56
Zasilacze awaryjne UPS – dobór rozwiązań
Zasilacze awaryjne UPS (ang.
Uninterruptible Power Supply
) są
urządzeniami energoelektronicznymi, które umożliwiają bezprzer-
wową pracę urządzeń wrażliwych na zaniki zasilania, wahania
napięcia oraz zakłócenia występujące w sieci zasilającej [2]. 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 prawid-
łowe [2]. Przełączanie źródła odbywa się bezprzerwowo, a po prze-
jęciu zasilania czas podtrzymania przez nie napięcia zależy od
pojemności akumulatorów i poboru energii.
Podstawowa klasyfikacja układów UPS określona w normie [1]
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
) – war-
tość napięcia wyjściowego jest niezależna od parametrów napię-
cia zasilającego,
• VFI (ang.
output Voltage and Frequency Independent from mains
supply
) – wartość i częstotliwość napięcia wyjściowego są nieza-
leżne od parametrów napięcia zasilającego.
Topologia VFD, określana często jako off-line, charakteryzuje się
tym, że zasilacz UPS pracuje normalnie z sieci, filtrując napię-
cie wejściowe, natomiast napięcie i częstotliwość wyjściowa nie są
regulowane (mają takie parametry, jak sieć zasilająca) [2]. Po prze-
kroczeniu wartości napięcia wejściowego lub częstotliwości nastę-
puje 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) charakteryzuje się tym, że
zasilacz UPS pracuje z sieci o niezależnej częstotliwości i regulo-
wanej wartości napięcia w zadanym przedziale bez wykorzystania
energii z baterii akumulatorów [2]. Gdy napięcie i częstotliwość
sieci znajdą się poza określoną 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 UPS-ów działają-
cych 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 konwer-
tuje energię z prądu przemiennego na stały i odwrotnie, a na wyj-
ściu dostarczane jest zasilanie o stabilnych parametrach napięcia
i częstotliwości [2]. 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 zasila-
niu – zmiana trybu działania odbywa się w zerowym czasie.
Obok wspomnianej podstawowej klasyfikacji zasilaczy UPS
powszechnie stosuje się podział uwzględniający ich strukturę
wewnętrzną [2] 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. Przy-
kładem tych ostatnich jest – charakteryzujący się wysoką niezawod-
nością – UPS redundantny on-line, zbudowany z modułów pracują-
cych 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 [2].
x x x
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 określo-
nych 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 jed-
nostkowego projektu. Ponadto zasilacze UPS mogą być instalo-
wane samodzielnie lub wspólnie z agregatem prądotwórczym, który
stanowi alternatywne źródło zasilania, podczas awarii głównego.
Dobór układu zasilania rezerwowego gwarantowanego (bezprze-
rwowego) wiąże się z wymaganym poziomem niezawodności chro-
nionych odbiorów.
W zależności od rozmieszczenia odbiorników, którym należy zagwa-
rantować bezprzerwowe zasilanie w obiekcie, wykorzystuje się insta-
lacje: centralne, rozproszone lub mieszane. Przy czym wybór opty-
malnego rozwiązania wynika z wymagań niezawodności układu
zasilania, dokonanego podziału odbiorników na grupy, ich lokalizacji,
Zasilacze awaryjne UPS –
dobór rozwiązań
dr hab. inż. Waldemar Dołęga
Politechnika Wrocławska
Tab. 1. Najczęściej stosowane rozwiązania zasilaczy awaryjnych UPS [5]
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
