A szünetmentes áramforrásokról
2014/6. lapszám | Bottka László | 7246 |
Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A közösségi oldalak vagy szórakoztató tartalmak eléréséről, a mobiltelefonálásról egyre többen még helyi áramszünet alkalmával sem kívánnak lemondani. Biztonsági rendszerek esetében pedig szóba sem jöhet az energiakiesés miatti üzemszünet. A pénzvilág energiaellátás miatti leállása dollármilliókban mérhető.
A jelenlegi globális adatforgalom 4,4 billió gigabájt évente, ez 2020-ra 44 billió gigabájtra nő, a digitális univerzum kétévente megduplázódik. Az adatok kezelésére, mozgatására és tárolására fordított energia hihetetlenül megnőtt, ezért és ezzel együtt nő az igény a hatékony és minőségi energiaellátás zavarmentes biztosítására már az otthoni környezetben is, de még inkább a vállalati és adatközponti alkalmazások esetében.
Ilyen zavarok okozói lehetnek – a teljesség igénye nélkül –, a légköri jelenségek, mint pl. a villámcsapás, az áramszolgáltatói hibák, tervezett kimaradások, a balesetek, pl. oszlopdőlés miatti vezetékszakadás, vagy közeli ipari berendezések, mint motorok, hegesztőgépek használata. Mindezek az elektromos ellátásban rövidebb-hosszabb idejű zavarokat, hibákat, kimaradásokat okozhatnak, amikor a feszültség és a frekvencia kilép a tűrési zónából, az ideális szinuszhullám-jelalak periodikusan vagy esetlegesen torzul, szélsőséges esetben az energiaellátás megszűnik.
A statikus szünetmentes áramforrások, UPS-ek felépítése, jellemzőik
Annak ellenére, hogy az ipari félvezetők alkalmazásán alapuló első statikus (mozgó alkatrészt nem tartalmazó) szünetmentes áramforrás éppen 50 éve jelent meg a piacon, ez a megoldás jelenleg egyeduralkodó a kis-közepes teljesítményű (<100 kVA) alkalmazások között. Az eszköz három lényegi részből áll: egyenirányító, akkumulátortelep, váltóirányító (inverter). A kisebb teljesítményű (10 kVA alatti) áramforrások általában 1/1 fázisú be-/kimenettel rendelkeznek, a nagyobb teljesítményűek szinte kizárólag 3/3 fázisúak, de léteznek 3/1 fázisú UPS-ek is, illeszkedve a hálózati feszültséghez és a vevői igényekhez.
A gyártók három alapvető topológiát alkalmaznak
(sorrendben növekvő technológiai színvonallal/ funkciókkal):
- A passzív készenléti topológia (off-line) a leggyakrabban használt topológia IT-rendszerek áramkimaradás, áramcsökkenés és áramnövekedés elleni védelmében. Normál üzemmódban a szünetmentes tápegység közvetlenül a hálózatból szolgáltatja az áramot, szűrve, de aktív átalakítás nélkül, közben tölti az akkumulátort a hálózatról. Áramkimaradás vagy áramingadozás esetén a szünetmentes tápegység stabil ellátást szolgáltat az akkumulátorból. Előnyök az alacsony költség és az irodai környezetben való alkalmazhatóság. A passzív készenléti topológia nem alkalmazható, ha a hálózati energiaellátás rossz minőségű (ipari helyszínek esetén), vagy gyakori megszakításoknak van kitéve.
- A vonali-interaktív topológia (line-interactive) vállalati hálózatok és informatikai alkalmazások áramkimaradás, áramcsökkenés, áramnövekedés, feszültségcsökkenés vagy túlfeszültség elleni védelmére használatos. Normál üzemmódban egy feszültségszabályozó áramkör (AVR) gondoskodik az áramnak a tápfeszültség-ingadozások esetén történő növeléséről vagy csökkentéséről. Előnye, hogy lehetővé teszi a lecsökkent és a megnőtt feszültség akkumulátorok nélküli kompenzációját.
- A kettős konverziós topológia (on-line) feldata a kritikus berendezések folyamatos tápellátás-védelmére, az összes tápellátási problémával szemben: áramkimaradás, áramcsökkenés, áramnövekedés, feszültségcsökkenés, túlfeszültség, kapcsolási tranziens, vonali zaj, frekvenciaváltozás és harmonikus torzítás. A bementi AC feszültséget átalakítja egy egyenirányító, majd az egyenáramot visszaalakítja egy váltóirányító, ezzel állandó minőségű tápellátást biztosít a bejövő hálózati tápellátás zavaraitól függetlenül. A kettős konverziós szünetmentes tápegységek bármilyen típusú berendezésekkel használhatók, mivel nem keletkeznek tranziensek az akkumulátorra történő átkapcsolás során.
