Co to zasilacz UPS? Jaki UPS wybrać?
Problem przedsiębiorcy. Fronty burzowe, podtopienia, hydrologia.
19 września 2021
Zastosowanie analizatorów jakości energii elektrycznej w instalacjach OZE
19 listopada 2021
Aby prawidłowo dobrać zasilacz awaryjny należy uwzględnić następujące parametry:
- Technologię wykonania
- Moc
- Napięcie
- Czas podtrzymania
- Warunki pracy i miejsce montażu
Zasilacz awaryjny UPS - technologia wykonania
Podstawowe rozróżnienie to zasilacze awaryjne przetwarzające napięcie cały czas (zasilacz UPS online) oraz przetwarzające napięcie po zaniku napięcia sieciowego (zasilacz UPS offline, line-interactive). Każde z rozwiązań ma swoje plusy i minusy, które poniżej przedstawię. Trzeba mieć świadomość, że zasilacze UPS offline oraz line inter-active występują zazwyczaj do mocy 3kVA. Jeśli więc potrzebujemy zasilacza UPS większego, nie mamy wyboru.
Zasilacz UPS online (patrz schemat blokowy) to UPS, którego tor główny składa się z prostownika, wytwarzającego z napięcia sieciowego napięcie stałe na szynę DC. Do szyny DC podpięty jest falownik oraz bateria. Falownik z napięcia stałego wytwarza napięcie zmienne, które podawane jest na obciążenie. W przypadku awarii zasilania sieciowego prostownik przestaje produkować napięcie a źródłem napięcia stałego staje się bateria podpięta do szyny DC.
Plusy i minusy technologii online:
| Plusy | Komentarz |
| Nie ma czasu przełączenia pomiędzy pracą z sieci a pracą z baterii. | Taki układ pracy jest konieczny dla bardzo czułych urządzeń na niestabilne napięcie zasilania oraz jeśli zasilacz awaryjny UPS ma być zasilany z agregatów prądotwórczych. |
| Napięcie jest prostowane na stałe, więc zakłócenia, które występują w sieci nie przenoszą się. | Jeśli mamy urządzenia czułe na zakłócenia sieciowe, to zasilacz awaryjny UPS online pomoże ten problem rozwiązać. |
| Minusy | Komentarz |
| Zasilacz awaryjny przetwarza cały czas, co powoduje większe zużycie energii. | Większe zużycie energii. |
| Ciągła praca układów półprzewodnikowych – wymaga chłodzenia | Zasilacz UPS online podczas pracy ma cały czas włączone wentylatory. Czasem przy większych mocach czasem należy zainstalować klimatyzację. Hałas z wentylatorów powoduje, że nie nadają się do montażu w biurze. W dłuższym czasie hałas ten jest nie do zniesienia. |
Zasilacz UPS offline, line-interactive (patrz schemat blokowy):
Zasilacz UPS w trybie normalnej pracy napięcie zasilające przekazuje na obciążenie. W przypadku zaniku napięcia w ciągu ok. 6 ms przełącza się na tryb bateryjny. To jest przetwornica DC-AC, która z baterii wytwarza napięcie zmienne przekazywane na obciążenie.
Plusy i minusy technologii line interactive, offline:
| Plusy | Komentarz |
| Zasilacz UPS zużywa mniej energii niż rozwiązanie online. | Tylko w trybie pracy bateryjnym układ falownikowy działa |
| Jest cichy podczas pracy. | Nie ma problemu, aby był rozwiązaniem biurowym. Hałas nie przeszkadza. |
| Rozwiązanie tańsze niż online. | Prostsza konstrukcja. Należy jednak zaznaczyć, że UPSy te przeważnie występują na rynku do mocy 3kVA. |
| Minusy | Komentarz |
| Zasilacz UPS ma czas przełączenia ok. 6 ms pomiędzy zasilaniem z sieci a trybem bateryjnym. | Czułe urządzenia mogą wykrywać tę przerwę i nieprawidłowo pracować. Dodatkowo UPSy mogą nieprawidłowo pracować, gdy są zasilane z agregatu prądotwórczego. |
| Nie likwiduje zakłóceń sieciowych. | Zasilacz awaryjny UPS wytwarza napięcie tylko w trybie pracy bateryjnym. Podczas normalnej pracy napięcie sieciowe będzie przenoszone na obciążenie razem z zakłóceniami. |
Zasilacz awaryjny UPS - Moc
Dobór zasilacza UPS pod względem mocy jest kluczowym aspektem doboru UPS dla danego obciążenia. Niedoszacowanie mocy będzie powodować przeciążenia UPSa. Zasilacz, aby chronić się w trakcie przeciążenia, będzie przerzucał obciążenie na bypass, czyli zasilanie z sieci i wtedy nie będzie spełniał swojej funkcji. Moc zasilacza UPS podawana jest w VA/W, na przykład 1000VA/900W. Moc czynna zależy od współczynnika PF. W przypadku UPS jest w przedziale 0,6 -1, choć 0,8-0,9 jest najbardziej popularny.
