www.elektro.info.pl

2/2003

40

wspó³czesne

systemy zasilania

pr¹dem sta³ym

(czêœæ 2)

maleæ wartoœæ pr¹du. Po zakoñ-
czeniu ³adowania napiêcie baterii
spada do wartoœci napiêcia bufo-
rowego.

metrów oraz na zmiany rezystancji
obwodu pomiarowego) i prowadzi
do skrócenia czasu ¿ycia baterii aku-
mulatorów. Dobrym rozwi¹zaniem
jest zastosowanie standardu prze-
mys³owego czujników z zakresem
4-20 mA. Standard ten pozwala jed-
noczeœnie na kontrolê ci¹g³oœci ob-
wodów pomiarowych (rys. 2).

³adowanie baterii

Podczas procesu ³adowania ba-

terii wa¿nym elementem jest prawid-
³owe okreœlenie momentu zakoñ-
czenia procesu ³adowania. Na ry-
sunku 3 pokazano proces ³adowa-
nia, który mo¿na podzieliæ na dwa
okresy: ³adowanie sta³ym pr¹dem
i ³adowanie przy sta³ym napiêciu.

Przy ³adowaniu przy sta³ym

napiêciu trzeba ustaliæ moment,
w którym wartoœæ pr¹du przesta-
je spadaæ. Niektóre z zasilaczy ofe-
rowanych na rynku koñcz¹ proces
³adowania po osi¹gniêciu nasta-
wionej wartoœci pr¹du I

o

. W zasi-

laczach produkcji MEDCOM zasi-
lacz monitoruje wartoœæ pr¹du
i precyzyjnie okreœla moment,
w którym nale¿y zakoñczyæ ³ado-
wanie. Moment ten jest okreœlony
przez stwierdzenie, ¿e przesta³a

pomiar

temperatury

Poprawna wspó³praca zasilaczy

z bateri¹ akumulatorów wymaga do-
pasowania wyjœciowego napiêcia za-
silacza do aktualnej temperatury ba-
terii. Napiêcie pracy buforowej jest
zmniejszane wraz ze wzrostem tem-
peratury ogniw – st¹d konieczny jest
precyzyjny pomiar temperatury ogniw
(rys. 1). Czujnik (czujniki) musz¹ byæ
montowane w bezpoœredniej bliskoœ-
ci ogniw (dobre sprzê¿enie cieplne),
czego konsekwencj¹ jest nara¿enie
czujników temperatury na oddzia³y-
wanie agresywnych oparów (kwasy,
zasady) oraz na bezpoœrednie zwarcie
obwodów pomiarowych z potencja-
³em baterii. Obwody pomiarowe mu-
sz¹ byæ zabezpieczone przed wp³y-
wem agresywnego œrodowiska oraz
wyposa¿one w uk³ady izolacji galwa-
nicznej, odpornej na przepiêcia wys-
têpuj¹ce w obwodach baterii.

Innym problemem jest d³ugotr-

wa³e utrzymanie sta³ych paramet-
rów uk³adu pomiarowego – st¹d
konieczne jest stosowanie elemen-
tów pomiarowych odpornych na sta-
rzenie. Stosowanie czujników ter-
mistorowych wymaga czêstego stro-
jenia obwodów pomiarowych (ze
wzglêdu na niesta³oœæ ich para-

liwiaj¹cy komunikowanie siê zasila-
czy ze stosowanymi u odbiorców sys-
temami nadzoru. Stosowane s¹:

t

sygna³y alarmowe informa-

cyjne: prostownik wy³¹czony, szyb-
kie ³adowanie baterii akumulato-
rów, formowanie baterii, awaria sie-

system alarmów

W ka¿dym, nawet najlepszym

systemie zasilania, okresowo wystê-
puj¹ nieprawid³owoœci w pracy
poszczególnych elementów sk³ado-
wych. W celu szybkiej eliminacji tych
stanów konieczne jest sygnalizowa-
nie zagro¿enia awari¹, jak i samych
awarii systemu. W tym celu koniecz-
ne jest wyposa¿anie zasilaczy w roz-
budowany system alarmowy, umo¿-

ci zasilaj¹cej, zadzia³anie uk³adu
sieciowego SZR (w zasilaczach
o podwójnym zasilaniu), zadzia³a-
nie uk³adu do³¹czenia baterii do-
dawczej, zadzia³anie uk³adu prze-
ciwogniwa, przekroczenie tempera-
tury prostownika, przekroczenie pr¹-
du maksymalnego prostownika;

t

sygna³y alarmowe zwi¹zane
z awariami prostownika: uszko-
dzenie bezpiecznika i prostow-
nika, uszkodzenie systemu

mgr in¿. Rafa³ Drê¿ek

dr in¿.

