Od redakcji 7-8/2017

Szanowni Państwo,Okladka
Od nowego roku czasopismo „Elektroinstalator” będzie miało nowego wydawcę. Opiekuńcze skrzydła nad tym najstarszym w branży elektroinstalacyjnej tytułem roztoczyło Wydawnictwo SIGMA-NOT.

Więcej…

Zasilacze awaryjne

2Niezawodność i pewność dostawy energii elektrycznej ma istotne znaczenie dla większości obiektów budowlanych − szczególnie przemysłowych, użyteczności publicznej i budownictwa wielorodzinnego. Uzyskanie jej jest możliwe przez stosowanie właściwych rozwiązań układu zasilania takich obiektów oraz rezerwowych źródeł zasilania (agregatów prądotwórczych, zasilaczy awaryjnych UPS, zespołów agregat prądotwórczy/UPS) wyposażonych w automatykę SZR.

Przy czym szczególnie istotna jest rola rezerwowych źródeł zasilania. W artykule [2] zamieszczonym w numerze 3/2016 czasopisma „Elektroinstalator" przedstawiono pierwszy rodzaj tych źródeł – agregaty prądotwórcze, natomiast w tym artykule zajęto się drugim rodzajem źródeł – zasilaczami awaryjnymi UPS.

Zasilacze awaryjne UPS
Zasilacze awaryjne UPS (ang. Uninterruptable Power Supply) umożliwiają bezprzerwowe zasilanie wyznaczonych elementów sieci. Są urządzeniami energoelektronicznymi podtrzymującymi pracę odbiornika lub grupy odbiorników przez stosunkowo krótki czas w sytuacji przerwy w zasilaniu (zwykle 10-15 minut) oraz chroniącymi podłączone do niego urządzenia przed nagłym wzrostem napięcia [3]. Umożliwiają więc bezprzerwową pracę urządzeń wrażliwych na przerwy w zasilaniu, wahania napięcia oraz zakłócenia występujące w sieci zasilającej.


1

Zasilacze UPS stanowią wtórne źródło energii elektrycznej – ich akumulatory ładują się w czasie, gdy napięcie w sieci zasilającej jest prawidłowe. Przełączanie źródła zasilania odbywa się bezprzerwowo. Po przejęciu zasilania podłączonych do niego odbiorników czas podtrzymania napięcia zależy od pojemności akumulatorów i poboru energii. Baterie mają określoną trwałość i należy je okresowo wymieniać. Realizują to wyspecjalizowane firmy.

Sprawność układów UPS jest bardzo wysoka. Straty mocy są na niskim poziomie i zależą m.in. od liczby przekształtników i rodzaju zastosowanej baterii akumulatorów [8].

W obiekcie w zależności od rozmieszczenia odbiorników wymagających bezprzerwowego zasilania stosuje się centralny system z jednym lub kilkoma zasilaczami UPS dostarczającymi energię na wszystkie odbiory lub zasilanie rozproszone, tzn. urządzenia UPS o mniejszej mocy zasilają mniejsze grupy odbiorników lub pojedyncze odbiorniki [3]. W pierwszym przypadku określanym jako konfiguracja centralna zasilacze awaryjne UPS umieszcza się pomiędzy pierwotnym źródłem zasilania, jakim jest sieć elektroenergetyczna, a grupą takich odbiorników, natomiast w drugim skrajnym przypadku − gdy dotyczy to pojedynczego odbiornika – pomiędzy pierwotnym źródłem zasilania a chronionym odbiornikiem.

Określa się to często mianem konfiguracji szeregowej. Optymalny wybór rozwiązania wynika z wymagań niezawodności układu zasilania, dokonanego podziału odbiorników na grupy, ich lokalizacji, kalkulacji kosztów systemu UPS i instalacji zasilającej, możliwości monitoringu i zarządzania [3].

Zasilacze UPS mogą być instalowane samodzielnie lub w tandemie z agregatem prądotwórczym. Wówczas zainstalowany agregat prądotwórczy stanowi alternatywne źródło zasilania, na które przełączana jest instalacja zasilająca po awarii głównego źródła [2].
Podstawowa klasyfikacja układów UPS określona w normie [1] dotyczy wzajemnej zależności wartości napięcia wejściowego i jego częstotliwości od parametrów napięcia na wejściu układu. Wyróżnia następujące klasy układów:

  • VFD (ang. output Voltage and Frequency Dependent from mains supply) − wartość i częstotliwość napięcia wyjściowego są zależne od parametrów napięcia zasilającego;
  • VI (ang. output Voltage Independent from mains supply) – wartość napięcia wyjściowego jest niezależna od parametrów napięcia zasilającego;
  • VFI (ang. output Voltage and Frequency Independent from mains supply) – wartość i częstotliwość napięcia wyjściowego są niezależne od parametrów napięcia zasilającego.

