Netradiční způsob modernizace záložních zdrojů UPS
| Netradiční způsob modernizace záložních zdrojů UPS Ing. Karel Kuchta, CSc., V letošním čísle 3 časopisu Elektro byl uveřejněn článek zabývající se provozní spolehlivostí systémů, které zaručují nepřerušenou dodávku elektrické energie. Spolehlivostní analýza klasického energocentra s bateriovým zdrojem UPS (Uninterruptible Power Supply, zdroj nepřerušitelného napájení) vedla k závěru, že nejkritičtějším prvkem těchto zdrojů jsou olověné akumulátory, které se používají jako zdroj energie při krátkodobém výpadku rozvodné sítě. Byly specifikovány příčiny nízké spolehlivosti baterií a krátce popsána nová topologie energocenter, která používají jako základ dieselagregát a krátkodobé výpadky kryjí energií uloženou v rotující hmotě (energocentrum NZ2®). Praxe však ukazuje, že energocentrum NZ2® (obr. 1) není univerzálním řešením ve všech případech. Kromě toho, že je určeno především pro velké zátěže (nad 100 kV·A), je velmi málo kompatibilní se standardními energocentry. Jinými slovy: uživatel velkého energocentra, který investoval statisíce (nebo miliony) korun do záložního zdroje UPS, bude (i při potížích s bateriemi) velmi váhat, zda má celé vybavení odstranit a instalovat nové energocentrum NZ2®. Energocentrum NZ2® nebylo pro zákazníka optimální řešení, neboť v těchto případech znamenalo celkovou rekonstrukci elektrické instalace, demontáž zdrojů UPS, úpravy kabeláže atd. Někteří uživatelé (především z oboru IT) nepovažují dieselagregát za standardní zdroj pro své systémy – historicky si spojují dobu zálohování před přechodem na dieselagregát s jednotkami či desítkami minut, a dávají přednost zdroji UPS s prodlouženou dobou zálohování. Pro tyto případy je určeno řešení s registrovaným názvem DC2® (obr. 2), představené na letošním veletrhu Amper, kdy je jako akumulátor energie použit stlačený vzduch. Společnost Phoenix-Zeppelin se i po uvedení energocentra NZ2® nikdy nezřekla energocenter s klasickými zdroji UPS, ve kterých používá osvědčené produkty předních světových výrobců. Řešení energocentra jako celku je ale vždy postaveno na centrální roli dieselagregátu Caterpillar. Zdroj UPS (nebo podobné zařízení určené k překlenutí výpadku sítě do okamžiku, kdy je dieselagregát schopen dodávat energii – obr. 3) je na stejné úrovni významnosti jako např. silový rozváděč. Klasické baterie jsou ve zdroji UPS nahrazeny systémem CoolAir®, který se připojí ke zdroji UPS místo baterií. Z hlediska uživatele jde o menší rozsah změn, než je tomu u energocentra NZ2®. Zdroj UPS zůstane v původní instalaci, včetně ovládání, komunikace, rozváděčů, dieselagregátu a kabeláže – nahrazena je jen bateriová skříň jinou skříní. Klimatické požadavky na místnost, kde je zdroj UPS instalován, již nejsou tak kritické, jako tomu bylo v případě baterií. Proto je možné klimatizaci vypnout, popř. demontovat a použít jinde. To má za následek snížení provozních nákladů (např. u zdroje UPS o výkonu 60 kV·A o více než 120 000 Kč ročně). Trvale běžící klimatizace totiž zhoršuje již tak velmi nízkou (obvykle asi 90 až 92 %) provozní účinnost zdroje o dalších asi 8 %. Tabulka porovnání kritických vlastností energocentra s bateriovým zdrojem UPS a energocentra s řešením DC2®
Stlačený vzduch (z tlakových lahví, zásobníku či rozvodu stlačeného vzduchu v budově) po ohřátí na teplotu 700 °C pohání turbínu s alternátorem. Výstupní napětí alternátoru je upraveno měničem AC/DC na stejnosměrné napětí v požadované velikosti a přivedeno na stejnosměrný meziobvod zdroje UPS. Tento princip je kompatibilní s většinou zdrojů UPS v současné době provozovaných v ČR. Typový výkon řešení DC2® je 85 kW, doba zálohování závisí na velikosti zásoby stlačeného vzduchu, popř. počtu tlakových lahví (typicky 5 až 15 min). Systém obsahuje také malý rotační systém v nepřetržitém chodu, který napájí zátěž během krátkého období, kdy se turbína roztáčí na požadované provozní otáčky. Jádrem systému je vysokootáčková turbína (70 000 min–1) o jmenovitém výkonu 92 kW – oběžné kolo (obr. 4) má průměr ne větší než 10 cm! Typický výkon zdroje UPS, kde lze řešení DC2® použít, je 10 až 70 kV·A, což je převážná většina aplikací. Vedlejším produktem tohoto řešení, který původně nebyl vůbec požadován, je zdroj chladného vzduchu po průchodu turbínou, jehož teplota je 14 až 15 °C – na tuto hodnotu klesne teplota vzduchu při expanzi v turbíně. Je-li např. zalohovaným zařízením sál s výpočetní technikou, přestane při výpadku veřejné sítě pracovat klimatizace a v místnosti velmi rychle roste teplota. Řešení DC2® tedy neposkytuje pouze záložní zdroj elektrické energie, ale i záložní chlazení. Řešení DC2® lze použít i u nových instalací, ale zejména u starších zdrojů UPS, kde původní bateriové řetězce překročily svou životnost, a bylo by nutné je celé vyměnit za nové. Obchodní název, který navazuje na předchozí řešení NZ2®, reprezentuje další krok ve vývoji bezbateriových řešení. Řešení DC2® zahrnuje vlastní jednotku CoolAir (obr. 5), která je kompatibilní se standardním zdrojem UPS, dále systém zásoby a doplňování stlačeného vzduchu a veškeré servisní služby. Závěr Ačkoliv původní zaměření nového řešení bylo na výpočetní střediska a lékařská zařízení, zájem o tento výrobek projevuje i průmyslový sektor. V praxi byla také ověřena možnost napájení asynchronních motorů s měniči frekvence, což bývá u standardních zdrojů UPS problémem. Další možností využití řešení DC2® je zabezpečené napájení provozů, kde je k dispozici rozvod vysokotlakého vzduchu. Jde především o automatizované výrobní linky, kde lokální zálohování jednotlivých pracovišť bateriovými zdroji UPS nevykazuje dostatečnou provozní spolehlivost (kolik je zdrojů, tolik je baterií) a centrální napájení by díky topologii výrobní linky vedlo k nákladné a složité kabeláži. Další informace mohou zájemci získat na adrese: Phoenix-Zeppelin, spol. s r. o. Obr. 1. Energocentrum NZ2® Celý příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||