Zasilanie w przemyśle

Istnieje wiele powodów, dla których niezawodne zasilanie jest tak istotne w przemyśle. Jako przykład weźmy sektor spożywczy i napojowy – tutaj nawet chwilowe przerwy w dostawach energii mogą zatrzymać produkcję i spowodować istotne straty. Podobnie jest w obszarze chemicznym i petrochemicznym, gdzie stabilność zasilania warunkuje ciągłość procesów produkcyjnych, a także ich jakość oraz opłacalność ekonomiczną. Niezawodne zasilanie jest również kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa personelu, dla produkcji w branżach dyskretnych oraz w przypadku wielu sektorów gospodarki poza samym przemysłem.

Chociaż częstotliwość awarii sieci energetycznych stopniowo zmniejsza się, rośnie liczba urządzeń wymagających podtrzymania zasilania i dostarczania energii o odpowiedniej jakości. W efekcie branża zasilania rozwija się dynamicznie, obejmując zarówno duże systemy, jak i mniejsze urządzenia czy układy sterujące. W ich przypadku istotne są zarówno niezawodność, jak też parametry jakościowe i efektywnościowe.

Kluczowe branże rynku

Zastosowania omawianych urządzeń i układów zostały przedstawione zbiorczo na rys. 1. Tradycyjnie dominują tu trzy kluczowe branże: przemysł, energetyka oraz sektor IT / telekomunikacyjny. Profesjonalne zasilacze małogabarytowe są najczęściej stosowane w pierwszej z nich, co potwierdza 86% respondentów. Jeżeli chodzi o systemy zasilania gwarantowanego, to w badaniu wskazano ich aplikacje przede wszystkim w przemyśle oraz sektorze IT – w obydwu przypadkach z wynikiem 82%. Dalsze kluczowe sektory to m.in. branża transportowa (pojazdy szynowe), medyczna oraz laboratoryjna. W tych obszarach stosowane są bardziej specjalistyczne, często też droższe zasilacze. Podobnie wygląda sytuacja w niszowych sektorach: wojskowym i aplikacji specjalnych, gdzie kluczową rolę odgrywają parametry odpornościowe oraz niezawodnościowe.

 

Rys. 1. Najważniejsze obszary wykorzystania omawianych urządzeń

Analizując rynek zasilaczy i UPS-ów pod kątem zakresu działalności odbiorców, można zauważyć, że dominującą grupą są tu klienci końcowi oraz integratorzy systemów, czyli firmy odpowiedzialne za tworzenie, wdrażanie i uruchamianie systemów. W przypadku zasilaczy małogabarytowych szczególną rolę odgrywają producenci OEM, czyli wytwórcy maszyn i urządzeń – nie tylko przemysłowych. Jak przedstawiono na rys. 2, aż 74% odbiorców zasilaczy to właśnie firmy OEM. Ich liczba jednocześnie wzrosła w porównaniu do badań sprzed dwóch lat. Istotną grupą odbiorców są również dystrybutorzy stanowiący pośredników w sprzedaży – w przypadku UPS-ów aż 67% rynku obejmują właśnie dostawy realizowane przez tego typu przedsiębiorstwa. W dalszej części przedstawiamy bardziej szczegółowe omówienie tych zagadnień.

 

Rys. 2. Główni odbiorcy produktów omawianych w raporcie

Zasilacze małogabarytowe i buforowe

Zasilacze małogabarytowe o niewielkich mocach to urządzenia stosowane w szeregu aplikacji w przemyśle i poza nim. Zgodnie z wynikami tegorocznego badania, co przedstawiono na rys. 3, dostawcy przemysłowi najczęściej sprzedają zasilacze AC/DC do montażu na szynie DIN – wskazało je 75% respondentów. Na drugim miejscu uplasowały się zasilacze modułowe AC/DC z wynikiem 74%. Obydwa typy urządzeń są powszechnie stosowane w szafach elektrycznych, systemach automatyki oraz instalacjach elektroenergetycznych. Przetwornice DC/DC, które pełnią rolę konwerterów napięcia, są według naszych respondentów sprzedawane w 63% przypadków. Zasilacze typu open frame, wykorzystywane głównie w maszynach i urządzeniach, zajęły piąte miejsce z wynikiem 39%, zaś zasilacze buforowe – charakteryzujące się niewielką mocą i używane głównie do podtrzymy/wania zasilania w systemach sterowania – to 45% wskazań.

