Google+

Z różnych względów na rynku zasilania gwarantowanego firmy często określają jako UPS-y modułowe urządzenia, które faktycznie nimi nie są. W artykule poświęcamy uwagę tej sprawie.

Fot. 1. Przykłady modułów UPS EcoPower. Moduł zawiera wszystkie elementy zasilacza
UPS tj. prostownik, falownik, ładowarkę baterii, by-pass statyczny, układ sterowania.
Poniżej przykłady różnych wykonań UPS-ów modułowych EcoPower. Pierwszy na lewo
Powyżej w tzw. „subrack” do zamontowania w szafi e rack 19”. Skrajny prawy – przykład
UPS-a z modułami 100 kWFot. 1. Przykłady modułów UPS EcoPower. Moduł zawiera wszystkie elementy zasilacza UPS tj. prostownik, falownik, ładowarkę baterii, by-pass statyczny, układ sterowania. Poniżej przykłady różnych wykonań UPS-ów modułowych EcoPower. Pierwszy na lewo Powyżej w tzw. „subrack” do zamontowania w szafi e rack 19”. Skrajny prawy – przykład UPS-a z modułami 100 kW

Zacznijmy od definicji: UPS o konstrukcji modułowej składa się z modułów będącymi kompletnymi zasilaczami UPS wyposażonymi we własne układy prostownika, falownika, ładowarki baterii, układu sterowania i są umieszczone w szafie, w której pionowo jeden nad drugim są zamontowane. Cechą UPS-ów modułowych jest możliwość ich zamontowania w szafie poprzez wsunięcie w odpowiednie miejsce.

Prawidłowa specyfikacja systemu modułowego

Konstrukcja rzeczywiście modułowego UPS-a charakteryzuje się poniższymi cechami:

  • każdy moduł UPS jest wyposażony we własne układy prostownika, falownika, ładowarki baterii, układu by-pass statycznego, układu sterowania i panelu kontroli,
  • montaż modułu UPS w szafie mieszczącej moduły odbywa się „na gorąco” (ang. HOT SWAP) bez wykonywania jakichkolwiek przełączeń kablowych i bez konieczności wyłączania falownikowego trybu zasilania odbiorników,
  • UPS modułowy ma możliwość konfiguracji tzw. „baterii rozdzielonej”, co pozwala na separację obwodów DC w systemie – każdy bank bateryjny współpracuje ze swoim modułem UPS,
  • szafa na moduły UPS jest wyposażona w by-pass serwisowy dla całego systemu UPS, w interfejsy komunikacyjne (np. SNMP, styki bezpotencjałowe, RS232 itp.).

Ze względu na zamieszanie na rynku zasilania gwarantowanego często firmy określają jako UPS-y modułowe, które faktycznie nimi nie są. W żaden sposób nie można nazywać modułowymi UPS- y, które są wykonane jako jeden UPS w jednej szafie, pomimo że takie urządzenia też można łączyć do pracy równoległej.

Fot. 2. W module jest umieszczone złącze mocy i złącze szyny sterowania. W szafi e są złącza odpowiadające złączom w modułach.
Po wsunięciu i dociśnięciu modułu jest on galwanicznie włączony do systemuFot. 2. W module jest umieszczone złącze mocy i złącze szyny sterowania. W szafie są złącza odpowiadające złączom w modułach. Po wsunięciu i dociśnięciu modułu jest on galwanicznie włączony do systemu

Kiedy stosować modułowe systemy UPS?

Generalnie można powiedzieć, że zawsze, bo to jest bardzo nowoczesna i elastyczna konstrukcja. Jednak UPS-y modułowe są droższe od UPS-ów monoblokowych (w zestawieniu jeden do jeden), więc zawsze warto wykonać analizę ekonomiczną/ techniczną zastosowania takich urządzeń. Jak później będzie wykazane, w niektórych przypadkach zastosowanie UPS-ów modułowych może być tańsze niż monoblokowych.
Jest kilka przypadków, kiedy ewidentnie warto zastosować UPS-y modułowe, które poniżej zostaną opisane.

Potrzeba skalowalności mocy – elastyczność
W wielu przypadkach inwestorzy planują osiągnięcie mocy docelowej systemu UPS na podstawie przewidywań, obliczeń projektanta. Najczęściej są to założenia przesadzone i faktycznie do planowanego poziomu obciążenia nigdy nie dochodzi. Po jakimś czasie następuje wzrost poboru mocy, ale nie na tym poziomie, jaki był zakładany na początku.
Tak czy inaczej, w UPS-ach modułowych można dokonać łatwej rozbudowy mocy poprzez zamontowanie kolejnych modułów. Taką operację przeprowadza się bez wyłączania bezpiecznego, falownikowego zasilania odbiorników. Aby rozbudowę mocy można było wykonać całkowicie bezprzerwowo – cała instalacja elektryczna (kable, rozdzielnice) muszą być zawczasu do tego przygotowane.
Systemy modułowe są odpowiedzią dla nowoczesnych modeli biznesowych „Pay as you grow” pozwalając idealnie dopasować się do istniejącego obciążenia na obiekcie.

Wymóg dużej dyspozycyjności zasilania gwarantowanego
Dla niektórych zastosowań jak np. zasilanie serwerowni o podstawowym znaczeniu wymagana jest tzw. dyspozycyjność zasilania na bardzo wysokim poziomie. Jednym z parametrów wpływającym na poziom dyspozycyjności systemu UPS jest jego czas naprawy. Przy UPS-ch modułowych czas naprawy to tylko czas wymiany uszkodzonego modułu na sprawny. Dlatego dyspozycyjność UPS-ów modułowych jest najwyższa z wszystkich innych konstrukcji UPS-ów.

Fot. 3. Przykłady rozbudowy systemu modułowegoFot. 3. Przykłady rozbudowy systemu modułowego

Budowa systemów redundantnych (nadmiarowych)
Tam, gdzie wymagana jest duża niezawodność zasilania, stosuje się metodę budowy systemów redundantnych (nadmiarowych) i polega to na tym, ze jedno urządzenie jest nadmiarowe. Jeśli jedno z urządzeń w systemie uszkodzi się – pozostałe przejmują zadania urządzenia uszkodzonego. Systemy redundantne „N+M” oznaczają, że N jednostek potrzeba do spełniania funkcji, a M jednostek jest nadmiarowych. Ze względów ekonomicznych najczęściej buduje się systemy redundantne „N+1”. UPS-y modułowe są przeznaczone do pracy równoległej. Dlatego idealnie nadają się do budowy systemów redundantnych.
W redundantnych systemach modułowych można również przeprowadzać naprawę bez wyłączenia bezpiecznego, falownikowego zasilania odbiorników. Naprawa odbywa się w najkrótszy możliwy sposób (wymiana uszkodzonego modułu).

Potrzeba unifikacji w dużych organizacjach
Dla użytkowników dużej liczby UPS-ów bardzo wygodne może być unifikowanie sprzętu w ramach systemów modułowych. Wtedy istnieje możliwość przemieszczania modułów z jednego do drugiego systemu. W dynamicznie zmieniających się potrzebach biznesowych często zmienia się (zwiększa lub zmniejsza) zapotrzebowanie na moc systemu zasilania gwarantowanego. Mając do dyspozycji systemy modułowe, można zabrać moduł z miejsca, gdzie nie potrzeba zainstalowanej mocy i przenieść do systemu, który wymaga większej mocy.

Łatwość, pewność i szybkość czynności serwisowych
Systemy modułowe naprawia się poprzez wymianę modułu na sprawny, a następnie wykonuje się naprawienie modułu w warsztacie serwisowym. Po naprawie moduł jest testowany pod obciążeniem. Tylko w ten sposób można zapewnić 100% skuteczność naprawy. Niektóre instalacje są wykonywane w bardzo odległych miejscach, gdzie dojazd serwisu byłby bardzo kosztowny. W takim przypadku osoba po bardzo prostym przeszkoleniu jest w stanie sama dokonać wymiany uszkodzonego modułu.
Przeglądy serwisowe takich systemów również są bardzo proste i bezpieczne.
Przy rozdzielonej baterii (każdy moduł UPS ma swoją baterię) można wykonywać test rozładowania baterii podczas normalnej pracy całego systemu.

Fot. 4. System pozbawiony pojedynczych punktów awariiFot. 4. System pozbawiony pojedynczych punktów awarii
Fot. 5. System z pojedynczymi punktami awarii: wspólny by-pass,
wspólne sterowanie i wspólny pulpit kontrolny, wspólna bateriaFot. 5. System z pojedynczymi punktami awarii: wspólny by-pass, wspólne sterowanie i wspólny pulpit kontrolny, wspólna bateria

Procedura rozbudowy mocy systemu UPS

Posłużmy się takim przykładem. W obiekcie planowana jest sukcesywna rozbudowa mocy UPS do ok. 500 kW. Przy systemie UPS-ów modułowych rozbudowę przeprowadza się przez wsunięcie modułu UPS do szafy. Moduł, po włączeniu, przejmuje przypadającą na ten moduł część obciążenia i cała operacja odbywa się bez utraty falownikowego (tzn. gwarantowanego, z podtrzymaniem bateryjnym) zasilania odbiorników.

Zalecana konstrukcja systemu modułowego

Najbardziej elastyczny i niezawodny układ pracy równoległej systemu UPS jest układ pozbawiony pojedynczych punktów awarii (ang. Single Point Of Failure – SPOF). Taka konstrukcja cechuje układy UPS-ów modułowych.
Na lewym rysunku pokazano system pozbawiony pojedynczych punktów awarii.
Na prawym rysunku jest pokazany system z pojedynczymi punktami awarii: wspólny by-pass, wspólne sterowanie i wspólny pulpit kontrolny, wspólna bateria.

Aleksander Redlich
FAST Group Sp. z o.o.

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