Jak dobrać odpowiedni UPS przemysłowy

Jak dobrać odpowiedni UPS przemysłowy EVER
30.10.2023

Wybór odpowiedniego zasilacza UPS jest procesem, który wymaga uwzględnienia przede wszystkim oczekiwanej wydajności i poziomu bezpieczeństwa, a także kosztów inwestycji. Niewłaściwe określenie wymagań może doprowadzić do nieprawidłowej konfiguracji zasilacza, która nie zapewni odpowiedniego poziomu ochrony dla urządzeń przemysłowych.

Przy wyborze zasilacza zasilania awaryjnego kluczowa jest dokładna analiza wymagań, które dotyczą mocy zasilania i czasu trwania zasilania rezerwowego. Należy też zwrócić uwagę na właściwą konfigurację zasilacza UPS, która umożliwi skuteczną ochronę przed zakłóceniami elektrycznymi i przepięciami, minimalizując ryzyko uszkodzenia zasilanych urządzeń.

Ponadto wybrany zasilacz powinien być elastyczny i skalowalny, co pozwoli na dostosowanie mocy zasilania do zmieniających się wymagań i rozbudowę systemu w miarę zwiększenia potrzeb. Ważne jest też zapewnienie redundancji w układzie gwarantowanego zasilania, aby w przypadku awarii jednostki UPS inne jednostki mogły przejąć zasilanie, minimalizując przestoje i ryzyko utraty danych.

Określenie mocy zasilania

Przeprowadzenie dokładnej analizy mocy jest niezbędne do właściwego dobrania zasilacza UPS. W ramach analizy mocy należy uwzględnić całkowitą moc, jakiej będą wymagały urządzenia lub układy zasilane przez UPS. Istotne jest uwzględnienie obecnego obciążenia i prognozowanego wzrostu mocy w przyszłości.

Warto wziąć pod uwagę także wszystkie urządzenia zasilane przez UPS wraz z ich indywidualnymi wymaganiami, takimi jak prądy rozruchowe. Podczas obliczeń należy uwzględnić zarówno moc znamionową czynną (W), jak i moc pozorną (VA). Obie wartości są kluczowe przy doborze odpowiedniego zasilacza UPS, a pobór mocy przez urządzenia nie powinien przekroczyć żadnej z tych wartości.

Moc znamionowa czynna odnosi się do rzeczywistej mocy, jaką urządzenie zużywa. Natomiast moc pozorna odzwierciedla sumę mocy czynnej i reaktywnej. Moc reaktywna jest związana z obciążeniem indukcyjnym lub pojemnościowym w obwodzie, które nie jest przekształcane na pracę użyteczną, ale jest potrzebne do prawidłowego funkcjonowania urządzenia.

Stosunek mocy czynnej do mocy pozornej jest określany jako współczynnik mocy cos φ, który może być wyrażony jako liczba (od 0 do 1) lub wartość procentowa (od 0% do 100%). Im wyższa wartość współczynnika mocy (bliższa 1), tym obciążenie jest bardziej rezystancyjne i efektywniej wykorzystuje dostarczaną energię.

Przy wyborze zasilacza UPS zaleca się, aby jego moc pozorna (VA) była większa od łącznej mocy pozornej wszystkich podłączonych urządzeń, a moc czynna (W) była o 20–25% większa od łącznej mocy pobieranej przez te urządzenia. Należy też uwzględnić wartość współczynnika mocy cos φ. Zasilacz UPS o wysokim współczynniku mocy (bliskim jedności) będzie bardziej efektywny, jednak wartości współczynnika mocy różnią się w zależności od typu i charakterystyki urządzeń podłączonych do zasilacza.

Czas podtrzymania zasilania

Czas podtrzymania zasilania rezerwowego z UPS zależy od kilku czynników, takich jak pojemność baterii UPS, obciążenie podłączonych urządzeń i efektywność samego UPS. Zazwyczaj producenci podają czas trwania zasilania rezerwowego w kartach katalogowych swoich modeli UPS. Czas ten zwykle jest podawany dla konkretnych poziomów obciążenia. Im większe obciążenie podłączone do zasilacza, tym krótszy będzie czas trwania zasilania rezerwowego.

