Rozwijamy nasz serwis dzięki wyświetlaniu reklam.

Blokują reklamy, nie pozwalasz nam tworzyć wartościowych treści.

Wyłącz Adblock, następnie Odśwież stronę
Przejdź do serwisu
adb_popup_graphic

Zasilacze awaryjne UPS - dobór rozwiązań

Partner:
Informator Budowlany - murator
Informator Budowlany - murator
Tagi:
UPS

Zasilacze awaryjne UPS (ang. Uninterruptible Power Supply) są urządzeniami energoelektronicznymi, które umożliwiają bezprzerwową pracę urządzeń wrażliwych na zaniki zasilania, wahania napięcia oraz zakłócenia występujące w sieci zasilającej. Zwykle podtrzymują działanie odbiornika lub grupy odbiorników podczas przerwy w zasilaniu (najczęściej 10–15 minut) i dodatkowo chronią je przy nagłym wzroście lub obniżeniu napięcia.

Zasilacze UPS stanowią wtórne źródło energii elektrycznej – ich akumulatory ładują się w czasie, gdy napięcie w sieci jest prawidłowe. Przełączanie źródła odbywa się bezprzerwowo, a po przejęciu zasilania czas podtrzymania przez nie napięcia zależy od pojemności akumulatorów i poboru energii.
Podstawowa klasyfikacja układów UPS określona w normie dotyczy wzajemnej zależności wartości napięcia wejściowego i jego częstotliwości od parametrów napięcia na wyjściu układu. Wyróżnia się 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 (mają takie parametry, jak sieć zasilająca). Po przekroczeniu
wartości napięcia wejściowego lub częstotliwości następuje przełączenie na pracę bateryjną w ciągu kilku milisekund. UPS zasila odbiory do czasu rozładowania baterii lub powrotu napięcia zasilającego do akceptowalnych parametrów.

Topologia VI (tzw. line-interactive) charakter yzuje się tym, że zasilacz UPS pracuje z sieci o niezależnej częstotliwości i r egulowanej wartości napięcia w zadanym pr zedziale bez wykorzystania energii z baterii akumulatorów. Gdy napięcie i częstotliwość sieci znajdą się poza określoną tolerancją, następuje przełączenie na pracę z baterii, analogicznie jak w pr zypadku zasilaczy off-line. Różnica pomiędzy układami UPS wykonanymi w topologii VFD i VI polega na możliwości r egulacji wartości napięcia zasilającego w czasie pracy normalnej. Zaletą UPS-ów działających w technologii line-interactive jest stosunkowo niska cena jednostkowa za kVA.
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 dostarczane jest zasilanie o stabilnych parametrach napięcia i częstotliwości. Gdy zasilanie sieciowe nie spełnia warunków dopuszczalnych przez UPS następuje przełączenie na pracę z baterii. Przy czym na wyjściu UPS-a nie zachodzi przerwa w zasilaniu – zmiana trybu działania odbywa się w zerowym czasie.

Obok wspomnianej podstawowej klasyfikacji zasilaczy UPS powszechnie stosuje się podział uwzględniający ich strukturę wewnętrzną i obejmujący następujące układy:

  • biernej gotowości (ang. passive standy),
  • liniowo interaktywne (ang. line interactive),
  • podwójnej konwersji (ang. double conversion).

Zasilacze UPS mogą mieć strukturę klasyczną lub modułową. Przykładem tych ostatnich jest – charakteryzujący się wysoką niezawodnością – UPS redundantny on-line, zbudowany z modułów pracujących równolegle. Uszkodzenie jednego z nich nie powoduje przerwy w zasilaniu chronionego odbioru, pod warunkiem, że obciążenie jest mniejsze o wartość mocy co najmniej jednego modułu.

Dobór zasilaczy awaryjnych UPS

Obecnie na rynku krajowym jest dostępnych wiele różnorodnych rozwiązań zasilaczy UPS, które umożliwiają projektantowi dobór właściwej konfiguracji układu zasilania rezerwowego do określonych warunków technicznych, eksploatacyjnych i środowiskowych z jednoczesnym uwzględnieniem możliwości finansowych i życzeń inwestora (użytkownika). Zróżnicowane parametry techniczne pozwalają na dostosowanie urządzeń do potrzeb i wymagań jednostkowego projektu. Ponadto zasilacze UPS mogą być instalowane samodzielnie lub wspólnie z agregatem prądotwórczym, który stanowi alternatywne źródło zasilania, podczas awarii głównego.
Dobór układu zasilania rezerwowego gwarantowanego (bezprzerwowego) wiąże się z wymaganym poziomem niezawodności chronionych odbiorów. W zależności od rozmieszczenia odbiorników, którym należy zagwarantować bezprzerwowe zasilanie w obiekcie, wykorzystuje się instalacje: centralne, rozproszone lub mieszane. Przy czym wybór optymalnego 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. Centralny system, nazywany też konfiguracją centralną, składa się z jednego lub kilku UPS-ów, które zasilają wszystkie odbiory. Umieszcza się je pomiędzy pierwotnym źródłem zasilania (siecią elektroenergetyczną) a grupą tych odbiorników.
W systemie rozproszonym UPS-y o niższej mocy pracują z mniejszymi grupami odbiorników lub pojedynczymi urządzeniami. Przy tych ostatnich UPS lokowany jest pomiędzy pierwotnym źródłem zasilania a odbiornikiem. Takie rozwiązanie określa się często mianem konfiguracji szeregowej. Zasilanie mieszane stanowi pośrednie rozwiązanie pomiędzy ww. układami. Polega na tym, że urządzenia o kluczowym znaczeniu (np. serwery czy systemy monitoringu obiektu) zabezpiecza się zasilaczem redundantnym on-line małej mocy, zaś do ochrony urządzeń o mniejszym priorytecie stosuje się tańsze zasilacze awaryjne line-interactive.

