Micha³ Œwier ewski Zasilanie awaryjne i bezprzerwowe odbiorników elektrycznych

Transkrypt

1 Zeszyt 45 Micha³ Œwier ewski Zasilanie awaryjne i bezprzerwowe odbiorników elektrycznych Listopad 2013

2 PODRÊCZNIK DLA ELEKTRYKÓW praca zbiorowa pod redakcj¹ Jana Strojnego Zeszyt 45 Zasilanie awaryjne i bezprzerwowe odbiorników elektrycznych Autor: Micha³ Œwier ewski Recenzent: Tomasz Radziewicz Tekst dostarczono w listopadzie 2013 r. Od Wydawcy Wiele obiektów technicznych wymaga uk³adów zasilaj¹cych o zwiêkszonej lub gwarantowanej pewnoœci dostawy energii elektrycznej. Nale y tu zaliczyæ np. banki, centra przetwarzania danych i informacji, policjê, stra po arn¹, obiekty ³¹cznoœci, obiekty wojskowe itp. Niejednokrotnie zastosowanie zasilania dwustronnego jest niewystarczaj¹ce i konieczne s¹ dodatkowe Ÿród³a energii w postaci np. zespo³u pr¹dotwórczego. Zespo³y pr¹dotwórcze spalinowo-elektryczne s³u ¹ do sta³ego lub tymczasowego zasilania instalacji i odbiorów. Mog¹ te byæ Ÿród³em zasilania rezerwowego, uruchamianym w razie niesprawnoœci zasilania podstawowego. W zale noœci od przeznaczenia zespo³u, jego budowy i trybu pracy oraz warunków œrodowiskowych, ró ne s¹ wymagania odnoœnie wykonania zasilanej instalacji. Podstawowym warunkiem poprawnoœci dzia³ania i wspó³pracy z sieci¹ jest tu zachowanie wymagañ zasad ochrony przeciwpora eniowej przy zasilaniu z rezerwowego lub dodatkowego Ÿród³a energii. Dlatego zalecamy Cczytelnikom niniejszego zeszytu równoczesne zapoznanie siê z artyku- ³em dr in. Edwarda Musia³a zamieszczonym w towarzysz¹cym zeszytowi numerze miesiêcznika INPE nr 170/171 (str. 3-31) i poœwiêconym ochronie przed pora eniem w instalacjach zasilania z zespo³ów pr¹dotwórczych z uwzglêdnieniem aktualnego stanu wiedzy technicznej i wymagañ normalizacyjnych. Wydawnictwo dotowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy szego Copyright by: COSiW SEP Zak³ad Wydawniczy INPE w Be³chatowie Utwór w ca³oœci ani we fragmentach nie mo e byæ powielany, ani rozpowszechniany za pomoc¹ urz¹dzeñ elektronicznych, mechanicznych, kopiuj¹cych, nagrywaj¹cych i innych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. Miesiêcznik INPE Informacje o Normach i Przepisach Elektrycznych Rok wyd. XVI Podrêcznik INPE dla Elektryków Zeszyty monotematyczne (bezp³atny dodatek dla prenumeratorów miesiêcznika) ISSN Wydawca i Redakcja: SEP COSiW w Warszawie, Zak³ad Wydawniczy INPE w Be³chatowie, ul. Czapliniecka 44, Be³chatów, tel , fax , redinpe@neostrada.pl Adres dla korespondencji: ul. Kalinowa 5, Be³chatów Kierownik ZW Redaktor Naczelny: Tadeusz Malinowski tel , kom Z-ca Redaktora Naczelnego: Jan Strojny tel Biuro i Ksiêgowoœæ: Ma³gorzata Filipiak, tel , kom Sk³ad komputerowy: KON Tekst Kraków, Druk: Leyko Kraków Nak³ad: do 5500 egz. 2 Podręcznik

3 SPIS TREŒCI 1. Wstêp 7 2. Pojêcia i definicje u yte w opracowaniu 9 3. Jakoœæ energii elektrycznej Czêstotliwoœæ napiêcia zasilaj¹cego Napiêcie zasilaj¹ce Harmoniczne napiêcia Moce i inne dane przebiegów odkszta³conych Skutki odkszta³ceñ napiêcia Wymagania przepisów w zakresie jakoœci energii Realizacja standardów jakoœci energii ród³a zasilania rezerwowego Sieæ elektroenergetyczna Zespo³y pr¹dotwórcze Wprowadzenie Przeznaczenie zespo³ów pr¹dotwórczych Podzia³ zespo³ów pr¹dotwórczych Parametry podstawowe i charakterystyki Pr¹dnice Moce zespo³ów pr¹dotwórczych Rozruchy zespo³ów pr¹dotwórczych Pr¹d zwarciowy Sterowanie parametrami zespo³ów pr¹dotwórczych Sposoby u ytkowania zespo³ów pr¹dotwórczych Dobór zespo³ów pr¹dotwórczych Moc zespo³ów pr¹dotwórczych do zasilania odbiorników nieliniowych Samoczynne za³¹czanie rezerwy 48 4,2,14. Zasilanie awaryjne z zespo³ów pr¹dotwórczych Eksploatacja zespo³ów pr¹dotwórczych Zasilacze pr¹du sta³ego Prostowniki Przetwornice DC/DC Filtracja napiêcia wyprostowanego 64 Zeszyt 45 3

