Zasilacze awaryjne UPS – dobór rozwiązań
58
kalkulacji kosztów systemu UPS i instalacji zasilającej, możliwo-
ści monitoringu i zarządzania. Centralny system, nazywany też kon-
figuracją 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 odbior-
ników. W systemie rozproszonym UPS-y o niższej mocy pracują
z mniejszymi grupami odbiorników lub pojedynczymi urządzeniami.
Przy tych ostatnich UPS lokowany jest pomiędzy pierwotnym źród-
łem zasilania a odbiornikiem. Takie rozwiązanie określa się czę-
sto mianem konfiguracji szeregowej. Zasilanie mieszane stanowi
pośrednie rozwiązanie pomiędzy ww. układami. Polega na tym, że
urządzenia o kluczowym znaczeniu (np. serwery czy systemy moni-
toringu obiektu) zabezpiecza się zasilaczem redundantnym on-line
małej mocy, zaś do ochrony urządzeń o mniejszym priorytecie sto-
suje się tańsze zasilacze awaryjne line-interactive.
UPS-y dla odbiorów indywidualnych wykonuje się z reguły w tech-
nologii 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 [2], 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 urządze-
nia małej mocy, bowiem mają wiele funkcji dodatkowych i wyko-
rzystywane są w nich zaawansowane rozwiązania technologiczne.
Zasilacze UPS dużych mocy wymagają jednak wydzielonych, klima-
tyzowanych pomieszczeń (m.in. ze względu na wpływ temperatury
na trwałość baterii) oraz wykonania specjalnej instalacji elektrycz-
nej gwarantującej bezprzerwowe zasilanie [2]. Gniazda zasilające
takiej instalacji powinny być chronione przed podłączeniem do nich
innych urządzeń (grzejniki, czajniki, odkurzacze itp.) niewymagają-
cych zabezpieczenia [7]. 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 zwy-
kle są przystosowane do pracy równoległej. Pozwala to na rozbu-
dowę systemu dla chronionych odbiorników i zapewnia nadmia-
rowość (redundancję), co zwiększa niezawodność zasilania [4].
Uszkodzenie jednego z UPS-ów pracujących równolegle nie powo-
duje awarii, ponieważ obciążenie przejmują na siebie pozo-
stałe urządzenia.
Zastosowanie rozproszonego systemu zasilania awaryjnego nie
wymaga dodatkowych inwestycji w pomieszczenia i instalację elek-
tryczną. Koszt jest wprost proporcjonalny do liczby urządzeń, które
potrzebują ochrony (na każde przypada jeden zoptymalizowany
pod względem mocy zasilacz awaryjny UPS). Uszkodzenie jed-
nego UPS-a pozbawia zabezpieczenia jedno urządzenie i nie zabu-
rza pracy całego systemu. Wadą tego typu zasilania awaryjnego
jest słaba separacja chronionych urządzeń od sieci zasilającej, pod-
czas pracy normalnej oraz konieczność kontrolowania dużej liczby
małych urządzeń [5].
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] [5, 7].
Prawidłowy dobór i eksploatacja zasilacza UPS ma kluczowe zna-
czenie dla jego poprawnej pracy. Najważniejsze elementy to: wybór
konfiguracji, dobór mocy oraz baterii akumulatorów [2]. Ponadto,
należy zwrócić uwagę na ładowarkę baterii akumulatorów, możli-
wość monitorowania pracy zasilacza i stanu baterii oraz współczyn-
nik szczytu czy zawartości harmonicznych THDi na wejściu [2].
Podczas konfiguracji UPS-a i doborze baterii należy uwzględnić
znaczenie odbiorników, a także ich wymagany czas podtrzyma-
nia. Niektóre z nich mogą być wyłączone po zaniku zasilania, inne
powinny działać jak najdłużej, a jeszcze inne pracować bez prze-
rwy. 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 zwią-
zane z doładowaniem baterii akumulatorów. Moc znamionową jed-
nego lub kilku UPS-ów określa się po przyjęciu koncepcji układu
zasilania rezerwowego gwarantowanego, dostosowanego do wyma-
gań odbiorników, i określeniu mocy, której potrzebują odbiory. Do
obliczeń można wykorzystać np. metodę współczynnika zapotrze-
bowania (kz) [6]. Współczynnik mocy wyjściowej UPS-a różni się
w zależności od konstrukcji i dlatego trzeba uwzględnić zarówno
moc pozorną, jak i czynną [7]. Przy doborze mocy dla silników lub
odbiorników nieliniowych bardzo ważne dla jego poprawnego funk-
cjonowania jest uwzględnienie prądów rozruchowych i odkształ-
conych [2]. Nie mogą one przekraczać wartości prądu znamio-
nowego UPS-a z uwzględnieniem jego chwilowego przeciążenia
określonego w karcie katalogowej. Przy czym, w przypadku gdy
urządzenie zasila odbiorniki nieliniowe, powstają zniekształce-
nia prądu pobieranego ze źródła, które powodują pojawianie się
w sieci zasilającej oraz instalacji odbiorczej harmonicznych i inter-
harmonicznych [2]. Zasilacz UPS o zbyt małej mocy, przeznaczony
do zasilania wspomnianych odbiorników, przy wzroście obciąże-
nia automatycznie przejdzie na by-pass zewnętrzny, co będzie skut-
kowało pozbawieniem układu zasilania funkcji napięcia gwaranto-
wanego. Przy doborze UPS-a zaleca się przewymiarowanie mocy
odbiorników (zwykle na poziomie 20%), które umożliwia uwzględ-
nienie okresowego wzrostu ich mocy, błędów w szacowaniu mocy
