TOPOLOGIA DLA PRZEMYSŁU

TABELA 2. Porównanie UPS-ów różnych klas

W trybie normalnej pracy w zasilaczach typu on-line komponenty toru podwójnego przetwarzania przebiegu wejściowego (prostownik oraz falownik) cały czas pracują. Straty energii z tym związane powodują, że sprawność UPS-ów klasy VFI , która typowo wynosi 90%-95% jest niższa niż tych typu off-line (nawet 98%) lub line-interactive. Dwa ostatnie są również zwykle tańsze.

Niestety ich wadą jest duża zależność sprawności od wahań napięcia sieciowego. Przykładowo jeżeli napięcie sieci zmienia się o +/- kilkanaście procent, parametr ten w przypadku zasilaczy klasy VI może się zmniejszyć nawet o ponad 20%. Dla porównania sprawność UPS-ów on-line obniża się najwyżej o kilka procent.

W przypadku zasilaczy o topologii VI i VFD zasilanych napięciem sieciowym bardzo zniekształconym i niestabilnym (o co w przemyśle w związku z dużą dynamiką i różnorodnością obciążeń nietrudno) możliwe jest, że UPS będzie przez większość czasu pracował na zasilaniu bateryjnym. To ostatnie będzie wówczas nadmiernie eksploatowane.

Wadą UPS-ów off-line jest też relatywnie dłuższy czas przełączania między trybami pracy. Może to powodować krótkotrwałe przerwy w zasilaniu. Podobnie silnie niekorzystna zależność występuje między sprawnością zasilaczy off-line i line-interactive a ich obciążeniem. Na przykład w wyniku zmniejszenia tego ostatniego z 50% do 20% sprawność UPS-u VI może zmaleć z 70% nawet do 40%.

W przypadku UPS-ów VFD sprawność w takiej sytuacji zmienia się zaledwie w zakresie 90%-80%. W przemyśle ma to duże znaczenie. Obciążenie zasilaczy w tym zastosowaniu zmienia się bowiem znacznie dynamiczniej niż w wypadku UPS-ów komputerowych obciążonych głównie statycznie. Tryb pracy zasilacza można w bardziej zaawansowanych modelach UPS-ów ustawić ręcznie na panelu sterowniczym lub programowo.

Różni producenci identyfikują je różnymi nazwami, zwykle kojarzącymi się z przedstawionymi klasami UPS-ów. Przykładowe nazwy to on line lub eco (tryb ekonomiczny), które odpowiadają klasie VFI i VI. Niektóre zasilacze są też w stanie same automatycznie wybierać tryb pracy w zależności od jakości energii elektrycznej.

NA CO JESZCZE ZWRÓCIĆ UWAGĘ

Rys. 3. Schemat blokowy zasilacza bezprzerwowego klasy VFI

Kolejnym krokiem jest odniesienie parametrów zasilacza bezprzerwowego do wymagań jego odbiorników. Jednym z ważniejszych jest moc UPS-u. Wybierając zasilacz dla przemysłu, należy pamiętać, że będzie on współpracował nie tylko z obciążeniami pojemnościowymi, ale również z odbiornikami o charakterze indukcyjnym.

Kolejną kwestią jest czas podtrzymania zasilania, który w karcie katalogowej podawany jest zwykle dla konkretnej wartości obciążenia. Zazwyczaj czas pracy autonomicznej można wydłużyć przez zastosowanie dodatkowej baterii. W UPS-ach wciąż najczęściej używane są akumulatory.

Coraz więcej producentów dopuszcza jednak w swoich zasilaczach użycie nowocześniejszych zasobników energii, jakimi są superkondensatory (inaczej ultrakondensatory). Do ich zalet zalicza się dużą: pojemność, trwałość (kilkaset razy większa liczba cykli ładowania/rozładowania niż w akumulatorach) i sprawność.

Podzespoły te cechuje również krótki czas ładowania (rzędu minut) oraz możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur, bezobsługowość, niskie koszty eksploatacji i mała szkodliwość dla środowiska. Uwzględniając te cechy, warto rozważyć wybór zasilacza z superkondensatorem, nawet mimo wysokich kosztów początkowych.

Należy też sprawdzić, jakie są możliwości UPS-u w zakresie optymalizacji procesów ładowania/rozładowania baterii oraz kontroli jej stanu. Podstawowa funkcjonalność obejmuje informowanie użytkowników (zwykle wizualnie, ale również przez sygnały alarmowe na odpowiednich wyjściach) o aktualnym stanie naładowania baterii oraz przewidywanym czasie ich doładowania/rozładowania.

Ponadto zasilacz zwykle automatycznie rozpoznaje typ akumulatora w danej chwili do niego podłączonego i dobiera odpowiednią dla niego charakterystykę ładowania. Sygnalizowane są też różne problemy, na przykład nieprawidłowe podłączenie baterii, jej odłączenie, zwarcie lub konieczność wymiany z innego powodu, na przykład braku ciągłości obwodu baterii. Testowana i sygnalizowana jest również żywotność ogniw. Akumulatory zabezpiecza się także przed nadmiernym rozładowaniem.

