s y s t e m y g w a r a n t o w a n e g o z a s i l a n i a
s y s t e m y g w a r a n t o w a n e g o z a s i l a n i a
wpływ rozwiązań technicznych
UPS-ów na ich własności
część 2
prof. dr hab. inż. Antoni Dmowski, mgr inż. Mariusz Kłos, mgr inż. Tomasz Dzik  Politechnika Warszawska
wielu publikacji na ten temat poda- ne z wykorzystaniem techniki ana-
ochrona praca równoległa UPS-ów
nych w [7]. Rysunki 1a, b i c przed- logowej. Rysunek 1c przedstawia
przeciwporażeniowa
W ostatnich 10 latach w celu dal- stawiają najczęściej stosowane ukła- schemat urządzenia, w którym każ-
w instalacjach
szej poprawy niezawodności pra- dy pracy równoległej UPS-a [7]. dy z n połączonych takich samych
zasilanych z UPS
cy urządzeń zasilających rozpoczęto W układzie przedstawionym na UPS-ów pracuje z oddzielnym prą-
abezpieczenie przeciwporażenio- wprowadzanie zasady równoległego rysunku 1a odbiornik Z jest za- dowym sprzężeniem zwrotnym,
0
Zwe w instalacji elektrycznej jest łączenia tych urządzeń [7]. Polega ona silany przez UPS1, a w przypadku a jeden z UPS-ów zapewnia wspól-
jednym z najważniejszych zagadnień na równoległym połączeniu takich sa- jego uszkodzenia (przeciążenia) ną dla wszystkich pętlę sprzężenia
związanych z eksploatacją urządzeń mych jednostek zasilających w sys- przez tyrystorowy układ obejścio- napięciowego. Układy te najczęściej
elektrycznych. Ochrona od porażeń tem n+1 lub n+2. Oznacza to, że dla wy do zasilania odbiornika Z włą- są realizowane z wykorzystaniem
0
elektrycznych jest dzisiaj bardzo sze- maksymalnego pokrycia zapotrzebo- cza się UPS2. W urządzeniu, któ- cyfrowej (mikroprocesorowej) tech-
rokÄ… dziedzinÄ… wiedzy i przekracza wania na energiÄ™ elektrycznÄ… potrze- rego schemat przedstawia rysu- niki sterowania.
wielokrotnie ramy artykułu (w przy- ba n takich samych jednostek, nato- nek 1b, jeden z falowników peł-
szłości ukaże się oddzielny artykuł na miast jedna lub dwie jednostki pełnią ni rolę mastera, a pozostałe śledzą przykładowe wykonanie
ten temat), dlatego autorzy odsyłają rolę aktywnie włączonych jednostek jego pracę [7], objęte pętlą prądo-
UPS-a o podwyższonej
zainteresowanych czytelników do fa- rezerwowych. Czytelników zaintere- wego sprzężenia zwrotnego. Roz-
pewności działania
chowej literatury [10, 11]. sowanych tą tematyką odsyłamy do wiązanie to było często realizowa-
Rysunek 2 przedstawia opra-
cowany przez firmÄ™ APS Energia
i przy udziale autorów artykułu
podstawowy układ przemysłowe-
go UPS-a o podwyższonej nieza-
wodności działania [7]. Został on
opracowany przy następujących za-
łożeniach:
istnieje możliwość zasilania z do-
żð
wolnego z
ródła napięcia przemien-
nego, przy czym prÄ…d pobierany
z tego z
ródła powinien mieć jak naj-
mniejszą zawartość wyższych har-
monicznych [2], np. THDi <10 %,
galwaniczna izolacja między z
ró-
żð
dłem zasilania a dalszą częścią
UPS-a,
istnieje możliwość zasilania
żð
z dwóch niezależnych systemów
bateryjnych,
izolacja falownika UPS-a od obwo-
żð
dów zasilanych z wyjścia UPS-a,
UPS powinien być wyposażony
żð
w układ obejściowy  by-pass,
w specjalnym przypadku może
on być izolowany przez transfor-
Rys. 1 Praca równoległa UPS-ów: a) układ z  gorącą rezerwą, b) układ ze śledzeniem prądu, c) układ ze wspólnym sprzężeniem
napięciowym
mator,
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l n r 7 - 8 / 2 0 0 5
44
Rys. 2 Schemat UPS-a z izolacją między wejściem układu a siecią zasilającą, wyjściem układu a falownikiem UPS oraz izolacją między siecią a obwodem by-passu
Uwagi dotyczące zależności (5) (pewność) pracy bloku PE, jest naj-
UPS powinien być wyposażony
żð
RUPS1 = RUPS2 = [1-( )
1- PP Å" D1 Å"
w system nadzoru, gwarantujący (5) i (6): ważniejszym zagadnieniem.
