W dobie zapotrzebowania na bezprzerwową dostawę energii elektrycznej stosowane są różne układy zwiększające ciągłość zasilania. Oprócz rozbudowanych układów dla systemów trójfazowych wykorzystujących dwustronne zasilanie czasami wspomaganymi agregatami prądotwórczymi wraz z układami pracy równoległej zasilaczy UPS często potrzebne są proste rozwiązania dla układów jednofazowych.
Niezawodne zasilanie 1-fazowe wymagane jest np.:
- dla urządzeń IT (zasilanie serwerów, routerów, switchy, kas fiskalnych, drukarek w sklepach itp.)
- w szpitalach, przychodniach (m. in. do zasilania urządzeń medycznych w salach operacyjnych [przez transformatory separacyjne)
- w systemach sygnalizacja włamania i napadu (SSWiN)
- w systemach bezpieczeństwa (monitoring CCTV, kontrola dostępu itp.)
- w hotelach
- w sklepach
- w zakładach produkcyjnych
- w gospodarstwach rolnych i domowych
Często w takich przypadkach projektanci i wykonawcy stosują zasilacze UPS. Wychodząc z założenia, że te urządzenia zapewnią dostawę energii elektrycznej w przypadku zaniku zasilania z sieci. Wówczas będą podtrzymywać zasilanie odbiorników przez odpowiedni czas wynikający z pojemności zamontowanych w nich akumulatorów.
Nie biorą pod uwagę podziału wykonania wynikającego z normy PN-EN62040-3, która definiuje 3 podstawowe rodzaje technologii:
- VFD (dawniej off-line, stand-by)
- VI (dawniej line interactive)
- VFI (dawniej true on-line, double conversion)
Każde z tych rozwiązań ma swoje uwarunkowania.
Podstawowe parametry często nie są brane pod uwagę – do nich należą m. in.:
- przebieg napięcia wyjściowego podczas pracy bateryjnej
- wielkość napięcia na wyjściu przy zmianach napięcia na wejściu
- zakres stabilizacji napięcia i częstotliwości przy zmianach na wejściu
- przenoszenie zakłóceń występujących w sieci zasilającej na linię zasilającą odbiorniki
Zasilacze UPS wykonywane w technologii VFD (off-line) oraz VI (line interactive) podczas pracy bateryjnej (przetwarzanie energii baterii przy zaniku zasilania sieciowego) mają przebieg napięcia wyjściowego w postaci prostokąta, trapezu lub schodkowy.
Taki przebieg nie ma większego wpływu na pracę zasilaczy impulsowych wykorzystywanych do zasilania podzespołów w komputerach. Mają one najczęściej szeroki zakres napięć wejściowych.
Przykłady przebiegów
Kształt przebiegu napięcia wyjściowego ma istotny wpływ na pracę urządzeń mających na wejściu elementy indukcyjne takie jak transformatory, dławiki czy silniki.
Zasilacze UPS – VFD i VI mają na wyjściu napięcie 230-240V. Tę wartość możemy odczytać mierząc napięcie wyjściowe miernikiem do pomiaru wartości skutecznej napięcia (RMS). Gdy na tych samych zaciskach wykonamy pomiar miernikiem standardowym (np. kupionym w markecie) otrzymamy wartość napięcia wyjściowego 170-180V – bowiem miernik ten jest wyskalowany do pomiaru przebiegów czysto sinusoidalnych. Urządzenia z elementami indukcyjnymi mogą wykazywać nieprawidłowości działania, gdyż są zasilane za niskim napięciem wejściowym oraz/lub energią elektryczną z zakłóceniami harmonicznymi. W takim przypadku wykazują one niepewne działanie, przegrzewanie się czy brak możliwości uruchomienia. W najprostszy sposób można to sprawdzić podłączając na wyjściu UPS wentylator. Przy pracy UPS z sieci wentylator będzie miał prawidłowe obroty, natomiast przy pracy UPS z baterii obroty znacząco spadną, będzie słychać buczenie w silniku oraz wyczuwalne nagrzewanie się silnika.
Dlatego tam gdzie wymagana jest pewność działania urządzeń dobrym wyjściem jest zastosowanie zasilaczy UPS wykonywanych w technologii VFI (true on-line, double conversion), gdzie napięcie na wyjściu jest czystą sinusoidą oraz stabilizowane są wartości napięcia i częstotliwości.
Ma to zastosowanie głównie w układach SZR, gdzie odbiornikami są styczniki oraz napędy silnikowe. Mając na uwadze powyższe uwarunkowania, można zastosować układy zwiększające pewność zasilania odbiorników 1-fazowych. W wielu przypadkach mamy możliwość zasilania odbiorników z sieci trójfazowej. Wówczas wielu użytkowników, a nawet projektantów wyobraża sobie, że stosując zasilacze UPS 3-fazowe na wejściu / 1-fazowe na wyjściu rozwiąże problemy z niepewnym działaniem.
Zakładają bowiem, że dopiero całkowity zanik zasilania na wszystkich fazach (L1, L2, L3) spowoduje przejście zasilacza UPS na pracę z baterii. Może zdarzyć się taki przypadek, że przy braku zasilania na fazie L1 energia z faz L2 i L3 będzie wystarczająca do zasilania odbiorów (musi wówczas być zachowany warunek np. dla UPS moc odbiorów w kVA musi być mniejsza od 4 kVA – zaś moc pobierana z L2 i L3 może równa 4 kVA).
W standardowych warunkach moc odbioru 1-fazowego np. 6 kVA rozkłada się równomiernie na 3 fazy po 2 kVA na każdą z faz. Lecz w przypadku sytuacji awaryjnej np. kiedy wystąpi przeciążenie po stronie odbiorów lub nieprawidłowa praca samego urządzenia to zasilacz UPS przechodzi w tryb obejścia – tzw. bypass elektroniczny (static switch). Wówczas moc odbiorników tj. przykładowe 6 kVA jest pobierana z fazy L1 i jeżeli ma ona dobrane zabezpieczenia dla 2 kVA to pewne jest, że zabezpieczenia te zadziałają. Odbiory zostaną pozbawione zasilania.
Aby uniknąć takich sytuacji proponujemy zastosowanie zasilaczy UPS 1-fazowych i dobranie zabezpieczeń oraz przekrojów przewodów pod pełną moc odbiorników. Wówczas możemy zastosować układ z automatycznym przełącznikiem faz w celu zwiększenia pewności zasilania oraz wydłużenia czasu po którym zasilacz UPS przejdzie na pracę bateryjną.
Układ przełącznika faz z zasilaniem 3-fazowym
Poniżej możliwości zasilania z automatycznym przełącznikiem faz i zasilaniem z sieci 3-fazowej:
W tym układzie przy braku napięcia lub przy podaniu napięcia poniżej dolnego produ w fazie L1, układ przełączy się na fazę L2, a następnie na fazę L3. W tym czasie zasilacz UPS podtrzyma zasilanie dla odbiorników przez ok. 200-300 ms. Dopiero brak zasilania na fazach L1, L2 i L3 zainicjuje pracę UPS przez czas zgodny z zainstalowanymi bateriami.
Układ przełącznika faz z 3 różnymi źródłami zasilania
Poniżej możliwości zasilania z automatycznym przełącznikiem faz i zasilaniem z trzech różnych źródeł:
W takim przypadku można wykorzystać zasilanie z trzech różnych źródeł 1-fazowych pod warunkiem, że będą miały wspólny przewód neutralny N.
- praca z L1 (z sieci) – zabezpieczenia oraz przekroje przewodów dobrane zgodnie z wytycznymi dostawcy UPS
- praca z L2 (z UPS) – często w obiektach mamy możliwość wykorzystania mocy innego UPS znajdującego się w pobliżu (moc UPS zasilającego na fazie L2 musi być większa niż moc UPS zasilanego)
- praca z L3 – najczęściej 1-fazowy agregat prądotwórczy dla mocy < 10 kVA musi być przewymiarowany 2-3 krotnie w stosunku do mocy znamionowej UPS
Układ przełącznika faz z zasilaniem z 3 różnych źródeł zasilania (dwustronne zasilanie oraz UPS lub agregat)
Można wykorzystać też układ jak poniżej jeżeli mamy do dyspozycji dwustronne zasilanie obiektu:
Układ automatycznego przełącznika faz z bezpośrednim podłączeniem odbiorów
Należy sprawdzić obciążalność styków przekaźników zainstalowanych wewnątrz automatycznego przełącznika faz, aby uniknąć nadmiernego obciążenia styków. Zasilacze UPS posiadają na wejściu układy filtrów z kondensatorem, w związku z tym powinno się zminiejszyć prąd obciążeniowy styków do odpowiedniej wartości. Dlatego należy przy bezpośrednim podłączeniu automatycznego przełącznika faz zastosować zasilacze UPS o mocy maksymalnie 1500 VA.
Układ automatycznego przełącznika faz z podłączeniem odbiorów o dużej mocy poprzez dodatkowe styczniki
Dla zasilaczy UPS o większej mocy należy zastosować układ automatycznego przełącznika faz z układem dodatkowych styczników zwiększających moc obciążenia.
Ze względu na charakter obciążenia powinno się stosować styczniki przystosowane do podłączenia odbiorów o charakterze pojemnościowym.
