54
Współpraca zespołów prądotwórczych z zasilaczami UPS
Prawidłowy dobór i eksploatacja zasilacza UPS ma duże znaczenie
dla jego właściwej pracy. Najważniejszymi aspektami są: wybór
konfiguracji zasilacza UPS, dobór jego mocy oraz baterii akumulato-
rów [18]. Ponadto należy zwrócić uwagę na ładowarkę baterii, moż-
liwość monitorowania pracy zasilacza i stanu baterii oraz takie para-
metry, jak: współczynnik szczytu (z ang.
crest-factor
) czy współczynnik
zawartości harmonicznych THDi na wejściu. Przy wyborze konfigura-
cji zasilacza UPS i doborze baterii należy uwzględnić znaczenie odbior-
ników i ich wymagany czas podtrzymania. Niektóre z nich mogą być
wyłączone po zaniku zasilania, inne powinny pracować jak najdłużej,
a jeszcze inne bez przerwy.
Moc znamionowa wyjściowa zasilacza UPS określa poziom mocy, jaką
jest on w stanie dostarczyć do odbiorników. Natomiast moc pobie-
rana przez niego jest większa o wartość strat oraz o moc potrzebną na
doładowanie baterii akumulatorów. Moc znamionową zasilacza lub
poszczególnych zasilaczy UPS określa się po przyjęciu koncepcji układu
zasilania rezerwowego gwarantowanego, dostosowanego do wymagań
odbiorników i zdefiniowaniu mocy, której potrzebują odbiory. Do obli-
czeń można wykorzystać np. metodę współczynnika zapotrzebowa-
nia (kz) [17]. Współczynnik mocy wyjściowej zasilacza UPS jest różny
w zależności od konstrukcji i dlatego należy uwzględnić zarówno moc
pozorną, jak i czynną [17,18].
Przy doborze mocy UPS-a dla silników lub odbiorników nieliniowych
bardzo ważne dla jego poprawnego funkcjonowania jest uwzględnienie
prądów rozruchowych oraz odkształconych. Nie mogą one przekra-
czać wartości prądu znamionowego zasilacza z uwzględnieniem jego
chwilowego przeciążenia określonego w karcie katalogowej. Przy czym
w przypadku gdy UPS zasila odbiorniki nieliniowe, powstają znie-
kształcenia prądu pobieranego ze źródła, które powodują pojawianie
się harmonicznych i interharmonicznych w sieci zasilającej oraz instala-
cji odbiorczej. Przy doborze zaleca się przewymiarowanie mocy odbior-
ników (zwykle na poziomie 20%), które umożliwia uwzględnienie
okresowego wzrostu ich mocy, błędów w szacowaniu mocy odbiorni-
ków oraz wszelkich modyfikacji, związanych np. z rozbudową obiektu,
zmianami liczby czy rodzaju urządzeń [17]. Dla zasilaczy średniej
i dużej mocy moc odbiorników może być pokryta przez sumę mocy
UPS-ów pracujących równolegle.
Bardzo istotnym elementem jest dobór baterii akumulatorów do
wymaganego czasu podtrzymania, o którym informacje można zna-
leźć w tabelach czasów podtrzymania zamieszczonych w specyfikacjach
technicznych producenta lub wyliczyć na podstawie parametrów elek-
trycznych zasilacza UPS.
UPS-y mają wewnętrzne (zlokalizowane we wspólnej obudowie zasila-
cza) lub zewnętrzne baterie akumulatorów wykonane w postaci modu-
łów bateryjnych umieszczanych w dopasowanych do UPS-ów obudo-
wach bądź w zamkniętych szafach fabrycznych lub na otwartych bądź
zamkniętych stojakach bateryjnych. Przy czym liczba zewnętrznych
modułów bateryjnych jest ograniczona wydajnością ładowarki w zasi-
laczu UPS. Ponadto ze względów niezawodnościowych zaleca się stoso-
wanie co najmniej dwóch gałęzi baterii akumulatorów (eliminacja poje-
dynczego punktu awarii) [15].