Wojciech Szaraniec

dr in¿. Wojciech Warda

MEDCOM Sp. z o.o.

Rys. 1 Temperaturowa kompensacja napiêcia pracy buforowej z czujnikiem

termistorowym

Rys. 2 Temperaturowa kompensacja napiêcia pracy buforowej z sond¹ pr¹dow¹

41

2/2003

www.elektro.info.pl

wyœwietlaj¹cego, uszkodzenie
wentylatora, uszkodzenie uk³a-
du wyrównuj¹cego pr¹dy, usz-
kodzenie uk³adu korekcji ter-
micznej napiêcia pracy buforo-
wej;

t

sygna³y alarmowe zwi¹zane
z bateri¹ akumulatorów: bate-
ria roz³adowana, brak ci¹g-
³oœci obwodu baterii, napiêcie
wyjœciowe poza tolerancj¹,
przekroczenie temperatury ba-
terii, przekroczenie dopuszczal-
nych têtnieñ napiêcia DC, do-
ziemienie.
Sygna³y te s¹ wyprowadzane

na przekaŸniki alarmowe, umo¿li-
wiaj¹ce ³¹cznoœæ stykow¹ z sys-
temem monitorowania. W celu
u³atwienia kontroli, sygna³y alar-
mowe s¹ grupowane na stykach
przekaŸników alarmów „pilnych”
i „niepilnych”.

Osobno zasilacze s¹ wyposa¿a-

ne w interface szeregowy do zdalnej
kontroli i diagnostyki pracy prostow-
nika. T¹ drog¹ mo¿na uzyskaæ
szczegó³owe dane pomiarowe, ta-
kie jak: napiêcie wyjœciowe pros-
townika, napiêcie ogniwa baterii,
pr¹d wyjœciowy prostownika, pr¹d
baterii akumulatorów, temperatura

w otoczeniu baterii, ³adunek wpro-
wadzony i pobrany z baterii, komu-
nikaty o stanach alarmowych, zapi-
sy rejestratora stanów alarmowych.

Bardzo istotne z punktu nieza-

wodnoœci zasilania odbiorów DC
s¹ uk³ady do badania ci¹g³oœci
obwodu baterii akumulatorów.
Podczas ³adowania baterii obec-

noœæ pr¹du ³adowania jest wys-
tarczaj¹c¹ oznak¹ ci¹g³oœci ob-
wodu baterii. Jednak wiêkszoœæ
czasu pracy systemu zasilania DC
jest zwi¹zana z utrzymywaniem
stanu pe³nego na³adowania bate-
rii, w którym wartoœæ pr¹du bate-
rii jest bliska zeru. Konieczne jest

budowanie uk³adów kontroli ci¹g-
³oœci obwodu baterii.

Rozwi¹zanie stosowane w zasi-

laczach buforowych firmy MED-
COM jest bardzo proste. Jako kry-
terium ci¹g³oœci przyjêto przep-
³yw pr¹du sta³ego przez bateriê.
Podczas pracy okresowo zwiêk-
szane jest napiêcie pracy buforo-
wej (poni¿ej granicznej wartoœci
napiêcia têtnieñ). Powoduje to
przep³yw impulsów pr¹du przez
bateriê. Ich obecnoœæ œwiadczy
o ci¹g³oœci obwodu baterii.

