Bypassz. Hálózat. Terhelés. Egyenirányító. Inverter. Akkumulátor

Átírás

1 Új generációs statikus UPS család A Balmex Kft. partnere a szünetmentes hálózati energiaellátás terén a Piller Power Systems GmbH, aki piacvezető a nagy megbízhatóságú szünetmentes energiaellátást biztosító rendszermegoldások terén. A Piller cég új generációs statikus kettős konverziójú UPS készüléke - az AP Premium UPS sorozat - új mérföldköveket rak le a megbízhatóság és gazdaságosság terén. AP Premium, 300 kva Az új generációs - AP Premium UPS sorozat a kva teljesítménytartományt fed le, és az alábbi kiemelkedő műszaki paraméterekkel rendelkezik: VFI SS 111 besorolás az IEC illetve EN szabványok szerint, szinuszos hálózati áramfelvétel, a teljes harmonikus áramtorzítás, a THDi kisebb mint 3%, nagy hatásos teljesítmény, 0.9 teljesítmény-tényező a kimeneti oldalon, magas kapacitív terhelhetőség, 95 %-ot elérő, magas hatásfok, 20 %-al nagyobb akkumulátor élettartam, valamint költségtakarékos és rugalmas csatlakozás, EMC Class A osztályba sorolás, választható alsó vagy felső kábelcsatlakozás, kis súly és kis méretek, sokoldalú kommunikációs lehetőségek. Vizsgáljuk meg a fentieket a gyakorlati alkalmazás szempontjából. VFI SS 111 besorolás (azaz háromszoros első osztály) Az IEC illetve EN szabványok célja, hogy pontos információt adjanak az UPS valódi topológiájáról, a különböző gyártók által adott eltérő elnevezések okozta félreértések kiküszöbölése érdekében. A szabvány három különböző szempont szerint sorolja be az UPS-eket, amelyet a három elkülönülő karaktercsoport is tükröz: 1. csoport: A kimenet jellemzőinek függése a hálózati táplálástól: VFI (Voltage and Frequency Independent), azaz a kimeneti feszültég amplitúdója és frekvenciája független a hálózat hasonló paramétereitől (Valódi online, duplakonverziós UPS tulajdonsága). VI (Voltage Independent), azaz az UPS kimenetén mérhető feszültség stabilizált, azaz független a bemeneti feszültségtől, viszont a kimenet frekvenciája függ a táphálózat frekvenciájától (Line-interaktív UPS-re jellemző). VFD (Voltage and Frequency Dependent), azaz a kimeneti feszültég amplitúdója és frekvenciája függ a hálózat hasonló paramétereitől (passzív stand-by/offline UPS-ekre jellemző). 2. csoport: Csoportosítás a létrehozott kimeneti feszültség jelalakja szempontjából: SS A kimeneti feszültség szinuszos, a teljes harmonikus tényező THD, kisebb mint 0.08 (IEC ), mind lineáris, mind pedig nem lineáris terhelés esetén. 1

2 XX A kimeneti feszültség nem szinuszos, a teljes harmonikus tényező THD, nagyobb mint 0.08 nem lineáris terhelés esetén. YY A kimeneti feszültség nem szinuszos, az IEC határértékeinek nem felel meg. A csoportban az első karakter minden esetben a normál, hálózati táplálás megléte esetén fennálló üzemállapotnak, a második karakter pedig az akkumulátoros (hálózati táplálás hiányának megfelelő) üzemállapotra vonatkozik. 3. csoport: Az UPS kimenetének dinamikus viselkedése Az UPS-ek kimenő feszültségének megengedett eltérését a névleges értéktől különböző dinamikus üzemállapotokban toleranciagörbék határozzák meg. Három toleranciagörbe létezik, amelyek közül az 1. osztály (Classification 1) a legszigorúbb, míg a 3. osztály (Classification 3) adja a legnagyobb megengedett eltérést. (2. ábra) 2. ábra: A tolerancia görbék A 3. csoportnak megfelelő kód három karakter tartalmaz, például 123, ahol az egyes karakterek különböző