Účinky používania UPS Zlepšujeme vašu energetickú kvalitu a šetríte peniaze!

Účinky a nevyhnutnosť používania UPS a generátorových sústav na bezpečnosť potravín u zákazníkov

Straty napätia môžu spôsobiť značné škody, keď v dôsledku zníženia napätia a relatívne dlhej doby dôjde k odpojeniu napájania stýkačov alebo nízkonapäťových relé, čo spôsobí krátkodobé prerušenia.

Krátkodobé výpadky môžu byť výsledkom operácií AAR v sieťach stredného a nízkeho napätia a RAR v sieťach vysokého napätia.

Prepätia blesku a chyby izolácie vedú k značnému počtu krátkodobých medzier a prerušení v elektrickej sieti, takže receptory citlivé na tieto rušenia môžu spôsobiť neprijateľné škody.

Súčasné riešenia sú založené na samostatnom napájaní kritických prijímačov (citlivých na medzery a krátkodobé prerušenia) a tých, pri ktorých je možné akceptovať relatívne nízke škody.

Rozdelenie na dva typy prijímačov sa musí robiť opatrne, pretože realizácia neprerušiteľných zdrojov si vyžaduje značné náklady.

Kritické prijímače sú napájané z elektrickej siete pomocou špecifického zariadenia (UPS - Zdroj nepretržitého napájania), ktoré uchováva energiu a vracia ju počas prerušenia. Používajú sa hlavne dva typy takýchto zariadení:

so skladom chemickej energie (elektrické akumulátory);
s dynamickým ukladaním energie (mechanický volant).

Zariadenie UPS je vo vlastníctve zákazníka a poskytuje nepretržité napájanie kritickým prijímačom.

Realizáciu neprerušiteľného napájania je však možné chápať aj ako službu, ktorú môže dodávateľ elektriny poskytnúť spotrebiteľovi, a v takom prípade sú inštalácie UPS majetkom dodávateľa.

UPS sa v súčasnosti používajú ako záložné zdroje pre kritické úlohy, ktorých prenosový čas musí byť veľmi krátky alebo nulový. Okrem zabezpečenia záložného zdroja sa často používajú statické systémy UPS v rozsahu od 200 VA do 50 kVA (jednofázové) a od 10 kVA do 4000 kVA (trojfázové). V prípade výpadku napájania sa UPS používajú aj na miestne zlepšenie kvality elektrickej energie. Účinnosť UPS je veľmi dobrá, so stratami energie medzi 3% a 10% v závislosti od počtu použitých prevodníkov a typu batérie .

Prijímače používateľov z hľadiska kontinuity napájania sú rozdelené do troch kategórií:

štandardné prijímače;
preferenčné prijímače (prijímače, ktoré prijímajú krátke prerušenia);
kritické prijímače (ktoré vyžadujú nepretržité napájanie, ktoré neakceptujú prerušenie; do tejto kategórie patria servery, registračné pokladnice, počítače alebo rôzne technologické procesy);

Modernizácia a zložitosť technologických procesov si vyžaduje kontinuitu dodávok elektriny, najmä kvôli kritickým prijímačom, takže používatelia elektriny a najmä veľkí spotrebitelia (podľa výkonnostného štandardu pre službu distribúcie elektriny) musia zabezpečiť kontinuitu v napájaní v prípade výpadku elektriny vlastnými prostriedkami (UPS, GrupElectrogen) .

Na žiadosť používateľa so schváleným výkonom najmenej 100 kVA je prevádzkovateľ distribúcie podľa výkonnostného štandardu povinný dojednať zahrnutie osobitných ustanovení týkajúcich sa nepretržitého napájania a technickej kvality elektriny do zmluvy o distribúcii.

Ak dôjde k prerušeniu pred kritickými spotrebiteľmi (respektíve transformačnou stanicou, (obr. 1), vypínač automaticky odpojí napájanie od operátora distribúcie, UPS zostane v prevádzke a automatizáciou zmizne napätie, spustí záložnú jednotku (generátorový agregát), ktorá zabezpečí kontinuitu napájania všetkých prijímačov, čo si vyžaduje kontinuitu napájania až do návratu sieťového napájania.

V situácii, keď sa v dôsledku prebytku jalovej energie v distribučnej sieti zvýši napätie o viac ako 10% nominálnej hodnoty (respektíve nad 450 V) a automatika odpojí hlavný zdroj napájania od siete, spustí sa generátor, ktorý by mohol pracovať veľmi dlho. . (obr. 1).

Výpadky elektrickej energie sú u veľkých spotrebiteľov mimoriadne bežné, spôsobujú vážne škody používateľovi a narušujú technologický proces, čo vedie k veľmi vysokým nákladom na kapacitu výroby a vyradené materiály.

Je nevyhnutné poskytnúť užívateľovi jeho vlastné, technologické alebo energetické riešenia vrátane zdroja zásahu, aby sa zabránilo nežiaducim udalostiam v prípade výpadku napájania. .

Ďalej je uvedený detail prevádzkových a technických vlastností záložných zdrojov pre citrónové záťaže, respektíve konkrétnych zariadení UPS .

Všetky statické zdroje UPS pozostávajú z nasledujúcich hlavných funkčných častí:

usmerňovač, ktorý má za úlohu transformovať alternatívnu elektrinu na nepretržitú elektrinu potrebnú na nabitie batérie a napájanie invertora;
sada akumulátorov (nepravidelných s kyselinou v zapečatenej konštrukcii) špirála na akumuláciu energie;

invertor (statický prevodník) schopný premieňať nepretržitú elektrinu na stabilizovanú a filtrovanú alternatívnu elektrinu potrebnú na zásobovanie spotrebiteľov;
statický obtokový prepínač na prepnutie výstupu UPS zo siete do invertora a naopak.

Obr. 2 Blokové schémy kritického prijímača:

a) napájanie z elektrickej siete; b) napájanie UPS .

Podľa normy IEC/EN 62040-3 sú UPS klasifikované podľa konštruktívneho typu (topológie) medzi kategóriami:

Pasívny UPS (pasívny - pohotovostný režim);
Interaktívne UPS (line - interaktívne);
UPS s dvojitou konverziou .

Pasívnym zdrojom UPS sa predtým hovorilo „offline“.

Názov tejto topológie vychádza zo skutočnosti, že zdroj napätia je „v pohotovosti“ a dodáva batériu spotrebiteľovi cez invertor iba v prípade poklesu sieťového napätia. Tieto typy UPS majú výhody nízkych nákladov a nízkeho prevádzkového rušenia. .

Hlavné nevýhody spočívajú v tom, že medzi sieťou a spotrebiteľom nie je elektrická izolácia, nechráni spotrebiteľa pred poruchami napájania a nedokáže eliminovať kolísanie napätia a frekvencie (odtiaľ pochádza alternatívny názov napájacieho zdroja VFD závislého na napätí a frekvencii). a frekvenčne závislé), ako aj skutočnosť, že majú relatívne dlhú dobu prepínania (približne 4 ms), čo môže niekedy pôsobiť na citlivejších spotrebiteľov.

Bloková schéma takého pasívneho UPS v dvoch prevádzkových režimoch je znázornená na obrázku 2.

Obr. 3 Blokové schémy interaktívneho zdroja UPS typu VI

a) pri napájaní z elektrickej siete; b) pri prerušení hlavného napájania

Obr. 4 Blokové prevádzkové diagramy UPS s dvojitou konverziou (VFI) - a) za prítomnosti sieťového napätia; b) pri absencii hlavného napájacieho zdroja

Interaktívne UPS namiesto samostatných modulov usmerňovača, invertora, sieťového filtra a regulátora napätia obsahujú jeden blok usmerňovača/invertora, ktorý pracuje nepretržite (pokiaľ je k dispozícii sieťové napätie) a ktorý je zapojený do rovnobežne so záťažou.

Blok usmerňovača/invertora slúži aj na nabíjanie batérie. Blok usmerňovača/invertora je tiež vybavený obvodmi na filtrovanie šumu a reguláciu výstupného napätia (odtiaľ pochádza alternatívny názov napäťovo nezávislého zdroja UPS .VI - Voltage Independent .

Obr. 5 Tvary krivky napätia a prúdu, hodnoty aktívneho, jalového a zdanlivého výkonu, účinník a harmonické spektrum určené pre 1400 kVA UPS s počítačom (desktop) + monitorom CRT ako záťažou.

Obr. 6 Formy kriviek napätia a prúdu, hodnoty aktívneho, jalového a zdanlivého výkonu, účinník a harmonické spektrum určené pre zdroj 30 kVA (produkt MGE UPS SYSTEMS) slúžiaci časti počítačového vybavenia v banke.

Princíp činnosti je prakticky identický s pasívnym UPS, ale zaisťuje lepšiu kvalitu napájania. Spravidla sú vybavené automatickými regulátormi napätia (AVR) - automatickým regulátorom napätia, ktorý monitoruje vstupné napätie. Ak regulátor opustí dobre stanovený rozsah, zvýši alebo zníži výstupné napätie zdroja UPS.

Ak napájacie napätie klesne pod úroveň akceptovanú regulátorom, zdroj prepne spotrebiteľa na batérie, kým sa vstupné napätie nevráti do akceptovaného rozsahu.

Tieto typy UPS majú výhody nízkych nákladov, nízkej úrovne rušenia v pohotovostnom režime, skutočnosti, že zostava usmerňovača/invertora je vždy zapojená do série, čím neustále napája spotrebiteľa, ako aj vyšší stupeň zásahu ako pasívne UPS.

Hlavnými nevýhodami tohto typu UPS sú nedostatok elektrickej izolácie spotrebiteľa od siete, nedostatok možnosti eliminovať kolísanie výstupnej frekvencie, nízka ochrana pred napäťovými rázmi a slabá účinnosť pri nelineárnych zaťaženiach.

UPS s dvojitou konverziou majú invertor zapojený do série a sú umiestnené medzi napájacou sieťou a výstupom, pričom elektrický prúd, ktorý dodáva záťaž, permanentne prechádza cez ňu.

V normálnej prevádzke je záťaž napájaná pomocou reťazca usmerňovača a invertora, ktorý vykonáva dvojitú premenu: striedavé napätie - jednosmerné napätie (t.a. - t.c.) a priame napätie - striedavé napätie (t.c.- t.a.).

Keď sieťové napätie klesne z predpísaných parametrov alebo zmizne, UPS sa prepne do režimu akumulovanej energie pokračovaním v dodávaní energie z batérie cez invertor. Prevádzka v tomto režime pokračuje, kým sieťové napätie nebude mať požadované parametre, a potom sa UPS vráti do normálnej prevádzky.

Spravidla má táto topológia statický bypass (často sa mu hovorí aj statický prepínač). Umožňuje prenos záťaže bez prerušenia na alternatívny napájací zdroj (zvyčajne celý napájací zdroj); prenos sa vykonáva v situáciách, ako je porucha UPS, výskyt prechodných javov v sieti, preťaženie alebo vybitie batérie .

Bloková schéma takého UPS s dvojitou konverziou v dvoch prevádzkových režimoch, pri prítomnosti sieťového napätia a) a b) pri absencii sieťového napätia, je znázornená na obrázku 4.

UPS s dvojitou konverziou majú množstvo dôležitých výhod:

záťaž je permanentne chránená invertorom;
existuje elektrické oddelenie záťaže od siete striedavého napätia, ktoré poskytuje ochranu pred rušením, ako je prepätie, elektrické rušenie alebo otrasy;
pracuje pri dôležitých variáciách vstupného napätia a zaisťuje dobrú stabilizáciu výstupného napätia;
zaisťuje veľmi dobrú stabilizáciu výstupnej frekvencie a dáva možnosť použiť UPS ako frekvenčný menič;
spínací čas je veľmi krátky (prenos zaťaženia je prakticky okamžitý) .

Nevýhodou týchto UPS sú vysoké náklady. UPS s dvojitou konverziou sa používajú vo väčšine situácií, keď je potrebné napájať citlivých spotrebiteľov alebo s vyšším výkonom (nad 10 kVA).

UPS (bez ohľadu na ich typ alebo veľkosť) zakladajú svoju činnosť na zariadeniach nazývaných generická výkonová elektronika. Pri absencii adekvátnych zmierňovacích opatrení je tento typ zariadenia jedným z najznámejších zdrojov elektromagnetického znečistenia. .

Obrázky 5 a 6 zobrazujú výsledky meraní vykonaných na dvoch UPS s rôznymi výkonmi, ktoré svedčia o silnej prúdovej deformácii a jej veľmi bohatom harmonickom obsahu. .

V obidvoch prípadoch je možné pozorovať zvýšenú hodnotu harmonických úrovní 3. a 5. stupňa, na obrázku 5 predstavuje harmonická úroveň 3 predstavujúca 50% vo vzťahu k základnej hodnote a 5. harmonická predstavuje 35% vo vzťahu k základnej hodnote.

Dôsledky prerušenia napätia na spotrebiteľa často vedú k zastaveniu výrobného procesu, procesu, ktorý sa obnoví neskôr po dobrej dobe.

Akékoľvek prerušenie niekoľkých sekúnd môže stagnovať technologický proces spotrebiteľov od niekoľkých minút do niekoľkých hodín, takže je bezpodmienečne potrebné, aby užívateľ elektriny mal k dispozícii bezpečnostné zdroje na nepretržité napájanie kritických prijímačov, a to: UPS, generátorové sady.