Rozwi¹zanie jest nieskomp-

likowane, poniewa¿ jako wymusze-
nie jest wykorzystywany prostownik,
a do pomiaru s³u¿y czujnik LEM
pomiaru pr¹du baterii.

system

ch³odzenia

Uzyskanie wysokiej niezawod-

noœci pracy zasilaczy, a w kon-
sekwencji wysokiej niezawodnoœ-
ci pracy systemów zasilania, jest
uzale¿niona od sprawnego odpro-
wadzenia ciep³a z podzespo³ów
mocy. Wprowadzenie wysokiej
koncentracji przetwarzanej mocy
na jednostkê objêtoœci (minima-
lizacja gabarytów urz¹dzeñ) wy-

Rys. 3 Proces ³adowania baterii – okreœlenie momentu zakoñczenia ³adowania

Rodzaj uk³adu

Zalety

Wady

Bez dodatkowych

q Prosta konstrukcja

q Brak wyrównywania pr¹dów

uk³adów

q Brak dodatkowych po³¹czeñ

q Zasilacze pracuj¹ z pe³n¹ moc¹ lub w stanie

wyrównywania

pomiêdzy zasilaczami

pracy ja³owej

pr¹dów

q Szybkie starzenie siê jednostek najbardziej

obci¹¿onych

q Problem ze zmian¹ nastaw zasilaczy

Pasywne

q Prosta konstrukcja

q Czêœciowe wyrównanie pr¹dów

wyrównywanie

q Brak dodatkowych po³¹czeñ

q Straty mocy na rezystorach wyrównawczych

pr¹dów

pomiêdzy zasilaczami

q Potrzeba indywidualnego strojenia zasilaczy

do pracy równoleg³ej

q Problem ze zmian¹ nastaw zasilaczy

Aktywne analogowe q Dobre zrównowa¿enie pr¹dów

q Brak kontroli nad systemem w przypadku awarii

wyrównywanie

q Mo¿liwoœæ prostej jednoczesnej

jednostki centralnej (element krytyczny)

pr¹dów z jednostk¹

korekcji parametrów zasilaczy

q Z³o¿onoœæ uk³adu

centraln¹

q Trudna, b¹dŸ niemo¿liwa analiza bezpieczeñst-

wa systemu
Aktywne analogowe q Dobre zrównowa¿enie pr¹dów

q Problem ze zmian¹ nastaw zasilaczy

wyrównywanie

q OdpornoϾ na awarie

pr¹dów z active

current sharing
Aktywne cyfrowe

q Du¿a odpornoœæ na zak³ócenia

q Z³o¿onoœæ uk³adu

wyrównywanie

q Mo¿liwoœæ prostej jednoczesnej

q Trudna, b¹dŸ niemo¿liwa analiza bezpieczeñstwa

pr¹dów

korekcji parametrów zasilaczy

systemu

Tabela 1 Porównanie w³aœciwoœci uk³adów wyrównywania pr¹dów pomiêdzy modu³ami systemu

42

www.elektro.info.pl

2/2003

maga stosowania bardzo wydaj-
nych uk³adów odprowadzenia
ciep³a z elementów aktywnych
(tranzystory, diody), jak i pasyw-
nych (transformatory, d³awiki,
³¹czówki, przewody itp.). Pods-
tawowa trudnoϾ to ograniczenia
maksymalnej temperatury ch³o-
dzonych podzespo³ów. Szczegól-
nie dotyczy to elementów pó³p-
rzewodnikowych, gdzie tempera-
tura z³¹czy w praktyce nie mo¿e
przekroczyæ 120°C. Oznacza to,
¿e maksymalna temperatura pod-
stawy modu³u IGBT lub diody nie
mo¿e przekroczyæ 90°C. Stosuje
siê ch³odzenie powietrzne z kon-
wekcj¹ naturaln¹ lub wymuszon¹
oraz ch³odzenie cieczowe. Wy-
muszone ch³odzenie powietrzne
lub cieczowe pozwala na zwiêk-
szenie skutecznoœci ch³odzenia.
Ch³odzenie cieczowe, ze wzglê-
du na wiêksz¹ pojemnoœæ ciepl-
n¹ czynnika ch³odz¹cego, za-
pewnia ³atwy transport ciep³a
na wiêksze odleg³oœci. Mo¿liwe
jest te¿ sch³odzenie czynnika
ch³odz¹cego w uk³adach klima-
tyzatorów. Jest to obarczone ko-
niecznoœci¹ budowy systemu
ch³odzenia (rury, wymienniki
ciep³a, ch³odnice itp.). Zastoso-
wanie rozbudowanych systemów
ch³odzenia wymaga szczegól-
nych rozwi¹zañ zapewniaj¹cych
ci¹g³oœæ odbierania ciep³a.
W przypadku ch³odzenia powiet-
rznego jest to zapewnienie dro¿-
noœci toru powietrznego (zanie-
czyszczenie filtrów powietrza)
oraz zapewnienie odpowiedniej
temperatury powietrza ch³odz¹-
cego. W systemach o obiegu wy-
muszonym dochodzi problem
ci¹g³oœci przep³ywu czynnika
ch³odz¹cego (wentylatory, pom-
py). Uszkodzenie ich powoduje
natychmiastowy wzrost tempera-
tury elementów ch³odzonych
(bardzo ma³a pojemnoœæ cieplna
ch³odnic). Oznacza to koniecz-
noϾ praktycznie natychmiasto-
wego wy³¹czenia urz¹dzenia
(czujniki przekroczenia tempera-
tury). Uzyskanie wysokiej nieza-
wodnoœci systemu ch³odzenia

elementów mocy wymaga moni-
torowania poprawnej pracy syste-
mu (czujniki przep³ywu powiet-
rza, cieczy), zastosowania uk³a-
dów pomiaru temperatury ele-
mentów krytycznych oraz wpro-
wadzenia redundancji wentylato-
rów lub pomp.

magnetyki

Rozwój podzespo³ów magne-

tycznych stosowanych w zasila-
czach jest zwi¹zany z pojawie-
niem siê na rynku nowych mate-
ria³ów magnetycznych, pozwala-
j¹cych na pracê z wysok¹ czês-
totliwoœci¹, przy stosunkowo du-
¿ych wartoœciach indukcji mag-
netycznej bez znacznego wzrostu
strat mocy. Pozwala to na dopa-
sowanie czêstotliwoœci pracy
transformatorów i d³awików do
mo¿liwoœci podzespo³ów pó³p-
rzewodnikowych. W konsekwen-
cji jest mo¿liwe uzyskanie ma-
³ych gabarytów zasilaczy przy ut-
rzymaniu poziomu sprawnoœci
przetwarzania energii i niezawod-
noœci pracy urz¹dzeñ. W obwo-
dach magnetycznych s¹ stosowa-
ne najnowsze ferryty pozwalaj¹ce

na pracê z czêstotliwoœci¹ do
400 kHz. Ich wad¹ jest stosunko-
wo niewielka wartoϾ dopusz-
czalnej indukcji magnetycznej,
która w zale¿noœci od zastosowa-
nej czêstotliwoœci pracy waha siê
w przedziale 50 do 250 mT. Im
wy¿sza czêstotliwoœæ pracy, tym
ni¿sza wartoœæ dopuszczalnej in-
dukcji magnetycznej. Drug¹ gru-
p¹ materia³ów magnetycznych
s¹ materia³y amorficzne i nanok-
rystaliczne. Cechuj¹ siê one wy-
sok¹ dopuszczaln¹ wartoœci¹ in-
dukcji magnetycznej przy du¿ych
czêstotliwoœciach pracy, co poz-
wala na znaczne zmniejszenie
gabarytów podzespo³ów magne-
tycznych. Jednoczeœnie s¹ one
znacznie bardziej odporne na usz-
kodzenia mechaniczne podczas
monta¿u i transportu, jak i na
naprê¿enia mechaniczne wynika-
j¹ce z ró¿nych wspó³czynników
rozszerzalnoœci termicznej stoso-
wanych materia³ów.

w³aœciwoœci

regulacyjne

Obserwuje siê sta³y wzrost

czêstotliwoœci pracy przekszta³t-

ników tranzystorowych, co jest
zwi¹zane z wprowadzeniem do
produkcji coraz szybszych podzes-
po³ów pó³przewodnikowych.
Najnowsze tranzystory mocy typu
IGBT wraz z miêkko wy³¹czany-
mi diodami mocy pozwalaj¹ na
zwiêkszenie czêstotliwoœci prze-
³¹czeñ bez znacznego zwiêksze-
nia komutacyjnych strat mocy.
Stosowane czêstotliwoœci przet-
warzania energii elektrycznej
osi¹gaj¹ wartoœæ 20 kHz dla mo-
dulacji PWM oraz 50 kHz dla
przekszta³tników rezonansowych,
przy mocy przekszta³canej oko ³ o
20 kW. Stosowanie wysokiej
czêstotliwoœci modulacji pozwala
na znaczne zmniejszenie sta³ych
czasowych filtrów napiêcia wyjœ-
ciowego. Zapewnia siê szybk¹ re-
gulacjê napiêcia wyjœciowego
w przypadku skokowych zmian
napiêcia zasilaj¹cego przekszta³-
tnik lub zmian pr¹du obci¹¿enia.
Rozwi¹zanie pozwala na „œledze-
nie” pr¹du pobieranego przy dy-
namicznych zmianach obci¹¿e-
nia. Eliminuje siê lub znacznie og-
ranicza funkcjê filtracji napiêcia
sta³ego przez bateriê akumulato-
rów, przez co unika siê przep³y-
wu sk³adowej zmiennej pr¹du

