• Google+
  • FaceBook
  • YouTube
  • en
  • pl

Normy związane z zasilaczami UPS

Podstawowymi normami dotyczącymi zasilaczy UPS są normy europejskie, które zostały wprowadzone
w życie również w Polsce:

  • PN-EN 62040-1 dotyczące bezpieczeństwa,
  • PN-EN 62040-2 dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej,
  • PN-EN 62040-3 dotyczące typów, konstrukcji, parametrów.

Według powyższych norm mamy polską definicję zasilacza UPS.
Zasilacz UPS to zestaw przekształtników, łączników i urządzeń do magazynowania energii, na
przykład akumulatorów, tworzących źródło energii utrzymujące ciągłość zasilania odbiornika
w przypadku awarii wejściowego źródła zasilania.

 

Słowniczek UPS

 

1. Technologia wykonania
Zgodnie z normą PN-EN 62040-3 konstrukcje UPSów zostały podzielone na trzy typy:
- VFD (Voltage Frequency Dependent), w których parametry napięcia wyjściowego (napięcie, częstotliwość) zależą od parametrów napięcia w sieci zasilającej UPSa (wartość napięcia, częstotliwość);
- VI (Voltage Independent), w których wartość napięcia na wyjściu UPSa nie zależy od wartości napięcia go zasilającego, natomiast częstotliwość na wyjściu UPSa już zależy do częstotliwości napięcia go zasilającego;
- oraz klasa najwyższa, tzw. VFI (Voltage Frequency Independent), w których parametry napięcia wyjściowego (napięcie, częstotliwość) nie zależą od parametrów zasilania UPSa. Największy stopień zabezpieczenia odbiorników zapewniają UPSy wykonane w technologii VFI, dawniej określanej jako „true on line” z podwójnym przetwarzaniem energii. Dokładny opis konstrukcji i funkcjonalności wszystkich typów znajduje się w pkt. 4.3.

 

2. Moc nominalna UPS
Jest to moc, którą UPS może dostarczyć dla zasilania odbiorników. Faktyczna moc układu energoelektronicznego po jego skonstruowaniu jest określona przez parametry użytych elementów i wyraża się w mocy czynnej w kW. Jest to bezpośrednie przemnożenie wartości prądu i napięcia. Ponieważ bardzo rzadko spotyka się obciążenia w pełni rezystancyjne (praktycznie tylko tradycyjne oświetlenie żarowe) bardziej przydatne jest podawanie mocy urządzeń w jednostkach mocy pozornej. Najczęściej występująca wartość współczynnika cosj wynosi 0,8. Najnowocześniejsze zasilacze UPS osiągają współczynnik mocy wyjściowej równy 0,9 a nawet 1. Nadążając za rozwojem technologii zasilaczy impulsowych w urządzeniach IT.
Sposób obliczania: Moc w kVA = Moc w kW / cosj.

 

3. Czas podtrzymania
Czas podtrzymania jest to czas, przez który UPS, dzięki zgromadzonej w baterii energii będzie podawał na swoje wyjście napięcie. Pomiar tego czasu przeprowadza się przy nominalnym (100%) obciążeniu wyjścia UPS. Jeśli UPS pracuje w układzie tzw. tandemu z agregatem prądotwórczym z automatycznym startem – wystarczający jest zazwyczaj czas podtrzymania do 10 minut. Jeśli nawet bez agregatu prądotwórczego UPS ma zabezpieczyć czas potrzebny do automatycznego zakończenia pracy systemu komputerowego – również może być wystarczający czas do 10 minut.

 

4. Tryby pracy
Niektóre zasilacze mają możliwość pracy w trybie economy (tzw. tryb ECO) i pracy on-line. Czasami może to być pomocne w osiąganiu oszczędności np. w godzinach nocnych, kiedy UPS nie musi pracować w trybie on-line jednak przyjmuje się, że jedynym trybem pracy gwarantującym nieprzerwane źródło zasilania dla odbiorników jest tryb On-Line z podwójnym przetwarzaniem

 

5. Sprawność UPS – n
Jest to jeden z najważniejszych parametrów UPS. Określa on wydatki na energię elektryczną jak również mówi o tym czy i jakiej mocy należy zastosować klimatyzację w pomieszczeniu UPS. Sprawność UPS podaje się dla różnych stopni obciążenia. Nowoczesne UPS mają sprawność powyżej 95% w szerokim zakresie obciążenia np. od 25% do 100%. Ma to znaczenie przy budowaniu systemów redundantnych, gdzie obciążenie poszczególnych UPS jest niższe od znamionowego.