 

Rys. 3. Najpopularniejsze na rynku typy zasilaczy małogabarytowych

Warto zwrócić uwagę na coraz większe znaczenie zasilaczy buforowych. Służą one do zapewniania ciągłości zasilania dla urządzeń małej mocy, takich jak układy sterowania, systemy automatyki budynkowej, telekomunikacyjne oraz telemetryczne, a także rozproszone systemy pomiarowe, monitoringu i kontroli dostępu. Urządzenia te zasilane są niskimi napięciami stałymi i cechują się relatywnie niskim poborem energii, co czyni je coraz powszechniejszymi w instalacjach o rozbudowanej strukturze.

UPS-y i systemy zasilania gwarantowanego

Kluczowymi elementami większych systemów zasilania gwarantowanego czy też systemów zasilania potrzeb własnych są zasilacze UPS (Uninterruptible Power Supply). Zależnie od typu mogą one współpracować z odbiornikami prądu jedno- lub trójfazowego, zarówno przemiennego, jak i stałego, oraz być zasilane z napięć AC lub DC.

Na rynku dostępne są UPS-y o różnych architekturach, co umożliwia dopasowanie urządzeń do określonych wymagań aplikacji. Przykładowo, gdy niezbędne jest zapewnienie nieprzerwanych dostaw energii o odpowiednich parametrach, najlepszym rozwiązaniem prawdopodobnie będzie UPS działający w trybie true on-line (z podwójną konwersją), który zapewnia zasilanie wysokiej jakości, eliminując zaburzenia elektromagnetyczne i harmoniczne. W przypadku awarii sieci urządzenie bezprzerwowo przełącza się na pracę bateryjną. Z kolei w aplikacjach o mniejszych wymaganiach można stosować tańsze rozwiązania pracujące w trybie offline, w tym urządzenia z interaktywną linią sieciową.

Warto wskazać też różnice pomiędzy systemami UPS przeznaczonymi do zastosowań przemysłowych, a tymi używanymi w teleinformatyce. Obydwa typy to zazwyczaj urządzenia o średnich lub dużych mocach (sięgających kilkaset kVA), jednak UPS-y przemysłowe są projektowane przede wszystkim do współpracy z odbiornikami indukcyjnymi – takimi jak silniki elektryczne, które w momencie rozruchu pobierają energię o znacznej wartości. Z tych również powodów wersje przemysłowe muszą być zdolne do zapewniania wysokich prądów zwarciowych, co pozwala na bezpieczną pracę instalacji.

Systemy zasilania gwarantowanego składają się także z innych elementów, takich jak sterowniki, układy pomiarowe, komunikacyjne oraz przełączniki. Wśród nich wyróżnić można układy SZR (samoczynnego załączania rezerwy zasilania) oparte na stycznikach mocy oraz szybkie łączniki bezstykowe typu static switch. Integralną częścią systemów UPS są również baterie akumulatorowe, w których najczęściej stosowane są wersje kwasowo-ołowiowe. Większe systemy mogą też być wyposażane w agregaty prądotwórcze.

W układach zasilania AC, nie tylko gwarantowanego, powszechnie stosowane są również urządzenia zapewniające odpowiednią jakość napięcia, takie jak kompensatory mocy biernej oraz filtry aktywne, które redukują harmoniczne prądu i kompensują jego odkształcenia, szczególnie w przypadku odbiorników o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej. Dodajmy, że zasilacze bezprzerwowe mogą również występować w wersji prądu stałego (UPS-DC). Dzięki pominięciu konwersji DC/AC ich konstrukcja jest uproszczona, a efektywność pracy zwiększona.

Na koniec warto zauważyć, że o ile powyżej opisane zostały najważniejsze komponenty systemów zasilania bezprzerwowego, o tyle z punktu widzenia użytkowników kluczowymi ich parametrami są: napięcia zasilania, moc, czas podtrzymania oraz poziom zabezpieczeń, a nie sam dobór poszczególnych elementów. Za to ostatnie odpowiada dostawca systemu.