UPS-agregat, współpraca zasilaczy UPS z agregatami prądotwórczymi

UPS-agregat – kiedy się stosuje tego typu połączenie?

UPS-agregat stosuje się w przypadku długotrwałych przerw w zasilaniu, spowodowanych, np. zerwaniem linii napowietrznej, uszkodzeniem linii kablowej czy też awarią stacji elektroenergetycznej.

Zasilacze UPS przyczyniają się do poprawy niezawodności zasilania wrażliwych urządzeń elektrycznych, jednak czas podtrzymania napięcia jakim się charakteryzują, zazwyczaj nie przekracza kilkunastu minut. W większości przypadków przerwy w zasilaniu z sieci elektroenergetycznej nie trwają jednak zbyt długo i wyposażenie instalacji elektrycznej budynku w tego typu rozwiązania jest wystarczające.

W przypadku dłuższych przestojów w dostawie energii elektrycznej, czas podtrzymania zasilania przez zasilacze awaryjne UPS można zwiększyć, podłączając dodatkowe baterie akumulatorów, ale jest to rozwiązanie ekonomicznie nieuzasadnione. Należy również pamiętać, że dodatkowe akumulatory będą wymagały pobrania większej ilości energii, aby się naładować. Innym rozwiązaniem jest stworzenie układu UPS-agregat, poprzez wyposażenie instalacji elektrycznej w zapasowe źródło energii w postaci agregatu prądotwórczego i sterującego nim układu automatyki SZR.

UPS-agregat – jaka jest zasada działania takiego układu?

Działanie tandemu UPS-agregat, czyli systemu zasilania gwarantowanego złożonego z zasilacza UPS oraz agregatu prądotwórczego powinno być następujące:

• po zaniku napięcia w publicznej sieci elektroenergetycznej, odbiorniki kategorii pierwszej podłączone do rozdzielnicy napięcia gwarantowanego (RGN) są zasilane z zasilacza UPS,
• jednocześnie następuje rozruch agregatu prądotwórczego i stabilizacja parametrów jego pracy,
• po ustabilizowaniu się parametrów napięcia generowanego przez agregat prądotwórczy, zasilacz UPS powraca do normalnego trybu pracy i w razie możliwości ładuje baterie akumulatorów.

UPS-agregat jako gotowe zestawy

Układy zasilania UPS-agregat są oferowane jako gotowe zestawy przez część firm zajmujących się projektowaniem i budową systemów zasilania gwarantowanego. Gwarantuje to ich poprawny dobór i pracę w każdych warunkach, do których układy zaprojektowano. Jest to o tyle istotne, że samodzielne skonfigurowanie zestawu UPS-agregat może prowadzić do błędów w jego funkcjonowaniu, np. w przypadku niepoprawnego doboru urządzeń.

Co gorsze, testowanie układu UPS-agregat w czasie uruchamiania instalacji nie daje żadnych gwarancji, że w przyszłości będzie on pracował poprawnie. Późniejszy wzrost obciążenia instalacji, wynikający ze zwiększenia liczby odbiorników kategorii pierwszej, może być źródłem potencjalnych problemów z prawidłowym działaniem systemu zasilania gwarantowanego, wspieranego zapasowym źródłem energii w postaci agregatu prądotwórczego. Możliwa jest sytuacja, że zasilacz UPS po uruchomieniu generatora pozostanie w trybie pracy bateryjnej lub układ sterujący agregatem spowoduje jego wyłączenie po powrocie UPS’a do normalnego trybu pracy.

UPS-agregat – dobór mocy urządzeń

Aby układ UPS-agregat pracował prawidłowo należy przede wszystkim właściwie dobrać moce znamionowe obu urządzeń. Niezbędnym minimum, choć nie gwarantującym bezproblemowej eksploatacji, jest stosowanie jednostek, których stosunek mocy znamionowych wynosi 1:1. Za poprawnie dobrany agregat prądotwórczy uznaje się jednostkę o znamionowej mocy czynnej większej lub równej znamionowej mocy czynnej zasilacza UPS, przemnożonej przez współczynnik przewymiarowania agregatu (1,2–1,7). Jeżeli projekt układu UPS-agregat zakłada, że z agregatu prądotwórczego zasilane będą również odbiory kategorii drugiej, dla których krótka przerwa w dostawie energii nie spowoduje negatywnych skutków, to ich moc trzeba uwzględnić przy doborze generatora.

Dobór agregatu prądotwórczego do współpracy z zasilaczem UPS

Dobór agregatu prądotwórczego zasilającego UPS jest niezwykle istotny. Agregat musi generować napięcie o odpowiednich parametrach, aby zasilacz awaryjny do którego jest podłączony mógł przełączyć się z pracy bateryjnej do normalnego trybu. Dopuszczalny zakres zmian napięcia generowanego przez agregat, zwłaszcza w stanach nieustalonych, musi zawierać się w granicach, jakie zasilacz awaryjny UPS uznaje za prawidłowy. Stabilność napięcia generatora zależy od parametrów układu wzbudzenia oraz od jakości i szybkości działania regulatora napięcia. Agregat prądotwórczy wyposażony w regulator gwarantujący stabilność napięcia na poziomie od 0,5 do 1% powinien prawidłowo współpracować z zasilaczem awaryjnym UPS. Czas regulacji po wystąpieniu zakłócenia, np. gwałtownego wzrostu obciążenia, nie może przekraczać 0,5 s.

Kolejnym istotnym parametrem agregatu prądotwórczego w przypadku pracy w układzie UPS-agregat jest częstotliwość generowanego napięcia, która również powinna charakteryzować się mniejszą zmiennością niż tolerancja zmian częstotliwości napięcia wejściowego zasilacza awaryjnego. Prawidłową współpracę z UPS-em zagwarantują urządzenia wyposażone w elektroniczny regulator prędkości obrotowej. Zawartość wyższych harmonicznych napięcia agregatu prądotwórczego powinna być możliwie najmniejsza. Absolutnym minimum jest spełnienie dopuszczalnego poziomu zniekształceń występujących w napięciu sieciowym. Jeżeli współczynnik THDU napięcia agregatu prądotwórczego wzrośnie, w wyniku obciążenia go odbiorami pobierającymi prąd odkształcony, to automatyka zasilacza awaryjnego UPS może zinterpretować to jako zakłócenie w sieci elektroenergetycznej i przełączyć go na pracę bateryjną.

Dobór zasilacza UPS do współpracy z agregatem prądotwórczym

Dobór zasilacza UPS do układu UPS-agregat jest równie istotny, co wybór właściwego generatora. W przypadku gdy moc znamionowa obu urządzeń jest do siebie zbliżona, istnieje ryzyko chwilowego przeciążenia agregatu w wyniku impulsu prądowego, wywoływanego przez prostownik zasilacza UPS. Agregaty mają wprawdzie pewien margines przeciążenia (zwykle około 110% mocy znamionowej), jednak moc nie może narastać w sposób skokowy. Dlatego zasilacz awaryjny przeznaczony do pracy w układzie UPS-agregat powinien być wyposażony funkcję soft-startu, która zapewni płynny wzrost prądu pobieranego przez prostownik w momencie załączenia zasilacza UPS.

Ponadto, zasilacz UPS dobierany do współpracy z agregatem prądotwórczym musi charakteryzować się możliwie najniższą wartością zniekształceń harmonicznych prądu wejściowego THDI. Równie ważne jest utrzymanie możliwie wysokiej wartości współczynnika mocy cosφ w całym zakresie obciążeń zasilacza, co będzie skutkować zmniejszonym zapotrzebowaniem na moc bierną pobieraną z agregatu. Trzeba bowiem zauważyć, że optymalnym obciążeniem dla generatora jest odbiornik rezystancyjny. Aby przeciwdziałać nadmiernemu zapotrzebowaniu na moc bierną, należy stosować zasilacze UPS wyposażone w układ korekcji współczynnika mocy.

Ostatnim, ale być może najważniejszym kryterium doboru zasilacza awaryjnego, przeznaczonego do pracy w układzie UPS-agregat, jest czas podtrzymania napięcia, który zależy od pojemności zastosowanych baterii akumulatorów. Czas uruchomienia agregatu prądotwórczego i ustabilizowania parametrów jego pracy wynosi ok. 1 minuty, jednak należy tu uwzględnić pewien margines bezpieczeństwa na nieprzewidziane zdarzenia, np. nieudany rozruch agregatu czy opóźnienia zadziałania automatyki SZR. Przyjmuje się, że czas podtrzymania napięcia przez zasilacz awaryjny powinien wynosić co najmniej 5 minut, ale zaleca się jego wydłużenie, zwłaszcza jeśli UPS ma być eksploatowany w instalacjach, w których często dochodzi do przerw w zasilaniu.