Å" 1- BP Å" D2 Å" 1- Bd Å" Dd ]Å"F
( ) ( )
współpracę z systemem nadzoru
wyłączenie z pracy jednego z blo- Rysunki 4, 5, 6 i 7 przedstawia-
żð
baterii. Wyrażenie (5) oznacza niezawod- ków Pp, Bp i Bd nie wyłącza z pra- ją fragmenty badań laboratoryjnych
W celu maksymalnego zwiększe- ność (pewność) pracy pojedyncze- cy całej gałęzi, np. UPS1 lub UPS2. układu.
nia niezawodności działania cały go UPS-a. Natomiast niezawodność Gałąz
UPS1 lub UPS2 zostaje wyłą- Pozostałe parametry (np. zachowa-
układ składa się z dwóch UPS-ów (pewność) całego układu połączonych czona dopiero przy wyłączeniu fa- nie w czasie zwarcia), w wyniku dobra-
(rys. 2) połączonych równolegle. Do równolegle UPS1 i UPS2, wyznacza za- lownika  blok F, nia dużego współczynnika k=10 były
przeanalizowania pewności działa- leżność (6): wyłączenie z pracy bloku PE po- takie same jak na rysunku 13b opubli-
żð
nia przekształcono układ do postaci woduje wyłączenie całego systemu kowanym w pierwszej części artykułu
RC = [1-( )
1- RUPS1 Å"
jak na rysunku 3. (6) równolegle pracujących UPS-ów. w  elektro.info 6/2005. Układ wykazy-
Å" 1- RUPS2 ]Å" PE
( )
Schemat ten pozwala na obliczenie Z tego powodu niezawodność wał pełne galwaniczne odizolowanie
niezawodności (pewności) działania
dwóch UPS-ów, połączonych równo-
legle [7]. Oznaczenia odpowiednich
bloków układu wskazują jednocze-
śnie ich niezawodności (pewności)
działania, [6]:
P  prostownik podstawowy 
żð P
o P niezawodności (pewności)
P
działania,
F  falownik wraz z układem ste-
żð
rowania  o F niezawodności
(pewności) działania,
B i B  niezawodność (pew-
P d
żð
ność) pracy baterii podstawowych
UPS-a i baterii dodatkowych,
D1, D2, D  niezawodność (pew-
żð d
ność) pracy diod,
PE  niezawodność (pewność) pra-
żð
cy przełącznika elektronicznego.
Uwzględniając podane wyżej ozna-
czenia niezawodności (pewności)
pracy elementów dla pojedynczego
UPS-a do umownej granicy  linia
Rys. 3 Połączenie równoległe dwóch UPS-ów
A A, otrzymujemy:
n r 7 - 8 / 2 0 0 5 w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
45
s y s t e m y g w a r a n t o w a n e g o z a s i l a n i a
z UPS-ów umożliwia dodatko-
we zasilanie każdego z nich z od-
dzielnej baterii.
literatura
1. A. Dmowski, Energoelektronicz-
ne układy zasilania prądem sta-
Å‚ym, WNT, Warszawa 1998.
2. A. Dmowski, M. KÅ‚os, T. Dzik,
UPS  mity i rzeczywistość,
VIII Międzynarodowa Konfe-
Rys. 4 Oscylogramy prÄ…du pobieranego z sieci przez UPS-a
rencja Naukowo-Techniczna
(12-pulsowy prostownik podstawowy) oraz napięcie
Rys. 5 Napięcie wyjściowe przy obciążeniu odbiornikiem li-
wyjściowe z prostownika (U =250 V, I=67 A):
DC  Nowoczesne UrzÄ…dzenia Zasi-
niowym (U =230 V, I =66 A)
a  układ bez filtru, b  układ z filtrem, THDi=6 % wy wy
lajÄ…ce w Energetyce , Kozieni-
od sieci zasilającej. Rysunek 4 przedsta- ze względu na przyjęty rodzaj za- UPS-a można uzyskać przez łącze- ce 2005.