Rodzaj uk³adu

Zalety

Wady

Rezerwa zimna

q Uk³ad zapasowy utrzymywany w stanie q Koniecznoœæ 100% przewymiarowania systemu

beznapiêciowym – niskie nara¿enia

q D³ugi czas rozruchu zwi¹zany z za³¹czeniem

na uszkodzenie i zu¿ycie w stanie

uk³adu rezerwowego i przejêciem obci¹¿enia

bezawaryjnej pracy

q Stany przejœciowe s¹ du¿ym nara¿eniem

na uszkodzenie podzespo³ów

q KoniecznoϾ okresowego testowania

Rezerwa gor¹ca

q Szybkie prze³¹czenie obci¹¿enia

q KoniecznoϾ 100% przewymiarowania systemu

zwi¹zane ze sta³¹ gotowoœci¹ uk³adu q Zu¿ycie i nara¿enie na uszkodzenie zwi¹zane

zapasowego

ze stanem ci¹g³ej pracy uk³adu

q Stany przejœciowe s¹ du¿ym nara¿eniem

na uszkodzenie podzespo³ów

Redundancja n+1 q Ma³e przewymiarowanie systemu

q Zu¿ycie i nara¿enie na uszkodzenie zwi¹zane

(maleje wraz z ca³kowit¹ iloœci¹

ze stanem ci¹g³ej pracy uk³adu

modu³ów)

q Du¿a liczba modu³ów powoduje du¿¹ iloœæ

interwencji serwisu

q Wysokie koszty eksploatacyjne

Redundancja 1+1 q Obci¹¿enie modu³ów poni¿ej 50%

q KoniecznoϾ 100% przewymiarowania

q Niska temperatura pracy,

systemu

q Wysoka niezawodnoœæ podzespo³ów

q Zu¿ycie i nara¿enie na uszkodzenie zwi¹zane

q Bezstresowe prze³¹czenie obci¹¿enia

ze stanem ci¹g³ej pracy uk³adu

q Wysoka sprawnoœæ (optymalny stopieñ q Wysokie koszty instalacji

obci¹¿enia)

q Niskie koszty eksploatacji

Tabela 2 Porównanie w³aœciwoœci uk³adów z redundancj¹

wyjœciowego przez bateriê aku-
mulatorów. Prowadzi to do
zmniejszenia temperatury pracy
i zwiêkszenia czasu ¿ycia baterii.

t

Wyrównywanie pr¹dów miê-
dzy modu³ami systemu – po-
³¹czenie kilku zasilaczy do
pracy równoleg³ej, w celu
zwiêkszenia wartoœci pr¹du
wyjœciowego systemu, powo-
duje powstanie szeregu proble-
mów zwi¹zanych z ich prawid-
³owym wspó³dzia³aniem.
Ka¿dy z zasilaczy jest wyposa-
¿ony we w³asny regulator na-
piêcia i pr¹du wyjœciowego,
i ka¿dy regulator ma trochê in-
ne nastawy wartoœci regulowa-
nych. Zmiany temperatury pra-
cy powoduj¹ dodatkowy dryft
tych wartoœci. Konsekwencj¹
jest wzajemne oddzia³ywanie
zasilaczy zale¿ne od zastoso-
wanych uk³adów wyrównywa-
nia pr¹dów.