Ochrona przed zakłóceniami i przepięciami

Ochrona przed zakłóceniami i przepięciami jest istotnym czynnikiem przy doborze zasilacza zasilania awaryjnego. Zasilacz powinien być wyposażony w odpowiednie mechanizmy ochronne, które zapewnią stabilne i niezakłócone zasilanie podłączonych urządzeń.

W sieci elektrycznej występują różnego rodzaju zakłócenia, takie jak fluktuacje napięcia, skoki napięcia, szpilki czy zakłócenia harmoniczne, które negatywnie wpływają na działanie urządzeń elektronicznych. Zakłócenia mogą prowadzić do niewłaściwego funkcjonowania sprzętu, awarii lub nawet utraty aktualnie przetwarzanych danych. Istotne jest więc, aby zasilacz UPS miał odpowiednie filtry i akcesoria, które skutecznie eliminują zakłócenia.

Ponadto zasilacz awaryjny powinien zapewniać skuteczną ochroną przed przepięciami. Przepięcia to nagłe wzrosty napięcia w sieci elektrycznej, które mogą być spowodowane przez burze, zwarcia czy awarie sieci energetycznej. Te nagłe wzrosty napięcia mogą poważnie uszkodzić urządzenia podłączone do zasilacza UPS. Przy wyborze zasilaczy warto więc zwrócić uwagę na to, czy mają odpowiednie mechanizmy ochronne.

Zarządzanie i monitorowanie

Dobrej jakości zasilacz awaryjny powinien być wyposażony w system monitorowania i zdalnego zarządzania, który umożliwia kontrolę pracy jego i podłączonych urządzeń. Dzięki temu użytkownik może monitorować stan zasilacza oraz otrzymywać powiadomienia o zdarzeniach i bieżących parametrach. Umożliwia to szybką reakcję na ewentualne problemy z zasilaniem. 

Dodatkowo niektóre zasilacze UPS mogą mieć funkcję automatycznego wyłączania lub restartowania podłączonych urządzeń. Celem jest optymalizacja zużycia energii lub zapewnienie bezpieczeństwa w przypadku awarii zasilania.

Funkcje monitorowania obejmują również śledzenie historii zdarzeń, rejestrowanie parametrów zasilacza i podłączonych urządzeń, a także generowanie raportów. To umożliwia analizę i diagnostykę działania systemu zasilania awaryjnego, identyfikację ewentualnych problemów lub niedociągnięć, a także podejmowanie działań, które mają na celu optymalizację wydajności i bezpieczeństwa.

Zasilacze bezprzerwowe wyposażone są też w interfejsy komunikacyjne. Mogą to być interfejsy Ethernet, Modbus, USB, RS-485, RS-232 lub inne, które umożliwiają integrację urządzeń z systemami zarządzania siecią, systemami monitorowania, oprogramowaniem do zarządzania zasilaniem czy systemami monitoringu alarmowego.

Monitorowanie pracy zasilaczy UPS i zarządzanie nią daje użytkownikowi większą kontrolę nad zasilaniem i pozwala na szybką reakcję w przypadku problemów. Warto więc wziąć pod uwagę tę funkcję podczas doboru odpowiedniego zasilacza UPS, aby zapewnić nie tylko niezawodne zasilanie, ale także skuteczne zarządzanie systemem zasilania i jego monitorowanie.

Wybór zasilacza UPS

Wybór odpowiedniego typu zasilacza UPS jest istotny dla zapewnienia optymalnej wydajności i odpowiedniego poziomu ochrony. Zależnie od indywidualnych wymagań i specyfikacji zastosowania użytkownicy mają do dyspozycji 3 rodzaje zasilaczy UPS.

Zasilacze UPS off-line

Zasilacze awaryjne off-line (wykonane w technologii VFD – voltage frequency dependent) są najprostszą i najtańszą formą UPS-ów. Podczas obecności napięcia zasilającego odbiorniki są zasilane z sieci zasilającej. Układ automatyki monitoruje parametry napięcia zasilającego i utrzymuje wewnętrzne akumulatory w pełnym naładowaniu.