 

6. Parametry wejścia UPS
a) moc potrzebna do zasilania UPS należy skalkulować jako sumę mocy strat, mocy potrzebnej do ładowania baterii i mocy nominalnej UPS,
b) zakres napięć wejściowych jest to zakres napięć liczony jako procentowe odchylenie od napięcia nominalnej sieci energetycznej (Un=230/400V/50Hz), kiedy UPS nie używa energii baterii. Wyjątkowo ważny parametr – w zasadzie określający jak rzadko UPS będzie pracować z baterii. Jest to ważny parametr tak dla pracy z sieci jak i dla pracy z agregatu prądotwórczego. Sposobność UPS do eliminacji nieprawidłowych stanów w sieci energetycznej w krańcowym przypadku polega na tym, że UPS przechodzi na pracę z baterii i produkuje energię elektryczną o wzorcowych parametrach. Jednak w takim przypadku praca jest tylko możliwa do czasu rozładowania baterii, po tym UPS wyłącza się. Jeśli UPS ma szeroki zakres napięć wejściowych, przy których pracuje jak stabilizator (nie używając baterii) czas takiej pracy jest nieograniczony, a baterie są ciągle gotowe do podjęcia pracy w przypadku całkowitego zaniku napięcia zasilania. Najlepsze dostępne na rynku zasilacze UPS mają zakresy napięć wejściowych Un – 25%/+15%.
Częściej spotykane są spadki napięcia niż trwałe wzrosty napięcia.
c) zawartość harmonicznych prądu zasilającego UPS THDi określa jak bardzo UPS jest dla sieci energetycznej odbiornikiem nieliniowym. Zawartość harmonicznych prądu na wejściu powyżej kilkunastu procent powoduje konieczność przewymiarowania instalacji elektrycznej zasilającej UPS (włącznie z transformatorem energetycznym). Występuje wtedy również konieczność sztucznego zwiększania parametrów układów zabezpieczeń sieci (np. rozłączników nadprądowych), co w konsekwencji obniża ogólne bezpieczeństwo. Duża zawartość harmonicznych powoduje nieprawidłową pracę innych odbiorników zwłaszcza wtedy, gdy odkształcenia przekraczają dopuszczalną tolerancję tych urządzeń. Warto tutaj także wspomnieć o wyraźnym trendzie, jaki zapanował na świecie w kierunku minimalizowania zakłóceń przedostających się do sieci energetycznej. Dodatkowo jeszcze w przypadku zasilaczy o dużej zawartości THDi można napotkać na trudności w pracy w tandemie z agregatem prądotwórczym. W przypadku stosowania UPS z dużą wartością THDi na swoim wejściu konieczne jest znaczne przewymiarowanie mocy agregatu zasilającego UPS. Obecnie najlepsze zasilacze UPS mają THDi poniżej 10%.
d) wejściowy współczynnik mocy cosj mówi, ile faktycznie mocy jest użytkowane przez urządzenie. W odbiornikach prądu przemiennego moc pobierana z sieci (moc pozorna) jest sumą mocy czynnej (wykorzystywanej) i mocy biernej (traconej). Im większy ten współczynnik tym mniejsza jest moc bierna pobierana z sieci. Szczególnie duże znaczenie ma to dla odbiorców (zwykle dużych), którzy są także rozliczani z poboru mocy biernej. Tutaj natychmiast powstają oszczędności finansowe. Dobrą wartością cosj dla nowoczesnych zasilaczy jest cosj ³ 0,95.
e) Soft-start jest funkcją, która w każdym przypadku ogranicza maksymalny pobór prądu przez
zasilacz UPS do mniej więcej 1,1 x Inwe.Ta funkcja jest szczególnie ważna przy współpracy
zasilacza UPS z agregatem prądotwórczym.

 

7. Parametry wyjściowe
a) stabilność napięcia określa jak dokładna jest regulacja napięcia wyjściowego UPS tak w warunkach stałego obciążenia jak i przy gwałtownie zmieniającym się obciążeniu. Dla zmiennych obciążeń podaje się zakres zmian napięcia przy skoku obciążenia 0-100% i 100-0%.
b) zawartość harmonicznych THDu w napięciu wyjściowym zależy od charakteru obciążenia i
określa jak bardzo przebieg wyjściowy napięcia jest zbliżony do idealnej sinusoidy. W dobrych
zasilaczach UPS wartość THDu wynosi < 1% dla obciążeń o charakterze liniowym i < 3% dla obciążeń nieliniowych.
c) crest factor (współczynnik szczytu) jest to stosunek szczytowej wartości prądu pobieranego z
UPS do jego wartości skutecznej. Dla dobrych zasilaczy ten współczynnik powinien wynosić 3:1.
d) możliwość pracy przy niesymetrycznym obciążeniu (dla wyjścia 3 fazowego) oznacza, że fazy
wyjściowe UPS nie musza być równo obciążone. Nowoczesne zasilacze mogą pracować przy
całkowicie skrajnej asymetrii obciążenia (np. L1-100%, L2-0%, L3-0%).
e) przeciążalność UPS określa na ile i przez jaki czas można zwiększyć obciążenie powyżej mocy
nominalnej UPS. Dobre UPSy charakteryzuje przeciążalność 150% przez 1 minutę i 125% przez 10 minut.

 

8. Praca równoległa
Jeśli UPSy są przystosowane do pracy równoległej można tę cechę wykorzystać na kilka sposobów:
- rozbudowa mocy systemu. Wraz z upływem czasu użytkowania UPS może się okazać, że
początkowo skalkulowana moc systemu jest już niewystarczająca. Dodając drugi UPS, który
będzie pracował równolegle z pierwszym – zwiększa się moc systemu.
- budowa systemów redundantnych (nadmiarowych).