t

Bez dodatkowych uk³adów
wyrównywania pr¹dów – za-
silacz o najwy¿szej zadanej
wartoœci napiêcia usi³uje sta-
bilizowaæ napiêcie wyjœciowe
systemu. W miarê zwiêksza-
nia obci¹¿enia dochodzimy do
wartoœci ograniczenia pr¹do-
wego pierwszego zasilacza.
Przechodzi on do stanu stabi-
lizacji w³asnego pr¹du wyjœ-
ciowego, a o napiêciu wyjœ-
ciowym systemu decyduje
nastêpny zasilacz, o najwy¿-
szym z pozosta³ych napiêciu
wyjœciowym. Dalsze zwiêk-
szanie pr¹du obci¹¿enia sys-
temu powoduje wejœcie do
pracy kolejnego zasilacza
o mniejszym zadanym napiê-
ciu wyjœciowym. Czêœæ zasi-
laczy pracuje z maksymalnym
pr¹dem wyjœciowym – jeden
reguluje napiêcie wyjœciowe,
pozosta³e pracuj¹ z mniej-
szym obci¹¿eniem.

t

Pasywne wyrównanie pr¹dów
– zasilacze s¹ wyposa¿one
w wyjœciowe rezystory do wy-
równywania pr¹dów. Ró¿nice
wartoœci zadanych napiêæ
wyjœciowych odk³adaj¹ siê

na rezystorach wyrównaw-
czych. WielkoϾ rezystancji
decyduje o ró¿nicach pr¹dów
poszczególnych zasilaczy.
Zwiêkszanie wartoœci rezys-
tancji powoduje zmniejszenie
ró¿nic pr¹dów poszczegól-
nych zasilaczy, przy jedno-
czesnym wzroœcie strat mocy
na rezystorach wyrównaw-
czych. W miarê zwiêkszania
obci¹¿enia systemu rosn¹
pr¹dy poszczególnych zasila-
czy.

t

Aktywne analogowe wyrów-
nywanie pr¹dów – mo¿e byæ
zrealizowane na dwa sposoby.
Pierwszy z nich, ze steruj¹c¹
jednostk¹ centraln¹, porów-
nuje wartoœci pr¹dów wyjœ-
ciowych poszczególnych zasi-
laczy z odpowiadaj¹c¹ war-
toœci¹ zadan¹. Ró¿nice pr¹-
dów powoduj¹ powstanie syg-
na³u b³êdu. Sygna³ ten kory-
guje zadane napiêcie wyjœcio-
we zasilaczy, powoduj¹c wy-
równanie pr¹dów poszczegól-
nych modu³ów. Uk³ad wyma-
ga dodatkowych po³¹czeñ po-
miêdzy jednostk¹ centraln¹
i zasilaczami, u¿ywanych do
wyrównywania pr¹dów. Drugi
uk³ad – z active current sha-
ring – ró¿ni siê od pierwszego
brakiem jednostki centralnej.
Informacja o wielkoœci pr¹du
wyjœciowego i iloœci zasilaczy
pochodzi bezpoœrednio z po-
³¹czeñ poszczególnych zasi-
laczy. Korekcja napiêcia zasi-
laczy jest wykonywana na
podstawie informacji o pr¹dzie
wyjœciowym przypadaj¹cym
na poszczególne zasilacze.

t

Aktywne cyfrowe wyrówny-
wanie pr¹dów – uk³ad dzia-
³a podobnie do uk³adu ak-
tywnego, analogowego wyrów-
nywania pr¹dów. Jedynie do
po³¹czeñ miêdzy zasilaczami
u¿yto ³¹czy cyfrowych odpor-
niejszych na zak³ócenia.
Mo¿liwa jest jednoczesna
zmiana nastaw wszystkich za-
silaczy poprzez ³¹cze cyfro-
we.

nara¿enia

Systemy zasilania gwaranto-

wanego s¹ poddawane dzia³aniu
wielu czynników zewnêtrznych
maj¹cych wp³yw na poziom ich
bezpieczeñstwa pracy. Podstawo-
wym zak³óceniem s¹ przepiêcia
wystêpuj¹ce w sieci energetycz-
nej oraz w sieci rozdzielczej na-
piêcia sta³ego. Przepiêcia te, po-
chodz¹ce od wy³adowañ atmos-
ferycznych i przepiêæ komutacyj-
nych, wywo³uj¹ stresy mecha-
niczne i elektryczne, powoduj¹ce
degradacjê podzespo³ów zasila-
czy. Do grupy nara¿eñ mo¿emy
równie¿ zaliczyæ stresy spowodo-
wane zmianami temperatur urz¹-
dzeñ (wywo³anymi zmianami
zewnêtrznymi lub zmianami ob-
ci¹¿enia), zmiany wilgotnoœci,