A fajlagos ár nagyban az alkalmazott topológia (technológia) igényességétől, továbbá a kiegészítő funkciók kínálatától függ.
Az áttekintő táblázat értelmezéséhez
A szünetmentes áramforrások teljesítményét V A-ben adják meg, a hatásos teljesítményüket (W) a fázistényezővel (cos fi) való szorzás adja (passzív és vonali-interaktív UPS-ek kedvezőtlenebb, a kettős konverziós UPS-ek elő-nyösebbek, akár a legjobb, 1-es cos fi-vel is rendelkeznek).
Az UPS hatásfoka azt jelenti, hogy a hálózatból felvett energiát milyen százalékban adja le a kimenetén (a kisebb teljesítményű, egyszerűbb technológiájúak kisebb, kettős konverziós UPS-ek lényegesen nagyobb, akár 90-95% feletti hatásfokokra is képesek, kiváltképp egyes gyártóknál alkalmazott ún. ECO-módokban).
A kimeneti jelalak is az alkalmazott technológiától függ, a tiszta szinuszhullámot meghatározott legkisebb eltéréssel megközelítő feszültséget előállító UPS-eket nevezik szinuszos tápegységeknek. Áthidalási időnek nevezzük azt az időt, ameddig a feltöltött áramforrás az akkumulátorok DC energiájából képes előállítani a megkívánt kimeneti teljesítményt. A gyártók többféle jellemző adatot adnak meg, többnyire pl. 75%-os névleges terhelés és cos fi=0,7 esetén. Az áthidalási idő az alkalmazott egy vagy több tagból álló akkumulátortelepben tárolt energiától (akkukapacitás, Ah) és az UPS összes veszteségétől függ. Mivel egy szünetmentes áramforrás legkisebb élettartamú része az akkumulátor, az UPS teljes élettartama alatt (többször is) szükségessé válhat cseréjük. Az 1-fázisú, kisebb UPS-eknél néhány gyártó üzem közben cserélhető (Hot Swap) akkutelepet kínál, így nem szükséges a szünetmentes energiaellátás szüneteltetése a csere alatt, gyakran ez a csere – az utasítások betartásával – a felhasználó részéről is elvégezhető.
Egyes gyártók kiemelt szünetmentes fogyasztói csoportok hosszabb idejű ellátása céljából külön programozható kimeneti csatlakozó csoportokat kínálnak. A kevésbé lényegesek beállított szinten történő lekapcsolásával a kritikus fogyasztók hosszabb ideig láthatók el a rendelkezésre álló tárolt energiával.
Egyes gyártók az akkumulátorok élettartamát speciális technológiák, pl. intelligens akkumulátor-kezelés (ABM) alkalmazásával akár a duplájára is növelhetik. A szünetmentes áramforrások általában túlterhelés, zárlat és túlfeszültség elleni védelemmel vannak ellátva. Kiegészítő funkcióként jelenhet meg az adatvonalak (DSL) túlfeszültségvédelmét biztosító áramkör.
A hálózati áthidalási lehetőség (bypass) funkció lehetővé teszi, hogy a védett fogyasztók terhelésének lekapcsolása nélkül az UPS feszültségmentes/kiszakaszolható legyen hiba, javítás vagy karbantartás idejére. Egyes készülékek automatikus belső statikus (félvezető) áthidalással rendelkeznek, amely túlterhelés vagy belső hiba esetén szünetmentesen átkapcsol a hálózatra, fenntartva a szünetmentes energiaellátást.
Egyes készülékeken megjelenik a távoli vészleállítás (EPO) biztonsági funkció, amivel vész, pl. tűz esetén a hálózat kikapcsolása után is tovább működő teljes szünetmentes ellátás távolból is feszültségmentesíthető. Bizonyos szünetmentes áramforrások alkalmasak a PC-vel történő pont-pont kommunikációra soros (RS232) vagy újabban USB-porton keresztül – beállítás, illetve felügyelet céljából.
A fejlettebb UPS-ek (opcionálisan) ethernet hálózati kommunikációra is képesek, így mód van sok UPS együttes távfelügyeletére, illetve ki/bekapcsolására akár virtuális környezetben is.