KOMPENSACJA TERMICZNA BATERII, PRACA RÓWNOLEGŁA

Wyposażeniem opcjonalnym niektórych modeli zasilaczy są też sondy do pomiaru temperatury w otoczeniu baterii. Są one częścią układu kompensacji termicznej. W zależności od sygnału z tych czujników regulowane jest napięcie ładowania baterii. Dzięki temu skrajnie wysokie i niskie temperatury nie wpływają na pojemność ani na żywotność ogniw.

Użyteczna może się też okazać możliwość wymiany baterii przy włączonym zasilaczu (hot swap), jak również włączania UPS-u bez napięcia w sieci (cold start). Sprawdzić należy także dostępne zabezpieczenia UPS-u przed przeciążeniem i zwarciem. Gdy wymagana jest izolacja galwaniczna warto zastosować zasilacz w technologii transformatorowej. Ważny jest także typ komponentów użytych do budowy podzespołów zasilacza.

Przykładowo ze względu na silne zaburzenia powszechnie występujące w sieci energetycznej w zakładach przemysłowych zaleca się korzystanie z UPS-ów z wejściowymi prostownikami tyrystorowymi, zamiast tych z tranzystorami IGBT. Istotne są także rozwiązania w zakresie pracy równoległej. Zapewnia ona redundancję wymaganą w zasilaniu kluczowych obciążeń.

Przydatna jest na przykład możliwość dołączenia nowego zasilacza bez konieczności wyłączania lub przełączania na zasilanie sieciowe tych aktualnie pracujących. Ułatwia to rozbudowę systemu zasilania gwarantowanego bez narażania odbiorników na przerwę w dostawie prądu.

Redundancję można też uzyskać przez podłączenie UPS-u do dwóch niezależnych źródeł zasilania, co jest w niektórych modelach możliwe. W przemyśle ważną kwestią jest również dostępność interfejsów komunikacyjnych, które ułatwiają włączenie UPS-a do centralnego systemu sterowania i nadzoru.

UPS-Y W WARUNKACH PRZEMYSŁOWYCH

UPS-y w przemyśle zasilają odbiorniki różnego typu. Są to zarówno serwery danych, centra dyspozytorskie i systemy oświetleniowe, jak i pojedyncze elementy wykonawcze i urządzenia kontrolno-pomiarowe, całe stanowiska robocze oraz linie produkcyjne. Warunki pracy zasilacza w tych zastosowaniach znacznie różnią się od tych występujących w "zwykłych" serwerowniach, w których parametry otoczenia są ściśle monitorowane i regulowane.

Wybierając UPS, należy to uwzględnić. W przemyśle, głównie z powodu ograniczeń przestrzennych, zasilacze mogą być instalowane w miejscach trudno dostępnych, w których nie ma dobrej wentylacji. Sprzyja to ich nagrzewaniu się, podobnie jak emisja dużych ilości ciepła przez pracujące w pobliżu maszyny. Dlatego zapewnienie odpowiedniego chłodzenia jest dla producentów zasilaczy przemysłowych priorytetem.

W tym celu stosowane są różne rozwiązania, m.in. przewymiarowane radiatory. Konieczne są też wentylatory o dużej wydajności chłodzenia. Aby wydłużyć ich żywotność, zwykle stosuje się system redundantny, w którym kilka wentylatorów pracuje tylko przy częściowym obciążeniu. Równocześnie każdy z nich jest stale monitorowany, dzięki czemu w razie awarii można go szybko wymienić.

Temperatura głównych komponentów zasilacza (bloku mocy, transformatora) jest też stale monitorowana. Przekroczenie wartości granicznych jest sygnalizowane lub skutkuje automatycznym wyłączeniem zasilacza. Czynnikami niekorzystnymi dla UPS-ów w przemyśle są także: duża wilgotność oraz zapylenie powietrza. W takich warunkach łatwo może rozwinąć się korozja podzespołów wewnątrz zasilacza.

TABELA 3. Tematy numerów APA w kolejnych miesiącach

Aby temu zapobiec, te ostatnie pokrywa się specjalnymi powłokami ochronnymi. Ponadto obudowa UPS-u powinna charakteryzować się odpowiednim stopniem ochrony IP. Wyposaża się ją także w wymienne filtry powietrza. Obudowa powinna być też odpowiednio wzmocniona, aby zabezpieczyć podzespoły UPS-u przed uderzeniami i wstrząsami, na które są narażone, gdy zostaną zamontowane w pobliżu silników, pomp, sprężarek, taśmociągów itp.

Stabilność urządzenia w takich warunkach zapewnia z kolei możliwość przymocowania go do podłogi. Uwzględniając trudności z dostępem, UPS-y przemysłowe są też konstruowane w taki sposób, aby wszystkie prace (podłączenie/odłączenie przewodów, wymiana części, konserwacja) mogły być wykonywane z przodu urządzenia.

Monika Jaworowska