W przypadku wykrycia zaniku napięcia układ automatyki przełącza zasilanie z wewnętrznych akumulatorów i uruchamia specjalny falownik, który dostarcza napięcie przemienne na wyjście urządzenia. Czas przełączania napięcia zasilającego wynosi do 10 ms i w większości przypadków nie powoduje nieprawidłowości w pracy przyłączonych urządzeń. Zasilacze tego typu nie mają jednak separacji między zasilaniem a wyjściem, co oznacza, że nie są w stanie eliminować zakłóceń występujących w sieci zasilającej.

Zasilacze UPS line-interactive

Zasilacze awaryjne line-interactive (klasa VI – voltage independent) działają na podobnej zasadzie jak zasilacze off-line, ale są dodatkowo wyposażone w skokowy regulator poziomu napięcia wyjściowego. Regulator umożliwia aktywne dostosowanie napięcia wyjściowego do optymalnych wartości, zapewniając lepszą jakość zasilania dla podłączonych urządzeń.
 
Podczas normalnej pracy zasilacz klasy VI przepuszcza napięcie zasilające bezpośrednio do odbiorników, jednocześnie monitorując to napięcie i regulując jego poziom. Jeżeli napięcie zasilające spada poniżej lub wzrasta powyżej określonego zakresu, regulator skokowo koryguje napięcie wyjściowe, aby utrzymać je w odpowiednich granicach. Dzięki temu zasilacz line-interactive chroni podłączone odbiorniki przed gwałtownymi zmianami napięcia.

W porównaniu z zasilaczami off-line zasilacze line-interactive zapewniają lepszą stabilizację napięcia. Należy jednak zauważyć, że podobnie jak zasilacze off-line nie mają separacji między siecią zasilającą a wyjściem. Czas przełączania zasilacza line-interactive z zasilania sieciowego na zasilanie z akumulatorów wynosi zazwyczaj 2–4 ms, natomiast przełączanie z zasilania z akumulatorów na sieciowe odbywa się bez przerw.

Zasilacze UPS on-line

To zaawansowana forma zasilaczy awaryjnych tzw. VFI (voltage frequency independent). Oferują one najwyższy poziom ochrony podłączonych urządzeń. W przeciwieństwie do zasilaczy off-line i line-interactive zasilacze on-line zapewniają ciągłe zasilanie urządzeń z wykorzystaniem energii pochodzącej z baterii – niezależnie od jakości napięcia dostarczanego przez sieć zasilającą.

W zasilaczach klasy VFI napięcie zasilające jest nieustannie przetwarzane z prądu zmiennego na prąd stały, a następnie ponownie na prąd zmienny o stabilnej częstotliwości i amplitudzie. Dzięki temu procesowi zasilacze mogą skutecznie eliminować zakłócenia, fluktuacje napięcia i inne nieprawidłowości występujące w sieci zasilającej – zapewniając stabilne, pozbawione zakłóceń napięcie dla zasilanych urządzeń.

W przypadku zaniku napięcia sieciowego zasilacz UPS on-line automatycznie, bez przerwy, przełącza się na zasilanie bateryjne. Ta natychmiastowa reakcja na zanik napięcia minimalizuje ryzyko utraty danych, uszkodzenia sprzętu lub przerwania pracy.

Zasilacze UPS on-line są technicznie bardziej zaawansowane i droższe niż pozostałe typy zasilaczy awaryjnych. Dzięki temu zapewniają znacznie wyższy poziom ochrony i niezawodności, eliminując zakłócenia z sieci zasilającej i zapewniając ciągłe zasilanie podłączonych urządzeń – nawet w przypadku zaniku napięcia sieciowego.

Wymagania stawiane pomieszczeniom

Wymagania dotyczące pomieszczeń dla zasilaczy UPS mogą się różnić zależnie od konkretnego modelu i producenta. Ważnymi czynnikami, które należy wziąć pod uwagę, są wentylacja, temperatura, wilgotność, ochrona przed zapyleniem i zanieczyszczeniami, zabezpieczenie przed zalaniem wodą oraz ilość miejsca i dostępność.