üzemállapotoknak megfelelő vagy 3. osztályba sorolást tartalmazzák. Az első karakter az UPS üzemmód-váltásának hatását mutatja a kimeneti feszültségre (normál üzem akkumulátoros üzem normál üzem). A második karakter lineáris terhelés (100 %-os) UPS-re kapcsolásának és lekapcsolásának hatására megjelenő feszültségingadozás toleranciáját adja meg. A harmadik karakter nem lineáris terhelés (100 %-os) UPS-re kapcsolásának és lekapcsolásának hatására megjelenő feszültségingadozás toleranciáját adja meg. Az alábbi táblázat a lehetséges hálózati zavarok és a különböző besorolású, felépítésű UPS-ek zavarelnyomó képességét foglalja össze. Hálózati zavar Idő IEC besorolás 1 feszültségkimaradás > 10 ms VDF 2 feszültségletörés < 16 ms Feszültség és 3 dinamikus túlfeszültség < 16 ms frekvenciafüggő 4 feszültségcsökkenés folyamatos 5 feszültségemelkedés folyamatos 6 villám impulzus elszórt 7 tranziens < 4 ms 8 frekvenciaváltozás elszórt 9 nagyfrekvenciás feszültségalak torzulás periodikus 10 feszültség harmonikusok folyamatos 2 VI Feszültség független VFI Feszültség és frekvencia független UPS megoldás Offline Line interaktív Online, valós kettős konverziós

3 A Piller AP Premium UPS család besorolása, VFI SS 111, azaz mindhárom csoportosítás szerint a legmagasabb kategóriát éri el. Ez azt jelenti, hogy az UPS kimeneti feszültségének amplitúdója és frekvenciája független a táphálózat hasonló paramétereitől (VFI), az UPS kimenő feszültsége szinuszos, mind normál hálózati üzem, mind pedig akkumulátoros üzem esetén (SS), és az UPS kimeneti feszültségének változása dinamikus üzemállapot és lineáris/nemlineáris terhelésváltozás esetén is megfelel a 1. osztálynak (111). Ezen kívül az AP Premium az 1. táblázatban felsorolt mind a 10 különböző hálózati zavar esetében biztos védelmet nyújt a fogyasztók számára. A kettős konverziójú, valódi On-line UPS Az AP Premium sorozat kettős konverziójú, valódi On-line UPS. Az ábrán látható Hálózat Egyenirányító Bypassz Akkumulátor Inverter Terhelés 3 felépítésű kettős konverziójú UPS-ek esetében a normál üzem során a hálózat egyenirányító akkumulátor -inverter - terhelés útvonalon biztosított az energiaellátás. A hálózati energiaellátás kiesése esetén a terhelés energiaellátása folyamatosan biztosított az akkumulátorinverter-terhelés útvonalon. A hálózati zavar vagy kiesés a fogyasztó üzemét semmilyen mértékben nem befolyásolja, a fogyasztói oldalon a feszültség frekvenciája és amplitúdója állandó. A fogyasztói oldalon bekövetkező rövidzárlat esetén automatikusan bekapcsolódó bypass biztosítja az egyenirányító és inverter védelmét és biztosítja a fogyasztói védelem leoldását. A zárlat okának elhárítása és a védelem visszakapcsolása után az UPS rendszer ismét üzemkész állapotba kerül. Szinuszos hálózati áramfelvétel A hagyományos UPS rendszerek áramfelvétele jelentősen eltér a szinuszos alaktól. Például egy hatütemű egyenirányító felvett áramának teljes harmonikus torzítása THDi=27 %. Még egy 12 ütemű egyenirányító felvett áramának teljes harmonikus torzítása is THDi=12 %. Ez jelentős mértékben megnövelheti a hálózati áram harmonikus tartalmát, ami a hálózat soros impedanciája következében végeredményben a feszültség jelalak torzulását okozza. A hálózati torzítás csökkentése passzív szűrőkörökkel is lehetséges. A szűrőkörök alkalmazása azonban több járulékos probléma megjelenését okozhatja. A különböző hálózatokat a fogyasztók felharmonikus