Zasilanie gwarantowane

2. Rozwiązania z zakresu zasilania gwarantowanego

 

2.1. Zasilanie gwarantowane - Systemy UPS

Współczesny rynek pozwala wybrać urządzenia UPS o dowolnych charakterystykach i cenie. Wyróżnia się 3 podstawowe topologie tych urządzeń:

• OFF-LINE
• LINE-INTERACTIVE
• ON-LINE

Najpowszechniej stosowanym rozwiązaniem, biorąc pod uwagę liczbę użytkowanych urządzeń, są zasilacze UPS wykonane w technologii OFF-LINE. Dominują one w przypadku stosowania wariantu zasilania rozproszonego, choć coraz częściej użytkownicy decydują się na zasilacze zbudowane w topologii LINE-INTERACTIVE. Stosowanie zasilania centralnego praktycznie wymusza wykorzystanie urządzeń UPS w topologii ON-LINE.

W przypadku technologii OFF-LINE cały układ podłączony do urządzenia UPS zasilany jest bezpośrednio z sieci, akumulatory są stale ładowane, a przełącznik kontroluje napięcie na wejściu. W razie jego zaniku lub wzrostu odłącza zasilanie z sieci i przechodzi w stan pracy akumulatorowej. W tym stanie napięcie zmienne podawane na wyjście jest wytworzone poprzez falownik z napięcia stałego akumulatora.

Zasilacze UPS LINE-INTERACTIVE są najczęściej stosowane do zabezpieczania takich elementów systemu teleinformatycznego, jak serwery, wysoko wydajne stacje robocze i inne istotne punkty systemu teleinformatycznego. W czasie zaniku napięcia zapewniają szybkie przełączenie na zasilanie z falownika, który jest zsynchronizowany z siecią zasilającą. Podłączony równolegle do napięcia zasilania falownik umożliwia ładowanie baterii akumulatorów. Zasilacze tego typu cechują się wysoką sprawnością, ale w porównaniu z topologią ON-LINE mają gorsze właściwości filtrujące.

W przypadku technologii ON-LINE układ podłączony na wyjściu jest całkowicie odseparowany od napięcia wejściowego, działając na zasadzie podwójnego przetwarzania. Zmienne napięcie sieciowe przetwarzane jest na napięcie stale w układzie prostownikowym, a następnie z tego stałego napięcia w układzie falownikowym jest wytwarzane napięcie zmienne. Układ taki zapewnia stabilność napięcia na wyjściu oraz równomierność obciążenia faz napięcia wejściowego. W przypadku zaniku napięcia sieciowego układ przechodzi na pracę z baterii. Urządzenia UPS w tej technologii zapewniają ochronę przed wszelkimi zakłóceniami. Jest to układ obecnie najczęściej stosowany.

W zakresie mocy powyżej 10kVA najczęściej stosowane są urządzenia UPS wykorzystujące podwójną konwersję (DOUBLE CONVERSION ON-LINE). W przypadku układu z zasilaczem ON-LINE z podwójną konwersją awaria zewnętrznego zasilania zmiennoprądowego nie powoduje zadziałania przełącznika źródeł zasilania, ponieważ zasilanie zewnętrzne służy do ładowania zapasowego akumulatora, zasilającego inwerter wyjściowy. Dlatego też przełączenie następuje natychmiast. W tej konstrukcji zarówno układ ładujący akumulator, jak i inwerter przetwarzają całą moc obciążenia, co prowadzi do obniżenia sprawności oraz związanego z tym zwiększonego wytwarzania ciepła.

Ten zasilacz UPS oferuje niemal idealne parametry elektryczne na wyjściu. Jednak stałe zużycie, jakiemu podlegają poszczególne elementy układu mocy, zmniejsza niezawodność w porównaniu z innymi konstrukcjami, a energia tracona na skutek niższej sprawności elektrycznej stanowi istotny składnik ogólnych kosztów w cyklu użytkowym. Ponadto moc wejściowa pobierana przez duży układ ładowania akumulatora ma często charakter nieliniowy i może generować zakłócenia w instalacji zasilania budynku lub powodować problemy z generatorami rezerwowymi.

Zasilacz UPS ON-LINE z konwersją delta jest nowszą technologią wprowadzoną celem wyeliminowania wad zasilaczy ON-LINE z podwójną konwersją. Technologia ta dostępna jest w przedziale mocy od 5kVA do 1,6MVA. Zasilacze UPS z konwersją delta są podobne do zasilaczy z podwójną przemianą energii, ponieważ napięcie obciążenia zawsze pochodzi z inwertera. Jednak zasilanie na wyjście inwertera dostarcza również dodatkowy przetwornik delta. W przypadku awarii lub zakłóceń zasilania zmiennoprądowego konstrukcja ta reaguje tak samo, jak zasilacz ON-LINE z podwójną konwersją.

Poszczególne typy zasilaczy UPS nadają się do różnych zastosowań, a zasilacz jednego typu nie spełni wszystkich specyficznych oczekiwań. Dlatego też szczególnie ważne jest skorzystanie w fazie koncepcyjnej z usług specjalistów, którzy przeprowadzą stosowne audity i doradzą najlepsze rozwiązanie. Posiadając zespół ponad 30 inżynierów w dziedzinie zasilania gwarantujemy pierwszorzędną jakość zrealizowanych wdrożeń.

 

2.2. Agregaty prądotwórcze i układy automatyki przełączającej.

Agregaty prądotwórcze stosuje się jako rezerwowe źródło energii elektrycznej w sytuacji, gdy wymagane jest podtrzymanie napięcia przez czas dłuższy, niż mogą to zapewnić urządzenia UPS. Agregat stanowi źródło zasilania energią elektryczną z możliwym bardzo długim czasem podtrzymania. Automatyka sterująca pracą agregatów gwarantuje szybki i niezawodny rozruch z czasem dostarczenia napięcia na odbiorniki od kilku do kilkunastu sekund od momentu zaniku prądu w sieci. Umożliwia także regulowanie czasu reakcji, co zapobiega niepotrzebnemu uruchamianiu urządzenia podczas chwilowych przerw w dostawie energii elektrycznej. Może zapewnić kontrolę obsługi układu sterującego przez komputer osobisty lub GSM oraz pełną kontrolę pracy silnika z opcją powiadamiania alarmowego.

Eksperci KLK S.A. w celu wyboru dla Klienta określonego agregatu prądotwórczego poddają wnikliwemu badaniu zapotrzebowanie na moc odbiorników elektrycznych, które będą nim zasilane. Pomiary elektryczne dokonuje się w momencie rozruchu określonego odbiornika lub grupy odbiorników. Następnie sumowane są moce poszczególnych odbiorników jednofazowych i trójfazowych. Najlepszym wyborem jest agregat prądotwórczy, którego moc będzie przewyższać łączne zapotrzebowanie zasilanych urządzeń o 20-30 proc. Rezerwę mocy tej wysokości stosuje się na wypadek ewentualnego przyłączenia dodatkowych odbiorników. Następnie konieczne jest ustalenie, czy agregat ma pracować wewnątrz budynku czy na zewnątrz i w jaki sposób będzie uruchamiany (ręcznie - linką lub automatycznie - za pomocą układu samoczynnego załączenia rezerwy - SZR). Pomieszczenie dla agregatu powinno zostać zaprojektowane zgodnie z obowiązującymi przepisami i normami (m. in. Polska Norma PN-ISO 9836:1997 "Właściwości użytkowe w budownictwie. Określenie wskaźników powierzchniowych i kubaturowych"). Powinny zostać uwzględnione zalecane minimalne wymiary pomieszczenia. Należy spełnić warunki odpowiedniej wentylacji oraz wyprowadzenia spalin na zewnątrz. Drzwi pomieszczenia powinny mieć odpowiednią szerokość, a podłoże być niepalne i gwarantować możliwość zamocowania generatora oraz izolowanie jego drgań. Niezbędne jest zbudowanie instalacji doprowadzającej powietrze potrzebne do procesu spalania paliwa w silniku spalinowym i jego chłodzenia. Konieczne jest również wykonanie instalacji odprowadzającej spaliny na zewnątrz budynku, zgodnie z zasadami ochrony środowiska. Przed podłączeniem agregatu do sieci należy uzyskać pozwolenie od dystrybutora energii elektrycznej na jego zainstalowanie.

Agregaty prądotwórcze oferowane są również na podwoziach jezdnych. Zastosowanie takiego urządzenia umożliwia jego transport i pozwala uruchomić go w dowolnym miejscu. Jeśli agregat pracuje na zewnątrz, należy wyposażyć go w układ podgrzewania bloku silnika, zapewniający prawidłowy rozruch agregatu w niskich temperaturach.

Eksperci firmy KLK S.A., kierując się wieloletnim doświadczeniem, podczas projektowania układów zasilania gwarantowanego z generatorami prądotwórczymi uwzględniają nie tylko kwestie związane z instalacją elektryczną dla agregatu, ale również:

• możliwość zainstalowania czerpni i wyrzutni powietrza,
• możliwość wyprowadzenia komina dla odprowadzenia spalin,
• możliwość tankowania zbiornika paliwa dla w/w agregatu,
• wpływ agregatu na komfort pracy osób znajdujących się w pobliżu pomieszczenia, w którym znajduje się pracujący agregat (hałas),
• specyficzne kwestie współpracy agregatu z zasilaczami UPS.

Zasygnalizowane zagadnienia pozwalają przybliżyć złożoność realizacji projektów systemu zasilania gwarantowanego. Dają również pojęcie tego, jak wiele kwestii trzeba zaplanować by otrzymać system zasilania gwarantowanego odpowiadający potrzebom Klienta.

 

2.3. Automatyka sterująca załączeniem zasilania rezerwowego (SZR), moduły obejściowe

Wymagania związane z niezawodnością i ciągłością zasilania wielu obiektów są coraz większe, dlatego odbiorcy często decydują się na zastosowanie układów eliminujących dłuższe przerwy w zasilaniu. Jednym z rozwiązań są układy Samoczynnego Załączenia Rezerwy SZR. W wielu przypadkach są to dość drogie i skomplikowane układy, które mają zastosowanie w dużych budynkach użyteczności publicznej i obiektach przemysłowych. Często zdarzają się jednak aplikacje, w których nie ma potrzeby inwestowania w tego typu rozwiązania, a wystarczy jedynie zaprojektować prosty układ automatyki oparty na monitorowaniu napięcia oraz realizacji załączenia rezerwowego źródła energii elektrycznej i powrotu podstawowego zasilania.

W przypadku dużego obniżenia napięcia lub całkowitego jego braku w podstawowym źródle zasilania układ SZR ma za zadanie utrzymać ciągłość zasilania dla najważniejszych odbiorców energii elektrycznej. Cały proces automatyki polega na przełączeniu odbiorów z podstawowego źródła zasilania na rezerwowe. Powoduje to minimalizację przerw w dostawie energii odbiorcom w stanach awaryjnych oraz podczas przełączeń planowych.

Tworzenie układów Samoczynnego Załączania Rezerwy SZR wiąże się z ogromną odpowiedzialnością i musi być udokumentowane zgodnością z odpowiednimi normami. Podstawową normą, którą należy kierować się przy projektowaniu i wdrażaniu układów SZR jest norma numer PN-EN 60947-6-1 "Aparatura rozdzielcza i sterownicza niskonapięciowa. Łączniki wielozadaniowe. Automatyczne urządzenia przełączające.". Z uwagi na swoją specyfikę układy te muszą spełniać dodatkowo dwie bardzo ważne dyrektywy:

1. 1. 7323/EEC Dyrektywa Rady z dnia 19 lutego 1973 r. w sprawie harmonizacji ustawodawstwa Państw Członkowskich dotyczących wyposażenia elektrycznego przewidzianego do stosowania w niektórych granicach napięcia (tzw. dyrektywa nisko napięciowa),
2. 2. 89/336/EEC Dyrektywa Rady z dnia 3 maja 1989 r. w sprawie ujednolicenia przepisów prawnych Krajów Członkowskich w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej.

Wymienione dokumenty jednoznacznie określają wymagania, które muszą spełniać układy SZR. Aby zapewnione było bezpieczeństwo aplikacja powinna posiadać blokady uniemożliwiające załączenie obydwu obwodów zasilania na linię odbiorczą: blokada mechaniczna lub blokada elektryczna pomiędzy stycznikami lub wyłącznikami oraz blokada programowa w urządzeniu sterującym. Kolejny ważnym wymaganiem jest kontrola stanów członów wykonawczych, czyli badanie położenia styczników (ON/OFF) oraz w przypadku wyłączników - stanu wyzwolenia. Zapewnieniu bezpieczeństwa służy również możliwość współpracy układów SZR z wyłącznikami przeciwpożarowymi. Algorytm programu musi również posiadać możliwość ustawiania przerw czasowych pomiędzy załączeniami, a powrotem napięcia podstawowego. Pozwala to uniknąć wyłączeń obwodów zasilania w przypadku wahań napięć zasilania podstawowego i rezerwowego. Aby zachowana została ciągłość zasilania normy precyzują wymagania dotyczące zapewnienia pracy układu SZR z samopowrotem i bez samopowrotu napięcia zasilania podstawowego.

Aby układ SZR dobrze spełniał swoją rolę źródło zasilania rezerwowego powinno posiadać moc, która zapewni prawidłową pracę przyłączonych urządzeń. W przypadku, gdy zasilanie rezerwowe nie posiada takiej mocy, układ SZR należy wyposażyć w dodatkową automatykę wyłączającą mniej ważne odbiory.

Na podstawie informacji o poziomie napięcia układ automatyki podejmuje decyzję o przełączeniu obciążenia na zasilanie rezerwowe. Bardzo ważnym elementem przy projektowaniu prostych układów SZR jest czas działania, czyli okres od chwili powstania zakłócenia, które uruchamia działanie automatyki, do momentu przywrócenia zasilania na skutek załączenia toru zasilania rezerwowego. Należy tutaj wziąć pod uwagę pewną zwłokę czasową będącą zabezpieczeniem przed niepotrzebnymi przełączeniami.

 

2.4. Dedykowane sieci zasilania gwarantowanego

Prawidłowo zaprojektowana i wykonana instalacja elektryczna stanowi krwioobieg organizmu, jakim jest system zasilania gwarantowanego. Poniżej zaprezentujemy kilka podstawowych charakterystyk wyróżniających instalację elektryczną systemu zasilania gwarantowanego od "zwykłych" instalacji elektrycznych. Z uwagi na szczególne wymagania, co do niezawodności systemu zasilania gwarantowanego oraz specyfiki zasilanych urządzeń, instalacja zasilająca spełniać musi również podwyższone wymagania, takie jak:

• ochrona przeciwprzepięciowa - zalecana dla każdej rozdzielnicy,
• charakterystyki zabezpieczeń (np. popularne S o charakterystyce B absolutnie się nie nadają);
• selektywność działania zabezpieczeń,
• odpowiednie przekroje przewodów w tzw. WLZ (czyli głównych liniach zasilających tablice) - wskazane jest, aby przewód N (neutralny) miał większy przekrój niż przewody fazowe;
• do łączenia S-k wewnątrz tablic stosuje się fabryczne mostki,
• w układach SZR stosuje się przełączniki lub wyłączniki z napędem silnikowym,
• posiadanie podwójnego źródła zasilania (stosowane coraz częściej),
• w instalacjach elektrycznych dedykowanych dla Data Center stosuje się listwy zasilające renomowanych producentów - najlepiej dodatkowo z nadzorem po LAN.

Prezentowane wymagania dla instalacji elektrycznej dedykowanej systemowi zasilania gwarantowanego obejmują jedynie kilka podstawowych wytycznych. Całość zagadnienia jest niezwykle skomplikowana i obejmuje szereg zagadnień, do których odpowiedniego zaplanowania jest wymagane duże doświadczenie i fachowa wiedza.

 

2.5. Modernizacja instalacji elektrycznych - przystosowanie do pracy w ramach zasilania gwarantowanego.

Doświadczenie inżynierów KLK S.A. jest szczególnie cenne w przypadku, kiedy Klient posiada starą instalację elektryczną, a spodziewa się najnowocześniejszego sprzętu, zaawansowanych przełączników i doskonałych UPS. Podejmujemy się wtedy projektów modernizacyjnych.

Niestety z uwagi na ogromne zapotrzebowanie i gęstość mocy nowoczesnego sprzętu niewiele istniejących obiektów umożliwia łatwe uzyskanie dodatkowej mocy. Tym samym niewiele istniejących instalacji nadaje się do zaadoptowania na potrzeby teleinformatyki. Najlepszą metodą jest wybudowanie sieci od nowa - i takie rozwiązanie najczęściej polecamy Klientom.

 

2.6. Integracja z pozostałą infrastrukturą techniczną budynku

System zasilania gwarantowanego nie może istnieć "w próżni" - musi współpracować z pozostałymi instalacjami infrastruktury technicznej obiektu. O ile powiązania z instalacją elektryczną są oczywiste to powiązanie z systemem pożarowym, czy wentylacją już niekoniecznie.

Zasilacze UPS czy też generatory prądotwórcze stanowią z punktu widzenia ochrony przeciwpożarowej znaczne zagrożenie. Dlatego też w pomieszczeniach, gdzie są zlokalizowane konieczne jest zainstalowanie czujek pożarowych. Bardzo istotne jest również wykonanie instalacji do awaryjnego wyłączania źródeł zasilania gwarantowanego w razie pożaru - wyłączniki pożarowe powinny znajdować się w miejscu zlokalizowania głównego wyłącznika prądu obiektu i być wyraźnie oznakowane.

Ponadto konieczna jest instalacja systemów odprowadzających spaliny (z agregatu prądotwórczego) oraz klimatyzacji pozwalającej na odbiór ciepła z poszczególnych jego źródeł (pomieszczenia z urządzeniami UPS) w systemie zasilania gwarantowanego.

Kluczowe jest takie zaprojektowanie integracji z infrastrukturą techniczną budynku, by osiągnąć maksymalną wydajność systemu zasilania gwarantowanego, jak również nie blokować jego dalszego rozwoju w miarę zwiększania się potrzeb organizacji.

KLK S.A. posiada niezbędne kompetencje umożliwiające zintegrowanie monitoringu systemu zasilania gwarantowanego z systemem BMS budynku.