 

9. Parametry baterii
a) żywotność baterii klasyfikuje się według standardów EUROBAT: 3-5 lat (Standard Commercial), 6-9 lat (General Purpose), 10-12 lat (High Performance). Nie ma to związku z okresem gwarancji
na baterie, lecz w ten sposób jest określany przez producenta przewidywany okres eksploatacji
gdzie bateria zachowuje swoje parametry (szczególnie pojemności) w określonych granicach.
Obecnie najczęściej stosuje się baterie z pierwszego i drugiego przedziału wg. EUROBAT.
Osiągnięcie projektowej żywotności baterii w znaczący sposób zależy od temperatury pracy.
Zalecany zakres temperatur pracy baterii to 15oC ¸ 25oC. Im niższa temperatura – tym mniejsza
pojemność, im wyższa – tym krótsza żywotność. Zakłada się, że w okresie żywotności baterii jej
pojemność nie spadnie poniżej 80% jej pojemności znamionowej.
b) bezpulsowe ładowanie baterii jest obecnie standardowym wymogiem. Producenci baterii
wymagają, żeby składowa zmienna napięcia ładowania baterii nie przekraczała 1% wartości
napięcia ładowania.
c) temperaturowa korekcja napięcia ładowania jest konieczna w przypadku możliwych znacznych
wahań temperatury otoczenia.
d) automatyczny, programowany test baterii umożliwia okresowe sprawdzanie stanu baterii
i sygnalizację nieprawidłowości.

 

10. Poziom hałasu
Jest to istotny parametr kiedy UPS nie znajduje się w specjalnym pomieszczeniu. Poziom hałasu
zależy od mocy UPSa i jego stopnia obciążenia, mierzy się w odległości 1m od UPSa i może
wynosić od ok. 50dB (dla mocy do 10kVA) do ok. 73dB (dla mocy 300kVA).

 

11. Układ by-pass
UPSy powinny być wyposażone w dwa układy by-pass:
- by-pass statyczny, który automatycznie przejmuje obciążenie w przypadku uszkodzenia się UPS
lub jego przeciążenia (np. ciężki rozruch silników). W przypadku zaniku przeciążenia – UPS
automatycznie powraca do zasilania z falownika.
- by-pass serwisowy służy do bezprzerwowego przełączenia odbiorów na zasilanie z sieci w
czasie przeglądów zasilacza, jego naprawy. Bardzo przydatny jest układ dodatkowego,
zewnętrznego by-passu serwisowego, dzięki któremu można w łatwy sposób nawet zabrać UPS
z jego miejsca instalacji bez przerywania zasilania odbiorów.

 

12. Wyświetlacz LCD i klawiatura
Klawiatura służy do programowania pracy i emisji wyników pomiarów. Wyświetlacz służy do
emisji wyników pomiarów, informowaniu o stanie pracy UPS. W przypadku systemów
równoległych bardzo istne jest, aby każdy z zasilaczy/modułów posiada swój niezależny
wyświetlacz z panelem kontroli ponieważ eliminuje to jeden z pojedynczych punktów awarii UPS.

 

13. Wyłącznik bezpieczeństwa EPO
UPS powinien posiadać wejście do podłączenia wyłącznika bezpieczeństwa EPO (Emergency
Power OFF). Podanie właściwego sygnału na to wejście powoduje całkowite wyłączenie UPS.
Wymagają tego przepisy pożarowe.

 

14. Panel zdalnej sygnalizacji RSP
Do innej niż miejsce pracy UPS lokalizacji (np. pomieszczenie ochrony budynku) można
wyprowadzić panel RSP (Remote Signaling Panel), który informuje o stanie pracy UPS. Jeśli
całość instalacji budynku jest zasilana z UPS – można nie zauważyć, że obiekt jest bez zasilania
energetycznego (oczywiście do czasu rozładowania baterii).

 

15. Oprogramowanie monitorujące i zamykające systemy
Dla systemów komputerowych powszechnie stosuje się oprogramowanie, dzięki któremu można
obserwować zachowanie systemu UPS na ekranie monitora komputerowego. Z drugiej strony są
programy do automatycznego zamykania systemów operacyjnych, które są inicjowane na kilka
minut przez całkowitym rozładowaniem baterii. Coraz bardziej popularnym staje się monitoring
pracy UPS poprzez sieć telefonii komórkowej GSM. Umożliwia to natychmiastową reakcję
serwisu.

 

16. Wymiary i waga
Przy projektowaniu pomieszczenia przeznaczonego na zasilacz UPS (szczególnie dużej mocy
i z długim czasem podtrzymania) należy uwzględnić, że zarówno UPS jak i baterie są ciężkie
wymagają odpowiedniej wytrzymałości stropów. Dlatego najlepszym miejscem dla UPS i baterii są
najczęściej pomieszczenia piwniczne.