Najczęściej stosowane rozwiązania zasilaczy awaryjnych UPS

Typ układu
Zastosowanie
VFD (off-line)
domowe, pojedyncze komputery, stacje
robocze itp.
VI (line-interactive)
serwery, komputery, małe sieci komputerowe,
urządzenia sieciowe itp.
VFI (on-line)
urządzenia wymagające bezprzerwowego
zasilania, serwerownie, sieci komputerowe,
urządzenia automatyki przemysłowej, sterowniki
przemysłowe itp.
Układy redundantne UPS
odbiory o znaczeniu krytycznym, centra
przetwarzania danych, ośrodki obliczeniowe,
serwerownie, urządzenia przeznaczone do pracy
ciągłej w ciągu roku itp.
Podwójne systemy zasilania, współbieżne, bez
pojedynczych punktów awarii
systemy informatyczno-telekomunikacyjne
o najwyższym znaczeniu krytycznym itp.
Co najmniej dwa układy zasilania
gwarantowanego
odbiorniki z redundantnymi zasilaczami
wewnętrznymi


UPS-y dla odbiorów indywidualnych wykonuje się z reguły w technologii VI, a ich moc nie przekracza 10 kVA. Natomiast dla odbiorów grupowych stosuje się urządzenia średniej – od 10 do 100 kVA – i dużej mocy – ponad 100 kVA, które realizowane są w technologii on-line z podwójnym przetwarzaniem (konwersją) i ze stabilizowanym napięciem sinusoidalnym na wyjściu zasilacza UPS. Charakteryzują się znacznie większą niezawodnością niż urządzenia małej mocy, bowiem mają wiele funkcji dodatkowych i wykorzystywane są w nich zaawansowane rozwiązania technologiczne.
Zasilacze UPS dużych mocy wymagają jednak wydzielonych, klimatyzowanych pomieszczeń (m.in. ze względu na wpływ temperatury na trwałość baterii) oraz wykonania specjalnej instalacji elektrycznej gwarantującej bezprzerwowe zasilanie. Gniazda zasilające takiej instalacji powinny być chronione przed podłączeniem do nich innych urządzeń (grzejniki, czajniki, odkurzacze itp.) niewymagających zabezpieczenia. Pełna separacja chronionego sprzętu od sieci zasilającej oraz stabilność napięcia wyjściowego UPS on-line dużej mocy podnosi koszty inwestycji.
Centralne zasilacze awaryjne wykonane w technologii on-line zwykle są przystosowane do pracy równoległej. Pozwala to na rozbudowę systemu dla chronionych odbiorników i zapewnia nadmiarowość (redundancję), co zwiększa niezawodność zasilania. Uszkodzenie jednego z UPS-ów pracujących równolegle nie powoduje awarii, ponieważ obciążenie przejmują na siebie pozostałe urządzenia.
Zastosowanie rozproszonego systemu zasilania awaryjnego nie wymaga dodatkowych inwestycji w pomieszczenia i instalację elektryczną. Koszt jest wprost proporcjonalny do liczby urządzeń, które potrzebują ochrony (na każde przypada jeden zoptymalizowany pod względem mocy zasilacz awaryjny UPS). Uszkodzenie jednego UPS-a pozbawia zabezpieczenia jedno urządzenie i nie zaburza pracy całego systemu. Wadą tego typu zasilania awaryjnego jest słaba separacja chronionych urządzeń od sieci zasilającej, podczas pracy normalnej oraz konieczność kontrolowania dużej liczby małych urządzeń.
Standardowe parametry techniczne zasilacza UPS obejmują takie elementy, jak:

  • technologia,
  • znamionowa moc wyjściowa, w [kVA],
  • znamionowe napięcie wyjściowe, w [V] (± regulacja napięcia, w [%]),
  • częstotliwość napięcia wyjściowego, w [Hz] (± tolerancja, w [%]),
  • znamionowe napięcie wejściowe, w [V] (± tolerancja, w [%]),
  • czas podtrzymania przy 80% obciążenia znamionowego, w [min],
  • współczynnik zawartości harmonicznych (THDu na wyjściu/THDi na wejściu), w [%],
  • współczynnik mocy wejściowej/wyjściowej, cos ϕ,
  • współczynnik szczytu (ang. crest factor),
  • dopuszczalne przeciążenie, w [%/min],
  • miękki (soft) start/obejście (by-pass) automatyczne/ręczne,
  • praca równoległa,
  • zabezpieczenie: zwarciowe/przeciążeniowe/termiczne akumulatorów,
  • stopień ochrony IP obudowy,
  • wbudowane porty komunikacyjne,
  • wymiary zewnętrzne (wys./szer./gł.), w [mm],
  • masa całkowita, w [kg],
  • temperatura pracy (otoczenia), w [°C].

Prawidłowy dobór i eksploatacja zasilacza UPS ma kluczowe znaczenie dla jego poprawnej pracy. Najważniejsze elementy to: wybór konfiguracji, dobór mocy oraz baterii akumulatorów. Ponadto, należy zwrócić uwagę na ładowarkę baterii akumulatorów, możliwość monitorowania pracy zasilacza i stanu baterii oraz współczynnik szczytu czy zawartości harmonicznych THDi na wejściu.
Podczas konfiguracji UPS-a i doborze baterii należy uwzględnić znaczenie odbiorników, a także ich wymagany czas podtrzymania. Niektóre z nich mogą być wyłączone po zaniku zasilania, inne powinny działać jak najdłużej, a jeszcze inne pracować bez przerwy. Wyłączenie części urządzeń oszczędza energię zgromadzoną w bateriach, która może być użyta przez odbiory wymagające znacznie dłuższego czasu podtrzymania.
Moc znamionowa wyjściowa zasilacza UPS określa poziom mocy, jaką jest on w stanie dostarczyć do odbiorników. Natomiast moc pobierana jest większa od niej o wartość strat oraz potrzeby związane z doładowaniem baterii akumulatorów. Moc znamionową jednego lub kilku UPS-ów określa się po przyjęciu koncepcji układu zasilania rezerwowego gwarantowanego, dostosowanego do wymagań odbiorników, i określeniu mocy, której potrzebują odbiory. Do obliczeń można wykorzystać np. metodę współczynnika zapotrzebowania (kz). Współczynnik mocy wyjściowej UPS-a różni się w zależności od konstrukcji i dlatego trzeba uwzględnić zarówno moc pozorną, jak i czynną. Przy doborze mocy dla silników lub odbiorników nieliniowych bardzo ważne dla jego poprawnego funkcjonowania jest uwzględnienie prądów rozruchowych i odkształconych, Nie mogą one przekraczać wartości prądu znamionowego UPS-a z uwzględnieniem jego chwilowego przeciążenia określonego w karcie katalogowej. Przy czym, w przypadku gdy urządzenie zasila odbiorniki nieliniowe, powstają zniekształcenia prądu pobieranego ze źródła, które powodują pojawianie się w sieci zasilającej oraz instalacji odbiorczej harmonicznych i interharmonicznych. Zasilacz UPS o zbyt małej mocy, przeznaczony do zasilania wspomnianych odbiorników, przy wzroście obciążenia automatycznie przejdzie na by-pass zewnętrzny, co będzie skutkowało pozbawieniem układu zasilania funkcji napięcia gwarantowanego. Przy doborze UPS-a zaleca się przewymiarowanie mocy odbiorników (zwykle na poziomie 20%), które umożliwia uwzględnienie okresowego wzrostu ich mocy, błędów w szacowaniu mocyodbiorników oraz ewentualnych modyfikacji, związanych np. z rozbudową obiektu czy zmianami liczby i rodzaju urządzeń. Dla zasilaczy awaryjnych średniej i dużej mocy zapotrzebowanie odbiorników może być pokryte przez sumę mocy zasilaczy UPS pracujących równolegle.

Czytaj dalej:
  • 1
  • 2
Żaden utwór zamieszczony w serwisie nie może być powielany i rozpowszechniany lub dalej rozpowszechniany w jakikolwiek sposób (w tym także elektroniczny lub mechaniczny) na jakimkolwiek polu eksploatacji w jakiejkolwiek formie, włącznie z umieszczaniem w Internecie - bez pisemnej zgody ZPR Media S.A.. Jakiekolwiek użycie lub wykorzystanie utworów w całości lub w części z naruszeniem prawa tzn. bez zgody ZPR Media S.A. jest zabronione pod groźbą kary i może być ścigane prawnie.
W serwisie:
ZPR Media S.A.:
Serwisy internetowe:
Dom i ogród:
Architektura i budownictwo:
Styl życia:
Rozrywka, informacja:
Hobby i wypoczynek:
Wideo:
Zakupy:
Miesięcznik: