Zasilacze UPS oraz baterie akumulatorów w układzie zasilania gwarantowanego. Zeszyty dla elektryków - nr 4

rok wydania: 2008, wydanie pierwsze
ilość stron: 215
ISBN: 978-83-926815-2-6
format: 23x16 cm
oprawa: miękka

Ze wstępu
Podstawowym kryterium zapewniającym ciągłość zasilania jest wysoka niezawodność urządzeń zasilających. Nie bez znaczenia jest również jakość dostarczanej energii elektrycznej, od której zależy poprawne funkcjonowanieszeregu odbiorników elektrycznych. Wprawdzie parametry jakościowe napięcia zasilającego zostałyokreślone w normie PN-EN 50160 „Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych” oraz normie PN-EN 61000 „Kompatybilność elektromagnetyczna”, a także w rozporządzeniu Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 roku w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego [DzU Nr 93/2007, poz. 623], to jednak dla wielu czułych odbiorników są one niewystarczające. Dokumenty te określają wymagania możliwe do spełnienia przez dostawcę energii elektrycznej. Nie obejmują one jednak zaburzeń powstałych wskutek różnych zjawisk losowych oraz powodowanych przez czynniki atmosferyczne.

Jakość dostarczanej energii elektrycznej ma znaczący wpływ na poprawną pracę oraz na trwałość zasilanych odbiorników. Wahania napięcia oraz wyższe harmoniczne są powodem zakłóceń oraz przedwczesnego zużywania się wielu odbiorników. Wprawdzie normy i przepisy precyzyjnie określają parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych, ale brak przepisów wykonawczych, które stanowiłyby podstawę egzekwowania od odbiorców filtrowania wprowadzanych do sieci zakłóceń powoduje, że parametry dostarczanej energii znacząco odbiegają od wymagań formalnych.

Najbardziej niebezpieczne dla czułych urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych są krótkie przerwy w zasilaniu oraz ich szczególne przypadki określane jako zapady napięcia. Wszelkie zakłócenia oraz przerwy w dostawie energii mają również wpływ na niezawodność pracy urządzeń elektrycznych. Zakłócenia przychodzące z sieci zasilającej mogą być przyczyną przerw w produkcji spowodowanych awariami urządzeń zasilających.

W przypadku zasilania odbiorników wymagających wysokiej niezawodności zasilania konieczne staje się projektowanie układów zasilających pozwalających na wyeliminowanie zakłóceń przychodzących z sieci zasilającej lub przerw w dostawie energii elektrycznej spowodowanych awarią tej sieci.
Do takich odbiorników należy zaliczyć przede wszystkim:

• centra przetwarzania informacji,
• centrale telefoniczne,
• szpitale,
• komendy policji oraz jednostki straży pożarnej,
• zakłady produkcyjne o ciągłym procesie technologicznym,
• urządzenia przeciwpożarowe instalowane w obiektach budowlanych.

W przypadku obiektów budowlanych łączności, wymagania w zakresie zasilania w energię elektryczną zostały jednoznacznie określone w rozporządzeniu Ministra Łączności z dnia 21 kwietnia 1995 roku w sprawie warunków technicznych zasilania w energię elektryczną obiektów budowlanych łączności [DzU Nr 50/1995 poz. 271]. Natomiast w przypadku innych obiektów budowlanych sposób zasilania należy opracować na etapie koncepcji projektowej w uzgodnieniu z inwestorem oraz użytkownikiem.

Często w obiekcie budowlanym lub budynku zachodzi konieczność wykonania układu zasilania gwarantowanego obejmującego tylko wybrane odbiorniki. Projektując układ zasilania gwarantowanego należy mieć świadomość, że zasilacz UPS lub siłownia telekomunikacyjna wyposażona jest w baterie akumulatorów, które stanowią magazyn energii elektrycznej. Baterie te są ładowane określonym prądem, który powoduje, wskutek zachodzących reakcji elektrochemicznych, wydzielanie wodoru.

Wydzielający się wodór z ładowanych baterii może stwarzać zagrożenie wybuchowe w przypadku przekroczenia stężenia 4,1% określanego Dolną Granicą Wybuchowości (DGW). Powoduje to konieczność zaprojektowania skutecznej detekcji stężenia wodoru oraz odpowiedniej wentylacji pomieszczeń bateryjnych. Poza tym pracujące zasilacze UPS lub siłownia telekomunikacyjna powodują wydzielanie określonej ilości ciepła, które należy odprowadzić.

Stan ten powoduje, że pomieszczenie zasilaczy UPS lub siłowni telekomunikacyjnej oprócz wentylacji musi zostać wyposażone w klimatyzację, dzięki czemu można będzie utrzymać właściwą wilgotność oraz temperaturę powietrza wymaganą dla poprawnej pracy zasilaczy oraz baterii akumulatorów. W celu przybliżenia tych problemów w niniejszej publikacji zostały opisane podstawowe wymagania w zakresie jakości energii, niezawodności zasilania, funkcjonowania zasilaczy UPS, doboru i eksploatacji baterii akumulatorów oraz wymagania w zakresie wentylacji i klimatyzacji pomieszczeń przeznaczonych do instalowania źródeł zasilania gwarantowanego.

Na końcu publikacji został zamieszczony przykładowy projekt zasilania gwarantowanego opracowany i zrealizowany przeze mnie w zakładzie produkującym folię do pakowania żywności. Projekt ten został opublikowany w 2008 roku w serii wydawniczej „Copper Leonardo Energy”.

W imieniu swoim i współautora składam serdeczne podziękowania Panom: mgr. inż. Leszkowi Bożkowi, mgr. inż. Antoniemu Czerwińskiemu, a także prezesowi O/Warszawa Stowarzyszenia Polskich Energetyków mgr. inż. Witoldowi Zdunkowi za wnikliwą analizę treści oraz cenne uwagi, które pozwoliły na stworzenie ostatecznej wersji tej książki.

Julian Wiatr

Spis teści
Wstęp 7
1. Jakość energii elektrycznej / 9
1.1. Parametry oceny jakości elektrycznej wg PN-EN 50160 i innych dokumentów / 9
1.2. Parametry jakościowe energii elektrycznej wg rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego [DzU Nr 93/2007 poz. 623] / 14
1.3. Wpływ wahania napięcia na pracę niektórych odbiorników / 18
1.4. Harmoniczne i ich wpływ na pracę urządzeń oraz instalacji / 21
1.5. Interharmoniczne i subharmoniczne / 34
1.6. Skutki wahania napięcia dla innych urządzeń elektrycznych / 36
1.7. Zabezpieczenia odbiorników energii elektrycznej od skutków złej jakości energii elektrycznej / 37
1.7.1. Zabezpieczenia wewnętrzne / 37
1.7.2. Zabezpieczenia scentralizowane / 38
2. Niezawodność zasilania / 39
3. Koncepcja zasilania / 47
4. Zasilacze bezprzerwowe (UPS) / 49
4.1. Wymagania stawiane zasilaczom UPS / 49
4.1.1. Wykaz danych technicznych UPS deklarowanych przez producenta / 51
4.2. Podstawowe typy zasilaczy UPS / 56
4.3. Układy redundantne UPS 59
4.4. Przykłady układów zasilania gwarantowanego o zwiększonej niezawodności / 63
4.5. Nowoczesne technologie stosowane w zasilaczach UPS / 67
4.5.1. HotSync™ – system pracy równoległej UPS Powerware / 67
4.5.2. Technologia HotSync™ – zasada działania / 69
4.5.3. ABM™ (Advanced Battery Management) system nieciągłego ładowania baterii / 70
4.6. Zasady doboru zasilaczy UPS / 72
4.6.1. Algorytm doboru zasilaczy UPS / 72
4.6.2. Dobór mocy zasilacza UPS / 78
4.6.2.1. Zasady obliczania wymaganej mocy dysponowanej / 78
4.6.2.2. Zakres dopuszczalnego współczynnika mocy na wyjściu zasilacza UPS / 81
4.6.3. Podstawy funkcjonalne zasilaczy UPS marki Powerware / 83
4.6.3.1. Funkcje elektryczne / 83
4.6.3.2. Opis pracy UPS w technologii beztransformatorowej / 89
4.7. Zasilacze DC – siłownie telekomunikacyjne (STK) / 101
5. Baterie stacjonarne – akumulatory / 104
5.1. Baterie kwasowo-ołowiowe / 106
5.1.1. Budowa akumulatora bezobsługowego VRLA / 107
5.2. Porównanie baterii klasycznych VLA i baterii z regulowanym zaworem VRLA / 108
5.2.1. Porównanie baterii VRLA w wykonaniu AGM i żelowych / 109
5.2.2. Zastosowania akumulatorów VRLA / 110
5.2.3. Ładowanie baterii / 111
5.2.4. Rozładowanie baterii / 111
5.2.5. Warunki pracy akumulatorów VRLA / 113
5.2.6. Procesy cieplne w akumulatorach VRLA 113
5.2.7. Problemy występujące przy eksploatacji akumulatorów VRLA 114
5.2.8. Składowanie / 114
5.3. Dobór baterii akumulatorów do zasilacza UPS / 115
5.3.1. Elementy wpływające na dobór baterii akumulatorów / 115
5.4. Wymagania techniczne wyboru baterii akumulatorów (diagram) / 119
5.5. Dobór baterii do systemu UPS / 120
5.6. Dobór wentylacji pomieszczenia systemu baterii VRLA / 125
5.6.1. Lista kontrolna systemu wentylacji baterii VLRA / 125
5.6.2. Obliczenia wentylacji pomieszczenia baterii VRLA / 127
5.6.3. Wyznaczenie bezpiecznej odległości od źródeł inicjacji wybuchu / 129
5.7. Pomiary i monitorowanie baterii akumulatorów / 129
5.7.1. Pomiary akumulatorów AGM / 131
5.7.2. Detekcja upływności doziemnej obwodów bateryjnych DC w zasilaczach UPS / 132
5.7.3. Diagnostyka pomiędzy testami pojemności (monitoring) akumulatorów AGM / 132
5.7.4. Kontrola okresowa akumulatorów AGM / 133
5.7.5. Instalacja i przekazanie do ekspolatacji / 133
5.7.6. Instrukcja obsługi baterii kwasowo-ołowiowych / 134
5.8. Alternatywne magazyny energii / 137
5.8.1. Ogniwa paliwowe / 137
5.9. Ważniejsze definicje dotyczące baterii akumulatorów i zasobników energii / 140
5.10. Akty prawne i regulacje dotyczące baterii akumulatorów / 141
5.11. Badanie i pomiary baterii akumulatorów / 142
5.11.1. Pomiar napięcia ogniw i monobloków akumulatorów / 142
5.11.2. Pomiar rezystancji połączeń wewnątrz baterii akumulatorów / 142
5.11.3. Pomiar pojemności baterii akumulatorów / 142
5.11.4. Pomiar rezystancji izolacji baterii akumulatorów w stosunku do ziemi / 142

DODATKI
Dodatek 1.: Projektowanie i badanie ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych przez samoczynne wyłączenie zasilania o układzie TN, zasilanych przez UPS / 145
Dodatek 2.: Ochrona przepięciowa w instalacjach napięcia awaryjnego i gwarantowanego / 150
Dodatek 3.: Zasady instalowania przeciwpożarowego wyłącznika prądu oraz uzgadniania projektu budowlanego pod względem przeciwpożarowym / 155
Dodatek 4.: Zagrożenie wybuchowe od wodoru wydzielanego podczas ładowania akumulatorów / 161
Dodatek 5.: Dobór mocy zespołu prądotwórczego / 167
Dodatek 6.: Rodzaje mocy zespołu prądotwórczego / 175
Dodatek 7.: Obliczanie mocy zapotrzebowanej przez sprzęt komputerowy / 178
Dodatek 8.: Konfiguracje układów zasilania lokalnych sieci komputerowych (LAN) / 182
Dodatek 9.: Zmiany dotyczące wymagań w zakresie instalacji elektrycznych wynikające z projektu rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 9.05.2008, zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać
budynki i ich usytuowanie / 185
Literatura / 188

PROJEKT
Układ zasilania gwarantowanego ciągu technologicznego w zakładzie produkcyjnym 191
 
Przeczytaj recenzję w elektro.info