érzékenysége szempontjából osztályokba sorolják. Például 1. osztályú az érzékeny fogyasztói hálózat (pl. laborok), ahol kiemelten fontos az alacsony harmonikus torzítás. Az AP Premium esetében alkalmazott IGTB egyenirányító hálózati áramának teljes harmonikus torzítása, kisebb mint 3%. A szinuszos áramfelvétel előnyt jelent a generátoros táplálás esetén is. Szemben a hagyományos bemenő körű UPS-kel, ahol 1,5-2 szeresen nagyobbra kell méretezni az aggregát teljesítményét, az AP Premium esetén csupán 1,15-ös túlmértezés elegendő. A 6 és 12 ütemű egyenirányítók esetében van még egy hátrányos tulajdonság. A hálózati oldali teljesítménytényező 0.86, ami azt jelenti, hogy az egyenirányító meddő teljesítményt is fogyaszt a hálózatból. Ennek következtében a hálózati veszteségek nőnek, és a védelmeket is nagyobb áramerősségre kell méretezni. Az IGBT

4 egyenirányító esetében a hálózati teljesítménytényező értéke 0.99, azaz gyakorlatilag nincs meddőfelvétel. Összefoglalva a hagyományos UPS-ek magas hálózati torzítása és meddőfelvétele a generátor, a hálózat valamint a védelmek túlméretezését, esetleg utólagos szűrők beépítését igénylik, valamint a hálózaton többletveszteséget okoznak, végeredményben többletköltségekhez vezetnek. Ezzel szemben az IGBT egyenirányítók szinuszos áramfelvétele (THDi < 3%), és 0.99-es teljesítménytényezője következében kis meddőteljesítmény-felvételt jelent, nincs járulékos veszteség az elosztóhálózatban, nincs szükség a generátorok, a kábelek és a védelmek túlméretezésére, nincs szükség utólagos szűrőkörök beépítésére, és nem jelennek meg kommutációs tüskék a hálózaton. Nagy hatásos teljesítmény teljesítménytényező a kimeneti oldalon A 0.9-es kimenő oldali teljesítménytényezőjű UPS 12,5 %-kal nagyobb hatásos teljesítményt képes szolgáltatni - ugyanolyan látszólagos UPS teljesítmény esetén mint egy 0.8-as teljesítménytényezőjű hagyományos UPS. Nagy kimeneti hatásos teljesítmény kapacitív terheléskor A tapasztalatok szerint a modern szerver és számítógépközpontok egyre inkább kapacitív viselkedésűek a hálózat felé. A géptermek teljesítménytényezője ezért tipikusan 0.9 kapacitív és 1 között változik. Az UPS terhelési jelleggörbéje a kapacitív terhelési tartományban elhajlik és a teljesítménytényező csökkenésével (egyre kapacitívabb terhelés) egyre kisebb hatásos teljesítményt képes szolgáltatni. Az AP Premium UPS-ek kimenő szűrőkörének méretezése következtében akár 20 %-al magasabb kapacitív terhelhetőséget tesz lehetővé, és ennek következében az ugyanolyan látszólagos teljesítményű más UPS-ekhez képest nagyobb hatásos teljesítményt képesek szolgáltatni. Nagy hatásfok Az UPS rendszer hatásfoka közvetlen kapcsolatban van az üzemeltetési villamos energiaköltséggel és a légkondícionáló berendezés szükséges beépítendő teljesítményével. A nagyobb hatásfok kisebb légkondícionáló berendezést jelent, ami járulékos költségmegtakarítást eredményez, mind a telepítési, mind pedig az üzemeltetési költségekben. 95 %-os hatásfokával az AP Premium új mérföldköveket határoz meg az UPS szektorban. A magas hatásfok az AP Premium esetében párosul azzal, hogy a hatásfok csak kismértékben csökken a részleges terhelési tartományban. Ennek következtében a redundáns, túlméretezett rendszerekben is jelentős energiamegtakarítás várható az AP Premium UPS készülékektől. Költségtakarékos és rugalmas akkumulátorcsatlakozás Az UPS akkumulátorok méretezésénél és kiválasztásánál gyakori probléma, hogy a megrendelő által kívánt áthidalási idő a merev cellaszám miatt, csak jelentősen túlméretezett akkumulátoregységgel biztosítható, és ez egyben többletköltséget is jelent. Az AP Premium esetében az akkumulátorcellák száma rugalmasan és kis egységben változtatható, ennek következtében pontosan akkora áthidalási idő alakítható ki, amennyire éppen szükség van. Így a rendszer sokkal versenyképesebb áron, akkumulátortúlméretezés nélkül vásárolható meg. 4