Topologia VFD określana często jako off-line charakteryzuje się tym, że zasilacz UPS pracuje normalnie z sieci filtrując napięcie wejściowe, natomiast napięcie i częstotliwość wyjściowa nie są regulowane (ich parametry są takie jak sieci zasilającej) [3]. Po przekroczeniu parametrów zakresu napięcia wejściowego lub częstotliwości, następuje przełączenie na pracę bateryjną w czasie kilku milisekund.

Zasilacz UPS zasila odbiory do czasu rozładowania baterii lub powrotu napięcia zasilającego do akceptowalnych parametrów. Topologia VI określana często jako line-interactive charakteryzuje się tym, że zasilacz UPS pracuje normalnie z sieci o niezależnej częstotliwości (jak częstotliwość sieci) i regulowanej wartości napięcia w zadanym przedziale bez wykorzystania energii z baterii akumulatorów [3].
Gdy napięcie i częstotliwość sieci znajdą się poza zadaną tolerancją, następuje przełączenie na pracę z baterii, analogicznie jak w przypadku zasilaczy off-line. Różnica pomiędzy układami UPS wykonanymi w topologii VFD i VI polega na możliwości regulacji wartości napięcia zasilającego w czasie pracy normalnej. Zaletą zasilaczy wykonanych w technologii line-interactive jest stosunkowo niska cena jednostkowa za kVA [3]. Topologia VFI określana często jako on-line charakteryzuje się tym, że zasilacz UPS w czasie pracy normalnej dwukrotnie konwertuje energię z prądu przemiennego na stały i odwrotnie, a na wyjściu zasilacza dostarczane jest zasilanie o stabilnych parametrach napięcia i częstotliwości [3]. Gdy zasilanie sieciowe nie spełnia warunków dopuszczalnych przez UPS (napięcie, częstotliwość), następuje przełączenie na pracę z baterii. Przy czym na wyjściu zasilacza UPS nie występuje przerwa w zasilaniu, zmiana trybu pracy odbywa się w zerowym czasie.
W praktyce klasyfikacja ta odpowiada innemu podziałowi układów zasilaczy UPS, uwzględniającemu ich strukturę wewnętrzną [6]. Wyróżnia się następujące klasy układów:

  • układy o biernej gotowości (ang. passive standy);
  • układy liniowo interaktywne (ang. line interactive);
  • układy o podwójnej konwersji (ang. double conversion).
    Przedstawia to rysunek 1.

Dobór układu zasilania rezerwowego gwarantowanego (bezprzerwowego) zależy od wymaganego poziomu niezawodności chronionych odbiorów. Najczęściej stosowane są rozwiązania przedstawione w tablicy. Zasilacze awaryjne UPS dla odbiorów indywidualnych mają moc do 10 kVA [3]. Są one wykonywane z reguły w technologii line-interactive. Natomiast dla odbiorów grupowych stosowane są urządzenia średniej mocy – od 10 kVA do 100 kVA i dużej mocy – ponad 100 kVA [3]. Wykonywane są w technologii on-line z podwójnym przetwarzaniem (konwersją) i ze stabilizowanym napięciem sinusoidalnym na wyjściu zasilacza UPS.

Zasilacze UPS małej mocy mają mniejszą niezawodność od zasilaczy dużej mocy, bowiem nie posiadają wielu funkcji i zaawansowanych rozwiązań technologicznych, takich jak zasilacze UPS dużej mocy. Centralne zasilacze awaryjne wykonane w technologii on-line zwykle przystosowane są do pracy równoległej, co pozwala na rozbudowę gwarantowanej mocy dla chronionych odbiorników i zapewnia nadmiarowość przy zasilaniu odbiorników o zapotrzebowaniu na moc mniejszą o wielkość mocy zasilacza pracującego równolegle. Nadmiarowość (redundancja) zwiększa niezawodność systemu zasilania awaryjnego [5]. Uszkodzenie jednego z zasilaczy UPS pracujących równolegle nie powoduje awarii w zasilaniu, ponieważ obciążenie przejmują na siebie pozostałe zasilacze.

(...)

dr hab. inż. Waldemar Dołęga,
Politechnika Wrocławska

Pełna wersja artykułu w EI 7/2016 do zakupu na portalu www.e-czasopismo.pl oraz www.magazyn-online.com

Wyszukiwarka

like Newsletter!

like Nowości!

quote Na skróty

like Najczęściej czytane!

like Polecamy!

Znajdź nas na facebooku!

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem