Dobór zasilacza UPS w rozwiązaniach profesjonalnych

Dobór zasilacza UPS – parametry techniczne

Prawidłowy dobór zasilacza UPS pozwoli w pełni wykorzystać możliwości jakie oferuje. Należy tu wziąć pod uwagę jego parametry techniczne, takie jak:

• moc znamionowa (moc wyjściowa),
• tolerancja napięcia wejściowego oraz częstotliwości wejściowej,
• współczynnik mocy wejściowej oraz wyjściowej,
• zawartość wyższych harmonicznych w prądzie wejściowym,
• współczynnik szczytu (stosunek wartości maksymalnej prądu wyjściowego do jego wartości skutecznej),
• pojemność magazynu energii, bezpośrednio warunkującą czas podtrzymania zasilania,
• koszty zakupu i eksploatacji zasilacza UPS.

Dobór zasilacza UPS a miejsce jego zastosowania

Dobór zasilacza UPS będzie również zróżnicowany ze względu na miejsce jego instalacji. W zależności od przeznaczenia urządzeń, zasilacze UPS można podzielić na:

• zasilacze UPS do użytku domowego,
• zasilacze UPS do użytku w małych i średnich firmach,
• zasilacze UPS stosowane w profesjonalnych systemach zasilania gwarantowanego.

Systemy zasilania gwarantowanego

Projektując systemy zasilania gwarantowanego należy przeprowadzić szczegółową analizę dotyczącą wymagań pewności zasilania przez poszczególne odbiorniki i podzielić je na trzy kategorie:

• kategoria I – odbiorniki, w których każda przerwa w dostawie energii elektrycznej może spowodować zagrożenie życia ludzkiego lub znaczne straty materialne,
• kategoria II – odbiorniki, w których kilkuminutowa przerwa w dostawie energii elektrycznej nie powoduje zagrożenia życia ludzkiego lub znacznych strat materialnych,
• kategoria III – odbiorniki, w których dowolnie długa przerwa w dostawie energii elektrycznej nie powoduje żadnych negatywnych skutków.

Prawidłowo zaprojektowany system zasilania gwarantowanego, wyposażony w zasilacz UPS powinien obejmować ochroną wyłącznie odbiorniki zaliczane do kategorii pierwszej. Spełnienie tego wymagania można osiągnąć na kilka sposobów, poprzez:

• budowę centralnego układu zasilania gwarantowanego, wyposażonego w wyodrębnioną rozdzielnicę napięcia gwarantowanego (RNG), do której podłączone są wszystkie elementy systemu,
• budowę rozproszonego układu zasilania gwarantowanego wyposażonego w kilka zasilaczy UPS chroniących pojedyncze odbiorniki kategorii pierwszej, lub grupy tego typu odbiorników zlokalizowane w bezpośrednim sąsiedztwie zasilaczy UPS,
• budowę mieszanego układu zasilania gwarantowanego, stanowiącego połączenie dwóch powyższych rozwiązań.

Rozwiązania bazujące na pojedynczym centralnym zasilaczu UPS mają dość istotną wadę. W przypadku awarii zasilacz UPS przełączy odbiorniki kategorii pierwszej na zasilanie z ogólnodostępnej sieci elektroenergetycznej i tym samym zostaną one pozbawione ochrony. Dlatego, w celu zwiększenia pewność zasilania stosuje się rozwiązania modułowe lub układy redundantne złożone z co najmniej z dwóch niezależnych zasilaczy UPS, z których każdy powinien zapewniać 100% pokrycie zapotrzebowanie odbiorów na moc.

Dobór zasilacza UPS a jego moc znamionowa

Podstawowym kryterium doboru zasilacza UPS jest jego znamionowa moc pozorna, określana również jako moc wyjściowa. W przypadku topologii centralnej moc ta powinna być większa lub równa maksymalnemu spodziewanemu obciążeniu zastępczemu RNG mocą pozorną. W układach centralnych, gdzie liczba chronionych odbiorników jest stosunkowo duża, istnieje małe prawdopodobieństwo, że wszystkie urządzenia będą jednocześnie pracowały z mocą znamionową. Zatem, maksymalne spodziewane obciążenie RNG określa się indywidualnie dla projektowanej instalacji, biorąc pod uwagę przyjęte powszechnie współczynniki zapotrzebowania wyznaczone dla poszczególnych rodzajów odbiorników zaliczanych do kategorii pierwszej.

Dobór zasilaczy UPS i ich mocy w systemach rozproszonych będzie wyglądał nieco inaczej. W tym przypadku zasilacze UPS współpracują z mniejszymi grupami urządzeń (większe prawdopodobieństwo jednoczesnej pracy wszystkich odbiorników z mocą znamionową) lub pojedynczymi odbiornikami, więc przy określeniu ich mocy wyjściowej należy zsumować moce znamionowe chronionych urządzeń.

Dobór zasilacza UPS – współczynnik szczytu

Poprawny dobór zasilacza UPS zależy również od współczynnika szczytu. Większość stosowanych obecnie odbiorników kategorii pierwszej to urządzenia elektroniczne, wyposażone w zasilacze impulsowe, które charakteryzujące się, w momencie ich załączenia, chwilowym poborem prądu o dużej wartości. Parametrem opisującym odporność zasilacza UPS na krótkotrwałe przeciążenia impulsami prądowymi jest właśnie tzw. współczynnik szczytu. Określa on stosunek chwilowej maksymalnej wartości prądu do jego wartości skutecznej.

W dostępnych na rynku zasilaczach współczynnik szczytu wynosi ok. 3. Przekroczenie przez impuls prądowy tej wartości skutkować będzie załączeniem obwodu obejściowego, a w konsekwencji brakiem napięcia w sieci zasilającej i przerwą w zasilaniu. Dobór zasilacza UPS w tym aspekcie powinien wiązać się z przyjęciem pewnej rezerwy (np. ok. 20–25%), która umożliwi w przyszłości podłączenie dodatkowych urządzeń bez konieczności wymiany UPS-a.

Dobór zasilacza UPS ze względu na czas podtrzymania

Dobór zasilacza UPS ze względu na czas podtrzymania powinien być ustalony indywidualnie z inwestorem. W przypadku współpracy centralnego zasilacza UPS z zapasowym źródłem energii elektrycznej, np. w postaci agregatu prądotwórczego (układ UPS-agregat), pojemność magazynu energii powinna być dobrana tak, aby w pełni obciążony zasilacz UPS nie wyłączył się przed uruchomieniem i ustabilizowaniem się agregatu prądotwórczego (zwykle czas ten nie może być krótszy niż 5 minut). W instalacjach pozbawionych zapasowego źródła energii, czas podtrzymania zasilania można wydłużyć nawet do kilku godzin, podłączając dodatkowe baterie akumulatorów, jednak należy przeanalizować czy takie rozwiązanie jest ekonomicznie uzasadnione. Należy również pamiętać, że dodatkowe akumulatory będą wymagały pobrania większej ilości energii aby się naładować.

Zasilacze UPS instalowane w systemach rozproszonych i mieszanych mogą charakteryzować się różnymi wartościami czasów podtrzymania napięcia. Należy je dobierać z uwzględnieniem wymagań chronionych urządzeń w zakresie pewności zasilania. Przykładowo zasilacz UPS zabezpieczający serwer powinien charakteryzować się dłuższym czasem podtrzymania niż urządzenie zasilające grupę terminali roboczych, korzystających z danych zgromadzonych na serwerze.

Tolerancja napięcia wejściowego oraz częstotliwości

Realizując dobór zasilacza UPS należy wziąć pod uwagę parametry tolerancji napięcia wejściowego oraz tolerancji częstotliwości wejściowej. Ich wartości są szczególnie istotne, jeśli zakłada się współpracę zasilacza UPS z innymi źródłami energii elektrycznej niż ogólnodostępna sieć dystrybucyjna. Jednak nawet jeśli taka współpraca nie jest planowana, prawidłowo dobrane poziomy tolerancji napięcia i częstotliwości wejściowej pozwolą na uniknięcie zbyt częstszych przełączeń na zasilanie bateryjne, co wydłuży okres eksploatacji akumulatorów. Prawidłowo dobrany zasilacz UPS powinien charakteryzować się tolerancją napięcia i częstotliwości wejściowej na poziomie gwarantowanym przez operatora sieci dystrybucyjnej lub minimalnie szerszym.

Funkcjonalności zasilaczy UPS

Dobór zasilacza UPS w profesjonalnych systemach zasilania gwarantowanego powinien również skupiać się na obecności funkcji dodatkowych, takich jak funkcja zimnego startu (uruchomienie zasilacza UPS przy braku napięcia sieciowego) czy możliwość monitoringu i zdalnego zarządzania pracą urządzenia.

Pod względem zastosowanej technologii należy stosować zasilacze UPS pracujące w trybach VFI (on-line, preferowany zwłaszcza w systemach centralnych) lub VI (line-interactive). W każdym przypadku urządzenia powinny generować napięcie wyjściowe o kształcie idealnej sinusoidy.

Konsekwencje złego doboru zasilacza UPS

Nieprawidłowy dobór zasilacza UPS może skutkować zbyt częstym załączaniem obwodu obejściowego, a tym samym utratą funkcji ochronnej, skróceniem czasu eksploatacji urządzenia, a także występowaniem niekorzystnych zjawisk w instalacji współpracującej z zasilaczem – wahań napięcia i częstotliwości, odkształceń prądu i napięcia czy też udarów prądowych.