4 Stabilizacja napiêcia Funkcje zabezpieczaj¹ce Zasilacze modu³owe Wspó³praca zasilaczy pr¹du sta³ego Warunki monta u i eksploatacji Zasilacze UPS Zasilacze UPS typu VFD (off-line) Zasilacze UPS typu VI (line-interactiv) Zasilacze UPS typu VFI (true- on line) Zasilacze UPS z regulowan¹ amplitud¹ i czêstotliwoœci¹ napiêcia wyjœciowego Zasilacze UPS transformatorowe Wspó³czynnik szczytu (Crest-factor) Pr¹d zwarcia UPS Technologia IGBT Uk³ady zasilania bezprzerwowego z UPS Niezawodnoœæ zasilaczy UPS Eliminacja wy szych harmonicznych Wspó³praca zespo³ów pr¹dotwórczych z zasilaczami UPS Baterie akumulatorów Cykle pracy akumulatorów Cechy u ytkowe i parametry akumulatorów Dobór pojemnoœci akumulatorów do zasilaczy UPS Instalowanie akumulatorów Wp³yw temperatury zewnêtrznej Wymagania eksploatacyjne Inne technologie akumulatorów Ogniwa paliwowe 104 Literatura Podręcznik

5 Zasilanie awaryjne i bezprzerwowe odbiorników elektrycznych STRESZCZENIE Opracowanie dotyczy zagadnieñ jakoœci i pewnoœci zasilania odbiorników elektrycznych i elektronicznych, zw³aszcza urz¹dzeñ szczególnie wra liwych na zanik napiêcia zasilaj¹cego. Omówiono w szczególnoœci Ÿród³a zasilania rezerwowego i bezprzerwowego z sieci elektroenergetycznej, z zespo³ów pr¹dotwórczych, z zasilaczy pr¹du sta³ego i zasilaczy UPS. W pierwszym rozdziale omówiono zagadnienia jakoœci energii elektrycznej dostarczanej do odbiorców, wp³ywu odbiorników, zw³aszcza o charakterze nieliniowym, na jej jakoœæ oraz skutki zaniku napiêcia zasilaj¹cego. W nastêpnych rozdzia³ach opisano cechy konstrukcyjne zespo- ³ów pr¹dotwórczych, parametry i warunki wspó³pracy z instalacj¹ elektroenergetyczn¹ (samoczynne za³¹czanie rezerwy) oraz zasady ich eksploatacji. W dalszych rozdzia³ach omówiono zasady budowy, dzia³ania i przeznaczenia zasilaczy bezprzerwowych pr¹du sta³ego i przemiennego UPS oraz ich wspó³pracê z akumulatorami zw³aszcza o³owiowo-kwasowymi i nowej generacji. Podstawowym zadaniem UPS jest krótkoterminowe zasilanie w przypadku przerwy w zasilaniu podstawowym. Jednak wiele UPS jest zdolnych do ograniczenia problemów zwi¹zanych z jakoœci¹ zasilania, zw³aszcza: napiêæ szczytowych i przepiêæ, krótkich i d³ugich przerw w zasilaniu, szumów zdefiniowanych jako fale wysokiej czêstotliwoœci lub oscylacyjne emitowane przez pobliskie urz¹dzenia, wahañ napiêcia, zak³óceñ wy szymi harmonicznymi. Problematyka jest przedstawiona w oparciu o krajow¹ literaturê techniczn¹, akty prawne, normy i materia³y firmowe z uwzglêdnieniem ustawodawstwa UE. Emergency and uninterruptible electric power supply ABSTRACT The book presents the principles of emergency and uninterruptible power supply to electrical and electronic equipment. The first chapter is devoted to the problems of quality of power suuply. The subsequent parts cover the issues when the input power source, typically mains power fail. In those circumstances the emergency power supply must be delivered to loads from an emergency power system, standby generator or UPS (uninterruptible power supply). A UPS differs from an emergency power system or standby generator, providing near-instantaneous protection from input power interruptions, by supplying energy stored in batteries. The on-battery runtime of most uninterruptible power sources Zeszyt 45 5

6 is relatively short (only a few minutes) but sufficient to start a standby power source or properly shut down protected eqipment. A UPS is typically used to protect the hardware such as computers, data centers, telecommunication or other electrical and electronic equipment where an unexpected power disruption could cause injuries, fatalities, serious business problems or data loss. The primary role of any UPS is to provide short-term power supply when the input power source fails. However, most UPS units are also capable to correct common utility power problems, such like: voltage spike or sustained overvoltage; momentary or sustained reduction in input voltage; noise, defined as a high frequency transient or oscyllation, usually injected into the line by nearby equipment; instability of the mains frequency; harmonic distortion of the sinusoidal waveform expected in the line. All issues are presented on the basis of Polish terminology and literature, official recommendations, and standards and take into account the corresponding EU regulations. 6 Podręcznik