksel izolasyon gibi kritik rolleri yerine getirerek bu sorunu çözmek için özel olarak tasarlanmıştır. Temel tasarım felsefesi kullanılabilirlik ve güvenliğe odaklanır. Çift güç girişi ve N+1 yedeklilik konseptini birleştirerek, tek bir güç kaynağı arızasının uyarım kontrol sisteminin tamamen kapanmasına neden olmasını önler, böylece jeneratörü ve güç şebekesini korur.
Bu ünite, uyarma kabini içine monte edilen, harici akülere, AC güç kaynaklarına ve dahili yüklere standart terminal blokları aracılığıyla bağlanan bağımsız bir 'panoya monte' cihazdır.
2. Temel Özellikler
UNS 0868'in işlevleri kapsamlı bir şekilde güç dönüşümü, dağıtımı ve yönetimi etrafında yoğunlaşmıştır ve özellikle aşağıdaki yönlerde ortaya çıkmıştır:
2.1. Çift Yedekli Güç Girişleri
Giriş Kanalları: İki bağımsız güç giriş kanalı sağlar.
DC Girişi: Güç istasyonunun akü bankasına bağlanır. Bu, sistem için birincil ve en güvenilir güç kaynağıdır.
AC Girişi: Uyarma transformatörünün ikincil tarafına veya tesisin yardımcı AC güç kaynağına bağlanır. Bu kaynak bataryaya yedek veya takviye görevi görür.
Otomatik Kesintisiz Anahtarlama: İki giriş dahili olarak diyotlar aracılığıyla ayrılır. Güç kaynaklarından olduğu sürece herhangi biri normal , ünitenin çıkışının korunması garanti edilir, bu da gerçek kusursuz geçişe olanak tanır ve tek bir arıza noktasını ortadan kaldırır.
2.2. Çoklu Kararlı DC Gerilim Çıkışları
UNS 0868, sistemin farklı bölümlerine güç sağlamak için farklı özelliklere sahip iki bağımsız DC çıkışı üretir:
240 VDC Ana Çıkış: Bu çıkış, ana UNITROL® F ünitesinin içine takılan SDCS-POW-4 güç kaynağı kartı için özel olarak tasarlanmıştır. POW-4 kartı ise kontrol sisteminin gerektirdiği çeşitli düşük seviyeli DC voltajlarını üretir (örn. ±15V, +5V, +24V). Bu çıkış, kontrol mantığı ve sinyal işleme için nihai enerji kaynağıdır.
24 VDC Yardımcı Çıkış: Bu, galvanik olarak izole edilmiş bir 24V DC voltajıdır ve özellikle şu şekilde kullanılır:
Sorgulama Gerilimi: UNS 0863 G/Ç Arayüzü üzerindeki 16 dijital giriş devresi için ortak potansiyel sağlar.
Genel Amaçlı Besleme: Dönüştürücüler, veri yolu bağlaştırıcıları vb. gibi diğer 24V tüketicilere güç sağlar.
2.3. Kapsamlı Güç İzleme ve Durum Göstergesi
Giriş Gerilimi İzleme: Ünite, hem DC hem de AC giriş gerilimlerinin durumunu sürekli olarak izler.
Arıza Sinyali Çıkışı: Giriş gerilimlerinden herhangi biri arızalandığında, ünite bir röle arıza kontağı (ARIZA sinyali) aracılığıyla bir alarm sinyali sağlar. Bu sinyal, operasyonel personeli güç durumu hakkında uyarmak için denetleyici kontrol sistemi tarafından alınabilir.
LED Durum Göstergesi: Ön paneldeki AC ON ve DC ON LED göstergeleri, iki giriş güç kaynağının varlık durumunun görsel bir gösterimini sağlar.
2.4. Paralel Yedekli Çalışma Desteği
24V Çıkış Paralelleme: Çift kanallı (AFT) uyartım sistemlerinde, iki UNS 0868 ünitesinin 24V DC çıkışlarının paralel bağlanmasına izin verilir. Ünite, bu amaç için dekuplaj diyotlarını içerir ve özel paralelleme terminalleri (6/7 ve 8/9) sağlayarak, bir güç ünitesinin tamamen arızalanması durumunda diğerinin, güç kaynağı seviyesinde N+1 yedeklilik sağlayarak 24V yükün tamamını sorunsuz bir şekilde devralmasını sağlar.
2.5. Bekletme ve Arabelleğe Alma
Harici Kapasitör Arayüzü: 240V DC çıkışı, harici bir kapasitör bağlamak için terminallerle (18/20) tasarlanmıştır. Bu, kapasitörde depolanan enerjinin, DC giriş gücündeki kısa kesintiler sırasında (örneğin milisaniyeden yüzlerce milisaniyeye kadar) 240V DC çıkışını korumasını sağlar ve kontrol sisteminin anlık güç düşüşleri nedeniyle sıfırlanmamasını veya arızalanmamasını sağlar. Sürdürme kabiliyeti 2,2 mF/s olarak ölçülmekte olup, kapasitör değeri sistemin ihtiyaç duyduğu bekleme süresine göre seçilebilmektedir.
3. Çalışma Prensibi ve Sinyal İşleme Mekanizması
UNS 0868'in dahili çalışması karmaşık bir güç dönüşümü ve kontrolü sürecini içerir. Aşağıdaki bölümlerde girişten çıkışa kadar çalışma prensibinin tamamı anlatılmaktadır.
3.1. Çift Girişli İşleme ve Yedekleme Anahtarlama Mekanizması
A. Giriş Alımı ve Menzil Uyarlaması:
UNS 0868, farklı küresel elektrik santrali standartlarını karşılamak için iki versiyonla gelir:
Versiyon 1: 24/48 VDC sistemler ve 34 VAC sistemler için.
Versiyon 2: 110/250 VDC sistemler ve 170 VAC sistemler için.
Dahili devre, özellikle de ön uç dönüştürücü, kendi versiyonu için belirlenen geniş giriş voltajı aralığına otomatik olarak uyum sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
B. Diyot Ayırımı ve 'VEYA' Mantığı:
Bu artıklık uygulamasının özüdür. DC girişi ve AC girişi birleştirilir . önce , her biri kendi özel diyotu aracılığıyla sonraki anahtarlama dönüştürücüsüne girmeden Bu iki diyot basit bir 'VEYA' mantık kapısı oluşturur:
DC girişi normalse akım DC tarafından akar.
DC girişi kaybolmuş ancak AC girişi normalse, akım AC tarafından akar.
Diyotlar, akımın bir kaynaktan diğer hatalı kaynağa geri akmasını önleyerek mükemmel elektriksel izolasyon ve dolaşımda olmayan akım anahtarlaması sağlar. Bu işlem tamamen donanımda uygulanır, son derece hızlıdır (mikrosaniye) ve anahtarlama gecikmesi yoktur.
3.2. DC-DC Boost Dönüşüm Prensibi
A. Yüksek Frekans Anahtarlama Dönüşümü:
Enerjinin DC girişinden mi yoksa AC girişinden mi geldiğine bakılmaksızın (AC önce DC'ye doğrultulur), birleşik DC gücü doğrudan kullanılmaz. Yüksek frekanslı anahtarlamalı bir DC-DC güçlendirme dönüştürücüsüne beslenir. Bu dönüştürücünün çekirdeği, yüksek frekansta (tipik olarak onlarca ila yüzlerce kHz) tekrar tekrar açılıp kapanan yüksek hızlı bir anahtarlama transistörüdür (örn. MOSFET).
B. Enerji Depolama ve Serbest Bırakma:
Anahtar açıldığında enerji bir indüktörde depolanır. Anahtar kapatıldığında, indüktör akımını korumak için bir karşı elektromotor kuvveti üretir. Bu voltaj giriş voltajına eklenir ve giriş voltajından daha yüksek bir darbe üretir.
C. Doğrultma ve Filtreleme:
Bu yüksek frekanslı, yüksek voltajlı darbe, yüksek frekanslı bir transformatörden (izolasyon sağlar) ve bir doğrultucu diyottan geçer ve ardından bir çıkış kapasitörü tarafından yumuşatılır ve sonuçta kararlı bir 240 VDC çıkış voltajı elde edilir. Hassas bir geri besleme kontrol döngüsü (PWM modülasyonu), izin verilen giriş voltajı aralığındaki dalgalanmalardan bağımsız olarak çıkış voltajının 240V ±%10'da sabit kalmasını sağlar.
3.3. 24V İzole Çıkış Üretim Prensibi
240V DC bara gerilimi ayrıca 24V çıkış üretmek için işlenir. Bu işlem tipik olarak çekirdeği aynı zamanda yüksek frekanslı bir anahtarlama devresi olan başka bir bağımsız DC-DC dönüştürücü tarafından gerçekleştirilir.
Galvanik İzolasyon: Bu dönüştürücüdeki yüksek frekanslı transformatör izole edilmiştir, yani birincil (240V tarafı) ve ikincil (24V tarafı) elektriksel olarak tamamen ayrıdır. Bu, kontrol devreleri (24V tarafı) ile ana güç devreleri (240V tarafı) arasındaki elektrik bağlantısını kestiği ve toprak potansiyeli farklılıklarından kaynaklanan sorunları önleyerek sistemin gürültü bağışıklığını ve güvenliğini önemli ölçüde arttırdığı için çok önemlidir.
Düzenleme ve Akım Sınırlama: Bu devre aynı zamanda kararlı 24V çıkış sağlamak için voltaj düzenleme özelliğine de sahiptir. Ayrıca, kısa devreye dayanıklı olacak şekilde tasarlanmıştır; bu, çıkış terminalleri kazara kısa devre yapılsa bile devrenin akım sınırlama moduna gireceği veya kapanacağı, arıza giderildiğinde üniteye zarar vermeden otomatik olarak düzeleceği anlamına gelir.
3.4. İzleme Devresi Çalışma Prensibi
A. Gerilim Algılama:
Ünite, DC ve AC giriş gerilimlerini sürekli olarak örnekleyen gerilim karşılaştırıcı devreler içerir.
B. Mantık Değerlendirmesi ve Sinyal Çıkışı:
Durum LED'leri: Örneklenen voltaj belirli bir ayarlı eşiği aştığında, karşılaştırıcı ilgili AC ON veya DC ON LED'inin yanmasını sağlar.
FAIL Sinyali: İzleme mantığı şu şekilde tasarlanmıştır: FAIL sinyali yalnızca etkinleştirilir (kontaklar açık). her iki giriş voltajı aynı anda kesildiğinde Yalnızca bir giriş arızalanırsa, diğeri hala çalışmayı sürdürebileceğinden FAIL sinyali etkinleşmez. Bu, gereksiz yanlış alarmları önler. FAIL sinyali, herhangi bir harici izleme sistemine güvenli bir şekilde bağlanabilen pasif, potansiyelsiz ve izole edilmiş bir arıza gösterge yöntemi sunan bir röle kontak çıkışı tarafından sağlanır.
3.5. Koruma Mekanizmaları
Giriş Sigortaları: Ünite dahili olarak hem AC hem de DC giriş taraflarında sigortalar (F1, F2) içerir. Bunlar, ciddi bir dahili arıza durumunda (örn. anahtarlama transistörünün kısa devre yapması) güç kaynağının bağlantısını hızlı bir şekilde kesmeye, arızanın artmasını önlemeye ve yukarı yöndeki bataryaları ve dağıtım sistemini korumaya hizmet eder.
Düşük Gerilim Kilitlemesi: 'b' versiyonunda ünite düşük gerilim kilitleme fonksiyonuna sahiptir. Giriş voltajı çok düşük olduğunda dönüştürücünün başlatılmasını veya çalışmasını engeller, anormal voltaj koşulları altında çalışmadan kaynaklanabilecek potansiyel hasarı önler.
4. Sistem Entegrasyonu ve Yapılandırması
4.1. Elektrik Bağlantıları
Giriş Terminalleri:
Terminaller 1(L), 2(N): AC girişine bağlayın.
Terminaller 4(-), 5(+): DC girişine bağlayın (kutuplara dikkat edin).
Çıkış Terminalleri:
Terminaller 17(+), 19(-): POW-4 güç kaynağı kartına 240 VDC çıkış.
Terminaller 6(+), 8(-): Çıkış 24 VDC sorgulama voltajı.
Terminal 7, 9: 24V çıkışları paralellemek için kullanılır.
Sinyal Terminali:
4.2. Uyarma Sistemi İçinde Uygulama Mimarisi
Tipik bir UNITROL® F sisteminde, UNS 0868'in 240V DC çıkışı doğrudan ana kontrol ünitesi içindeki SDCS-POW-4 güç kaynağı kartının girişine bağlanır. POW-4 kartı daha sonra düz kablolar aracılığıyla SDCS-CON-2 kontrol panosuna, UNS 1860 sinyal işleme cihazına vb. çeşitli düzeylerde çalışma voltajları sağlar. 24V DC çıkışı, dijital girişlerine ve dahili rölelerine güç sağlamak için UNS 0863 I/O Arayüzüne bağlanır.
4.3. Devreye Alma ve Fonksiyon Kontrolü
Sürüm Onayı: Öncelikle UNS 0868 sürümünün (V1 veya V2) tesisin akü ve yardımcı AC voltajlarıyla eşleştiğini doğrulayın.
Açılış Kontrolü: Gücü uyguladıktan sonra AC ON ve DC ON LED göstergelerinin yandığını gözlemleyin.
Gerilim Ölçümü: 240V DC çıkışını (terminaller 17/19) ve 24V DC çıkışını (terminaller 6/8) ölçmek için bir multimetre kullanın; gerilimler izin verilen tolerans dahilinde olmalıdır.
Arıza Simülasyonu: Bir giriş güç kaynağının bağlantısını kesin ve diğerinin çıkışı sorunsuz bir şekilde koruyup koruyamadığını gözlemleyin ve FAIL sinyalinin durumunu doğrulayın.
5. Uygulama Senaryoları
UNS 0868, yüksek güvenilirlik gerektiren endüstriyel ortamlar için tasarlanmıştır ve öncelikle aşağıdaki alanlarda kullanılır:
Enerji Santrali İkaz Sistemleri: Çeşitli tipteki enerji santrallerinde (termik, hidro, nükleer, gaz türbini vb.) UNITROL® F ikaz kabinleri.
Kritik Endüstriyel Prosesler: Kimya tesisleri, basınçlı hava enerji depolama ve metalurji gibi büyük senkron motorların çalıştırdığı kritik prosesler.
Deniz Güç Sistemleri: Deniz jeneratörleri için uyarım kontrolü.
Yüksek kullanılabilirlik ve yedekli güç kaynağı güvencesi gerektiren her türlü kontrol sistemi.
