Google+

Systemem zasilania awaryjnego nazywa się urządzenie lub zespół urządzeń, które służą do ochrony wybranych odbiorników przed zakłóceniami z sieci elektroenergetycznej. Jak wiadomo zachowanie ciągłości zasilania jest istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa użytkowania nowoczesnych budynków inteligentnych.

Fot. 1. W nowoczesnych zasilaczach awaryjnych przewiduje się budowę modułową. Fot.: Fast GroupFot. 1. W nowoczesnych zasilaczach awaryjnych przewiduje się budowę modułową. Fot.: Fast Group

Do konieczności zapewnienia ciągłości zasilania w budynkach inteligentnych nie trzeba nikogo przekonywać. Z jednej strony kluczową rolę odgrywa ciągłość zasilania pod kątem prawidłowej pracy urządzeń sterujących i wykonawczych. Szczególną uwagę zwraca się na ciągłość pracy serwerów i komputerów, zwłaszcza w kontekście bezpieczeństwa danych. Przy braku energii elektrycznej w budynku nie pracują instalacje alarmowe, monitoringu, ogrzewania, oświetlenia itp.
Podstawową funkcją zasilania awaryjnego jest zapewnienie dostawy energii elektrycznej do odbiorników w czasie, gdy zanika napięcie w źródle podstawowym. Niezbędne okazują się dodatkowe źródła zasilania w przypadku urządzeń i maszyn, mających kluczowe znaczenie dla danej instalacji zasilania konkretnego budynku. Decydując się na zasilanie awaryjne należy wziąć pod uwagę kilka ważnych aspektów. Przede wszystkim istotna jest moc zasilanych urządzeń i wymagany poziom bezpieczeństwa, struktura instalacji elektrycznej, przeznaczenie oraz konfiguracja obiektu, a także możliwości ekonomiczne, czyli zarówno koszty inwestycji, jak i konfiguracji.

Automatyka załączania rezerwy

W automatyce załączania rezerwy zasilanie rezerwowe zazwyczaj stanowi agregat prądotwórczy lub akumulatory z włączeniem w układ zasilający podczas awarii zasilania podstawowego. Istotną rolę odgrywają systemy mające za zadanie załączenie rezerw zasilania. Tradycyjne, ręczne uruchamianie zastępują w pełni zautomatyzowane systemy załączania rezerwy zasilania wykrywające brak lub spadek napięcia zasilania głównego. W następnej kolejności załączane jest zasilanie rezerwowe, po to, aby zapewnić ciągłość dostarczania energii elektrycznej. Poszczególne elementy systemu muszą wyeliminować wpływ zakłóceń, które mogą wystąpić przy zwarciach. Systemy załączania rezerwy niejednokrotnie pracują w inteligentnych systemach bezpieczeństwa i oświetlenia budynków, a także w sieciach komputerowych i szpitalach. Montaż najczęściej odbywa się w rozdzielniach niskiego i średniego napięcia.

W tandemie

Fot. 2. W systemach zasilania gwarantowanego najczęściej zastosowanie znajdują bezobsługowe akumulatory kwasowo-ołowiowe
w technologii AGM. Fot.: WamtechnikFot. 2. W systemach zasilania gwarantowanego najczęściej zastosowanie znajdują bezobsługowe akumulatory kwasowo-ołowiowe w technologii AGM. Fot.: Wamtechnik

System zasilania awaryjnego bazujący na zasilaczu UPS oraz agregacie prądotwórczym, zastosowanie znajduje najczęściej w przypadku długotrwałych przerw w zasilaniu. Decydując się na takie rozwiązanie warto zwrócić uwagę na kilka aspektów. Przede wszystkim ważny jest odpowiedni dobór zasilacza UPS, który powinien być wykonany w technologii true on-line. Podobnie jak przy samodzielnej pracy UPS-ów, tak i w przypadku ich współpracy z agregatami należy uwzględnić odpowiednie przewymiarowanie zasilacza. Tym sposobem zyskuje się rezerwę przy wzroście obciążenia oraz zabezpieczenie w przypadku błędów, jakie mogą powstać przy obliczaniu mocy odbiorników. Nie mniej ważny jest wybór odpowiedniego agregatu, najlepiej z elektronicznym regulatorem obrotów i napięcia. Przy dobieraniu mocy generatora pamiętać należy, aby pokrywała ona zapotrzebowanie zasilacza UPS, na które składa się wejściowa moc czynna, sprawność, a także dodatkowa moc wejściowa związana z ładowaniem baterii. Moc agregatu powinna przewyższać moc zastosowaną w zasilaczu UPS o wartość kształtującą się w zakresie od 50 do 100%.