żð
wia przebiegi prądu zasilającego UPS-a, silania UPS-a od strony sieci ener- nie równoległe takich samych jed- 3. A. Dmowski, T. Dzik, Zasilanie
natomiast pozostałe rysunki dotyczą getycznej oraz rodzaj wykonania nostek UPS-a z wykorzystaniem zasa- potrzeb własnych prądu stałego
przebiegów wyjściowych z systemu po- sieci autonomicznej bardzo sta- dy n+1 lub n+2. Opracowany sche- i przemiennego,  Wiadomości elek-
łączonych równolegle UPS-ów. rannie powinniśmy przeanalizo- mat UPS-a o zwiększonej pewności trotechniczne , 9/2004, str. 26-32.
wać system ochrony przeciwpora- pracy spełnia postawione wcześniej 4. J. Twarowski, Układy zasilania
wnioski żeniowej (UPS z transformatorem wymagania: gwarantowanego,  elektro.info ,
wyjściowym lub bez),
pobiera z sieci prÄ…d o niskiej zawar- 6 / 2004, str. 12-14.
żð
W przypadku przygotowania zało- w rozbudowanych sieciach kom- tości harmonicznych  THDi<10 %. 5. M. Nowak, R. Barlik, Poradnik in-
żð
żeń projektowych do projektu prze- puterowych (lokalne sieci LAN) THDi prądu pobieranego z sieci żyniera energoelektronika, WNT,
miennoprądowej sieci autonomicznej współczynnik k powinien przyj- w układzie bez filtru wejściowego Warszawa 1998.
do zasilania obiektów potrzeb wła- mować wartość minimum 6 do 10 wynosi 9,8 %, z filtrem 5,6%, 6. M. Stępień, M. Kłos, P. Pośpiech,
snych energetyki należy rozważyć na- i więcej. Przyjęcie niskiej wartości napięcie wyjściowe z UPS-a ma T. Kubera, M. Sobczak, UPS
żð
stępujące zagadnienia: k, np. równej 2, może być przyczy- kształt sinusoidalny o współczyn- o podwyższonej pewności działa-
nia, VIII Międzynarodowa Konfe-
wyznaczenie dopuszczalnego po- ną utraty selektywności zabezpie- niku THDu około 1 %,
żð
ziomu szkodliwego oddziaływa- czeń w sieciach zasilanych z UPS-a. układ zachowuje się poprawnie rencja Naukowo-Techniczna  No-
żð
nia na sieć zasilającą przez użytego Jeśli planowany do zastosowania przy obciążeniu liniowym i nieli- woczesne Urządzenia Zasilające
UPS-a. Zagadnienie jest to szcze- UPS ma małą wartość współczyn- niowym oraz przy zwarciach na w Energetyce , Kozienice 2005.
gólnie ważne w przypadku pla- nika k, to dla zachowania selektyw- wyjściu UPS-a, 7. P. Szumowski, Praca równoległa
nowanego zasilania UPS-a z sieci nego działania zabezpieczeń należy zastosowanie układu równole- autonomicznych falowników na-
żð
i z generatora prądotwórczego, podnieść wartość mocy wyjściowej głego połączenia dwóch UPS-ów pięcia sinusoidalnego, rozprawa
równie ważny jest wybór rodza- UPS-a, tak aby sztucznie podnieść zwiększa pewność pracy całego doktorska, Wydział Elektryczny,
żð
ju sieci zasilanej z UPS-a  może wartość współczynnika k. urządzenia, Politechnika Warszawska 2002.
to być sieć jedno- (P <1 kVA) lub Dalsze zwiększenie pewności za- przyjęta konstrukcja obwodu pro- 8. R. Krishnan, S. Srinivasan, To-
wy żð
trójfazowa, silania w sieciach zasilanych przez stownika wejściowego w każdym pologies for Uninterruptible Po-
wer Supplies, 0-7803-1227-9/93/
$3.00Ó 1993 IEEE.
9. T. Wojda, Topologie UPS  upo-
rzÄ…dkowana klasyfikacja,  Wia-
domości elektrotechniczne
7-8 / 2004, str. 33-34.
10. W. Jabłoński, Ochrona przeciw-
porażeniowa w urządzeniach
elektroenergetycznych niskiego
i wysokiego napięcia, WNT, War-
szawa 2005.
11. A. Pytlak, H. ÅšwiÄ…tek, Ochrona
przeciwporażeniowa w układach
elektronicznych, COSiW SEP,
Rys. 6 Napięcie wyjściowe przy obciążeniu odbiornikiem nieli- Rys. 7 Prąd i napięcie wyjściowe przy załączeniu obciążenia
niowym (U =230 V, amplituda prądu I =150 A) liniowego  skok obciążenia od 0 do 100 %
wy wy
Warszawa 2002.
w w w. e l e k t r o . i n f o . p l n r 7 - 8 / 2 0 0 5
46
n r 7 - 8 / 2 0 0 5 w w w. e l e k t r o . i n f o . p l
47