Zasilanie rezerwowe hal przemysłowych – współpraca zespołów prądotwórczych z zasilaczami UPS
98
napędowego czy prądnic, sposobu zabudowy, rodzaju sterowania,
czasu rozruchu czy występowania koła zamachowego w ukła-
dzie [10]. Urządzenia te charakteryzują m.in. takie parametry,
jak: moc znamionowa, napięcie wyjściowe czy klasa wykonania.
Moc znamionowa może być trojaka: trwała (ciągła), którą agre-
gat jest w stanie dostarczać w sposób ciągły przez nieograniczony
czas w roku, szczytowa – największa możliwa moc, jaką może
uzyskać agregat, i awaryjna – dla limitu czasowego 500 godzin
w roku [12]. Klasa wykonania natomiast informuje, jakie napięcie
wytwarza urządzenie (amplituda, kształt, częstotliwość – określa
dokładną wartość oraz stabilność tych parametrów) [10]. Jest ona
równoważna klasie wymagań i decyduje o grupie odbiorników,
które agregat może zasilać – G1, G2, G3 lub G4 [5]. Klasa G3
dotyczy zasilania odbiorników o zwiększonych wymaganiach jakoś-
ciowych w zakresie dostarczanej energii elektrycznej (np. zasila-
cze UPS), a klasa G4 – zasilania odbiorników o wysokich wymaga-
niach w tej kwestii [10].
x x x
Zasilacze awaryjne UPS
Urządzenia te umożliwiają bezprzerwowe zasilanie. Podtrzymują
pracę odbiornika lub grupy odbiorników przez stosunkowo krótki
czas w sytuacji przerwy w zasilaniu (zwykle 10–15 minut) oraz
chronią podłączone do niego urządzenia przed nagłym wzrostem
napięcia [11].
Zasilacze UPS są urządzeniami energoelektronicznymi, które
stanowią wtórne źródło energii elektrycznej – ich akumulatory
ładują się w czasie, gdy napięcie w sieci zasilającej jest prawid-
łowe. 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 trzeba je
okresowo wymieniać.
Zasilacze awaryjne UPS produkowane są w bardzo szerokim
zakresie mocy znamionowych. Te przeznaczone dla odbiorów indy-
widualnych mają moc do 10 kVA i wykonuje się je przeważnie
w technologii line-interactive [11]. Natomiast modele wykorzysty-
wane dla odbiorów grupowych osiągają moc od 10 do 100 kVA
(urządzenia średniej mocy) i ponad 100 kVA (urządzenia dużej
mocy) [11]. Produkowane są w technologii on-line z podwójnym
przetwarzaniem (konwersją) i ze stabilizowanym napięciem sinu-
soidalnym na wyjściu zasilacza UPS. Na rynku krajowym dostęp-
nych jest wiele rozwiązań, które można podzielić pod względem
różnych kryteriów, np. wzajemnej zależności wartości napięcia wej-
ściowego i jego częstotliwości od parametrów napięcia na wejściu
układu (VFD, VI,VFI), ich struktury wewnętrznej czy poziomu mocy.
W topologii VFD (off-line) zasilacz UPS pracuje normalnie z sieci,
filtrując napięcie wejściowe, natomiast napięcie i częstotliwość
wyjściowa nie są regulowane (mają takie same parametry, jak sieć
zasilająca) [11]. Po przekroczeniu wartości zakresu napięcia wej-
ściowego lub częstotliwości następuje przełączenie na pracę bate-
ryjną w czasie kilku ms. W topologii VI (line-interactive) UPS pra-
cuje normalnie z sieci o niezależnej częstotliwości (jak częstotliwość
sieci) i regulowanej wartości napięcia w zadanym przedziale bez
wykorzystania energii z baterii akumulatorów [11]. Gdy napięcie
i częstotliwość sieci znajdą się poza zadaną tolerancją, następuje
przełączenie na pracę z baterii, analogicznie jak w przypadku
urządzeń off-line. W topologii VFI (on-line) zasilacz awaryjny
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 [11].