5 Ezen kívül az új, továbbfejlesztett elektronika következtében a DC körben nem alakul ki áramhullámosság, ami az akkumulátor melegedéséhez és gyorsabb öregedéséhez vezet. Mindez azt eredményezi, hogy az akkumulátor élettartama kb. 20 %-kal megnő, és végső soron csökken az UPS üzemeltetési költsége. EMC Class A osztályba sorolás EMC zavarkibocsátás szempontjából az AP Premium UPS-ek megfelelnek a nagyon szigorú A osztály (Classe A) követelményeinek, sőt külön igény esetén a B osztály (Classe B) követelményeinek is. Mind az A, mind pedig a B osztály megfelel az ún. korlátozás nélküli üzem előírásainak. A korlátozás nélküli üzem azt jelenti, hogy a gyártó garanciát vállal a megfelelő EMC előírások betartására. Az EMC szempontjából legengedékenyebb ún. korlátozott üzem EMC kategória esetében az UPS üzemeltetőjének kell garantálnia azt, hogy a hálózaton az EMC előírások betartásra kerülnek és a megfelelő EMC interferencia elnyomás teljesül. Kisebb, de fontos előnyök Az UPS villamos csatlakoztatása nem mindig oldható meg alulról. Hagyományos UPSek esetében a felső csatlakozás kiépítésekor külön csatlakozódoboz telepítése szükséges. Az AP Premium választható alsó vagy felső kábelcsatlakozással rendelkezik és így a felső csatlakoztatás ugyanolyan egyszerűen megvalósítható, mint az alsó. Az AP Premium kisebb alapterületet foglal el, mint hasonló teljesítményű elődei, és kisebb súlya kedvezőbbé és egyszerűbbé teszi a szállítást és a helyszíni installációt. Az AP Premium tulajdonságait a sokoldalú kommunikációs lehetőségek teszik teljessé. Az integrált kommunikációs kártya a modern kommunikációs követelményeknek maximálisan megfelel. A kommunikációs kártya tartalmaz 8 digitális és 2 analóg bemenetet, továbbá 9 váltóérintkezős bináris kimenetet, valamint RS232/RS485 interfészt, továbbá a kártya elő van készítve az SNMP adapter fogadására, amely Ethernet hálózaton is biztosítja az adatkommunikációt. Az opcionálisan vásárolható I/O kártya segítségével további analóg és digitális be- és kimeneti csatornák, valamint 4 hőmérsékletmérésre alkalmas bemenet is rendelkezésre áll. A kommunikációs lehetőségeket modem PCMCIA slot-on keresztül történő csatlakoztatása teszi teljessé. Minden AP Premium UPS redundáns szellőzőventillátorokkal és redundáns tápegységekkel van ellátva, ami a lehető legnagyobb megbízhatóságot garantálja. Az AP Premium család tulajdonságait az opcionálisan rendelhető kiegészítők teszik teljessé: külső kézi bypass külön szekrényben, több UPS párhuzamos üzemeltetése, igény esetén külső kimenőoldali transzformátor külön szekrényben, akkumulátor hőmérséklet érzékelő, külső kijelző hátralévő akkumulátoros idő megjelenítéséhez, külső távirányító panel, EMC B osztályú zavarszűrés külső házban, Külső burkolat egyedi színben. További információval a Balmex Kft. munkatársai készséggel állnak rendelkezésre. Schandl László Balmex Kft. a részterhelés miatt a tápegységek 5