Automatyka

Nowoczesne systemy załączania rezerwy wykorzystują zaawansowane sterowniki, które uwzględniają indywidualne właściwości obiektu. Ważne są mechaniczne blokady w elementach wykonawczych odpowiedzialne za zapobieganie jednoczesnemu podaniu napięcia z kilku źródeł. Kluczową kwestią pozostaje określenie opóźnienia czasowego odłączeń i załączeń. Należy mieć na uwadze możliwość ręcznego przełączenia blokującego sterowanie automatyczne. Funkcjonalność w tym zakresie jest bardzo istotna szczególnie z punktu widzenia bezpieczeństwa prowadzenia prac serwisowych. Zadanie ręcznego sterowania to zapobieganie niedozwolonym uruchomieniom systemu. Sterownik wraz z odpowiednim oprogramowaniem jest dobierany w zależności od stopnia złożoności systemu. Parametry elementów wykonawczych, takich jak styczniki lub wyłączniki, są dobierane z uwzględnieniem mocy dołączanych urządzeń i maszyn elektrycznych.

mgr inż. Łukasz Michalski
Kierownik Działu Systemów
Zasilania
Wamtechnik Sp. z o.o.mgr inż. Łukasz Michalski Kierownik Działu Systemów Zasilania Wamtechnik Sp. z o.o.

EKSPERT Fachowego Elektryka
Na rynku dostępnych jest wiele technologii w jakich wykonywane są akumulatory. W systemach zasilania gwarantowanego póki co najsilniejszą pozycję nadal utrzymują akumulatory kwasowo-ołowiowe. Jednak nawet one mają swój podział ze względu na sposób wykonania i rodzaj użytych materiałów. Jak więc wybrać akumulator, który najlepiej sprawdzi się w systemach zasilania gwarantowanego do zabezpieczenia instalacji w inteligentnym domu jednorodzinnym?
Najważniejsza wydaje się być wygoda użytkowania oraz bezpieczeństwo. Akumulatory mają być eksploatowane w domu jednorodzinnym, gdzie te cechy będą najważniejsze. Z tego też powodu należy dokonać wyboru akumulatorów, które będą bezobsługowe przez cały okres użytkowania. Do tego typu możemy zaliczyć akumulatory VRLA, czyli kwasowo-ołowiowe z zaworem bezpieczeństwa. Dzielą się one na dwie technologie wykonania: żelowa oraz AGM. Te pierwsze, jak sama nazwa wskazuje, mają elektrolit uwięziony w żelu, natomiast w drugim przypadku elektrolit jest uwięziony w macie. W zdecydowanej większości systemów zasilania awaryjnego są stosowane akumulatory AGM. Doskonale sprawują się one w warunkach pracy buforowej oraz są tańsze aniżeli akumulatory żelowe.
Mając już wybraną technologię, następnie należałoby zastanowić się o jakich parametrach elektrycznych dobrać akumulator. W tym wypadku nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Wszystko zależy od parametrów całego systemu zasilania gwarantowanego, czyli czasu podtrzymania, wymaganej mocy podtrzymania, typu UPS-a, itp. Dobór baterii akumulatorów najlepiej jest zlecić firmom, które się tym profesjonalnie zajmują. Mamy wtedy pewność, iż bateria zostanie optymalnie dobrana do zastanych potrzeb. Sobie możemy pozostawić możliwość wyboru, o jakiej projektowanej żywotności akumulatora chcemy użyć. Najczęściej spotykane to 6‑9 oraz 10‑12 lat wg Eurobat. Należy jednak pamiętać, że jest to żywotność projektowana, która nie oznacza że w rzeczywistości akumulator będzie działał np. przez 12 lat.