Czas podtrzymania jest zróżnicowany, zależny od liczby i pojemności
zastosowanych baterii akumulatorów oraz obciążenia. Dłuższy uzy-
skuje się poprzez: przewymiarowanie zasilacza UPS (większa pojem-
ność baterii akumulatorów), zastosowanie modelu z dłuższym czasem
podtrzymania i dobór dodatkowych zewnętrznych modułów bateryj-
nych. Należy również zwrócić uwagę na współczynnik szczytu, który
określa dopuszczalne przekroczenie rzeczywistej wartości skutecznej
prądu przez jego chwilową wartość szczytową. Gdy zostanie przekro-
czony przez prąd pobierany z zasilacza UPS, mogą nastąpić zakłócenia
w pracy zasilacza, a także jego wyłączenie [10].
x x x
Układy agregat prądotwórczy-UPS
Układy agregat prądotwórczy-UPS, określane często mianem hybry-
dowych lub tandemów, umożliwiają zasilanie bezprzerwowe, które cha-
rakteryzuje się zarówno dobrymi parametrami przełączeniowymi, jak
i długim czasem podtrzymania. Podczas krótkotrwałej przerwy w zasi-
laniu, kiedy następuje rozruch agregatu, zapotrzebowanie na energię
elektryczną jest w pełni pokrywane przez energię zgromadzoną w baterii
zasilacza UPS. Przejmuje on funkcję źródła zasilania niezwłocznie
po zaniku napięcia w sieci zasilania podstawowego. Po uruchomieniu
agregatu energia dostarczana jest przez UPS do odbiornika. Układy
agregat-UPS stanowią pewne źródło zasilania, nawet dla odbiorów
o najwyższych wymaganiach. Podstawowym warunkiem jego poprawnej
pracy jest ich właściwa konfiguracja, umiejętne zaprojektowanie układu
przełączającego oraz dobór urządzeń o odpowiednich parametrach.
x x x
Dobór układu agregat prądotwórczy-UPS
W układach agregat prądotwórczy-UPS moc zespołu prądotwór-
czego oraz zasilacza UPS należy dobierać do mocy zapotrzebowanej
przez zasilane odbiorniki, którą trzeba oszacować na drodze anali-
tycznej lub pomiarowej. Musi być co najmniej taka jak przyłączo-
nych do niego odbiorów, jednak w praktyce zakłada się jej nadwyżkę.
Przy czym moc zespołu prądotwórczego zasilającego UPS-a powinna
być co najmniej równa mocy pobieranej przez niego i powiększona
o współczynnik przewymiarowania zespołu, wynikający z konieczności
uwzględnienia sprawności zasilacza UPS, mocy potrzebnej na łado-
wanie baterii akumulatorów, zniekształceń THDi wprowadzanych
do źródła zasilania przez zasilacz UPS, charakteru obciążeń odbiorni-
ków itp. Współczynnik przewymiarowania zespołu prądotwórczego
w stosunku do mocy zasilacza UPS w praktyce kształtuje się na pozio-
mie 1–1,7 [10]. Jego właściwe przyjęcie wymaga dużej wiedzy spe-
cjalistycznej i doświadczenia projektanta takich układów. W sytuacji
gdy obok UPS-a agregat prądotwórczy zasila inne odbiorniki, przy
doborze należy dodatkowo uwzględnić sumaryczną ich moc. Ponadto
trzeba zwrócić szczególną uwagę na parametry agregatu prądotwór-
czego, które są istotne dla prawidłowej pracy zasilacza UPS i odwrot-
nie – napięcie z zespołu prądotwórczego powinno charakteryzować
się m.in. odpowiednią stabilnością napięcia (tolerancją napięcia) i czę-
stotliwości napięcia agregatu (tolerancją częstotliwości) oraz niskim
poziomem zawartości harmonicznych napięcia zespołu THDu [10].
Tolerancja napięcia i częstotliwości agregatu powinna być wyższa niż
na wejściu prostownika zasilacza. Jest to szczególnie istotne w stanach
nieustalonych, powstałych po skokowym załączeniu obciążenia na
pracujący agregat prądotwórczy.
Z punktu widzenia zespołu prądotwórczego ważne jest, aby zasilacz
UPS był wyposażony w regulowany soft-start prostownika i cha-
rakteryzował się m.in. niskim poziomem zawartości harmonicznych
prądu THDi pobieranego przez prostownik, odpowiednią wartością
współczynnika mocy prostownika ograniczającą pobór energii biernej
z zespołu prądotwórczego oraz odpowiednią tolerancją napięcia
wejściowego [10].