Do prawidłowego doboru mocy zasilacza UPS należy uwzględnić moc nominalną oraz maksymalną obciążenia.
Moc nominalna: Aby zdobyć informacje na temat mocy, którą pobiera obciążenie, pomocna będzie dokumentacja techniczna urządzeń, tabliczka znamionowa lub pomoc producenta. Należy pamiętać, że obciążenia o charakterze indukcyjnym (silniki) lub pojemnościowym (komputery), będą obniżać współczynnik PF. Po określeniu mocy obciążenia warto zastosować współczynnik bezpieczeństwa. Na przykład 20% zapasu.
Moc maksymalna: Niestety tu zdecydowanie trudniej zdobyć informacje. Ten aspekt najważniejszy jest przy doborze UPSa dla urządzeń typu silniki czy pompy. Silniki mają wysokie prądy startowe i przez moment silnik może pobierać 5 do 8-krotnie większy prąd od prądów nominalnych. Niestety ta informacja nie jest podawana na tabliczce znamionowej. Dzisiejsze urządzenia, pomijając małe silniki, instaluje się z softstartami czy falownikami, które to zmniejszają prądy startowe silników. W takich przypadkach wystarczy założyć przeciążenia na poziomie 2-3 krotnym mocy nominalnej.
Należy dodać, że UPS jest urządzeniem, w którym producent dopuszcza przeciążenia. Zazwyczaj do 50% można chwilowo przeciążyć UPS, w przypadku zasilania urządzeń z trudnymi rozruchami.
Ostatnim aspektem, który należy uwzględnić przy doborze mocy, jest symetryczność obciążenia. Dotyczy to oczywiście tylko rozwiązań trójfazowych. Mając UPS 3 fazowy, należy pamiętać, że nie jest on przygotowany do niesymetrycznego obciążenia, czyli UPS 3 fazowy 10kVA nie możemy obciążyć 10kVA na jednej fazie, ale rozłożyć w miarę równo obciążenie na każdą z faz.
W przypadku niemożliwości określenia dokładnej mocy (a mamy świadomość istnienia obciążenia), można użyć analizatora parametrów sieci, który zbierze pomiary. Po przeanalizowaniu można określić potrzebną moc UPSa.
Przykład pomiaru dokonanego przy pomocy analizatora. Nominalny prąd na poziomie 2-5A oraz prąd maksymalny nawet dochodzący do 28A. Dobór dokonany na podstawie prądów nominalnych będzie skutkować przeciążeniem UPSa i przełączeniem obciążenia na bypass.
Zasilacz awaryjny - napięcie
W przypadku zasilacza UPS napięcie sprowadza się do rozwiązań 1 fazowych lub 3 fazowych. Najbardziej popularne jednostki to rozwiązania 1 faza/ 1faza oraz 3 fazy/ 3 fazy. Rzadziej zdarzają się wykonania mieszane, czyli 3 fazy/ 1faza itp.
Dodam, że istnieje ograniczenie rozwiązań napięciowych względem mocy, tj. jednostki 1 fazowe występują najczęściej do mocy 10kVA. Natomiast jednostki 3 fazowe występują najczęściej od mocy 10kVA.
Zasilacz awaryjny UPS - czas podtrzymania
Czas podtrzymania jest aspektem o tyle istotnym, że:- projektując czas podtrzymania, określamy na jak długo zasilacz awaryjny UPS ma podtrzymywać zasilanie w przypadku zaniku napięcia sieciowego
- Czas podtrzymania znacząco wpływa na cenę końcową całego układu UPS + bateria. Może okazać się, że bateria będzie droższa niż sam UPS. Czasem okazuje się, że z ekonomicznego punktu widzenia wychodzi, że zamiast stosować wielotonową baterię, lepiej zastosować agregat prądotwórczy lub tandem UPS + agregat.
Zasilacz awaryjny UPS - warunki pracy, miejsce montażu
UPS (szczególnie typu online) ma pewne ograniczenia względem warunków pracy. Możliwa temperatura pracy to zazwyczaj 0-40°C, ale od razu warto zaznaczyć, że nie warto osiągać wartości skrajnych. Nawet największym problemem nie będzie tu UPS, a akumulatory. Akumulator zaprojektowany jest do pracy w temperaturze 20°C. W tej temperaturze osiąga najlepsze parametry i żywotność. Przy permanentnej temperaturze pracy powyżej 30°C, należy pamiętać, że żywotność baterii spada. Dość często praktyką jest, że dla większych jednostek stosuje się klimatyzację.
Kolejnym aspektem jest zapylenie pomieszczeń. UPS, w szczególności typu online, wyposażone są w radiatory i wentylatory, które chłodzą układy półprzewodnikowe. Sam zasilacz awaryjny ma stopień ochrony IP20, a nieszczelności, które posiada, pomagają wyprowadzać ciepło z wnętrza. Nie należy umieszczać UPSa na hali produkcyjnej, na zewnątrz ani w innych trudnych warunkach pracy. Należy unikać wilgotnych pomieszczeń, w których może dochodzić do kondensacji wody, a także nie powinien być narażony na oddziaływanie promieni słonecznych.