zagro¿enia organiczne, takie jak
grzyby, pleœnie czy gryzonie.
Osobn¹ grupê stanowi¹ b³êdy
zwi¹zane z czynnikiem ludzkim:
b³êdy operatora systemu, b³êdy
systemowe powsta³e podczas
procesu projektowania. Wszystkie
nara¿enia w zale¿noœci od czês-
totliwoœci ich wystêpowania, jak
i wielkoœci energii powoduj¹cej
stres, zmniejszaj¹ poziom bezpie-
czeñstwa systemu. Dwa iden-
tyczne urz¹dzenia bêd¹ cecho-
wa³y siê zupe³nie ró¿nym pozio-
mem bezpieczeñstwa w zale¿-
noœci od œrodowiska w jakim pra-
cuj¹.

43

2/2003

www.elektro.info.pl

44

www.elektro.info.pl

2/2003

redundancja

w uk³adach

zasilania

W sytuacji, gdy pojedynczy

element lub ca³y system, ma
zbyt du¿y wspó³czynnik awaryj-
noœci, stosuje siê zwielokrotnie-
nie krytycznych elementów lub
ca³ych systemów tak, aby otrzy-
mana struktura zapewni³a wy-
magany poziom bezawaryjnej
pracy. W zale¿noœci od stopnia
zwielokrotnienia podzespo³ów,
jak i struktury funkcjonalnej, mo-
¿emy mówiæ o uk³adach:

Rezerwa zimna: uk³ad jest

zasilany ze Ÿród³a podstawowe-
go. W przypadku jego niespraw-
noœci do pracy jest uruchomiany
uk³ad zapasowy, a nastêpnie ob-
ci¹¿enie jest prze³¹czane na uk-
³ad zapasowy. W czasie bezawa-
ryjnym uk³ad zapasowy pozosta-
je wy³¹czony.

Rezerwa gor¹ca: uk³ad jest

zasilany ze Ÿród³a podstawowe-
go. Uk³ad zapasowy pracuje
w stanie nieobci¹¿onym. W przy-
padku niesprawnoœci uk³adu
podstawowego nastêpuje natych-
miastowe prze³¹czenie na uk³ad
rezerwowy.

Redundancja n+1: uk³ad jest

zasilany z n+1 równolegle po³¹-
czonych modu³ów. Ka¿dy z nich
jest obci¹¿ony moc¹
n/(n+1)*P

zn

. Moc ta dla du¿ej

liczby modu³ów jest bliska mocy
znamionowej. W przypadku awa-
rii jednego z modu³ów pozosta³e
przejmuj¹ ca³e obci¹¿enie. Od
tego momentu pracuj¹ one ka¿-
dy z moc¹ znamionow¹.

Redundancja 1+1: uk³ad jest

zasilany z dwóch równolegle po-
³¹czonych modu³ów. Ka¿dy
z nich jest obci¹¿ony po³ow¹
mocy znamionowej. W przypadku
awarii jednego z modu³ów pozos-
ta³y przejmuje ca³e obci¹¿enie
pracuj¹c dalej z moc¹ znamiono-
w¹.

ograniczenie

napiêcia

na szynach DC

Napiêcie ³adowania pojedyn-

czego ogniwa podczas pracy bu-
forowej w temperaturze 20°C
wynosi 2,23 V do 2,27 V, w za-
le¿noœci od typu ogniwa. W sys-
temie 220 V, przy 108 ogniwach,
otrzymujemy napiêcie z przed-
zia³u 241 do 245 V. Napiêcie to
wzrasta wraz ze zmniejszaniem
temperatury i przy zerowej tem-
peraturze mo¿e wynieœæ 253 V.
Czêœæ odbiorników energii do-
puszcza jedynie 10% wzrost na-
piêcia zasilaj¹cego, tj. 242 V.
W celu obni¿enia napiêcia, na
szynach DC stosuje siê uk³ady
ograniczenia napiêcia zasilaj¹ce-
go: tzw. przeciwogniowo w u k ³ a-
dach o ma³ej mocy wyjœciowej
oraz uk³ad z bateri¹ dodawcz¹,
w przypadku du¿ej mocy wyjœ-
ciowej. Istotne jest stosowanie
diod pó³przewodnikowych o do-
puszczalnej wartoœci ca³ki ciep-
lnej, znacznie wiêkszej od ca³ki
cieplnej najwiêkszego bezpiecz-
nika w obwodach dystrybucji
energii. Dotyczy to wszystkich
diod stosowanych w obwodach
rozdzielni pr¹du sta³ego.

