ΜΗΝΙΑΙΟ ΤΕΧΝΙΚΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ - ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΟΣΟ ΤΟ ΦΩΣ ΣΤΟ ΣΚΟΤΑΔΙ

ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΑΙ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΕΠΙΛΟΓΗΣ UPS

Οι σημαντικές οικονομικές απώλειες που μπορεί να επιφέρουν σε κάποιες επιχειρήσεις οι βραχυχρόνιες διακοπές ή μεταβολές στην ποιότητα ισχύος, καθιστούν αναγκαία την εγκατάσταση συσκευών αδιάλειπτης παροχής ισχύος (UPS). Ως εκ τούτου, απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στα κριτήρια επιλογής τους.

Γράφει ο κ. Νικόλαος Κορακιανίτης*

Τα συστήματα αδιάλειπτης παροχής ισχύος (Uninterruptible Power Supply [UPS]), ανήκουν μαζί με τα ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη στα συστήματα εφεδρικής παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, και χρησιμοποιούνται ως εφεδρική πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε περίπτωση διακοπής ηλεκτροδότησης του δικτύου ή σε αυξομειώσεις της τάσης.

Η χρήση τους κρίνεται αναγκαία όταν θέλουμε να εξασφαλίσουμε τη συνεχή και αδιάλειπτη λειτουργία κρίσιμων φορτίων ή εγκαταστάσεων, καθώς και την προστασία ευαίσθητων ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών, έναντι επικίνδυνων διαταραχών του δικτύου ηλεκτροδότησης.

Παρέχουν συνεχώς φορτίο με ημιτονοειδή τάση σταθερού πλάτους και συχνότητας, ανεξάρτητα από τις διαταραχές του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας (υπερτάσεις, βυθίσεις, αιχμές, αρμονικές, θόρυβοι, διακοπές), ενώ χαρακτηριστικό στοιχείο της λειτουργίας τους είναι ότι η μεταγωγή γίνεται ακαριαία. Συνεπώς, δεν γίνεται καθόλου αντιληπτή η διακοπή παροχής ηλεκτρικής ενέργειας από την κύρια πηγή τροφοδοσίας, σε αντίθεση με το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος που θέλει μερικά δευτερόλεπτα μέχρι να τροφοδοτήσει το δίκτυο.

 

Αναγκαιότητα

Τα συστήματα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω της πληθώρας συσκευών και της πολυπλοκότητάς τους, παρουσιάζουν αρκετά συχνά:

  • Παραμόρφωση των χαρακτηριστικών της τάσης ή/και της συχνότητας.
  • Μικρής διάρκειας διακοπές παροχής της ισχύος που παρέχεται στους καταναλωτές. Η χαμηλή ποιότητα ισχύος επηρεάζει σημαντικά τη λειτουργία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών.

Η ποιότητα ισχύος καθορίζεται από τις τυπικές διαταραχές τάσης και συχνότητας, που είναι: η βύθιση τάσης, η υπέρταση, η παραμόρφωση αρμονικών, οι αναλαμπές ή διακυμάνσεις τάσης, οι μεταβατικές υπερτάσεις, οι διακοπές τροφοδοσίας, η ανισορροπία φάσης και η μεταβολή συχνότητας.

Σε δίκτυα που είναι ανεκτές βραχυχρόνιες διακοπές της τροφοδοσίας εγκαθίστανται εφεδρικές γεννήτριες, ενώ σε δίκτυα που έχουν σημαντικές οικονομικές απώλειες από τις βραχυχρόνιες διακοπές ή μεταβολές στην ποιότητα ισχύος, εγκαθίστανται UPS ή συσκευές αποκατάστασης τάσης/συχνότητας.

 

Αρχή λειτουργίας

Ένα UPS αποτελείται από τρία κύρια μέρη, όπως φαίνεται στο σχήμα 1:

  1. Έναν ανορθωτή-φορτιστή (charger).
  2. Ένα συσσωρευτή.
  3. Έναν αντιστροφέα (inverter).

Σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας του δικτύου, το φορτίο τροφοδοτείται απευθείας από την τάση του δικτύου.

Οι διαταραχές της τάσης περιορίζονται από το σύστημα φίλτρου και καταστολής αιχμών. Αναλόγως του τύπου του UPS, το δίκτυο μπορεί να τροφοδοτηθεί συνεχώς από τον αντιστροφέα με άριστη ποιότητα ισχύος και ελάχιστες διακυμάνσεις στην τάση και στη συχνότητα. Αν δεν είναι απαραίτητη η ποιότητα τάσης, προτιμούνται τοπολογίες με διακόπτη παράκαμψης στερεάς κατάστασης, μέσω του οποίου γίνεται η τροφοδοσία υπό κανονικές συνθήκες. Η τάση στο φορτίο δεν είναι καθαρά ημιτονοειδής και η συχνότητα ακολουθεί τις μεταβολές του δικτύου.

