Układy zasilania rezerwowego i awaryjnego oraz zasady ich doboru

Zasilacze bezprzerwowe (UPS)

Zasilacz UPS jest to urządzenie przeznaczone do bezprzerwowej pracy urządzeń komputerowych, łączności oraz innych wrażliwych na przerwy w zasilaniu lub wahania napięcia oraz różne inne zakłócenia, występujące w sieci zasilającej. Jest on urządzeniem energoelektronicznym umożliwiającym zasilanie odbiorników z baterii w przypadku zaniku napięcia w sieci zasilającej. Eliminuje on zakłócenia pochodzące z sieci energetycznej, utrzymuje stałą wartość napięcia i w razie potrzeby izoluje dołączone do niego urządzenia od sieci energetycznej. Dzięki temu eliminuje się możliwość uszkodzenia sprzętu i oprogramowania a także nieprzewidywalnego działania urządzeń.

Na rynku dostępne są następujące typy zasilaczy UPS:
a) pracujące w topologii VFD (Off-line),
b) pracujące w topologii VI (line-interactive – sieciowo interaktywne),
c) pracujące w topologii VFI (On-line).

UPS pracujący w topologii VFD (Off-line).

W urządzeniu pracującym w topologii VFD zespół kontrolujący nadzoruje napięcie sieci. Jeżeli mieści się ono w dopuszczalnych tolerancjach, układ automatyki powoduje załączenie go na wyjście.
Równocześnie prostownik ładuje baterie. W przypadku zakłócenia w sieci zespół kontrolujący przełącza na zasilanie bateryjne. Uruchomiony zostaje falownik, z którego napięcie zasilające jest podawane na wyjście urządzenia. Czas przełączenia, w którym odbiornik zostaje pozbawiony dostaw energii wynosi (2 – 10 ms). UPS pracujący w topologii Off-line nie posiada żadnej regulacji wskutek czego napięcie wejściowe jest podawane bezpośrednio na wyjście wraz ze wszelkimi zakłóceniami. Dodatkową wadą tych urządzeń jest brak bypassu wewnętrznego oraz brak synchronizacji zasilania przy przywróceniu napięcia w sieci. Na rysunku 9.1 przedstawiono budowę (rys.9.1a) i zasadę działania (rys. 9.1b) tego urządzenia.


Rys. 9.1 UPS typu VFD (Off-line) a) budowa b) zasada działania

UPS sieciowo interaktywny typu VI

Urządzenia tego typu działają podobnie jak urządzenia pracujące w topologii VFD (Off-line), ale posiadają dodatkowo regulator skokowy poziomu napięcia wyjściowego. Czas przełączenia z sieci na baterie wynosi około (2 – 4 ms), natomiast przełączenie z pracy bateryjnej na sieciową odbywa się bezprzerwowo. Na rysunku 9.2 przedstawiono budowę (rys. 9.2a) i zasadę działania (rys. 9.2b) UPS-a typu VI


Rys. 9.2 UPS typu VI a) budowa; b) zasada działania

UPS pracujący w topologii VFI (On-line)

Urządzenia te pracują bezprzerwowo. Rozbudowana automatyka zapewnia wystarczające wytłumienie zakłóceń sieciowych oraz bezprzerwową pracę wrażliwych odbiorników. Przekształtnik wejściowy przetwarza napięcie sieciowe na napięcie stałe dzięki czemu następuje ładowanie baterii. Przetwornica prądu stałego optymalizuje napięcie baterii zasilającej przekształtnik wyjściowy, przetwarzający napięcie stałe na przemienne. Tak skonstruowany układ zapewnia uzyskanie na wyjściu zasilacza napięcia sinusoidalnego pozbawionego jakichkolwiek zakłóceń o stabilnej częstotliwości. Układ wejściowy jest galwanicznie oddzielony od układu wyjściowego. Statyczny bocznik łączy automatycznie odbiornik z siecią zasilającą w przypadku przeciążenia lub uszkodzenia przetwornicy. Automatyczne przełączenie powrotne następuje tylko wtedy, gdy obciążenie zostanie odpowiednio zmniejszone lub uderzenie prądowe przy załączeniu zaniknie. Poprzez bocznik serwisowy umożliwiający synchroniczne przełączenie zasilania, dołączone odbiorniki mogą być bez przerw zasilane, podczas gdy zasilacz UPS jest wyłączony spod napięcia dla celów konserwacji. Na rysunku 9.3 przedstawiono budowę (rys.9.3a) i zasadę działania (rys.9.3b) UPS-a typu VFI.

Rys. 9.3 UPS typu VFI a) budowa b) zasada działania

Zasadniczym celem stosowania zasilaczy UPS jest zapewnienie ciągłości zasilania. Cel ten jest spełniony przez urządzenie pracujące w topologii VFI. Jednak ze względów ekonomicznych dla mniej wrażliwych urządzeń można stosować również inne typy zasilaczy.

Coraz częściej stosuje się układy UPS pracujące w systemie wzajemnego rezerwowania. Układ taki powoduje spełnienie warunku niezawodności wg. reguły n +1 (rys. 9.4). Dwa współpracujące zasilacze UPS połączone układem współpracy, obciążone są połową mocy znamionowej, w przypadku awarii jednego z nich pełne obciążenie przejmuje zasilacz nieuszkodzony.

1 – zasilanie z RGnN
2 – zasilanie z przekształtnika
3 – zasilanie bypassu wewnętrznego UPS
4 – przewody synchronizacji
5 – przewody wyjściowe z UPS
6 – zasilanie bezpośrednie z pominięciem UPS
7 – wyjście do rozdzielnicy zasilania gwarantowanego
8 – bypass zewnętrzny

Rys. 9.4 Zasilacz UPS w układzie redundantnym n4-1

Źródło: Mirosław Miegoń, Adam Przasnyski, Juliana Wiatra, (2006), Systemy zasilania gwarantowanego, Warszawa: Powerware

No Comments

Comments are closed.