Zasilacze awaryjne

Przy wyborze zasilacza UPS bierze się pod uwagę przynajmniej kilka parametrów. Podstawę w tym zakresie stanowi moc zasilacza, przy czym nie może być on przeciążony i niedociążony. Warto zadbać o możliwość równoległego połączenia urządzeń UPS, dzięki czemu zyskuje się możliwość dowolnej rozbudowy systemu zarówno pod względem mocy, jak i redundancji. Kluczowym parametrem UPS-ów jest czas podtrzymania, który dobiera się przy założeniu pełnego obciążania zasilacza. Parametr ten określa czas przez jaki UPS może podtrzymywać napięcie bez zasilania z sieci elektroenergetycznej. Na etapie wyboru zwraca się też uwagę na sprawność, określającą m.in. ilość wydzielanego ciepła. To właśnie od sprawności zależy między innymi trwałość zasilacza, średni czas między awariami oraz wielkość strat energii elektrycznej.
Nie mniej ważnym parametrem jest wejściowy współczynnik mocy (input power factor), mający za zadanie określenie charakteru obciążenia wnoszonego do sieci przez zasilacz i wpływającego na wielkość współczynnika dopasowania mocy względem zastosowanego w systemie generatora prądotwórczego.
W kompleksowym podejściu do wyboru zasilaczy awaryjnych zwraca się uwagę na parametry dynamiczne czyli czas i wielkość odkształcenia napięcia wyjściowego podawane w procentach w przypadku skokowej zmiany obciążenia od 0 do 100%.
W systemach inteligentnych budynków nie obejdzie się bez oprogramowania odpowiedzialnego za nadzorowanie pracy UPS-ów. Mówiąc o korzyściach w tym zakresie należy w pierwszej kolejności wspomnieć o zapewnieniu ochrony krytycznych danych i aplikacji, dzięki bezpiecznemu wyłączeniu chronionych komputerów, w tym serwerów. Podkreśla się korzyści w postaci zunifikowanego, a zarazem scentralizowanego nadzoru nie tylko nad wieloma zasilaczami UPS, ale również nad innymi urządzeniami przeznaczonymi do ochrony zasilania i zapewniającymi bezpieczeństwo budynku. Nie mniej ważny jest wyższy poziom zasilania w całym obiekcie dzięki globalnemu monitoringowi i zarządzaniu alarmami w czasie rzeczywistym. Z pewnością zaletą w kontekście obsługi jest zdecydowane ułatwienie pracy związanej z zarządzaniem wszystkimi urządzeniami pracującymi w sieci. W sposób automatyczny użytkownik jest powiadamiany o konieczności przeprowadzenia prac konserwacyjnych łącznie z wymianą baterii.
W dodatku zastosowanie otwartych standardów komunikacyjnych oraz integracja z istniejącą siecią pozwala oszczędzić czas i zredukować koszty integracji z systemem BMS. Ważne jest przy tym podwyższenie niezawodności całej infrastruktury ochrony zasilania dzięki możliwości skorzystania z zaawansowanych narzędzi pozwalających na analizowanie trendów w zakresie zakłóceń w pracy systemu. Zwraca się uwagę na szybkie rozwiązywanie problemów i zapobieganie im zanim obniżą wydajność instalacji. Kluczową rolę odgrywa przy tym przeciwdziałanie niepotrzebnym wyłączeniom serwerów BMS, chronionych za pomocą kilku zasilaczy UPS.

Agregaty prądotwórcze

Fot. 3. Dostępne na rynku agregaty prądotwórcze różnią się między sobą mocą znamionową
oraz rodzajem zasilania (jedno- i trójfazowe). Fot.: ElmecoFot. 3. Dostępne na rynku agregaty prądotwórcze różnią się między sobą mocą znamionową oraz rodzajem zasilania (jedno- i trójfazowe). Fot.: Elmeco

Dostępne na rynku agregaty prądotwórcze różnią się między sobą mocą znamionową oraz rodzajem zasilania (jedno- i trójfazowe). Pod względem rodzaju obudowy generatory są otwarte lub kompaktowe, niejednokrotnie wyciszone. Jako jednostki napędowe stosuje się zarówno silniki benzynowe, jak i wysokoprężne.
Nieodzownym elementem nowoczesnych agregatów jest elektroniczna regulacja napięcia, którą bardzo często nazywa się układem AVR. Na rynku dostępne są generatory z analogowym lub cyfrowym systemem AVR. Agregaty bazujące na tej technologii bardzo dobrze sprawdzają się przy zasilaniu awaryjnym biur, a także domów wyposażonych w urządzenia elektroniczne. Jednak generatory z układem AVR mogą być również używane na placach budowy, w szczególności do zasilania zgrzewarek czy też spawarek, które wymagają stabilnego napięcia i częstotliwości.

Fot. 5. Kluczowym elementem nowoczesnych agregatów jest elektroniczna regulacja
napięcia, którą bardzo często nazywa się układem AVR. Fot.: FogoFot. 5. Kluczowym elementem nowoczesnych agregatów jest elektroniczna regulacja napięcia, którą bardzo często nazywa się układem AVR. Fot.: Fogo

W dostępnych na rynku agregatach prądotwórczych uwzględniono szereg rozwiązań technicznych, które zdecydowanie poprawiają komfort pracy. Przydatna na pewno okaże się funkcja automatycznego startu. Tym sposobem zyskuje się samoczynne załączanie generatora w przypadku zaniku napięcia w sieci oraz jego wyłączenie w momencie, gdy zasilanie powróci. Opcjonalnie agregat można wyposażyć w licznik przepracowanych motogodzin oraz zestaw transportowy. Dostępne są również agregaty o podwyższonej wytrzymałości na czynniki atmosferyczne. Może warto uwzględnić w generatorze zwiększony zbiornik paliwa? Z pewnością tak, bowiem tym sposobem zyskuje się nawet do 10 godzin pracy. W niektórych modelach przewidziano wyświetlacz, który informuje chociażby o błędach w pracy silnika oraz wartościach napięcia i pobieranego prądu. Nabyć można wersje generatorów, w których diagnozowanie nieprawidłowości w pracy odbywa się poprzez złącze komputerowe.

Akumulatory

Fot. 4.
Fot. 5.
Akumulatory żelowe
cechuje wysoka sprawność ładowania,
mniejsze wymagania
wentylacyjne oraz brak efektu rozwarstwiania elektrolitu w procesie wolnego
ładowania. Fot.: Agnes-ElektromaxFot. 4. Fot. 5. Akumulatory żelowe cechuje wysoka sprawność ładowania, mniejsze wymagania wentylacyjne oraz brak efektu rozwarstwiania elektrolitu w procesie wolnego ładowania. Fot.: Agnes-Elektromax

W akumulatorach klasycznych elektrolit w postaci ciekłej wypełnia ogniwo. Elektrolit stanowi wodny roztwór kwasu siarkowego. Z kolei elektrody bazują na ołowiu i tlenku ołowiu PbO2 (anoda).
Osobną grupę stanowią akumulatory żelowe, gdzie elektrolit uwięziony w strukturze krzemionki zamieniono w żel. Jako zalety akumulatorów tego typu wymieniana jest przede wszystkim wysoka sprawność ładowania, mniejsze wymagania wentylacyjne oraz brak efektu rozwarstwiania elektrolitu w procesie wolnego ładowania.
Coraz częściej zastosowanie znajdują akumulatory bazujące na technologii AGM (ang. Absorbed Glass Mat). Cały elektrolit jest skupiony w separatorach stanowiących maty z włókna szklanego, które umieszczone są pomiędzy ołowiowymi płytami akumulatora. Jest więc wyeliminowana możliwość wycieku elektrolitu z uszkodzonego mechanicznie akumulatora. W systemie uszczelnienia akumulatorowego wykonanego w technologii AGM przewidziano jednokierunkowy zawór ciśnieniowy (VRLA), który otwiera się wraz z nadmiernym wzrostem ciśnienia nagromadzonych gazów. Należy podkreślić, że do takiego zjawiska może dojść chociażby podczas przeładowania akumulatora. Zadaniem zaworu jest zatem odprowadzenie nadmiaru powstałego gazu na zewnątrz, przy utrzymywaniu bezpiecznego nadciśnienia wewnątrz obudowy.

Damian Żabicki

Megger przyrządy pomiarowe nr 1 na świecie - niezawodne w każdych warunkach - gwarantowana wiarygodność i powtarzalność pomiarów - ...mierzymy od 1889 roku