Οι συσσωρευτές φορτίζονται από τον ανορθωτή-φορτιστή, του οποίου η ισχύς αντιστοιχεί στο ρεύμα φόρτισης των συσσωρευτών, το οποίο έχει τιμή αρκετά μικρότερη από το ρεύμα εκφόρτισης στο ονομαστικό φορτίο. Το ρεύμα φόρτισης ξεκινά από τη μέγιστη τιμή του και μειώνεται προοδευτικά, καθώς οι συσσωρευτές αποκτούν την πλήρη χωρητικότητα. Αναλόγως του τύπου του UPS, μπορούν να χρησιμοποιηθούν φορτιστές βραδείας φόρτισης, οπότε η ισχύς του ανορθωτή γίνεται σημαντικά μικρότερη από εκείνη του αντιστροφέα.

Όταν ανιχνευθεί διακοπή της τάσης του δικτύου ή οποιαδήποτε άλλη διαταραχή και διαπιστώνεται υπέρβαση κάποιου ορίου ασφαλείας, γίνεται μεταγωγή του φορτίου από το δίκτυο στον αντιστροφέα μέσω του στατικού διακόπτη μεταγωγής.

Ο στατικός διακόπτης αποτελείται από δύο αντιπαράλληλα θυρίστορς (TRIAC), ενώ ο μέγιστος χρόνος μεταγωγής του φορτίου είναι το ένα τέταρτο της περιόδου Τ της τάσης του δικτύου (5ms), κι έχει συνήθως τυπικές τιμές 2ms έως 5ms. Για να ελαχιστοποιηθούν οι διαταραχές στο φορτίο κατά την μεταγωγή, συγχρονίζουμε την τάση εξόδου του αντιστροφέα με την τάση του δικτύου. Ο παραλληλισμός των UPS είναι εφικτός κι επιβάλλεται συνήθως όταν η διακύμανση του φορτίου είναι μεγάλη.

 

Είδη UPS

Τα UPS, αναλόγως της τεχνολογίας τους, ταξινομούνται σε τρεις κατηγορίες:

Standby ή Offline UPS: Χρησιμοποιούνται κυρίως για την τροφοδοσία απλών οικιακών συσκευών και σταθερών υπολογιστών. Διαθέτουν τις βασικές δυνατότητες για προστασία από υπερτάσεις και διακοπές ρεύματος. Ο διακόπτης μεταγωγής που βρίσκεται στην έξοδο χρησιμοποιεί ως κύρια επιλογή τροφοδοσίας τη φιλτραρισμένη τάση του δικτύου, και σε περίπτωση απώλειάς της γίνεται αυτόματη μεταγωγή της τροφοδοσίας στον αντιστροφέα που τροφοδοτείται από την μπαταρία. Επειδή ο αντιστροφέας βρίσκεται διαρκώς σε κατάσταση αναμονής, η τοπολογία ονομάζεται «stand-by».

Line-interactive UPS : Χρησιμοποιούνται από επιχειρήσεις κυρίως για την τροφοδότηση ηλεκτρονικών υπολογιστών, εξοπλισμού δικτύων και εξυπηρετητών - διακομιστών, φωτισμού ασφαλείας κλπ. Ο αντιστροφέας τροφοδοτεί συνεχώς την έξοδο του UPS και παράλληλα φορτίζει το συσσωρευτή. Όταν υπάρξει απώλεια της τάσης του δικτύου, ο διακόπτης μεταγωγής ανοίγει και ο αντιστροφέας τροφοδοτείται από το συσσωρευτή. Συγκρινόμενα με τα Standby UPS, εξασφαλίζουν μικρότερο χρόνο μεταγωγής και συνεχές φιλτράρισμα της τάσης, αφού τα φορτία τροφοδοτούνται πάντα μέσω του αντιστροφέα.

Διπλής μετατροπής / Online UPS: Χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά μονωμένους χώρους και για μηχανήματα ευαίσθητα σε διακυμάνσεις τάσεως, και είναι καταλληλότερα για περιβάλλοντα με ηλεκτρικό "θόρυβο". Σε κανονική λειτουργία ο ανορθωτής που βρίσκεται στην είσοδο εξασφαλίζει τη φόρτιση των μπαταριών και παρέχει συνεχή τάση στον αντιστροφέα, που τροφοδοτεί με τη σειρά του το δίκτυο. Όταν υπάρξει απώλεια της τάσης του δικτύου, ο διακόπτης μεταγωγής ανοίγει και ο αντιστροφέας τροφοδοτείται από το συσσωρευτή. Η διάταξη, λόγω της διπλής μετατροπής της τάσης από εναλλασσόμενη σε συνεχής (AC/DC) και αντίστροφα (DC/AC), εξασφαλίζει πλήρη απομόνωση από ηλεκτρικές διαταραχές που προέρχονται από το δίκτυο, και μηδενικό χρόνο διακοπής.