Wiele systemów zasilania ba-

teryjnego wyposa¿a siê w wy-
³¹czniki podnapiêciowe, od³¹-
czaj¹ce odbiory w przypadku
zbyt niskiego napiêcia baterii
akumulatorów. Rozwi¹zanie ma-
j¹ce na celu ochronê akumulato-
rów przed zbyt g³êbokim roz³a-
dowaniem mo¿e przy b³êdnym
dzia³aniu staæ siê przyczyn¹ po-
wa¿nej awarii (od³¹czenie
wra¿liwych odbiorów). Od³¹cz-
nik podnapiêciowy nale¿y wyko-
naæ z uwzglêdnieniem redun-
dancji styczników w obwodzie
g³ównym oraz redundancji uk³a-
dów pomiarowych napiêcia bate-
rii. Sygna³y pomiarowe napiêcia
baterii nale¿y mierzyæ mo¿liwie
blisko zacisków baterii. W prze-
ciwnym razie, podczas przep³y-
wu pr¹du zwarciowego lub rozru-

chowego w obwodach obci¹¿e-
nia, uk³ad pomiarowy zmierzy
napiêcie pomniejszone o spadek
napiêcia na torze pr¹dowym.
Mo¿e to doprowadziæ do b³êd-
nego wy³¹czenia odbiorów. Z te-
go samego wzglêdu modu³ po-
miaru napiêcia powinien byæ wy-
posa¿ony w zw³okê czasow¹,
eliminuj¹c¹ wy³¹czenia spowo-
dowane pr¹dami impulsowymi.
Oba styczniki powinny posiadaæ
styki kontrolne. Wy³¹czenie jed-
nego ze styczników musi wywo-
³aæ alarm „nie pilny”, a obydwu
„pilny”. Dla poprawnej pracy za-
bezpieczenia jest konieczne, aby
oba styczniki dzia³a³y popraw-
nie przy zasilaniu poni¿ej 60%
napiêcia znamionowego. Proble-
mu poprawnej pracy styczników
przy obni¿onych napiêciach za-
silania mo¿na unikn¹æ stosuj¹c
wy³¹czniki z napêdem mecha-
nicznym.

literatura

1. Baranecki A., Niewiadomski M.,

Problemy gwarantowanego zasila-
nia napiêciem sta³ym i przemien-
nym, Automatyka Elektroenerge-
tyczna nr 4/1996.

2. Bentley J., Reliability & quality engi-

neering.

3. JaŸwiñski J., Wa¿yñska-Fiok K.,

Bezpieczeñstwo systemów PWN,
1993.

4. Warda W., NiezawodnoϾ syste-

mów zasilania napiêciem gwaranto-
wanym, Elektronizacja nr 12/97.

5. Warda W., Systemy o podwy¿szo-

nej niezawodnoœci – przyk³adowe
rozwi¹zania, III Konferencja Syste-
my gwarantowanego zasilania w in-
stalacjach energetycznych, Szczyrk
1998.

6. Warda W., Systemy zasilania pr¹du

sta³ego o podwy¿szonej nieza-
wodnoœci, IV Konferencja Systemy
gwarantowanego zasilania w insta-
lacjach energetycznych, Szczyrk
1999.

7. Warda W., Analiza porównawcza

podstawowych struktur zasilania
gwarantowanego, konferencja
Szklarska Porêba 1999.

8. Warda W., Wspó³czesne konstruk-

cje systemów zasilania pr¹dem
sta³ym.

9. J.-N. Fiorina, Onduleurs et harmoni-

ques (cas des charges non linea-
ries), Cahier Technique Schneider
Electric, 06/92.

10. S.Logiaco, Electrical installation de-

pendability studies, Cahier Techni-
que Schneider Electric, 09/97.

11. G.Gatine, High availability electrical

power distribution, Cahier Techni-
que Schneider Electric, 10/91.

12. R.Calvas,B.Lacroix, Earthing sys-

tems worldwide and evolutions, Ca-
hier Technique Schneider Electric,
09/95.