Pomieszczenie, w którym znajduje się zasilacz UPS, powinno być odpowiednio wentylowane w celu zapewnienia prawidłowego przepływu powietrza i uniknięcia przegrzewania się urządzeń awaryjnego zasilania. Dodatkowo temperatura powinna być kontrolowana i utrzymywana w zakresie 15–25°C, ponieważ zbyt niska temperatura może wpływać na pojemność baterii, a zbyt wysoka może skracać ich żywotność. Ważne jest również monitorowanie wilgotności powietrza w pomieszczeniu z zasilaczem UPS, która powinna wynosić 40–60%.

Przykładowy widok wnętrza zasilacza po zalaniu; źródło: EVER

Zasilacze UPS powinny być umieszczone w specjalnie przygotowanych pomieszczeniach, które minimalizują wpływ kurzu, brudu i innych zanieczyszczeń na działanie urządzenia. Konieczne jest również zabezpieczenie urządzeń przed wilgocią i wodą, co można osiągnąć poprzez stosowanie izolowanych podłóg, zabezpieczeń przed zalaniem lub zastosowanie wodoszczelnych obudów.

Pomieszczenie powinno być też odpowiednio przestronne, aby umożliwiało dostęp do zasilacza UPS w celu przeprowadzenia przeglądów konserwacyjnych, naprawy i obsługi. Zapewnienie odpowiedniej przestrzeni dookoła urządzenia jest ważne także dlatego, że umożliwia swobodny przepływ powietrza oraz łatwy dostęp do złączy, przewodów i innych elementów. W przypadku projektowania pomieszczenia przeznaczonego na zasilacz UPS o dużej mocy i długim czasie podtrzymania należy uwzględnić, że zarówno UPS, jak i baterie są ciężkie, więc wymagają odpowiedniej wytrzymałości stropów.

Zapewnienie odpowiednich warunków – zgodnych z obowiązującymi wytycznymi producentów i specyfikacją konkretnego modelu zasilacza – jest istotne w zapewnieniu optymalnych warunków pracy i zwiększeniu żywotności urządzenia. Niedotrzymanie wymagań może prowadzić do nieprawidłowego działania zasilacza, skrócenia jego żywotności, a przede wszystkim do narażenia podłączonych urządzeń na ryzyko awarii. Dbałość o odpowiednie warunki pomieszczenia jest więc kluczowa dla utrzymania niezawodności i wydajności zasilacza awaryjnego zasilania.

Najczęstsze błędy podczas wyboru miejsca instalacji zasilacza

Mariusz Adamczyk, EverJednym z najczęstszych błędów, które są popełniane przy instalacji zasilacza UPS, a wiążą się z wyborem miejsca jego lokalizacji, jest umiejscowienie go bezpośrednio pod klimatyzatorem. Takie rozwiązanie niesie potencjalne zagrożenie uszkodzenia zasilacza UPS na skutek awarii klimatyzatora (woda kapiąca bezpośrednio na zasilacz UPS). Takie samo zagrożenie (zalanie UPS-a) stwarza obecność w pomieszczeniu rur wodno-kanalizacyjnych.

Niewskazane w wyborze miejsca instalacji zasilacza są też pomieszczenia, które mogą zostać zalane poprzez wody gruntowe i deszczowe. Przykład wnętrza zasilacza uszkodzonego na skutek takiego zalania przedstawia ilustracja poniżej. Kolejnym często spotykanym błędem jest wybór pomieszczenia bez klimatyzacji, co skutkuje pracą zasilacza wraz z akumulatorami w podwyższonej temperaturze i może przełożyć się na skrócenie żywotność baterii.

Żeby więc w pełni cieszyć się z długiej i bezawaryjnej pracy zasilacza UPS oraz uniknąć dodatkowych kosztów związanych z przedwczesną wymianą np. akumulatorów (w wyniku jego pracy w zbyt wysokich temperaturach), należy bezwzględnie przestrzegać wymogów instalacyjnych, które udostępniają producenci zasilaczy UPS.

Mariusz Adamczyk, Kierownik Działu Serwisu, Ever Sp. z o.o.

O Autorze

Tagi artykułu

MM Magazyn Przemysłowy 5-6/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę