114
Systemy zasilania gwarantowanego UPS w obiektach przemysłowych
x x x
Specyfika obiektów przemysłowych
Nowoczesny przemysł to bardzo często zaawansowana elektronika
sterowana przez komputery przemysłowe [8]. Nawet bardzo krótka
przerwa w dostawie energii elektrycznej lub jej zakłócenie może
spowodować zatrzymanie cyklu produkcyjnego i w efekcie przyczy-
nić się do nieplanowanego przestoju i często bardzo dużych strat
finansowych. Aby skutecznie zabezpieczyć się przed takimi zda-
rzeniami, warto zastosować specjalistyczne przemysłowe zasilacze
UPS. Charakter obciążenia, jaki generują odbiorniki energii elek-
trycznej wykorzystywane w przemyśle, np. różnego typy maszyny,
jest inny niż pochodzący od komputerów czy serwerów, do jakich
przeznaczone są standardowe zasilacze UPS. W przemyśle zasila
się elementy wykonawcze, np. napędy silnikowe, w których wystę-
pują duże prądy rozruchowe czy obciążenie indukcyjne, dlatego
jedynie przeznaczone do tych celów specjalne zasilacze awaryjne
są w stanie skutecznie poradzić sobie z tego typu zjawiskami.
x x x
Wymagania niezawodnościowe i środowiskowe
w obiektach przemysłowych
W zależności od rodzaju obiektu przemysłowego wymagania śro-
dowiskowe mogą się od siebie znacząco różnić, mimo to warto
podać przykłady specyficznych warunków, w których przemysłowe
UPS-y powinny prawidłowo funkcjonować:
• wysoka oraz niska temperatura, a także jej zmiany w krótkim
czasie,
• duża wilgotność powietrza,
• wysoki stopień zapylenia,
• drgania podłoża (wibracje, wstrząsy),
• kontakt z wodą, brudem i chemikaliami,
• duże prądy rozruchowe zasilanych urządzeń,
• dynamiczne zmiany zapotrzebowania na moc.
Wymagania niezawodnościowe zależą również od specyfiki obiektu
przemysłowego, ale najczęściej są bardzo wysokie. W szczególnych
przypadkach wymagany poziom dostępności zasilania może wyno-
sić nawet 99,995% (czyli do 0,4 h przerw w ciągu jednego roku).
Aby osiągnąć taką wartość, konieczne jest zastosowanie dwóch
niezależnych linii energetycznych zasilających (najlepiej z dwóch
różnych elektrowni) oraz użycie w obiekcie bardzo rozbudowanych
rozwiązań zasilania bezprzerwowego (zespoły prądotwórcze oraz
zasilacze UPS w redundancji). Najprostszym rozwiązaniem zwięk-
szającym dostępność zasilania jest użycie redundancji zasilaczy
awaryjnych – dwóch lub więcej urządzeń, z których każdy może
pokryć 100% zapotrzebowania na moc. Z uwagi na to, że UPS jest
w stanie zapewnić energię elektryczną jedynie przez kilka, kilka-
naście minut (zależy to od liczby łącznej pojemności akumulato-
rów), jako drugi element stosuje się zespół prądotwórczy (czasem
również w redundancji). W przypadku zaniku napięcia podsta-
wowego jako pierwszy reaguje przemysłowy zasilacz awaryjny,
następnie po czasie zazwyczaj krótszym niż minuta uruchamia
się zespół prądotwórczy, dostarczając energię elektryczną do
odbiorników oraz ładując akumulatory UPS-a. Zespół prądotwór-
czy może w praktyce być źródłem energii elektrycznej przez wiele
godzin, ponieważ zbiornik na paliwo jest duży i może być na bie-
żąco uzupełniany – najczęściej benzyną i olejem napędowym, rza-
dziej gazem.
x x x
Charakterystyka zasilaczy UPS do obiektów
przemysłowych
UPS przemysłowy powinien odznaczać się wysoką sprawnością
i oszczędnością oraz kondycjonowaniem energii, a także pełną
kontrolą parametrów zasilania [7].
Do najważniejszych norm dotyczących zasilaczy awaryjnych należą:
• PN-EN 62040-1:2009/A1:2013-10 „Systemy bezprzerwowego
zasilania (UPS). Część 1: Wymagania ogólne i wymagania doty-
czące bezpieczeństwa UPS”;
• PN-EN 62040-3:2005/A11:2009 „Systemy bezprzerwowego
zasilania (UPS). Część 3: Metody określania właściwości i wyma-
gania dotyczące badań”;
• PN-EN 62040-2:2008 „Systemy bezprzerwowego zasilania
(UPS). Część 2: Wymagania dotyczące kompatybilności elektro-
magnetycznej (EMC)”;
• PN-EN ISO 9001:2009 „Systemy zarządzania jakością.
Wymagania”;
• PN-EN ISO 14001:2005 „Systemy zarządzania środowiskowego.
Wymagania i wytyczne stosowania”;
• NEBS GR-63-CORE, strefa 4 (testowanie sejsmiczne).
Bazując na normach w zakresie wykonania UPS, w przypadku wyso-
kich oczekiwań jakościowych powinien to być model opisany w nor-
mie PN-EN 62040-3 jako: VFI | SS | 111 [2]. Pierwszy człon
oznacza technologię, w której wyjście jest niezależne od wartości
napięcia oraz częstotliwości napięcia wejściowego (klasa on-line).
Drugi człon – SS – oznacza, że napięcie na wyjściu UPS-a jest sinu-
soidalne, a THDu dla obciążeń liniowych i nieliniowych wynosi <8%.
Trzeci zaś to charakterystyka dynamiczna zasilacza awaryjnego –
trzy cyfry oznaczają kolejno: właściwości dynamiczne wyjścia przy
przełączaniu trybów pracy (np. falownik/by-pass), przy skoku obcią-
żenia liniowego oraz nieliniowego. Cyfra 1 oznacza najlepsze właś-
ciwości w opisanych zakresach, czyli bezprzerwową pracę zasilacza.
Cyfra 2 to czas zadziałania do 1 ms, natomiast cyfra 3 – do 10 ms.
W nowoczesnych systemach zasilania gwarantowanego wykorzy-
stuje się jednolity i scentralizowany nadzór nad wieloma
UPS-ami oraz innymi urządzeniami uwzględnianymi w ochronie
zasilania [7]. Charakterystyczną cechą rozwiązań jest łatwe
i wygodne zarządzanie wszystkimi zasilaczami awaryjnymi, pracu-
jącymi w sieci na terenie zakładu przemysłowego. W sposób auto-
matyczny generowane są np. przypomnienia o planowanych pra-
cach konserwacyjnych oraz o wymianach baterii. Inteligentne
oprogramowanie pozwala na szybkie rozwiązywanie większości
problemów, dzięki czemu można zapobiec obniżeniu wydajności
systemu zasilania (spadkowi niezawodności).
Systemy zasilania
gwarantowanego UPS
w obiektach przemysłowych
dr hab. inż. Paweł Piotrowski
Instytut Elektroenergetyki, Wydział Elektryczny,
Politechnika Warszawska