Gdy energia z sieci nie spełnia warunków dopuszczalnych przez
UPS (napięcie, częstotliwość), następuje przełączenie na pracę
z baterii. Przy czym na wyjściu urządzenia nie zachodzi przerwa
w zasilaniu, zmiana trybu pracy odbywa się w zerowym czasie.
Zasilacze awaryjne małej mocy mogą być wyposażone w szereg
układów podnoszących ich funkcjonalność, poprawiających kom-
fort użytkowania i zwiększających zakres ich zastosowań, ważnych
w kontekście współpracy takiego zasilacza z agregatem prądotwór-
czym. Należą do nich m.in. układy: „zimnego startu” (RST), stabi-
lizacji napięcia wyjściowego (AVR), współpracy UPS-a z agregatem
prądotwórczym (AG), ciągłego pomiaru mocy pobieranej przez
zabezpieczane urządzenia (CPM), wymiany akumulatorów przez
użytkownika (GWA), wyjścia bez podtrzymania zasilania podczas
pracy awaryjnej (WBP), sekwencyjnego odłączania wyjść (SOW),
kalibracji czasu podtrzymania (KCP), automatycznego startu zasi-
lacza (AS) [11]. Układ AG umożliwia współpracę UPS-a z agrega-
tem prądotwórczym. Zapewnia podtrzymanie zasilania w czasie,
gdy na skutek awarii dostawa energii realizowana jest przez agre-
gat prądotwórczy.
W hali przemysłowej w zależności od rozmieszczenia odbiorników
wymagających bezprzerwowego zasilania stosuje się centralny
system zasilania (jeden lub kilka UPS-ów zasila wszystkie odbiory)
lub zasilanie rozproszone (UPS-y o mniejszej mocy zasilają mniej-
sze grupy odbiorników lub pojedyncze odbiorniki [11]). Optymalny
wybór rozwiązania wynika z wymagań niezawodności układu zasi-
lania, podziału odbiorników na grupy, ich lokalizacji, kalkulacji
kosztów systemu UPS i instalacji zasilającej oraz możliwości moni-
toringu i zarządzania.
x x x
Układy agregat prądotwórczy/UPS
Agregat prądotwórczy i zasilacz UPS stanowią wprawdzie dwa
różne technologicznie urządzenia, niemniej jednak mogą ze sobą
współpracować. Układy agregat prądotwórczy/UPS, określane
często mianem hybrydowych lub tandemów, umożliwiają zasilanie
bezprzerwowe, które charakteryzuje się zarówno dobrymi para-
metrami przełączeniowymi, jak i dowolnie długim czasem pod-
trzymania [14]. Podczas krótkotrwałej przerwy w zasilaniu, kiedy
następuje rozruch agregatu, zapotrzebowanie na energię elek-
tryczną jest w pełni pokrywane przez energię zgromadzoną
w baterii UPS-a. Przejmuje on rolę źródła zasilania niezwłocznie
po zaniku napięcia w sieci zasilania podstawowego hali przemy-
słowej. Po uruchomieniu agregatu energia jest dostarczana przez
UPS do odbiornika. W tym rozwiązaniu zainstalowany agregat prą-
dotwórczy stanowi alternatywne źródło energii, na które instalacja
zasilająca przełącza się po awarii głównego. Układy agregat/UPS
gwarantują pewne zasilanie, nawet odbiorom o najwyższych
wymaganiach. Podstawowym warunkiem ich poprawnej pracy jest
właściwa konfiguracja, umiejętne zaprojektowanie układu przełą-
czającego oraz dobór urządzeń o odpowiednich parametrach [10].
Moce zespołu prądotwórczego oraz zasilacza UPS powinno się
dobierać do wymagań odbiorników i należy je oszacować na
drodze analitycznej lub pomiarowej. W przypadku doboru mocy