 

Εφαρμογές

Υποδομές που έχουν αυξημένες απαιτήσεις ποιότητας ισχύος και για τα οποία επιβάλλεται η χρήση UPS είναι:

  • Υπολογιστικά συστήματα σε τράπεζες, εταιρείες κ.ά.
  • Εγκαταστάσεις τηλεπικοινωνιών.
  • Εγκαταστάσεις ιατρικής περίθαλψης.
  • Μεγάλα εργαστήρια επεξεργασίας φωτογραφίας.
  • Βιομηχανικές εγκαταστάσεις . κ.ά.

Με τη χρήση των UPS αντιμετωπίζονται όλα τα προβλήματα που ανακύπτουν σε περιπτώσεις διαταραχών όπως είναι αυτές του πίνακα 1.

 

Επιλογή UPS

Όταν πρόκειται να επιλέξουμε UPS, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι παρακάτω παράγοντες:

α) Το είδος συσσωρευτών. Συγκεκριμένα χρησιμοποιούνται:

i. Συσσωρευτές μολύβδου κλειστού τύπου (για κτιριακές εγκαταστάσεις, που αποτελούν το 95% των απλών εφαρμογών UPS).

ii. Συσσωρευτές νικελίου - καδμίου (σε βιομηχανικές εφαρμογές, για δυσκολότερες και πιο απαιτητικές συνθήκες).

β) Τα όρια ανοχής εισόδου UPS. Όσο ευρύτερα είναι τα όρια ανοχής στην είσοδο, τόσο περισσότερο χρόνο ζωής θα έχουν οι συσσωρευτές. Διαφορετικά, το κόστος συντήρησης των UPS θα αυξάνεται έως και 30%.

γ) Ο χρόνος αυτονομίας κατά τον οποίο το UPS θα τροφοδοτεί το δίκτυο.

δ) Η συνολική ισχύς, που είναι το άθροισμα της ισχύος των φορτίων για τα οποία θέλουμε να υπάρχει αυτονομία. Πρακτικά, αθροίζουμε όλα τα Watt των συσκευών (την πραγματική ισχύ)  και τα διαιρούμε με το συντελεστή ισχύος (Σ.Ι. ή συνφ) της εγκατάστασης (π.χ. 0,8), για να βρούμε τη φαινομένη ισχύ (VA) που πρέπει να έχει το UPS. Παράλληλα προσθέτουμε ένα περιθώριο ασφαλείας 20-30% και επιλέγουμε από τον κατάλογο το αμέσως επόμενο σε ισχύ (VA) UPS. Για παράδειγμα, για κατανάλωση 450VA ή 360W χρειαζόμαστε UPS 450VA x 20% = 540VA.

*Ο κ. Νικόλαος Κορακιανίτης είναι εκπαιδευτικός, ηλεκτρολόγος μηχανικός & Τεχνολογίας Υπολογιστών, Msc ECE (Electrical and Computer Engineering), MSc in Microelectronics.

 

 

ΤΕΧΝΙΚΑ

ΤΕΧΝΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΟ ΦΩΤΙΣΜΟ ΚΑΤΟΙΚΙΑΣ ΣΤΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

Ένα ιδιαίτερης αισθητικής διαμέρισμα στην περιοχή «Κωνσταντινουπολίτικα» της Θεσσαλονίκης κλήθηκε να φωτίσει η εταιρεία «Tεχνομάτ A.E.», σε συνεργασία με τον αρχιτέκτονα μελετητή Κίμωνα Λουίζη....

ΤΑ ΟΦΕΛΗ ΤΟΥ ΝΕΟΥ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΥΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΤΙΡΙΩΝ

Πρωταρχικός στόχος του Κανονισμού Πυροπροστασίας Κτιρίων παραμένει η ασφάλεια του κοινού σε περίπτωση εκδήλωσης φωτιάς, η οποία ασφάλεια επιτυγχάνεται γενικά με κατάλληλο σχεδιασμό του κτιρίου και των...

ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΑΝΕΛΚΥΣΤΗΡΩΝ ΚΑΤΑ ΤΟΥΣ ΧΕΙΜΕΡΙΝΟΥΣ ΜΗΝΕΣ

Σύμφωνα με την κοινή υπουργική απόφαση Φ9.2/ΟΙΚ.28425/2008 που δημοσιεύτηκε στο ΦΕΚ 2604/Β/2008 και όπως αυτό τροποποιήθηκε με το ΦΕΚ 424/Β/2009, για όλους τους εγκατεστημένους ανελκυστήρες η συντήρησ...

Κλείσιμο [X]