A végtelen energia forrása I. - Biztonsági és szükség-áramforrások szerepe napjainkban
2009/4. lapszám | Agócs János | 5199 |
Figylem! Ez a cikk 15 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A mai ember el sem tudná képzelni életét villamos energia nélkül, hiszen nincs olyan területe életünknek, mindennapi tevékenységeinknek, amelyek ne igényelnének több-kevesebb villamos energiát. Elektromosság működteti a kommunikációs, hírközlő és számítástechnikai rendszereinket, közlekedési eszközeink jó része is elképzelhetetlen villamosság nélkül, sőt otthonunk sem lehetne a „várunk”, ha nem szolgálnák kényelmünket a bennünket körülvevő elektromos berendezések. Mindezek már teljesen természetes módon segítik mindennapjainkat, így már észre sem vesszük, ha minden (jól) működik. De mi történik, ha csak egy rövidke időre, egy pillanatra is zavar támad az energiaellátásban, megszűnik, kimarad az elektromos energia? Bátran állíthatjuk, hogy ilyenkor „összedől a világ”! Nem tudunk telefonon kapcsolatba lépni szeretteinkkel, munkatársainkkal, ha lemerül a mobil akkumulátora. Elvesznek és összekuszálódnak értékes adataink a számítógépeinken. Órákat veszteglünk a dugókban, ha nem működnek a jelzőlámpák. Otthonunkban is kiszolgáltatottnak és elveszettnek érezzük magunkat, ha nem nézhetjük kedvenc sorozatainkat a TV-ben, vagy nem bonthatunk egy kellemesen hűvös sört a meccsnézés közben. Ezek az „apró” kellemetlenségek természetesen elviselhetők és túlélhetők, de vannak olyan helyzetek, amikor óriási kárt, de akár emberi életeket is veszélyeztethet a villamos áram megszűnése vagy zavara. Gondoljunk csak például az orvosi életmentő-és létfenntartó berendezésekre, vagy akár a repülés irányító és biztonsági rendszerek berendezéseire, hogy csak egy töredékét említsük példaként a valóban létfontosságú, elkerülhetetlen és a legtöbbször nélkülözhetetlen élethelyzeteinknek és gépeinknek. Az ember – mint minden problémára – igyekszik megoldást találni, így tervezett és épített olyan berendezéseket, amelyek akkor is képesek biztonságosan táplálni villamos energiával a kiválasztott elektromos gépeket és eszközöket, ha váratlan probléma lép fel az energiaellátásban a villamos közhálózaton. Ezek az úgynevezett szünetmentes áramforrások, rövidebb elnevezéssel UPS-ek (Uninterrupted Power Supply), amelyek feladata a folyamatos és biztonságos energia szolgáltatása a kimenetükre kapcsolt készülékek számára. A szünetmentes áramforrás elsődleges feladata tehát az, hogy egy esetleges áramszünet alkalmával is a kimenetén folyamatosan – megszakításmentesen – energiát szolgáltasson. Ez csak úgy lehetséges, hogy a betápláló villamos energia hiányában az UPS a hozzá kapcsolt akkumulátorokban tárolt energiát alakítja át a fogyasztók számára. (1. sz. ábra). Az igényeink és a védeni kívánt fogyasztóink számára a legmegfelelőbb UPS kiválasztásánál alapvetően három fontos műszaki paramétert kell figyelembe venni. Ilyenek: a kimeneti névleges teljesítmény, áthidalási-, vagy más néven az energiapótlási idő, illetve a működési mód. Lássuk tehát, mik is ezek, mit jelentenek és miért olyan fontosak ahhoz, hogy a kritikus fogyasztóink a lehetőségekhez képest a legbiztonságosabb energiaellátásban részesüljenek A kimeneti névleges teljesítmény az UPS kimeneti teljesítményét adja meg VA-ben és W-ban (Volt-Amper: látszólagos teljesítmény, Watt: hatásos teljesítmény), amely azt mutatja meg, hogy az UPS mekkora teljesítmény igényű fogyasztót vagy fogyasztókat képes biztonságosan és folyamatosan ellátni szünetmentes energiával. Az UPS-hez kapcsolt akkumulátor-telepcsoport teljesítménye, Ah (Amper-óra) kapacitása határozza meg az UPS úgynevezett áthidalási idejét. Ez általában 5 perctől akár több óráig is terjedhet a fogyasztói igények és üzemeltetési követelmények függvényében. Otthoni használatra rendszerint elegendő a minimális 5-10 perces energiapótlási idő, mivel ezzel a rövidebb, rendszerint csak néhány másodperces, vagy legfeljebb 2-3 perces áramszünetek gond nélkül átvészelhetőek. Hosszabbnak ígérkező feszültség kimaradás esetén is ennyi idő alatt kényelmesen elmenthetők adataink és biztonságosan leállítható a számítógép.
A hosszabb idejű akkumulátoros üzemre akkor lehet szükség, ha például az UPS több számítógépből álló szerver-rendszert lát el szünetmentes energiával, ahol a rendszer biztonságos leállításához hosszabb időre van szükség. Ugyanígy fontos a nagyobb kapacitású telepcsoport használata a hosszabb áthidalási idő biztosítása érdekében, ha a szünetmentes energia orvosi-, vagy labor készülékeket táplál, hiszen egy megkezdett méréssorozat félbeszakadása a reagens segédanyagok tönkre menetelét és a mérési eredmények elvesztését okozza, amennyiben nem áll rendelkezésre elég idő a mérés befejezésére és a készülék szabályos leállítására egy hosszú idejű áramszünet esetén.
Az áthidalási időt és ezzel a szükséges akkumulátor-kapacitást, kétféle módon határozzák meg a gyártók, de általában és elfogadottan a megadott energiapótlási idők az úgynevezett tipikus terhelési viszonyokra értendők. Ez azt jelenti, hogy a megadott időt az UPS csak akkor tudja teljesíteni, ha a kimenetére kapcsolt fogyasztók összteljesítménye nem haladja meg az UPS névleges teljesítményének 70%-át. Az UPS ennél nagyobb mértékű kiterhelése esetén a teljes terhelésre vonatkozó áthidalási időre megadott értéket érdemes figyelembe venni.
Meg kell még vizsgálni a fogyasztó jellegét – induktív, kapacitív, lineáris.
Induktív jellegű fogyasztók például a villanymotorok. Amennyiben ilyen fogyasztókat kell szünetmentes energiával táplálni, akkor – egyszerű ököl szabályképpen – az UPS kimeneti hatásos (wattos) teljesítményének 6-8-szor nagyobbnak kell lennie a motor névleges teljesítményfelvételéhez képest. Mindezt a motor indulási áramainak biztonságos kiszolgálása érdekében kell megtenni.
Kapacitív fogyasztók általánosan a számítógépek és olyan készülékek, amelyek belső működtető feszültségét úgynevezett kapcsoló-üzemű tápegységek biztosítják. Így egy átlagos PC-t 250-300VA-rel lehet figyelembe venni az UPS kimeneti teljesítményére nézve.
Ha lineáris jellegű fogyasztók – például villamos fűtőtestek – szünetmentes feszültséggel való ellátása a feladat, akkor az UPS hatásos (wattos) teljesítményét kell figyelembe venni, de ebben az esetben egyáltalán nem szükséges a nagy mértékű túlméretezés, mint a villanymotorok esetében.
További mérlegelési szempont az UPS kimeneti, vagyis szünetmentes feszültségének jelalakja. Manapság már a legtöbb szünetmentes áramforrás invertere szabályos szinuszos feszültséget állít elő, amely mindenféle típusú fogyasztó táplálására és üzemeltetésére alkalmas és egyben kívánatos is.
Léteznek azonban szép számban olyan típusok, amelyek kimeneti jelalakja nem szinuszos. Ezek általában a legolcsóbb árfekvésű UPS-ek, amelyek kimeneti feszültségének jelalakja négyszög-jel, amit rendszerint „kvázi-szinusz” kifejezéssel próbálnak szépíteni a gyártók és forgalmazók. Ezek alkalmazása nem javasolt, ha a táplálni kívánt fogyasztó villamosmotor vagy transzformátor, mert a négyszög-jel nagy mértékben megterheli, jobban igénybe veszi a tekercselt alkatrészeket (motor, transzformátor). Ilyen esetekben ezek a fogyasztók, illetve tekercseik jobban melegszenek, romlik a hatásfokuk, illetve túlterhelődhetnek. Ennek köszönhetően gazdaságtalanabb az üzemeltetésük és hamarabb is meghibásodhatnak.
A fentieken túlmenően mindenképpen érdemes a fogyasztói igényeinknek legmegfelelőbb topológiájú, működési elvű szünetmentes áramforrást választani. A választék nem túl bőséges, de mindenképpen elegendő ahhoz, hogy gondolkodóba essünk, amikor a hozzáértő eladó nekünk szegezi a kérdést : -„Milyen legyen? Off-line? Line-interactive? Ferro-rezonáns? Delta-konverziós? Dupla konverziós on-line? Transzformátoros vagy trafó nélküli?”
Ha nem vagyunk tisztában azzal, hogy ezek a „varázs-szavak” mit jelentenek és melyik mire való, akkor könnyen megeshet, hogy egy hálózati zavar vagy áramszünet alkalmával felkiáltunk: „Én nem ilyen lovat akartam!” S hogy már elsőre a jó lóra tegyünk, ismerjük meg, mi is az alapvető különbség az egyes UPS topológiák között!
Folytatása következik!
